Виды механико-химико-термической обработки, модификации поверхности и сварки без расплавления, базирующиеся на использовании внешних воздействий. Открытие эффекта аномального массопереноса при импульсных воздействиях. Способы химико-термической обработки.
Аннотация к работе
В науке и промышленной практике исследуются и применяются многие виды механико-химико-термической обработки, модификации поверхности и сварки без расплавления, базирующиеся на использовании внешних воздействий. Открытие эффекта аномального массопереноса при импульсных воздействиях, позволило целенаправленно создавать новые и оптимизировать существующие способы химико-термической обработки и сварки в твердой фазе. Показана зависимость характеристик импульсного воздействия (скорости и температуры Т импульсной деформации, вида и энергии воздействия ЕИ, кратности нагружения n, длительности импульса ) с параметрами массопереноса и фазообразования (формой концентрационного профиля, подвижностью и глубиной проникновения атомов). Впервые систематически исследованы фазовый состав диффузионной зоны и подвижность атомов при взаимодействии ОЦК-, ГПУ-и ГЦК-металлов с азотом, углеродом, кислородом под действием импульсной пластической деформации. Впервые полученные систематические экспериментальные данные по массопереносу в металлы атомов легких элементов под действием упругих, высокочастотных и пластических деформаций позволяют определить условия, в которых происходит ускоренные миграция атомов и фазообразование, а также особенности локализации проникающих атомов и выделившихся фаз в объеме и дефектах кристаллической структуры.Для одних металлов типично образование твердых растворов и фаз внедрения (Fe, Ti), другим свойственно растворять элементы внедрения без образования химического соединения (Ni-C, Cu-H), в третьих металлах (например, в меди) азот и углерод практически не растворяются в твердой фазе. Исследование упругих и неупругих свойств железа и его сплава с хромом и никелем после ультразвукового ударного насыщения атомами углерода показало, что в результате обработки происходит увеличение концентрации углерода в твердом растворе и на дислокациях. При бомбардировке ионами азота в плазме тлеющего разряда металлов с различным типом кристаллической решетки Fe (ОЦК), Ti (ГПУ), Cu (ГЦК) в приповерхностном слое железа и титана возникают пересыщенные твердые растворы внедрения и нитридные фазы, соответствующие диаграммам состояний, в то время как в меди, образуется только твердый раствор внедрения. Исследование фазового состава диффузионной зоны показало, что при введении углерода в медь как из угольного анода, так и из среды метана образуется не механическая смесь углерода и меди, а твердый раствор, причем параметр решетки меди заметно уменьшается (с 0,3615 до 0,3609 нм). Изотермический отжиг при 973 К в течение 1 ч приводит к распаду метастабильного раствора (параметр решетки меди возвращается к исходному значению), выходу атомов углерода из объема к поверхности и образованию на поверхности тонкого (~ 0,1 мкм) графитного слоя с ромбической симметрией.
План
Краткое содержание работы
Список литературы
1. При импульсном многократном сжатии газовой среды (60 имп/мин, 2 ч, 105-107 Па, 293-1473К) происходит ускорение диффузии азота и углерода в титане, железе и его сплавах в 2 - 5 раз с образованием диффузионных зон глубиной до 500 мкм, твердых растворов внедрения, карбидов, нитридов.
2. Электрогидроимпульсная обработка железа без нагрева за 10-3 с в зависимости от количества импульсов приводит к образованию диффузионной зоны глубиной до 40 мкм, содержащей Fe3C, оксиды Fe3O4 с нарушенной стехиометрией, твердые растворы углерода и кислорода в - железе.
3. Ультразвуковая ударная обработка железа и его сплавов (30 КГЦ, 0,2 c-1, 1 - 6 с, 77-873 К) приводит к проникновению атомов углерода на глубины от 10 до 400 мкм по объемному механизму. В диффузионной зоне образуются карбидные фазы, пересыщенные твердые растворы внедрения углерода и замещения никеля в железе.
4. При ударном сжатии со скоростью деформации = 105 - 5•105 с-1 без нагрева коэффициенты диффузии углерода в меди составляют DM ~ 0,3 - 0,6 см 2/с. Образуются метастабильные твердые растворы атомов углерода и азота в меди ( 0,0008 нм и 0,0002 нм). При повышенных температурах возникают также карбиды CUC2 и Cu2C2.
5. Полученные экспериментальные результаты в рамках модели межузельной диффузии атомов углерода и азота объясняются путем баллистических прыжков данных атомов.
Основное содержание диссертации полностью отражено в следующих работах: Статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России
1. Миронова, Т.В. Особенности взаимодействия ОЦК-металлов с углеродом и азотом в условиях ударного сжатия / Т.В. Миронова, Д.С. Герцрикен, А.М. Штеренберг и др. // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 2005. - № 3. - С. 66-72.
2. Миронова, Т.В. Взаимодействие углерода с железом и его сплавами при ультразвуковой ударной обработке / Т.В. Миронова, В.Ф. Мазанко, Г.И. Прокопенко и др. // Физика и химия обработки материалов. - 2006. - №3. - С.73-82.
Статьи в научных журналах или сборниках трудов
3. Миронова, Т.В. Образование фаз внедрения при импульсном сжатии среды / Т.В. Миронова, В.М. Мазанко, Д.С. Герцрикен и др// Вісник Черкаського націон. ун-ту. Серія "Фіз.-мат. Науки". -2004. - Вип. 62. - С. 74 - 84.
