Досліджено двостадійний процес легування поверхні сталі алюмінієм за допомогою електронного променя. Обговорено й досліджено вплив основних параметрів процесу (потужності, перерізу і швидкості сканування променя) на структуру отриманого легованого шару. Для розгляду структури використано оптичну й електронну мікроскопію. Обговорено проблеми масо- і теплопереносу. Запропоновано одномірне рішення задачі поширення тепла при нагріванні променем двошарової системи субстрата з покриттям.

Laser treatment of <$E alpha >-Fe single crystals was shown to lead to complex recrystallization of the material with the formation of both polycrystalline and single-crystal structural constituents.

Изучено влияние облучения на разрушение корпусной стали 15Х2МФА. Показано распределение включений и карбидов. Проанализированы образцы, разрушенные по методу Шарпи, с помощью количественной фрактографии. Выявлена корреляция между энергией зарождения трещины и зоной вязкого разрушения вблизи надреза. Установлено, что большая часть энергии поглощается на стадии, предшествующей возникновению трещины скола. Исследовано распределение ямок вязкого разрушения на поверхности образцов Шарпи. Оценена зависимость между распределением ямок и частицами вторичных фаз.

Проведено всебічне дослідження процесів формування та росту пор у типовій моделі бінарного стопу, підданому радіаційному впливові з використанням комбінованого підходу, що базується на теорії фазового поля та щвидкісній теорії. Показано, що формування пор викликане взаємодією радіаційно продукованих вакансій із пружніми деформаціями гратниці та полем композиції стопу. Одержано фазові діаграми, що ілюструють формування твердого розчину, фазового розшарування та структуроутворення. Встановлено, що формування пор із пересиченого розчину вакансій супроводжується перерозподілом композиційного поля. Показано, що пружна неоднорідність, яка відповідає за утворення анізотропних преципітатів у первинно приготовленому стопі призводить до формування надгратки пор у процесі опромінення. Виявлено, що нуклеація та ріст пор із ростом дози опромінення відповідає дифузійно керованим процесам випадіння фаз. Показано універсальність динаміки росту пор. Проведена оцінка основних параметрів і статистичних характеристик пор для більшості стопів і сталей надає добре узгодження з експериментально одержаними результатами.

Зазначено, що на сьогодні немає повного розуміння розвитку основних радіаційних явищ, таких як, розпухання за взаємодії пошкоджень з гелієм і воднем, які утворюються під час ядерних реакцій. Відсутність розуміння обумовлена тим, що практично такі експерименти до нас ніхто не проводив, у світової наукової спільноти немає експериментального обладнання для утворення великих пошкоджень (до та вище 200 зна). Наведено результати дослідження поведінки розпухання стандартної ферито-мартенситної сталі ЕП-450 за різних умов опромінення: за високих доз пошкодження до 300 зна, а також за двопучкового опромінення іонами газів (гелій або водень). Вивчено розпухання ферито-мартенситної сталі ЕП-450 у процесі опромінення іонами хрому до доз 300 зна. В інтервалі температур 430 - 550 °C одержано результати з параметрів пористості; тривалості інкубаційного періоду; області доз, в якій реалізується перехід до стаціонарної стадії; швидкості розпухання. Показано, що значення розпухання феритної сталі може перевищувати ~ 20 %. Для імітації радіаційних пошкоджень, характерних для реакторів майбутнього покоління опромінення сталі ЕП-450 проведено на електростатичному прискорювачі з зовнішнім інжектором, який розроблено в ННЦ ХФТІ. Двопучкове іонне опромінення проведено за 1,8 МеВ Cr⁺³, 40 кеВ He⁺ і 20 кеВ H⁺. Показано, що поведінка радіаційного розпухання залежить від концентрації гелію та водню; гелій і водень по-різному впливають на кінетику та розмір розпухання. В інкубаційному періоді гелій пришвидшує процес зародження пор, таким чином, збільшує їх концентрацію. На стаціонарній стадії гелій знижує розпухання сталей за рахунок зменшення розміру пор. Водень також ефективний, як і гелій в прискоренні початку розпухання, але має менший вплив на зародження пор, це може призвести навіть до збільшення розпухання на стаціонарній стадії за рахунок помірного росту концентрації пор.

Досліджено магнітні характеристики полікристалічних зразків загартованих від 1400 К у воду сплавів Fe - Al - C до і після імпульсного (8 мс) лазерного (10 Дж) впливу з оплавленням поверхні. Максимальні зміни магнітних характеристик після імпульсної лазерної обробки фіксуються на зразках, які мають 2,5 % по масі С і 8 % по масі Al. У цих зразків коерцитивна сила має максимальне значення, яке раніше отримували при тривалих відпалах сплавів аналогічного складу. У зразків з 2 % по масі С і 8 % по масі Al, які оброблялись лазерними імпульсами, фіксували найбільшу величину коерцитивної сили на глибині 0,5 мм від поверхні там, де кристалічна гратка аустеніта не когерентна з кристалічною граткою впорядкованої карбідної фази Fe_4-yAl_yC_x. Збільшення коерцитивної сили пояснили зривом когерентності між кристалічними гратками аустеніту і мартенситу та кристалічною граткою карбіду Fe_4-yAl_yC_x.

