Статьи автора

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И МИКРОТВЕРДОСТИ ПЛАЗМЕННОГО ПОКРЫТИЯ ИЗ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ ПОСЛЕ ФРИКЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ

Номер выпуска 3 от 01.03.2024

Исследованы изменения микроструктуры и микротвердости плазменного покрытия из аустенитной стали Fe-23,7Cr-11,9Mn-3,2Ni-0,57C-0,52Si на цилиндрической стальной подложке после фрикционной обработки (ФО) двумя инструментами из быстрорежущей стали Р18М5 при давлении 30 МПа, сдвиговых напряжениях 4 МПа и температуре до 1225 °C. Операцию ФО выполнили при вращении образца с покрытием и дополнительном перемещении инструментов вдоль образующей подложки. Мощность процесса ФО характеризуется сдвигающим усилием инструментов на покрытие и линейной скоростью подложки с покрытием при ее вращении. Максимальная температура покрытия определяется отношением выполненной работы к обработанной площади покрытия. При повышенном термосиловом воздействии инструментов на покрытие и на его границу с подложкой в результате пластической деформации формируются полосы, разрушающие исходную структуру покрытия в состоянии после напыления, с дроблением оксидов на поверхности напыленных частиц. Окисление поверхности покрытия при ФО с одновременным его деформированием приводит к формированию слоев, в которых содержится до 29 об.% равномерно распределенных оксидов округлой формы. Микротвердость покрытия после ФО повышается с 2,95 до 6,1 ГПа в результате уплотнения материала покрытия и сваривания напыленных частиц между собой.

32 0

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И МИКРОТВЕРДОСТИ ТАНТАЛА В УСЛОВИЯХ ИМПУЛЬСНЫХ ПУЧКОВО-ПЛАЗМЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ РАЗНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

Номер выпуска 3 от 01.03.2024

Проведено исследование воздействия импульсных потоков высокотемпературной плазмы и ионов D+ и He+, генерируемых в двух установках Плазменный фокус с энергозапасом Е до ~1 MДж (установка ПФ-1000) и Е ≈ 5 кДж (ПФ «Вихрь»), на листовые образцы из тантала. Определены общие черты и различия в изменении микроструктуры, текстуры и микротвердости их поверхностных слоев после облучения. Выполнено численное моделирование воздействия быстрых ионов D+ и He+ на танталовую мишень в условиях, соответствующих проведенным экспериментам. Расчеты показали, что при облучении в режиме, реализованном на более мощной установке ПФ-1000, за 1 импульс испаряется поверхностный слой ~6 мкм, что превышает глубину проникновения ионов D+ и He+ с энергией 100 кэВ в танталовую мишень (1,1 мкм для D+ и 0,6 мкм для He+). В то же время в более мягком режиме облучения с использованием установки ПФ «Вихрь» толщина испаренного слоя (~0,5 мкм) меньше глубины проникновения ионов. Следствием этого являются более выраженные изменения в микроструктуре после облучения в ПФ «Вихрь»: появление множества кратеров (следов выхода имплантированного газа) и микротрещин, образованию которых способствуют дополнительные напряжения, создаваемые этими газами в тантале, а также термические напряжения, возникающие на стадии охлаждения. Имплантация газовых ионов приводит к увеличению микротвердости поверхностного слоя в образцах, облученных гелием или дейтерием в экспериментах на ПФ «Вихрь», в то время как после облучения дейтерием в установке ПФ-1000 микротвердость или не меняется, или незначительно снижается. В поверхностных слоях облученных образцов формируется текстура, обусловленная направленным теплоотводом при охлаждении и кристаллизации оплавленного слоя. Основной чертой изменений является увеличение интенсивности рефлексов от семейства плоскостей {211}, более выраженное в образцах, облученных в ПФ «Вихрь». Исследовано влияние типа рабочего газа (дейтерия или гелия) на микроструктуру, текстуру и микротвердость поверхностного слоя после облучения образцов тантала в установке ПФ «Вихрь». Заметной разницы в изменениях морфологии поверхности и текстуры при использовании дейтерия или гелия не обнаружено. В то же время микротвердость значительно больше повышается при использовании в качестве рабочего газа гелия, чем при использовании дейтерия.

