Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 01.04.07 – Физика конденсированного состояния. —
Сибирский государственный индустриальный университет, Томский
государственный архитектурно-строительный университет. —
Новокузнецк, 2008. — 39 с.
Научный консультант: д-р физ.-мат. наук, проф. Громов В.Е.
Целью настоящей работы явилась разработка
материаловедческих и физико-технических основ одно- и
двухкомпонентного ЭВЛ металлов и сплавов, обосновывающих
возможность упрочнения поверхности в несколько раз.
Научная новизна. Определены возможности управления процессом электровзрывной обработки путем выбора энерговклада во взрываемый проводник, его материала, размеров и формы, геометрических параметров плазменного ускорителя и расстояния от среза его сопла до облучаемой поверхности. Показана возможность использования для расчета глубины зоны легирования на оси струи теплофизической модели, согласно которой пороговый режим, приводящий к оплавлению, определяется интенсивностью теплового воздействия, временем импульса и свойствами материала. Радиус зоны легирования при различных режимах обработки рассчитан с использованием этой же модели с учетом нормального распределения теплового потока и давления плазменной струи на поверхность и известных зависимостей скорости плазмы от энергии емкостного накопителя установки.
Показано, что строение науглероженных слоев в общем случае включает в себя графитовое покрытие, имеющее с основой металлургическую связь, зону легирования, тонкий подслой (граничную полоску) с низкой степенью легирования на границе с основой и зону термического влияния. Происхождение граничной полоски связано с продолжающимся распространением фронта плавления в глубь металла после окончания импульса. Обнаружена неустойчивость границы оплавления, возникающая под действием радиального течения расплава при высокоинтенсивных режимах обработки. Строение зоны плазменного воздействия при электровзрывной металлизации отличается отсутствием покрытия.
Показано, что по глубине зоны легирования в общем случае можно выделить 4 характерных слоя. Основным по объему является слой с ячеистой или зеренной структурой. На поверхности формируется тонкий нанокомпозитный слой, а на границе с основой — нанокристаллический подслой с низкой степенью легирования. В случае двухкомпонентного легирования с использованием порошковой навески бора основным является промежуточный слой с ячеистой кристаллизацией. Обнаружена взаимосвязь между рельефом поверхности зоны легирования, морфологическими особенностями ее кристаллизации и состояния границы с основой.
Практическая значимость работы. Результаты работы позволили определить возможности управления и оптимизации ЭВЛ. Показано, что использование порошковых навесок, размещаемых в области электровзрыва проводника и переносимых формируемой струей на облучаемую поверхность, при высокоинтенсивных режимах обработки подавляет радиальное течение расплава и позволяет проводить обработку без выплеска. Установлено, что микротвердость, износостойкость и стойкость против высокотемпературного окисления модифицированных при одно- и двухкомпонентном легировании поверхностных слоев увеличивается в несколько раз. Разработан способ электровзрывного упрочнения внутренних поверхностей деталей. Результаты проведенных исследований и оценка предполагаемой экономической эффективности ЭВЛ позволяют рекомендовать его для практического использования.
Научная новизна. Определены возможности управления процессом электровзрывной обработки путем выбора энерговклада во взрываемый проводник, его материала, размеров и формы, геометрических параметров плазменного ускорителя и расстояния от среза его сопла до облучаемой поверхности. Показана возможность использования для расчета глубины зоны легирования на оси струи теплофизической модели, согласно которой пороговый режим, приводящий к оплавлению, определяется интенсивностью теплового воздействия, временем импульса и свойствами материала. Радиус зоны легирования при различных режимах обработки рассчитан с использованием этой же модели с учетом нормального распределения теплового потока и давления плазменной струи на поверхность и известных зависимостей скорости плазмы от энергии емкостного накопителя установки.
Показано, что строение науглероженных слоев в общем случае включает в себя графитовое покрытие, имеющее с основой металлургическую связь, зону легирования, тонкий подслой (граничную полоску) с низкой степенью легирования на границе с основой и зону термического влияния. Происхождение граничной полоски связано с продолжающимся распространением фронта плавления в глубь металла после окончания импульса. Обнаружена неустойчивость границы оплавления, возникающая под действием радиального течения расплава при высокоинтенсивных режимах обработки. Строение зоны плазменного воздействия при электровзрывной металлизации отличается отсутствием покрытия.
Показано, что по глубине зоны легирования в общем случае можно выделить 4 характерных слоя. Основным по объему является слой с ячеистой или зеренной структурой. На поверхности формируется тонкий нанокомпозитный слой, а на границе с основой — нанокристаллический подслой с низкой степенью легирования. В случае двухкомпонентного легирования с использованием порошковой навески бора основным является промежуточный слой с ячеистой кристаллизацией. Обнаружена взаимосвязь между рельефом поверхности зоны легирования, морфологическими особенностями ее кристаллизации и состояния границы с основой.
Практическая значимость работы. Результаты работы позволили определить возможности управления и оптимизации ЭВЛ. Показано, что использование порошковых навесок, размещаемых в области электровзрыва проводника и переносимых формируемой струей на облучаемую поверхность, при высокоинтенсивных режимах обработки подавляет радиальное течение расплава и позволяет проводить обработку без выплеска. Установлено, что микротвердость, износостойкость и стойкость против высокотемпературного окисления модифицированных при одно- и двухкомпонентном легировании поверхностных слоев увеличивается в несколько раз. Разработан способ электровзрывного упрочнения внутренних поверхностей деталей. Результаты проведенных исследований и оценка предполагаемой экономической эффективности ЭВЛ позволяют рекомендовать его для практического использования.