Досліджено орієнтування мартенситу в дебаївських монокристалічних зразках загартованих аустенітних та аустеніто-карбідних високовуглецевих сплавів системи Fе - Аl - С після імпульсного лазерного впливу. Встановлено, що симетрія орієнтувань alpha-мартенситу та їх кількість змінюються в зразках у разі віддалення від обробленої поверхні. Порушення симетрії та зменшення кількості дифракційних відбиттів пояснено впливом залишкових стискальних та розтягальних напружень в зразках.

The influence of the impulse laser treatment of nickel steels on structure changes in the laser effect zone is investigated. In order to describe the processes of heat- and mass-transfer, a mathematical model is suggested. This model consists of the heat and diffusion problems with taking a nonlinear dependence of the carbon diffusion coefficient on temperature and concentration into account. Distributions of the temperature and concentration fields in the laser effect zone are determined. They well agree with experiment in the first approximation. The explanation of the mechanism of forming the oscillatory carbon concentration distribution over the depth of a sample is proposed.

Установлено, что при импульсном лазерном воздействии на поверхность сплава Fe - Al - C, содержащего алмазные кристаллы, образуются графитовые сферические частицы размером 100 - 300 мкм, а также сферические ультрадисперсные частицы из железа, алюминия и кислорода размером от 3 мкм и значительно меньше.

Досліджено зміни структури та магнітних характеристик моно- та полікристалічних зразків сплавів Fe - Al - C після імпульсної лазерної обробки (тривалість імпульсу tau_i = 8 мс, енергія імпульсу Е = 10 Дж). Встановлено зменшення намагніченості насичення і залишкової магнітної індукції, а також збільшення коерцитивної сили. Зміни магнітних характеристик пояснено висхідною дифузією легуючих елементів та релаксацією когерентних напружень між кристалічними гратками фазових складових в одноміліметровому приповерхневому шарі оброблених зразків.

Досліджено стійкість до низькотемпературного відпуску alpha-мартенситу в аустенітному й аустеніто-карбідному сплавах Fe - Al - C, оброблених лазером. Встановлено, що в цих сплавах alpha-мартенсит стійкіший до низькотемпературного відпуску, ніж alpha-мартенсит в аналогічних сплавах, не оброблених лазером.

Проведено сравнительное исследование влияния типа примеси на формирование вакансионных кластеров в железе. Объектами исследования служили особо чистое железо, техническое железо, в котором основной примесью был углерод, занимающий в решетке междоузельные позиции, и сплав чистого железа с 0,3 % ат. меди, являющейся примесью замещения. В качестве метода исследования использована позитронная спектроскопия. Вакансии создавались облучением быстрыми нейтронами при температуре 60 <$E symbol Р>C. Измерены спектры времени жизни позитронов (ВЖП), которые для всех облученных образцов лучше всего аппроксимировались двумя экспоненциальными компонентами. Это свидетельствует о том, что позитроны аннигилируют как в свободном, так и в захваченном дефектами состоянии. Во всех образцах среднее ВЖП возрастает с увеличением дозы облучения, что указывает на последовательное накопление дефектов. Наибольший рост ВЖП наблюдается в чистом железе, наименьший - в техническом. При отжиге технического железа долгая компонента ВЖП, обусловленная аннигиляцией позитронов в дефектах, начинает уменьшаться уже при температуре 100 <$E symbol Р>C вследствие диссоциации вакансионных кластеров и ухода вакансий. В чистом железе и его сплаве с медью при такой температуре долгая компонента начинает возрастать, что указывает на агломерацию кластеров, сопровождающуюся увеличением их размеров. Полученные результаты обсуждены, исходя из различий подвижности комплексов вакансий с примесными атомами внедрения и замещения.

Рассмотрены особенности формирования структуры поверхностного слоя сталей после лазерной обработки для различных технологических режимов; проведено сравнение с экспериментом. Приведены экспериментальные зависимости степени коррозионных потерь образцов, прошедших обработку в различных режимах.

За допомогою методів <$E gamma>-резонансної спектроскопії й електроопору вивчено вплив термообробки, пластичної деформації й ударних хвиль, генерованих дією наносекундних лазерних імпульсів з густиною світлового потоку <$E q> ~ <$E 10 sup 9~roman {Вт "/" см} sup 2>, на фазові перетворення в неіржавіючій сталі Х18Н10Т. Показано, що проходження ударної хвилі в матеріалі призводить до зворотнього мартенситного <$E alpha~symbol О~gamma>-перетворення та підвищення корозійної стійкості в рідкому літії в порівнянні з аустенітом, який утворився в результаті термообробки. Механізм ударно-хвильового утворення аустеніту пов'язується з конкуруючою дією двох факторів: великих стискальних напружень (2 ГПа) та низьким ступенем (<$E epsilon> ~ 0,01) пластичної деформації, а висока корозійна міцність утвореного аустеніту - з селективним розсіюванням ударної хвилі на межах зерен, їх очисткою від домішок і гомогенізацією структури.

