Электронно-пучковая модификация структуры и свойств поверхности электровзрывного легирования стали 45 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

004615770

На правах рукописи

ИОНИНА Анна Валерьевна '

ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВАЯ МОДИФИКАЦИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ 45

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 2 ПЕН 2010

Новокузнецк - 2010

004615770

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» и «Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Громов Виктор Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Данилов Владимир Иванович

кандидат физико-математических наук, доцент Хаимзон Борис Бернардович

Ведущая организация: Институт машиноведения РАН (г. Москва)

Защита состоится 21 декабря 2010 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.252.04 при ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу: 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, д. 42. ,/

и'

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу: 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, д. 42.

Автореферат разослан « » ноября 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук, профессор

/У/

я ц

Горюшкин В.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последние десятилетия практическое использование обработки поверхности материалов концентрированными потоками энергии (КПЭ) развивается опережающими темпами. Электровзрывное легирование (ЭВЛ) - это способ модификации структуры и свойств поверхностных слоев металлов и сплавов с целью их упрочнения. Оно осуществляется путём электрического взрыва проводников, формирования импульсных многофазных плазменных струй, оплавления ими поверхности и насыщения расплава продуктами взрыва с последующей самозакалкой и образованием новых упрочняющих фаз. Основной особенностью формируемых плазменных струй, служащих инструментом воздействия на поверхность, является неоднородность их строения и структуры. Они всегда содержат конденсированные частицы продуктов взрыва и частиц порошков различных веществ, специально вводимых в область взрыва, которые располагаются в тылу струи. При этом взаимодействие сверхзвукового высокоэнергетического плазменного фронта струи с поверхностью характеризуется формированием вблизи неё ударно-сжатого слоя плазмы с высокими значениями температуры и давления. Эти особенности позволяют формировать на поверхности облучаемого материала структурно-фазовые состояния с высокими функциональными свойствами, в ряде случаев недостижимые при использовании других аналогичных способов обработки. В то же время неоднородность строения и структуры плазменных струй, а также импульсный характер термосилового воздействия на поверхность при ЭВЛ, являются причинами формирования её высокоразвитого рельефа и незавершённости структурно-фазовых превращений в оплавляемых поверхностных слоях. Это может ограничивать возможности практического использования способа. Анализ литературных данных показал, что возможности ЭВЛ могут быть усилены сочетанием этого вида обработки с электронно-пучковым оплавлением поверхности низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками (НСЭП). Такая комбинированная обработки приводит к повышению функциональных свойств материалов и выравниванию поверхности.

Тема диссертации соответствует направлению «Нанотехнологии и нанома-териалы» «Перечня критических технологий РФ». Исследования проводились в соответствии с ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 г.г.» (гос. контракты №№ П332, 02.740.11.0538), АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010)» (проект 2.1.2/546) и поддержаны грантами РФФИ (№№ 10-07-00172-а, 07-08-92102-ГФЕН_а, 08-02-00024-а, 08-02-12012-офи).

Цель и задачи исследования. Работа посвящена выявлению закономерностей формирования структурно-фазовых состояний с целью повышения функциональных свойств поверхностных слоёв углеродистой стали 45 при комбинированной обработке, включающей электронно-пучковую обработку (ЭПО) стали 45 после электровзрывного бороалитирования и алитирования совместно с карбидом кремния.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

л

3

1. Разработать способы комбинированной обработки стали 45.

2. Изучить влияние ЭПО на рельеф поверхности двухкомпонентного ЭВЛ стали 45.

3. Провести экспериментальный и теоретический анализ изменения структурно-фазовых состояний по глубине поверхностных слоев углеродистой стали 45 после двухкомпонентного ЭВЛ и комбинированной обработки.

4. Определить микротвёрдость и износостойкость поверхности стали 45 после двухкомпонентного ЭВЛ и комбинированной обработки.

5. Выявить механизмы упрочнения.

Научная новизна. Выявлены механизмы упрочнения поверхностных слоев углеродистой стали 45 после комбинированной обработки, которая заключается в электровзрывном бороалитировании, алитировании совместно с карбидом кремния стали 45 и последующей ЭПО.

Показано, что по глубине зоны легирования стали 45 после комбинированной обработки формируется многофазная структура, представленная кристаллами мартенсита пакетной и пластинчатой морфологии, прослойками остаточного аустенита, зернами и субзёрнами феррита, ячейками аустенита, частицами S¡C субмикронных размеров и наночастицами сложного состава Al4SiC4, выделениями частиц вторых фаз состава АШ12, AlFe4, Fe3Si.

Для интерпретации полученных данных по влиянию ЭПО на глубину зоны упрочнения и распределения микротвёрдости по глубине было проведено моделирование тепловых и диффузионных процессов.

Практическая значимость работы. Определены режимы, при которых ЭПО усиливает возможности ЭВЛ, уменьшая шероховатость и увеличивая функциональные свойства поверхностных слоев.

Рентгеноструктурные исследования поверхности стали 45 после электровзрывного бороалитирования показали в зоне легирования наличие следующих фаз: a-Fe, FeB, FeAl, FeJB, Fe^C, B)6.

Дополнительная ЭПО поверхности легирования стали 45 приводит к росту глубины упрочнения по сравнению с поверхностью ЭВЛ. Микротвёрдость после электровзрывного бороалитирования и ЭПО составляет 16 ГПа, а глубина упрочнения 90 мкм, а после алитирования совместно с карбидом кремния и ЭПО - 12,5 ГПа и 50 мкм, соответственно. В исходном состоянии микротвёрдость составляет 2 ГПа.

Износостойкость в условиях сухого трения скольжения после электровзрывного бороалитирования и ЭПО увеличивается в 43 раза, а при электровзрывном алитировании совместно с карбидом кремния и ЭПО - в 12 раз.

Результаты измерения шероховатости показали, что после электровзрывного бороалитирования среднее арифметическое отклонение профиля Ra достигает значения 1,55 мкм. Комбинированная обработка приводит к значительному выравниванию рельефа поверхности. Среднее арифметическое отклонение профиля Ra в этом случае составляет 0,57 мкм.

Достоверность полученных результатов обусловлена большим объемом экспериментальных данных, полученных с использованием световой микроскопии, сканирующей и просвечивающей дифракционной электронной микроско-

пии, определения микротвёрдости и износостойкости, рентгеноструктурного исследования, сравнением результатов с результатами других авторов.

Основные результаты и положения, выноснмые на защиту:

1. Результаты изучения рельефа поверхности, строения, структуры и фазового состава зоны электровзрывного бороалитирования, алитирования совместно с карбидом кремния стали 45 после последующей ЭПО.

2. Повышение микротвердости и износостойкости в условиях сухого трения скольжения поверхностных слоёв стали 45 после комбинированной обработки.

3. Механизмы упрочнения поверхностных слоёв стали 45 после комбинированной обработки.

Апробация результатов исследования. Результаты диссертации представлялись на IV Евро-азиатской науч.-практ. конф. «Прочность неоднородных структур», Москва, 2008; XVI, XVII Респ. науч. конф. аспирантов, магистрантов и студентов по физике конденсированного состояния «Физика конденсированного состояния», Гродно, 2008, 2009; XI, X Междунар. конф. «Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов (ДСМСМС-2008)», Екатеринбург, 2008, 2009; 9th, 10th Inter. Conf. of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, 2008, 2010; VIII Всерос. школе-семинаре (с международным участием) «Новые материалы. Создание, структура, свойства», Томск, 2008; XVIII Петербургских чтениях по проблемам прочности и роста кристаллов, Санкт-Петербург, 2008; V Междунар. конф. «Фазовые превращения и прочность кристаллов», Черноголовка, 2008; Всерос. науч. конф. молодых учёных «Наука. Технологии. Инновации», Новосибирск, 2008; Всерос. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Наука и молодёжь: проблемы, поиски, решения», Новокузнецк, 2008; IX Междунар. науч.-техн. Уральской школе-семинаре металловедов-молодых учёных, Екатеринбург, 2008; XV Всерос. науч. конф. студентов-физиков и молодых учёных (ВНКСФ-15), Кемерово-Томск, 2009; V Междунар. конф. «Материалы и покрытия в экспериментальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий», Украина, Киев, 2008; II Междунар. рос.-кит. семинаре «Влияние электромагнитных полей на структуру и характеристики материалов», Москва, 2009; IV Рос. науч.-техн. конф. «Ресурс и диагностика материалов и конструкций», Екатеринбург, 2009; XVII Междунар. конф. «Физика прочности и пластичности материалов», Самара, 2009; XL VIII Междунар. конф., «Актуальные проблемы прочности», Тольятти, 2009; Междунар. науч. конф. «Материаловедение и термическая обработка металлов», Магнитогорск, 2009; Междунар. конф. по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов, Томск, 2009; Междунар. семинаре МНТ-Х «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий», Обнинск, 2009; V Всерос. конф. молодых учёных «Материаловедение, технологии и экология в 3-ем тысячелетии», Томск, 2009; XV Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные техника и технологии», Томск, 2009; Бернштейновских чтениях по термомеханической обработке металлических материалов, Москва, 2009; Междунар. науч.-практ. конф. с элементами научной школы для молодых