4. Миронова, Т.В. Особенности проникновения атомов в железо в условиях ультразвуковой ударной обработки / Т.В. Миронова, В.Ф. Мазанко, Г.И. Прокопенко и др. // Доповіді НАНУ. - 2005. - № 8. - С. 76-83.
5. Миронова, Т.В. Особенности фазообразования в железе и стали при ультразвуковой ударной обработке / Т.В. Миронова, В.Ф. Мазанко, Г.И. Прокопенко и др. // Доповіді НАНУ. - 2005. - № 7. - С. 71 - 76.
6. Миронова, Т.В. Фазообразование при импульсных знакопеременных деформациях / Т.В. Миронова, А.М. Штеренберг, Д.С. Герцрикен, и др. // Обозрение прикладной и промышленной математики. - 2005. - Т. 12. - Вып. 4. - Часть 2. - С. 1138-1139.
7. Миронова, Т.В. Взаимодействие металлов с легкими элементами в условиях импульсных упругих деформаций / Т.В. Миронова, А.М. Штеренберг, Д.В. Миронов / Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2006. - Вып. 3. - С. 44-47.
8. Миронова, Т.В. Взаимодействие металлов с легкими элементами в условиях импульсных упругих деформаций / Т.В. Миронова, А.М. Штеренберг, В.Ф. Мазанко и др. // "Физическое материаловедение": сб. тез. II междунар. школы. / ТГУ. - Тольятти, 2006. - С. 92-93.
9. Миронова, Т.В. Взаимодействие тугоплавких металлов со сталями в условиях скоростной пластической деформации / Т.В. Миронова, В.Ф. Мазанко, А.М. Штеренберг и др. // "Физика прочности и пластичности материалов": сб. материалов XVI междунар. науч. конф. / САМГТУ. - Самара, 2006. - С. 202-204.
10. Mironova, T.V. Temperature effect on diffusion processes in metals at different impulse treatments / T.V. Mironova, D.S. Gertsriken, V.M. Mazanko // Вісник Черкаського національного університету. Серія "Фізико-математичні науки". - 2007. - Вип. 117. - Р. 40-46.
11. Mironova, T.V. Features of Fe atoms diffusion in liquid Fe-Al alloys at action of a variable magnetic field / T.V. Mironova, V.M. Mazanko, S.M. Zakharov // "Diffusion and diffusional phase transformations in alloys": Abstract booklet of IV Inter. conf. "DIFTRANS-2007". - Sofiyivka, Ukraine, 2007. - Р. 145.
12. Mironova, T.V. Features of Fe atoms diffusion in liquid Fe-Al alloys at action of a variable magnetic field / T.V. Mironova, V.M. Mazanko, S.M. Zakharov // Вісник Черкаського націон. ун-ту. Серія "Фізико-математичні науки". - 2007. - Вип. 117. - Р. 47 - 50.
13. Миронова, Т.В. Диффузионные процессы в металлах при действии дуговых разрядов / Т.В. Миронова, Б.А. Ляшенко, С.А. Бобырь и др. // "Радиационная физика твердого тела": сб. трудов XVIII междунар. совещ. - М.: МОН РФ, 2008. - С.85 - 92.
14. Миронова, Т.В. Взаимодействие металлов с легкими элементами и инертными газами при действии искровых разрядов / Т.В. Миронова, В.Ф. Мазанко, Д.С. Герцрикен и др. // "Радиационная физика твердого тела": сб. трудов XVIII междунар. совещ. - М.: МОН РФ, 2008. - С. 93 - 99.
15. Миронова, Т.В. Влияние границ раздела на миграцию атомов в импульсно деформируемых металлах / Т.В. Миронова, В.Ф. Мазанко, Д.С. Герцрикен и др. // "Современные проблемы физики металлов": сб. тез. междунар. конф. / ИМФ НАНУ. - Киев, Украина, 2008. - С. 144.
16. Миронова, Т.В. Особенности взаимодействия атомов углерода с железом при многократном электрогидроимпульсном нагружении / Т.В. Миронова, В.Ф. Мазанко, Д.С. Герцрикен и др. // "Перспективные материалы и технологии": сб. тез. междунар. симпозиума. - Витебск, Беларусь, 2009. - С. 36 - 37.
17. Миронова, Т.В. Взаимодействие меди с углеродом при высокоинтенсивных воздействиях / Т.В. Миронова, А.М. Штеренберг, В.Ф. Мазанко и др. // "Физика прочности и пластичности материалов": сб. тез. XVII междунар. конф. - Самара, 2009. - С.7.
18. Миронова, Т.В. Взаимодействие железа с газами воздуха под действием искровых разрядов / Т.В. Миронова, Д.С. Герцрикен, В.Ф. Мазанко и др. // "Взаимодействие излучений с твердым телом": сб. материалов 8-ой междунар. конф. - Минск, Беларусь, 2009. - С. 24-26.
19. Миронова, Т.В. Взаимодействие меди с газами воздуха под действием искровых разрядов / Т.В. Миронова, Д.С. Герцрикен, В.Ф. Мазанко и др. // "Взаимодействие излучений с твердым телом": сб. материалов 8-ой междунар. конф. - Минск, Беларусь, 2009. - С. 27-29.