Дисертацію присвячено дослідженню формування структурного стану моно- та полікристалів заліза та сплавів на його основі в різко нерівноважних умовах імпульсної лазерної обробки. Показано, що значні швидкості нагріву-охолодження при лазерній обробці призводять до пониження температури gamma-alpha-перетворення і утворення gamma-фази. У цьому випадку спостерігається перекристалізація монокристалів alpha-заліза, внаслідок якої формуються полікристалічна складова alpha-заліза із параметром ОЦК решітки, який відповідає вихідному, а при оплавленні у вузькому інтервалі густин енергії відбувається також формування монокристалічних областей gamma-фази із збільшеним параметром ГЦК решітки та значною текстурою. Встановлено, що механічні властивості по глибині зони лазерного впливу визначаються переважно структурними факторами і змінюються по немонотонних кривих з максимумом. Виявлено вплив енергетичних параметрів імпульсного лазерного випромінювання на формування хвилястої мікрогеометрії поверхні. Описано залежність характеру залишкових напруг від режимів лазерної обробки вуглецевих сталей.

Показано, що лазерна імпульсна обробка зразків загартованих сплавів Fe - Al - C призводить до утворення в приповерхневій зоні шарів загальною товщиною 3 - 4 мм, що відрізняються між собою структурним станом аустеніту. Досліджено особливості утворення кристалів мартенситу в цих шарах. Мартенсит, що утворюється, відрізняється за варіантами орієнтацій відносно аустенітної матриці та за ступенем тетрагональності. Ці особливості пояснюються наявністю залишкових термічних спотворень кристалічної гратки аустеніту та порушенням когерентності між кристалічними гратками фазових складників. Встановлено, що в процесі лазерного впливу має місце дифузія легуючих елементів з глибини зразків до поверхні. Отримано закономірності зміни магнітних характеристик після лазерної обробки поверхні крупнокристалічних зразків у залежності від вмісту елементів у сплаві та від відстані до оплавленої поверхні. Максимальні значення магнітних характеристик після лазерного впливу зафіксовано в приповерхневому шарі приблизно 1 мм. Показано, що значний внесок у зміну магнітних характеристик за вищевказаного впливу вносить релаксація когерентних напружень між кристалічними гратками фазових складників.

Досліджено стійкість до електрохімічної корозі поверхневих шарів сталі ферито-мартенситного класу 12Х17Т у вихідному стані та після створення структурних бар'єрів лазерним легуванням ніобієм. Установлено, що після створення захисних бар'єрних шарів корозійна стійкість підвищується до 4,5 - 7,0 разів.

У межах динамічної постановки зв'язаної задачі термомеханіки досліджено напружено-деформований стан диска, що виникає за дії лазерного імпульсу або електронного пучка з урахуванням мікроструктурних перетворень, які супроводжують нагрівання і наступне охолодження матеріалу. Розв'язування вісесиметричної задачі проводиться числово з використанням термодинамічно узгодженої теорії непружної поведінки матеріалу із застосуванням скінченноелементної методики та врахуванням залежності фізико-механічних властивостей матеріалу від температури. Вивчено вплив мікроструктурних перетворень на динамічну і квазістатичну реакцію матеріалу, залишковий напружено-деформований стан в зоні опромінення.

Індекс рубрикатора НБУВ: К222.091

Рубрики:

Вплив опромінювання на структуру і властивості заліза та його сплавів

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Проведено експериментальне дослідження впливу електронного та гамма-опромінення на структуру та магнітні властивості аморфних і нанокристалічних сплавів системи Fe - Si - B. Показано, що динаміка змін структурного фактора аморфних сплавів даного виду під дією електронного та гамма-опромінення якісно однакова. На базі одержаних результатів обгрунтовано два механізми впливу опромінення на структуру аморфних металевих сплавів: радіаційно-стимульовану релаксацію та розупорядкування. Встановлено, що величина та напрям змін висоти першого максимуму структурного фактора, температури Кюрі та кристалізації сплавів Fe - Si - B під дією опромінення істотно залежать від концентрацій кремнію та бору в їх складі. Показано, що відмінність впливу опромінення на ближній порядок і процес кристалізації в аморфних сплавах Fe - Si - B імовірно пов'зана з різними механізмами радіаційно-стимулювальної дифузії атомів кремнію та бору. Встановлено, що в результаті легування сплавів Fe - Si - B нікелем і молібденом відбувається зменшення радіаційної чутливості структурного фактора, температури Кюрі та кристалізації, а також збільшення чутливості - магнітної проникності. Запропоновано якісну модель впливу легування даними елементами на радіаційно-стимульовані структурні зміни в аморфних сплавах на основі Fe - Si - B. Доведено вплив електронного опромінення за кімнатної температури на подальшу кристалізацію аморфно-кристалічного сплаву на основі Fe - Si - B, яка відбувається за механізмом зростання кристалів. Встановлено, що радіаційна чутливість магнітних характеристик нанокристалічних сплавів на базі системи Fe - Si - B - Cu - Nb