учёных «Инновационные технологии и экономика в машиностроении», Томск, 2010; V Евраз. науч.-практ. конф. «Прочность неоднородных структур (ПРОСТ 2010)», Москва, 2010.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 10 статей, 5 из которых в журналах из перечня ВАК и тезисы 35 докладов на конференциях, семинарах, симпозиумах, школах и чтениях.

Структура и объем работы. Диссертация включает в себя введение, 4 раздела и основные выводы, изложена на 112 страницах, содержит 64 рисунка и 4 таблицы, список литературы состоит из 113 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, сформулирована их цель и задачи, научная новизна и практическая значимость работы, дан обзор содержания диссертации, перечислены положения, выносимые на защиту.

Первый раздел «Комбинированные способы упрочнения поверхностных слоев металлов с использованием концентрированных потоков энергии» посвящен анализу научных исследований и практических разработок в области упрочнения и защиты металлов с использованием КПЭ, которые формируются тепловыми источниками, позволяющими обеспечить на облучаемой поверхности поглощаемую плотность мощности ~103 Вт/см2 и выше. Особый интерес вызывают технологии, сочетающие в себе различные методы нанесения покрытий, сопровождающиеся ЭПО, их различные комбинации и последовательность. К примеру, представляют большой интерес защитные покрытия на деталях электрохимического и химического оборудования. Отдельные виды обработки (осаждение тонких пленок, нанесение покрытий с помощью высокоскоростных плазменных струй, электронно-лучевая обработка) не позволяют существенно повысить служебные характеристики материала. Установлено, что комбинированные способы упрочнения могут влиять как на микрогеометрию поверхности, так и на физико-химические свойства приповерхностных объемов металла, их структуру и фазовый состав, определяя состояние поверхностного слоя. За счет сочетания механизмов упрочнения, имеющих различную природу (поверхностное легирование и пластическое деформирование, поверхностное закаливание и нанесение антифрикционного покрытия, нанесение покрытия и формирование на нем смазочных канавок и др.), комбинированное упрочнение наиболее эффективно. В настоящей работе основное внимание уделено комбинированным методам упрочнения, использующим ЭВЛ и последующую ЭПО. В этом случае дополнительная ЭПО после ЭВЛ приводит к значительному улучшению качества поверхностных слоев и повышению их функциональных свойств.

Во втором разделе «Материалы, оборудование для электровзрывного легирования и электронно-пучковой обработки и методы исследования поверхностных слоев» обоснован выбор материалов и видов ЭВЛ для проведения комбинированной обработки углеродистой стали 45. С помощью анализа диаграмм состояний показано, что в системах Fe-Al, Fe-B, А1-В образуются интерметаллид-

Электроснабжение устройств автоматики рассмотрено на примере участка железной дороги, электрифицированной на постоянном токе. Структурная схема модели комплекса электроснабжения приведена на рис. 1. В модели принимается, что для электроснабжения используются односторонняя (консольная) схема питания линии от тяговой подстанции ТП1. Для достижения достаточного уровня точности и универсальности модели применено имитационное моделирование с использованием системы компьютерной математики МаЙаЬ и ее расширения 81ти1шк. Это позволило существенно повысить наглядность модели, а также использовать результаты моделирования для дальнейшего анализа и других расчетов.

Во втором разделе рассмотрены вопросы контроля текущего состояния элементов комплекса электроснабжения устройств автоматики электрифицированных железных дорог, таких как провода линии электроснабжения ВЛ СЦБ и комплект линейный устройств электроснабжения (КЛУЭ) каждого потребителя перегона состоящего из проводов высоковольтного спуска, линейного питающего трансформатора и проводов низковольтного спуска.

Определение текущего состояния проводов предлагается делать на основе предложенных понятий:

Числовой логический коэффициент целостности провода фазы (ЧЛКПФ), (СЛ,СВ ,Сс) - коэффициент, который в случае отс утствия обрыва

фазного провода принимает значение «единица», иначе - значение «ноль», соответственно для проводов фаз А, В, С.

Числовой логический коэффициент соответствия по фазе (ЧЛКСФ), А^ -коэффициент который в случае соответствия сдвига фаз между напряжением питания и контрольным сигналом своему нормальному значению, принимает значение «единица», иначе - значение «ноль.

«Нормальное значение» линейного напряжения и сдвига фаз определяется исходя из данных, накопленных по результатам измерения в безаварийном режиме.

Проведенное моделирование показало, что применение значений линейных напряжений в качестве критерия определения места однофазного обрыва в линии может давать ошибочный результат вследствие подпитки потребителя через высоковольтные обмотки линейных трансформаторов соседних потребителей.

С целью более точного определения места обрыва провода в ВЛ СЦБ предлагается дополнительно измерять фазовый сдвиг между линейными напряжениями в конце линии. Кроме того, предлагается измерять сдвиг фаз между напряжением питания и контрольным сигналом на каждом потребителе.

Рис. 1. Структурная схема имитационной модели комплекса электроснабжения устройств автоматики

электрифицированных железных дорог

ЭПО по режиму 1, выявил многофазную структуру, представленную кристаллами мартенсита пакетной и пластинчатой морфологии, прослойками остаточного аустенита, зернами и субзёрнами феррита и выделениями второй фазы. Основной структурной составляющей данного слоя стали является мартенсит (рис. 3). К особенностям структуры мартенсита данного слоя можно отнести малые поперечные размеры кристаллов.

Исследование слоя, расположенного на глубине 20 ... 25 мкм, показало, что комбинированная обработка стали приводит к обогащению его атомами алюминия и бора. Анализ микроэлектронограмм, полученных с различных участков фольги, позволил выявить частицы алюминида бора и алюминида железа состава AIB^, AInFe4, соответственно.

Электронно-микроскопический анализ слоя, расположенного на глубине 10 ... 15 мкм, стали 45 после электровзрывного апитирования с карбидом кремния и ЭПО по режиму 3, выявил следующие типы структур, различающиеся как морфологически, так и фазовым составом и механизмом образования:

1. Ячейки кристаллизации, сформированные аустенитом, размеры которых изменяются в пределах 150...200 нм. По границам ячеек располагаются прослойки второй фазы. Индицирование микроэлектронограмм позволяет утверждать, что данные прослойки сформированы, предпочтительно, алюминидом железа состава Al^Fe^

2. Зерна феррита с сетчатой дислокационной субструктурой, скалярная плотность дислокаций которой 5,3-Ю10 см"2. Данные зерна сформировались на месте исходных зерен феррита;

3. Мартенситная структура. По границам кристаллов мартенсита выявляются прослойки остаточного аустенита и частицы цементита. Особенностью мартенситной структуры являются ультрамалые размеры кристаллов, их поперечные размеры изменяются в пределах 50...100 нм;

4. Зерна y-Fe и a-Fe, содержащие частицы карбида SiC субмикронных размеров. Размеры частиц изменяются в пределах 100... 130 нм. Это частицы исходного порошка карбида кремния. В зернах y-Fe выявлены наночастицы сложного состава AI4SÍC4, сформировавшиеся в результате ЭПО, а также фазы Fe3Si.