33 0

Влияние импульсных пучково-плазменных воздействий на структурные характеристики и механические свойства поверхностного слоя в сплаве инконель 718

Номер выпуска 4 от 01.04.2023

Представлены результаты исследования воздействий импульсных потоков ионов гелия (ИГ) и гелиевой плазмы (ГП) на сплав Инконель 718, приготовленный по аддитивной технологии методом селективного лазерного сплавления с последующей термической обработкой. Определены основные структурные изменения в облученном поверхностном слое (ПС) для двух режимов облучения: мягкого (с плотностью мощности излучения q = 2·10⁸ Вт/см² при длительности импульса t = 50 нс) и жесткого (при q = 1,5·10⁹ Вт/см², t = 25 нс). Число импульсных воздействий в каждом режиме N = 10 и 20. Установлено, что в исходном состоянии и после облучения структура исследуемого сплава представляет собой однофазный твердый раствор на основе никеля с ГЦК решеткой. Воздействие на сплав импульсных потоков ИГ и ГП приводит к изменению его исходной текстуры в направлении <220> на текстуру <111>. Указанное изменение текстуры способствовало протеканию наблюдаемого в облученном ПС процесса пластической деформации, при которой в металлах с ГЦК решеткой под действием приложенных термических напряжений скольжение идет преимущественно по плоскостям {111}. Отмечено влияние режима облучения исследуемого сплава на параметр его кристаллической решетки. В мягком режиме воздействия потоков ИГ и ГП величина параметра решетки а снижается по сравнению с исходным значением, что может быть связано с действием остаточных макронапряжений, а также с испарением из ПС атомов примесных элементов, расположенных в междоузлиях решетки. В жестком режиме облучения параметр а возрастает, что обусловлено доминирующим влиянием механизма имплантации в сплав ионов гелия, способствующего росту величины а . Показано, что наблюдаемые структурные изменения в ПС сплава приводят к уменьшению микротвердости и разупрочнению переплавленного слоя. Методом численного моделирования оценена роль термических и ударно-волновых воздействий в процессах пластической деформации и структурных изменений в ПС при реализованных условиях облучения.

39 0

ИЗУЧЕНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА РЕДКОМЕТАЛЬНОГО ШЛАКА, ПОЛУЧЕННОГО ПРИ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОМ ОБЖИГЕ РУДЫ ЧУКТУКОНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Номер выпуска 6 от 01.06.2024

Исследован фазовый состав ниобий-редкоземельного шлака при восстановительном обжиге высокожелезистой редкометальной руды Чуктуконского месторождения - одного из самых богатых источников ниобия и редкоземельных металлов (РЗМ) в России. Установлено, что при восстановительном обжиге (1400 °C) образуются четыре основные фазы: бетафит Ca2(Nb,Ti)3O8, бритолит Ca4(Ce,La,Nd,Pr)(Si,P)6O26, шпинель с общей формулой (Mn,Fe,Mg)(Al,V)2O4 и стекловидная матрица. С увеличением расхода твердого восстановителя (кокса) с 11 до 17% массы руды меняется количественное соотношение фаз редкометального шлака, в то время как фазовый состав остается неизменным. По мере увеличения добавки кокса количество марганцевой шпинели и бритолита в шлаке (без учета стекловидной фазы) уменьшается соответственно с 46 до 27 и с 42 до 34%, а количество бетафита, наоборот, увеличивается с 12 до 39%. По данным микрозондового анализа ниобий и титан сосредоточены в бетафите и стекловидной матрице. Редкоземельные элементы распределяются по всем фазам кроме шпинели, которая не разлагается минеральными кислотами даже при высоких температурах в автоклавных условиях. Показано, что в результате удаления железа и фосфора в составе чугуна шлак, получающийся при восстановлении руды, становится в 5-6 раз более богатым редкими и редкоземельными элементами по сравнению с рудой. Это приводит к снижению материальных потоков при дальнейшем солянокислотном выщелачивании шлака с извлечением РЗМ в раствор и концентрированием ниобия и титана в остатке.

47 0