Рентгеноструктурные исследования поверхности стали 45 после электровзрывного бороалитирования показали в зоне легирования наличие фаз: a-Fe, FeB, FeAl, Fe2B, Fe23(C, B)6. Полученные результаты свидетельствуют, что упрочнение происходит вследствие формирования мелкодисперсной структуры, включающей твёрдые растворы, алюминиды и бориды

В четвертом разделе «Свойства поверхностных слоев стали 45 после комбинированной обработки» продемонстрированы возможности повышения служебных характеристик поверхностных слоев углеродистой стали 45.

Испытания на микротвёрдость стали 45 показали, что после электровзрывного бороалитирования формируется слой, микротвердость которого превосходит микротвердость объема образца примерно в 7 раз. После дополнительной ЭПО толщина упрочненного слоя увеличивается в ~3 раза при сопоставимых значениях величины микротвердости (рис. 4, а).

НУ гп

1

1

1

I

-з 4

ЗЛ ЗТ.В основа

X

О 10 20 30 40 50 «О "О 80 90 100 110 120 ,;,мкм 0 5 10 15 20 25 50 55 л.мкм

Рисунок 4 - Распределение микротвёрдости по глубине зоны электровзрывного бороалитирования (а), алитирования с карбидом кремния (б) и последующей ЭПО стали 45:1 - режим 1 ЭПО;

2 - режим 2 ЭПО; 3 - режим 3 ЭПО; 4 - режим 4 ЭПО;

5 - исходные образцы после ЭВЛ

После электровзрывного алитирования с карбидом кремния и последующей ЭПО (рис. 4, б) по режиму 3 формируется поверхностный слой с относительно низким уровнем микротвердости 6 ГПа, по сравнению с микротвердостью на поверхности после электровзрывного алитирования с карбидом кремния, которая достигает значения 11,8 ГПа. При удалении от поверхности обработки наблюдаются 2 максимума микротвердости в слоях, расположенных на глубине примерно 3 и 10 мкм, достигая значения 11 и 10,1 ГПа соответственно. На глубине примерно 8 мкм микротвёрдость падает до значения 9,5 ГПа. Изменение режима ЭПО сопровождается увеличением микротвердости поверхностного слоя до 10 ГПа по сравнению с микротвёрдостью на поверхности по режиму 3 (рис. 4, б).

Для интерпретации полученных данных по влиянию ЭПО на глубину зоны упрочнения и распределения микротвёрдости было проведено моделирование тепловых и диффузионных процессов.

Тепловая модель электронно-пучкового воздействия на поверхность легирования включает уравнение теплопроводности, граничные и начальные условия.

Расчетные зависимости температуры Т= Т(:, I) показали, что ЭПО в обоих режимах 1 и 2 обеспечивает нагрев поверхности до температуры кипения (рис. 5, а). При этом охлаждение до комнатной температуры происходит за доли миллисекунды. С учетом выбранной частоты следования импульсов ЭПО (0,3 Гц), можно считать, что тепловые процессы при каждом импульсе повторяют друг друга.

Увеличение времени импульса от 50 до 200 мкс при одной и той же поверхностной плотности энергии, приводящее к уменьшению интенсивности теплового воздействия в 4 раза (от 4 до 1 ГВт/м2), вызывает увеличение глубины

оплавления поверхностного слоя в 2,7 раза (рис. 5, б). Это коррелирует с данными световой микроскопии и измерения микротвердости, согласно которым при переходе от режима 1 к режиму 2 происходит увеличение глубины зоны упрочнения. С увеличением поверхностной плотности энергии при постоянном времени импульса, т.е. с ростом интенсивности воздействия, также происходит увеличение глубины оплавления. Однако, при этом, очевидно, развиваются интенсивные процессы испарения с поверхности. При обработке поверхностей металлов и сплавов после ЭВЛ такое испарение может приводить к утрате легирующих элементов. Наблюдающееся понижение микротвердости, измеренной с поверхности облученных образцов, относительно ее уровня в объеме, т.е. образование объемного максимума, можно связывать именно с процессом испарения легирующих элементов.

Рисунок 5 - Зависимость температуры на поверхности от времени обработки (а) и распределение температурь! по глубине слоев после ЭПО в различных режимах (б): 1 - ц = 4 ГВт/м2, г= 50 мкс, N=10; 2-ц=\ ГВт/м2, г= 200 мкс, Ы= 10; 5-<? = 7 ГВт/м2, г= 50 мкс, /У = 10. Горизонтальная линия на графиках соответствует: на а комнатной температуре; на б - температуре плавления металла

Диффузионная модель электронно-пучкового воздействия на поверхность легирования включает математическую задачу, которая состоит в нахождении концентраций, удовлетворяющих уравнению диффузии, граничным условиям и начальным условиям, отражающим легирование после ЭВЛ. На приведенной серии зависимостей можно отметить продвижение профилей концентраций в глубину (рис. 6, а). Наиболее корректно это продвижение можно описать, следя за определенной точкой на графике зависимости С(х,1) от N. В качестве опре-

деленной точки возьмем точку перегиба и будем полагать, что фронт продвижения диффузии связан с движением точки перегиба на зависимости концентрации С(*,г) от N при фиксированных моментах времени.

Рисунок 6 - Распределение легирующего элемента по глубине поверхностных слоев (а) и положение точки перегиба концентрационного профиля легирующего элемента после различного числа импульсов обработки (б).

Видно (рис. 6, б), что с увеличением числа импульсов электронно-пучкового воздействия глубина проникновения легирующих элементов монотонно увеличивается и после десяти импульсов (при этом общее время обработки / = 2000 мкс) достигает 90 мкм. Эта величина соответствует наблюдаемому экспериментально увеличению глубины упрочнения. Таким образом, результаты расчёта коэффициента диффузии соответствуют экспериментальным данным при использовании коэффициента диффузии порядка 10"2 см2/с. Это позволяет утверждать, что предложенный механизм адекватно отражает экспериментальные данные.

Испытания износостойкости стали 45 после бороалитирования, определяемой по объему вытираемой на поверхности лунки с использованием зависимости диаметра лунки от пути трения, показали, что её значение увеличивается в 2,5 раза. Дополнительная ЭПО увеличивает износостойкость ещё примерно в 40 раз (рис. 5). После электровзрывного алитирования с карбидом кремния износостойкость увеличивается 1,7 раза, а в случае дополнительной ЭПО ещё примерно в 10 раз.

<7. мм 1.5

1.0

0.5

/ /

г я / /// ^

Ц/, '

4

Г//

7/ у'

« 200 400 600 Л. м

Рисунок 7 - Зависимость диаметра лунки (с/) от пути трения (5) стали 45 после электровзрывного бороалитирования, алитирования совместно с карбидом кремния и ЭГ10:1 - исходный образец; 2 - после электровзрывного алитирования с карбидом кремния; 3 - после электровзрывного бороалитирования; 4 - после электровзрывного алитирования с карбидом кремния и ЭПО; 5 - после электровзрывного бороалитирования и ЭПО.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны способы электровзрывного бороалитирования и алитирования совместно с карбидом кремния стали 45, обеспечивающие значительное повышение микротвёрдости в 7 и 6 раз и износостойкости в 2,5 и 1,7 раза, соответственно.

2. Электронно-пучковое воздействие приводит к выравниванию рельефа, залечиванию микротрещин и повышению функциональных свойств.

3. Фазовый состав поверхностных слоев стали 45 после электровзрывного бороалитирования и последующей ЭПО сформирован кристаллами мартенсита, прослойками остаточного аустенита, зернами и субзернами феррита и выделениями частиц вторых фаз состава А1В|2, А1Ре4, РеВ, РегВ, Регз(В, С)б.. Фазовый состав поверхности электровзрывного алитирования с карбидом кремния и последующей ЭПО стали 45 в оптимальном режиме, обеспечивающем максимальное упрочнение поверхности, представлен ячейками аустенита, зёрнами мартенсита, прослойками остаточного аустенита, частицами Б1С субмикронных размеров и наночастицами состава А148)С4, Ре381.

4. Комбинированная обработка стали 45 приводит к росту глубины упрочнения. Микротвёрдость после электровзрывного бороалитирования и ЭПО составляет 16 ГПа, а глубина упрочнения 90 мкм, а после электровзрывного али-

тирования с совместно карбидом кремния и ЭПО - 12,5 ГПа и 50 мкм, соответственно. В исходном состоянии микротвёрдость составляет 2 ГПа.

5. Износостойкость в условиях сухого трения скольжения после электровзрывного бороалитирования и ЭПО увеличивается в 43 раза, а при электровзрывном алитировании с карбидом кремния - в 12 раз.

6. Упрочнение поверхности достигается вследствие формирования мелкодисперсной неравновесной структуры, содержащей упрочняющие фазы.

7. Разработанные модели объясняют полученные результаты особенностями протекания тепловых и диффузионных процессов при ЭПО.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

В рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Закономерности электровзрывного легирования металлов и сплавов / Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, А.Я. Багаутдинов, A.B. Вострецова|), В.Е. Громов // Изв. вузов. Физика. - 2008. - № 5. - С. 71-83.

2. Структура и свойства поверхности электронно-пучковой обработки стали, подвергнутой электровзрывному алитированию / A.B. Вострецова, Ю.Ф. Иванов, С.Ю. Филимонов, А.Д. Тересов, Ю.А. Колубаева, Е.А. Будовских, В.Е. Громов //Изв. вузов. Физика. -2009.-№ 11/2.-С.161-165.

3. Модификация низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком поверхности стали, легированной электровзрывным методом / Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Колубаева, С.Ю. Филимонов, Е.А. Будовских, A.B. Вострецова, В.Е. Громов//Упроч. технологии и покрытия. - 2009. -№ 2.- С. 17-22.

4. Формирование структуры и свойств стали 45 при комплексной электровзрывной и электронно-пучковой обработке / Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Колубаева, С.Ю. Филимонов, A.B. Вострецова, Е.А. Будовских // Изв. вузов. Чёрн. металлургия. - 2008. -№ 12. - С. 43-48.

5. Импульсная электронно-пучковая модификация поверхности электровзрывного легирования углеродистой стали / Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Колубаева, С.Ю. Филимонов, A.B. Вострецова, Е.А Будовских, В.Е. Громов // Изв. вузов. Черн. металлургия. - 2009. - № 10. - С.42-44.

В других изданиях

1. Структурно-фазовые состояния поверхностных слоев железа при электровзрывном легировании / Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, А.Я. Багаутдинов, A.B. Вострецова, В.Е. Громов // Проблемы чёрн. металлургии и материаловедения.-2009.-№ 1,- С. 37-42.

2. Структурно-фазовое состояние поверхности электронно-пучковой обработки стали, подвергнутой электровзрывному алитированию / Ю.Ф. Иванов, С.Ю. Филимонов, Ю.А. Колубаева, А.Д. Тересов, H.H. Коваль, A.B. Вострецова, Е.А.

' Фамилия Вострецова изменена на Ионина в 2009 г. в связи с заключением брака

14

Будовских, В.Е. Громов // Фундам. проблемы соврем, материаловедения. - 2009. -№ 2. - С. 119-123.

3. Модификация структуры и свойств поверхности двухкомпонентного электровзрывного легирования стали 45 / A.B. Вострецова, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов // Фундам. проблемы соврем, материаловедения. -2010.-№3,-С. 110-114.

4. Модификация структуры и свойств поверхности электровзрывного легирования стали 45 и сплава ВТ20 / A.B. Вострецова, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов // Прочность и пластичность материалов при внешних энергетических воздействиях; под ред. Громова В.Е. - Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2010. С. 342-350.

5. Математическое моделирование тепловых и диффузионных процессов при импульсно-периодическом электронно-пучковом оплавлении поверхностных слоев стали 45, легированных электровзрывным способом / Е.С. Ващук, В.Д. Сары-чев, A.B. Вострецова, Е.А. Будовских, В.Е. Громов // Прочность и пластичность материалов при внешних энергетических воздействиях / под ред. Громова В.Е. -Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2010. С. 342-350.

В сборниках тезисов семинаров и конференций

1. Формирование металл-углеродных композитных слоев на поверхности металлов при электровзрывном легировании / A.B. Вострецова, Е.А. Будовских,

B.Е. Громов // Прочность неоднородных структур (ПРОСТ-2008): Тез. докл. IV Евраз. науч.-практ. конф. 8-10 апр. - М: МИСИС, 2008. - С. 100.

2. Микротвёрдость зоны электровзрывного легирования стали 45 до и после электронно-пучковой обработки / A.B. Вострецова, C.B. Карпий, Е.А. Будовских, В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Колубаева, А.Д. Тересов, С.Ф. Филимонов // Фазовые превращения и прочность кристаллов: V Междунар. конф., посвященная памяти академика Г.В. Курдюмова. 17-21 нояб. - Черноголовка, 2008.-С. 75.

3. Структура и свойства нанокомпозитных слоев, сформированных при электровзрывном легировании никеля и сталей / A.B. Вострецова, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов // «Молодые учёные - науке, технологиям и профессиональному образованию»: материалы Междунар. науч.-техн. шк.-конф. В 4 ч. 10 - 13 нояб. - М: МИРЭА, 2008. Ч. 3. - С. 157-159.

4. Упрочнение поверхности металлов и сплавов электровзрывным легированием / A.B. Вострецова, C.B. Карпий, Е.А. Будовских, В.Е. Громов // IX Междунар. науч.-техн. Уральская шк.-семинар металловедов-молодых учёных: материалы семинара. 1-5 дек. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УГ1И, 2008. -

C. 190-192.

5. Влияние параметров электронно-пучковой обработки на распределение микротвёрдости в поверхностных слоях углеродистой стали после электровзрывного легирования / A.B. Вострецова, Е.А. Будовских, C.B. Карпий, В.Е. Громов // ВНКСФ-15: XV Всерос. науч. конф. студентов-физиков и молодых учёных. 26 марта-2 апр. - Кемерово-Томск: АСФ России, 2009. - С. 713.

6. Применение электровзрывного легирования для формирования на поверхности металлов и сплавов градиентных нанокомпозитных структур / Е.А. Будовских, A.B. Вострецова, В.Е. Громов // «Материалы и покрытия в экспериментальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий»: V Междунар. конф. 22-26 сент. - Украина: ООО «ИНТЕМ», 2008. - С. 156.

7. The action of subsequent treatment on change of gradient structure through the depth of the electroexplosive alloying zone of metals / E.A. Budovskikh, A.V. Vostretsova, S.V. Karpij, Y.F. Ivanov, G. Tang, V.E. Gromov // «Влияние электромагнитных полей на структуру и характеристики материалов»: сб. материалов II Междунар. рос.-кит. семинара. 26-29 мая. - С. 154-155.

8. Влияние электронно-пучковой обработки на поверхность элеюровзрывного легирования металлических материалов / A.B. Вострецова, Е.С. Ващук, С.В. Карпий, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов // Актуальные проблемы прочности: сб. тр. XL VIII Междунар. конф., посвященной памяти М.А. Кришта-ла. 15-18 сентября. - Тольятти: ТГУ, 2009. - С. 224.

9. Химические аспекты влияния электронно-пучковой обработки на зону электровзрывного легирования / A.B. Вострецова, Е.С. Ващук, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов // Прочность неоднородных структур (ПРОСТ 2010): сб. тр. V Евраз. науч.-практ. конф. 20-22 апр. - М: МИСиС, 2010. - С. 156.

Подписано в печать 09 ноября 2010. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,93. Уч. изд. л. 1,04. Тираж 100 экз. Заказ № 857.

ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет». 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42

ВВЕДЕНИЕ.

1 КОМБИНИРОВАННЫЕ СПОСОБЫ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЁВ МЕТАЛЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ.

1.1 Повышение конструкционной прочности поверхностных слоев материалов с использованием комбинированной обработки.

1.2 Разновидности упрочняющей комбинированной обработки с использованием концентрированных потоков энергии.

1.3 Основные особенности комбинированных способов упрочнения поверхности металлов и сплавов.

1.4 Цель и задачи исследования.

2 МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ И ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКИ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ.

2.1 Обоснование выбора материалов для проведения комбинированной обработки стали 45.

2.2 Лабораторная электровзрывная установка ЭВУ 60/10.

2.3 Вакуумная импульсная электронно-пучковая установка «СОЛО».

2.4 Режимы обработки, методы исследования структуры, фазового состава и свойств поверхностных слоев после комбинированной обработки.

3 СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ

СТАЛИ 45 ПОСЛЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ.

3.1 Сканирующая электронная микроскопия поверхностных слоев стали 45 после комбинированной обработки.

3.2 Электронно-микроскопические исследования зоны комбинированной обработки стали 45.

3.3 Шероховатость поверхности стали 45 после электровзрывного бороалитирования и комбинированной обработки.

3.4 Рентгеноструктурные исследования стали 45 после электровзрывного бороалитирования. ВО

3.5 Выводы.

4 СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ СТАЛИ 45 ПОСЛЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ.

4.1 Влияние электронно-пучковой обработки на распределение микротвёрдости по глубине стали 45 после различных видов электровзрывного легирования.

4.2 Повышение износостойкости поверхности стали 45 после электровзрывного бороалитирования, алитирования с карбидом кремния и комбинированной обработки.

4.3 Анализ тепловых и диффузионных процессов при ЭПО поверхности электровзрывного легирования.

4.4 Выводы.

Актуальность исследования. Упрочнение поверхности металлов и сплавов с использованием концентрированных потоков энергии (КПЭ) развивается опережающими темпами по сравнению с традиционными технологиями термической и химико-термической обработки [1, 2]. В последние десятилетия получил развитие новый способ такой обработки электровзрывное легирование (ЭВЛ) [3]. Он заключается в модификации структуры и свойств поверхностных слоев материалов путем формирования импульсных многофазных плазменных струй при электрическом взрыве проводников, оплавления ими поверхности и насыщения расплава продуктами взрыва с последующей самозакалкой и образованием новых фаз и соединений.

В ряде случаев ЭВЛ позволяет получать на поверхности облучаемого материала структурно-фазовые состояния, недостижимые при использовании других аналогичных способов обработки и обладающие высокими функциональными свойствами. В то же время, неоднородность строения и структуры плазменных струй, а также импульсный характер термосилового воздействия на поверхность при ЭВЛ, являются причинами формирования высокоразвитого рельефа облучаемой поверхности и незавершённости структурно-фазовых превращений в зоне легирования. Это может ограничивать возможности практического использования способа.

Исследования последних лет показали [4-11], что возможности ЭВЛ могут быть усилены при совместном использовании его с электронно-пучковой обработкой (ЭПО), осуществляемой с оплавлением поверхности низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками (НСЭП). Такая комбинированная обработка приводит к выравниванию поверхности, увеличению глубины и повышению функциональных свойств зоны упрочнения. Актуальность темы исследования обусловлена тем, что комбинированная обработка позволяет увеличивать функциональные свойства поверхности в несколько раз.

Тема диссертации соответствует направлению «Нанотехнологии и нанома-териалы» Перечня критических технологий РФ. Исследования проводились в соответствии с ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.» (гос. контракты №№■ П332, 02.740.11.0538), АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» на 2009-2010 гг. (проект 2.1.2/546) и поддержаны грантами РФФИ (№№ 10-07-00172-а, 07-08-92102-ГФЕН а, 08-02-00024-а, 08-02-12012-офи).

Цель и задачи исследования. Работа посвящена выявлению закономерностей формирования структурно-фазовых состояний для повышения функциональных свойств поверхностных слоев углеродистой стали 45 при электронно-пучковой обработке поверхности стали 45 после электровзрывного бороалити-рования и алитирования совместно с карбидом кремния.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработать способы комбинированной обработки стали 45.

2. Изучить влияние ЭПО на рельеф поверхности двухкомпонентного ЭВЛ стали 45.

3. Провести экспериментальный и теоретический анализ изменения структурно-фазовых состояний по глубине поверхностных слоев стали 45 после двухкомпонентного ЭВЛ и-комбинированной'обработки.

4. Определить механические свойства поверхности стали 45 после двухкомпонентного ЭВЛ и комбинированной обработки.

5. Выявить механизмы упрочнения.

Объект исследования. Настоящая работа выполнена в рамках общего направления развития научных исследований и практических разработок — обработки материалов КПЭ. Такая обработка проводится различными способами, среди которых можно выделить способы поверхностного легирования с использованием импульсных плазменных потоков и струй [12—36].

Предмет исследования. Наиболее близкими к ЭВЛ по параметрам и условиям воздействия на поверхность является ЭПО НСЭП [37-41]. Они имеют сопоставимые значения поглощаемой плотности мощности, глубины и диаметра 5 зоны воздействия, что дает возможность осуществлять комбинированную обработку, сочетающую ЭВЛ и последующую ЭПО с целью расширения возможной области их практического использования.

Методологическая и теоретическая основа исследования. При выборе способов упрочнения поверхности металлов и сплавов следует исходить из того, что функциональные свойства поверхностных слоев определяются, прежде всего, особенностями их структурно-фазовых состояний. Анализ литературы показывает, что наибольшего упрочнения удается добиться при поверхностном легировании с использованием лазерного, электронно-пучкового и плазменного нагрева поверхности.

Научная новизна. Выявлены механизмы упрочнения поверхностных слоев углеродистой стали 45 после комбинированной обработки. Показано, что по глубине зоны легирования, после комбинированной обработки формируется градиентная многофазная структура. Предложено модельное описание тепловых и диффузионных процессов ЭПО, позволяющее дать физическую интерпретацию полученных результатов.

Практическая значимость работы. Определены режимы, при которых ЭПО уменьшает шероховатость поверхности, увеличивает глубину зоны упрочнения,ее микротвердость и износостойкость.

Достоверность полученных результатов обусловлена большим объемом экспериментальных данных, полученных с использованием световой, сканирующей и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии, рентгено-структурного анализа, определения микротвёрдости и износостойкости, сравнением результатов с результатами других авторов.

Апробация работы. Результаты диссертации представлялись на IV Евроазиат. науч.-практ. конф. «Прочность неоднородных структур», Москва, 2008;

XVI, XVII Респ. науч. конф. аспирантов, магистрантов и студентов «Физика конденсированного состояния», Гродно, 2008, 2009; XI, X Междунар. конф.

Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов

ДСМСМС-2008)», Екатеринбург, 2008, 2009; 9th, 10lh Inter. Conf. of Materials 6 with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, 2008, 2010; VIII Всерос. школе-семинаре с междунар. участием «Новые материалы. Создание, структура, свойства», Томск, 2008; XVIII Петербургских чтениях по проблемам прочности и роста кристаллов, Санкт-Петербург, 2008; V Междунар. конф «Фазовые превращения и прочность кристаллов», Черноголовка, 2008; Всерос. науч. конф. молодых учёных «Наука. Технологии. Инновации», Новосибирск, 2008; Всерос. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Наука и молодёжь: проблемы, поиски, решения», Новокузнецк, 2008; IX Междунар. науч.-техн. Уральской школе-семинаре металловедов-молодых учёных, Екатеринбург, 2008; XV Всерос. науч. конф. студентов-физиков и молодых учёных (ВНКСФ-15), Кемерово-Томск, 2009; V Междунар. конф. «Материалы и покрытия в экспериментальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий», Украина, Киев, 2008; II Междунар. рос.-кит. семинаре «Влияние электромагнитных полей на структуру и характеристики материалов», Москва, 2009; IV Рос. науч.-техн. конф. «Ресурс и диагностика материалов и конструкций», Екатеринбург, 2009; XVII Междунар. конф. «Физика прочности и пластичности материалов», Самара, 2009; XL VIII Междунар. конф., «Актуальные проблемы прочности», Тольятти, 2009; Междунар. науч. конф. «Материаловедение и термическая обработка металлов», Магнитогорск, 2009; Междунар. конф. по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов, Томск, 2009; Междунар. семинаре МНТ-Х «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий», Обнинск, 2009; V Всерос. конф. молодых учёных «Материаловедение, технологии и экология в 3-ем тысячелетии», Томск, 2009; XV Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные техника и технологии», Томск, 2009; Бернштейновских чтениях по термомеханической обработке металлических материалов, Москва, 2009; Междунар. науч.-практ. конф. с элементами научной школы для молодых учёных «Инновационные технологии и экономика в машиностроении», Томск,

2010; V Евраз. науч.-практ. конф. «Прочность неоднородных структур (ПРОСТ 2010)», Москва, 2010.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 10-ти статьях, 5 из которых в журналах из перечня ВАК, и тезисах 35-ти докладов на конференциях, семинарах, школах и чтениях1.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты изучения рельефа поверхности, строения, структуры и фазового состава зоны электровзрывного бороалитирования, алитирования совместно с карбидом кремния стали 45 после ЭПО.

2. Повышение микротвердости и износостойкости в условиях сухого трения скольжения поверхностных слоев стали 45 после комбинированной обработки.

3. Механизмы упрочнения поверхностных слоев стали 45 при комбинированной обработке.

Краткое описание структуры диссертационной работы. Диссертация включает в себя введение, 4 раздела и основные выводы, изложена на 112 страницах машинописного текста, содержит 63 рисунка и 4 таблицы, список литературы состоит из 113 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны способы электровзрывного бороалитирования и алитирова-ния совместно с карбидом кремния стали 45, обеспечивающие значительное повышение микротвёрдости в 7 и 6 раз и износостойкости в 2,5 и 1,7 раза, соответственно.

2. Электронно-пучковое воздействие приводит к выравниванию рельефа, залечиванию микротрещин и повышению функциональных свойств.

3. Фазовый состав поверхностных слоев стали 45 после электровзрывного бороалитирования и последующей ЭПО сформирован кристаллами мартенсита, прослойками остаточного аустенита, зернами и субзернами феррита и выделениями частиц вторых фаз состава АШ12, А1Ре4, БеВ, РезВ, Ре2з(В, С)6. Фазовый состав поверхности электровзрывного алитирования с карбидом кремния и последующей ЭПО стали 45 в оптимальном режиме, обеспечивающем максимальное упрочнение поверхности, представлен ячейками аустенита, зёрнами мартенсита, прослойками остаточного аустенита, частицами БЮ субмикронных размеров и наночастицами ростава А1481С4, Ре38ь

4. Комбинированная обработка стали 45 приводит к росту глубины упрочнения. Микротвёрдость после электровзрывного бороалитирования и ЭПО составляет 16 ГПа, а глубина упрочнения 90 мкм, а после электровзрывного алитирования с совместно карбидом кремния и ЭПО - 12,5 ГПа и 50 мкм, соответственно. В исходном состоянии микротвёрдость составляет 2 ГПа.

5. Износостойкость в условиях сухого трения скольжения после электровзрывного бороалитирования и ЭПО увеличивается в 43 раза, а при электровзрывном алитировании с карбидом кремния — в 12 раз.

6. Упрочнение поверхности достигается вследствие формирования мелкодисперсной неравновесной структуры, содержащей упрочняющие фазы.

7. Разработанные модели объясняют полученные результаты особенностями протекания тепловых и диффузионных процессов при ЭПО.

1. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов: учеб. / В.А. Грибков, Ф.И. Григорьев, Б.А. Калин, В.Л. Якушин. М.: Круглый год, 2001. - 527 с.

2. Модификация поверхности деталей из жаропрочных сталей сильноточными импульсными электронными пучками / В.А. Шулов, А.Б. Белов, А.Ф. Львов и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2005. — № 2. — С. 61—70.

3. Физические основы электровзрывного легирования металлов и сплавов / А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов. — Новокузнецк, СибГИУ. 2007. - 301 с.

4. Структура и свойства поверхности электронно-пучковой обработки стали, подвергнутой электровзрывному алитированию / A.B. Вострецова, Ю.Ф. Иванов, С.Ю. Филимонов и др. // Изв. вузов. Физика. — 2009. № 11/2. - С. 161-165.

5. Формирование структуры и свойств стали 45 при комплексной электровзрывной и электронно-пучковой обработке / Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Колубае-ва, С.Ю. Филимонов и др. // Изв. вузов. Чёр. металлургия. 2008. - № 12. — С. 43-48.

6. Модификация низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком поверхности стали, легированной электровзрывным методом / Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Колубаева, С.Ю. Филимонов и др. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2009. - № 2. - С. 17-22.

7. Импульсная электронно-пучковая модификация поверхности электровзрывного легирования углеродистой стали / Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Колубаева, С.Ю. Филимонов и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. — 2009. № 10. - С. 42-44.

8. Структурно-фазовое состояние поверхности электронно-пучковой обработки стали, подвергнутой электровзрывному алитированию / Ю.Ф. Иванов, С.Ю. Филимонов, Ю.А. Колубаева и др. // Фундам. проблемы соврем, материаловедения. 2009. - № 2. - С. 119-123.100

9. Формирование наноразмерных фаз при электровзрывном алитировании и бороалитировании и электронно-пучковой обработке поверхности титан / C.B. Карпий, М.М. Морозов, Ю.Ф. Иванов и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. 2010. - № 8. - С. 42-44.

10. Структурно-фазовые состояния титана после электровзрывного легирования и последующей электронно-пучковой обработки / C.B. Карпий, М.М. Морозов, Е.А. Будовских и др. // Успехи физики металлов. -2010. Т. 11. - С. 1-21.

11. Структура и фазовый состав технически чистого титана, подвергнутого электровзрывному алитированию и последующей электронно-лучевой обработке / C.B. Карпий, Ю.Ф. Иванов, H.H. Коваль и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2010. - № 4. - С. 24-29.

12. Модификация структуры и свойств поверхностных слоев углеродистых сталей при воздействии компрессионного плазменного потока / В.В. Углов, В.М. Анищик, В.В. Асташинский и др. // Физика и химия обраб. материалов. -2002. -№ 3. С. 23-28.

13. Изменение микроструктуры и механических свойств железа в результате воздействия компрессионного плазменного потока / В.В. Углов, В.М. Анищик, В.В. Асташинский и др. // Физика и химия обраб. материалов. -2004.-№4.-С. 37-42.

14. Поверхностная обработка инструментальных сталей плазменными потоками квазистационарного ускорителя / В.В. Углов, В.М. Анищик, Е.К. Стальмоше-нок и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2004. - № 5. - С. 44-49.

15. Структурно-фазовое состояние системы титан-сталь, облученной компрессионным плазменным потоком азота / В.В. Углов, В.М. Анищик, H.H. Че-ренда и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2005. - № 2. - С. 36-41.

16. Модификация элементного и фазового состава быстрорежущей стали PI8 компрессионным плазменным потоком / H.H. Черенда, В.В. Углов, В.В. Асташинский и др. // Вакуумная техника и технология Т. 15. - № 1. - С. 29-35.

17. Периодические структуры, сформированные на поверхности монокристаллического кремния при воздействии компрессионной плазмы / Н.Т. Квасов,101

18. Ю.Г. Шедко, B.B. Углов, B.B. Асташинский // Доклады БГУИР. 2007. - № 4. - С. 101-107.

19. Исследование механизмов формирования объемных регулярных структур на поверхности кремния при воздействии импульсом компрессионной плазмы / В.М. Анищик, В.В. Углов, A.B. Пунько и др. // Перспективные материалы. 2003. - № 5. - С. 5-11.

20. Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца при взаимодействии компрессионной плазмы с веществом / В.М. Анищик, В.М. Асташинский, Н.Т. Квасов и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2008. - № 5. - С. 27-33.

21. Углов В.В., Черенда H.H., Стальмошенок Е.К. Перемешивание системы цирконий сталь компрессионными плазменными потоками, сформированными в квазистационарном плазменном ускорителе // Вакуумная техника и технология. - 2006. Т. 16. - № 2. - С. 123-131.

22. Углов В.В., Анищик В.М., Асташинский В.В. Формирование субмикронных цилиндрических структур при воздействии на поверхность кремния компрессионным плазменным потоком // Письма в ЖЭТФ. — 2001. — Т. 74. — Вып. 4. С. 234-236.

23. Compressive plasma flows interaction with steel surface: structure and mechanical properties of modified layer / V.M. Anishchik, V.V. Uglov, V.V. Astashynski et al. // Vacuum. 2003. - V. 70.- P. 269-274.

24. Взаимодействие импульсной водородной плазмы с поверхностью ванадия и его сплавов / Н.П. Апарина, И.В. Боровицкая, В.И. Васильев и др. // Металлы. 2000. - № 2. - С. 112-114.

25. Якушин В.Л. Модифицирование углеродистых и низколегированных сталей потоками высокотемпературной импульсной плазмы // Там же. — 2005. — № 2.-С. 12-24.

26. Использование коаксиального магнитоплазменного ускорителя для нанесения сверхтвердых функциональных покрытий на металлические поверхности // A.C. Сайгаш, Д.Ю. Герасимов, P.P. Шарипов, С.И. Привезенцев //

27. Фундаментальные проблемы в 3-м тысячелетии: Материалы 3-й Всерос.102конф. молодых ученых в рамках Рос. науч. форума с междунар. участием "Демидовские чтения". 3-6 марта 2006. Томск: НТЛ, 2006. С. 111-115.

28. Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C., Сивков A.A. Использование коаксиального магнитоплазменного ускорителя для нанесения медного покрытия на алюминиевую поверхность // Приборы. 2005. - № 6. - С. 33-40.

29. Сивков A.A., Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C. Электроэрозионная наработка материала в коаксиальном магнитоплазменном ускорителе для нанесения покрытий // Электротехника. 2005. - № 6. - С. 25-33.

30. Сверхглубокое проникание вещества высокоскоростного плазменного потока в металлическую преграду / A.A. Сивков, А.П. Ильин, A.M. Громов, Н.В. Бычин // Физика и химия обраб. материалов. 2003. - № 1. - С. 42-48.

31. Воздействие импульсного высокоэнтальпийного потока плазмы на титан и титан с платиновым покрытием / С.С. Кацнельсон, Г.А. Поздняков, А.И. Маслий, О.Н. Сидельникова // Физика и химия обраб. материалов. — 2005. — №2.-С. 42-48.

32. Тюрин Ю.Н., Колисниченко О.В., Цыганков Н.Г. Импульсно-плазменное упрочнение инструмента// Автомат, сварка. -2001. — № 1.-С. 38-44.

33. Влияние параметров разрядного контура плазменно-детонационной установки на газодинамические характеристики импульсных плазменных потоков / M.JI. Жадкевич, Ю.Н. Тюрин, О.В. Колисниченко, В.М. Мазунин // Автомат. сварка. 2006. - № 8. - С. 42-45.

34. Упрочнение и массоперенос при импульсной плазменно-детонационной обработке сталей / А.Д. Погребняк, О.П. Кульментьева, B.C. Кшнякин и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2002. - № 2. - С. 40-48.

35. Структура и свойства покрытий из Al-Ni, нанесенных импульсной плазменной струей на подлодку из стали / А.Д. Погребняк, Ю.А. Кравченко, Д.Л. Алонцева и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2004. - № 2. - С. 45-49.

36. Структура и свойства А1-Со покрытия, нанесенного высокоскоростной импульсной плазменной струей / А.Д. Погребняк, А.Д. Михалев, В.В. Понарядов и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2005. - № 6. - С. 28-31.103

37. Погребняк А.Д., Тюрин Ю.Н. Модификация свойств материалов и осаждение покрытий с помощью плазменных струй // Успехи физ. наук. — 2005. Т. 175.-№5.-С. 515-544.

38. Тюрин Ю.Н., Жадкевич МЛ. Плазменные упрочняющие технологии. Киев: Наукова думка, 2008. 216 с.

39. Pulsed electron-beam melting of high-speed steel: structural transformation and wear resistance / Yu. Ivanov, W. Matz, V. Rotshtein et al. // Surf, and Coat. Tech-nol. 2002. — V 150.-P. 188-198.

40. Rotshtein V., Ivanov Yu., Markov A. Surface treatment of materials with low-energy, high-current electron beams // Charter 6 in Book «Materials surface processing by directed energy techniques». P. 205-240. Ed. by Y. Pauleau: Elsevier. - 2006. - 763 p.

41. Закономерности электровзрывного легирования металлов и сплавов / Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, А .Я. Багаутдинов, А.В. Вострецова, В.Е. Громов //

42. Изв. вузов. Физика. 2008. - № 5. - С. 71-83.104

43. Структурно-фазовые состояния поверхностных слоев железа при электровзрывном легировании / Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, А.Я. Багаутдинов,

44. A.B. Вострецова, В.Е. Громов // Проблемы чёр. металлургии и материаловедения. 2009. - № 1. - С. 37-^2.

45. Модификация структуры и свойств поверхности двухкомпонентного электровзрывного легирования стали 45 / Вострецова A.B., Будовских Е.А., Иванов Ю.Ф., Громов В.Е. // Фундам. проблемы соврем, материаловедения. -2010.-№3.-С. 110-114.

46. Модификация структуры и свойств поверхности электровзрывного легирования стали 45 и сплава ВТ20 / A.B. Вострецова, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов,

47. B.Е. Громов // Прочность и пластичность материалов при внешних энергетических воздействиях; под ред. В.Е. Громова Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2010. С. 331-341.

48. Арзамасов Б.Н. Материаловедение: учеб. для вузов / под общ. ред. Б.Н. Арза-масова, Г.Г. Мухина. 3-е изд. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 648 с.

49. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение машиностроительных материалов. М.: Машиностроение, 1994. - 496 с.

50. Приходько В.М., Петрова Л.Г., Чудина О.В. Металлофизические основы разработки упрочняющих технологий. М.: Машиностроение, 2003. - 384 с.

51. Бобров Г.В. Нанесение неорганических покрытий (теория, технология, оборудование): учеб. пособие для студентов вузов. — М.: Интермет Инжиниринг, 2004. 624 с.

52. Верхотуров А.Д. Физико-химические основы процесса электроискрового легирования металлических поверхностей. Владивосток: Дальнаука, 1992. — 173 с.105

53. Верхотуров А.Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании. Владивосток: Дальнаука, 1995. - 320 с.

54. Девойно О.Г. Технологические основы формирования износостойкости поверхности лазерным легированием. Минск: Технопринт, 1999. - 241 с.

55. Технология лазерной обработки конструкционных и инструментальных материалов в авиадвигателестроении: учеб. пособие // P.P. Латыпов, Н.Г. Тере-гулов, A.M. Смыслов, A.B. Лобанов; под. общ. ред. В.Ф. Безъязычного. -М.: Машиностроение, 2007. 234 с.

56. Шипко A.A., Поболь И.Л., Урбан И.Г. Упрочнение сталей и сплавов с использованием электронно-лучевого нагрева. Минск: Навука i техшка, 1995. - 280 с.

57. Упрочнение поверхности деталей комбинированными способами / А.Г. Бойцов, В.Н. Машков. В.А. Смоленцев, Л.А. Хворостухин. -М.: Машиностроение, 1991.- 144 с.

58. Чудина О.В. Комбинированные методы поверхностного упрочнения сталей с применением лазерного нагрева: теория и технология. М.: МАДИ (ГТУ), 2003.-248 с.

59. Чудина О.В., Александров В.А., Уханов Н.В., Самойлов В.И. Повышение износостойкости конструкционных сталей комбинированным методом термодиффузионного упрочнения // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2007,-№4.-С. 29-33

60. Сафонов А.Н. Особенности борирования железа и сталей с помощью непрерывного СОг-лазера // Металловедение и терм, обраб. металлов. 1998. - №1.-С. 5-9.

61. Лысенко А.Б. Влияние технологических факторов на состав, строение и свойства зоны лазерной химико-термической обработки // Физика и химия обраб. материалов. 2001. - № 2. - С. 25-30.

62. Особенности теплопереноса и кристаллизации при лазерной обработке сплавов с оплавлением поверхности / А.Б. Лысенко, H.A. Коровина, Е.А. Якунин и др. // Металлофизика и новейшие технологии. 2005. - Т. 27. - №1..-С. 1503-1518.

63. Механизмы распределения насыщающего элемента в процессе лазерного борирования стали / А.Б. Лысенко, Г.П. Брехаря, В.В. Немошколенко и др. // Металлофизика и новейшие технологии. 2002. - Т. 24. - № 10. - С. 1363— 1374.

64. Лысенко А.Б., Козина H.H., Лысенко A.A. Особенности распределения насыщающего элемента в зоне лазерного силицирования сталей // Физика металлов и металловедение. 2006. - Т. 102. - № 6. - С. 664-670.

65. Яндимиркин Е.М. Особенности превращений в лазерно-легированных слоях углеродистых сталей, полученных методом инжекции порошка карбида бора // Физика и химия обраб. материалов. 2003. - № 4. - С. 36-40.

66. Яндимиркин Е.М. Особенности превращений в лазерно-легированных слоях чугуна, полученных методом инжекции порошка карбида бора // Физика и химия обраб. материалов. 2004. - № 5. - С. 27-31.

67. Яндимиркин Е.М. Фазовый состав и структура поверхности конструкционных и инструментальных сталей при лазерном легировании карбидом бора // Физика и химия обраб. материалов. 2006. - № 3. - С. 38-42.

68. Гиржон В.В., Мальцева Т.А., Золотаревский И.В. Лазерное легирование поверхности армко-железа боридом титана // Физика и химия обраб. материалов. 2003. - № 5. - С. 53-58.

69. Гиржон В.В., Танцюра И.В. Формирование квазиэвтектической структуры в сплавах АК9 и АК12 после лазерной обработки // Металлофизика и новейшие технологии. 2006. - Т. 28. - № 9. - С. 1249-1259.

70. Лысенко А.Б. Влияние технологических факторов па состав, строение и свойства зоны лазерной химико-термической обработки // Физика и химия обраб. материалов. 2001. - № 2. - С. 25-30.

71. Синдеев В.И., Исхакова Г.А. Особенности формирования поверхностного слоя деталей при лазерном и ультразвуковом воздействиях // Физика и химия обраб. материалов. 1993. -№ 2. - С. 59-64.

72. Бровер Г.И., Дьяченко Л.Д., Кацнельсон Е.А., Пахолок Т.С., Романовская Л.С. Модифицирование поверхностного слоя сталей лазерным легированием // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2007. № 3. - С. 26-32

73. Белашова И.С., Тарасова Т.В. Исследование кинетики массопереноса при лазерном легировании конструкционных сталей углеродом и кремнием в режиме оплавления поверхности // Упрочняющие технологии и покрытия. -2007.-№4.-С. 34-38

74. Белашова И.С., Шашков Д.П. Изменение механических и тепловых характеристик инструментальных сталей при лазерном легировании // Упрочняющие технологии и покрытия. 2007. - № 4. - С. 39-43

75. Постников B.C., Белова С.А. Морфология упрочняющих фаз в слоях, полученных лазерным легированием // Физика и химия обраб. материалов.1998.-№2.-С. 33-36.

76. Бернштейн A.M., Яндимиркин Е.М., Ермакова O.A. Формирование структуры при лазерной обработке предварительно диффузионно-борированной стали / Физика и химия обраб. материалов. 1992. - № 2. - С. 104-109.

77. Бернштейн A.M., Яндимиркин Е.М., Ермакова O.A. Многокомпонентные поверхностные слои. Полученные при оплавлении лазерным лучом предварительно диффузионно-борированной стали / Физика и химия обраб. материалов. 1992. - № 6. - С. 92-99.

78. Сизов И.Г., Смирнягина H.H., Семенов А.П. Особенности электроннолучевого борирования сталей // Металловедение и терм, обраб. металлов. —1999.-№ 12.-С. 8-11.

79. Сизов И.Г., Смирнягина H.H., Семенов А.П. Структура и свойства борид-ных слоев, полученных в результате электронно-лучевой химикотермической обработки // // Металловедение и терм, обраб. металлов. 2001. -№ 11.-С. 45-46.

80. ВО. Synthesis of refractory metal borides and carbides in vacuum under irradiation by power electron beam / Smirnyagina N.N., Sizov I.G., Semenov A.P., Vandanov

81. Формирование упрочняющих покрытий в пучке релятивистских электронов / И.М. Полетика, М.Г. Голковский, М.Д. Борисов и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2005. - № 5. - С. 29-41.

82. Влияние лазерного излучения на подвижность атомов железа / М.Е. Гуревич, JI.H. Лариков, В.Ф. Мазанко и др. // Физика и химия обраб. материалов. -1977.-№ 2.-С. 7-9.

83. О природе массопереноса в металлах при лазерном излучении / М.Е. Гуревич, А.Ф. Журавлев, Ю.В. Корнюшин и др. // Металлофизика . 1985. - Т. 7. - № 2. - С. 114-117.

84. Влияние многократного лазерного воздействия на массоперенос в железе / М.Е. Гуревич, Л.Н. Лариков, В.Ф. Мазанко и др. // Металлофизика. 1986. -Вып. 73.-С. 80-83.

85. Звонков С.Д., Лукьянчук Б.С., Степанов В.А. Индуцированные лазерным излучением процессы дефектообразования и диффузии в металлах и оксидах //Тр. ИОФ АН СССР.-М.: Наука. 1991.-Т. 30.-С. 83-113.

86. Мишаков Г.А., Родионоб А.И., Симахин Ю.Ф. О массопереносе бора в зону термического влияния под жидкой ванной лазерного расплава металла // Физика и химия обраб. материалов. 1991. - № 5. - С. 100-103.

87. Пячин С.А., Заволинский В.Г., Гниденко A.A., Чебиряк Ю.А. Оценка коэффициентов взаимной диффузии переходных металлов при электроискровом легировании тантала // Физика и химия обраб. материалов. 2004. - № 3. — С. 60-64.

88. Баландин Ю.А. Упрочнение поверхности штамповых сталей диффузионным борированием, боромеднением и борохромированием в псевдоожиженном слое // Металловедение и терм, обраб. металлов. 2005. - № 3. - С. 27-30.

89. Баландин Ю.А. Комплексное насыщение поверхности инструментальных сталей бором, медью и хромом в псевдоожиженном слое // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2005. - № 7. - С. 50-52.

90. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, A.B. Волосникова, С.А. Вяткин и др.; Под общ. Ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

91. Гаврилов Г.Н. Исследование структуры и свойств стали 45 при лазерном легировании // Новые технологии в машиностроении, металлургии, материаловедении и высшем образовании: Межвуз. сб. науч. тр. Н. Новгород: Нижегородский ГТУ, 2001. - С. 316-319.

92. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов: Учеб. пособие для вузов. М.: Металлургия, 1985. - 256 с.

93. Андриевский P.A. Нанокомпозиты на основе тугоплавких соединений: состояние разработок и перспективы // Материаловедение. 2006. - № 4. - С. 20-27.

94. Калита В.И. Физика, химия и механика формирования покрытий, упрочненных наноразмерными фазами // Физика и химия обраб. материалов. — 2005. -№ 4. С. 46-57.

95. Галевский Г.В., Руднева В.В. Аттестация панопорошков карбида кремния с использованием методов электронной микроскопии // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2010. - № 6. - С. 33-38.

96. Упрочнение и защита поверхности стали XI2 электровзрывным легированием / O.A. Цвиркун, Е.А. Будовских, В.В. Руднева, В.Ф. Горюшкин, В.Е. Громов // Журнал функцион. материалов. 2007.- Т. 1. - № 3. - С. 117-119.

97. Диаграммы состояния двойных металлических систем / под общ. ред. Ля-кишева. М.: Машиностроение, 2001. Т. 3. - 872 с.

98. Ладьянов В.И., Бельтюков, Шишмарин А.И. Температурные и концентрационные зависимости вязкости расплавов системы Fe-B // Расплавы. -2005.-№4.-С. 34-40.

99. Вакуумная импульсная электронно-пучковая установка «СОЛО». URL: http://metal.do.am/publ/l-1 -0-7.

100. Практические методы в электронной микроскопии / под ред. О.М. Глоэра. Пер. с англ. Л.: Машиностроение. - 1980. — 375 с.

101. Фрактография и атлас фрактограмм: справочник / ред. Дж. Феллоуз; пер. Е.А. Шур; ред. пер. М.Л. Бернштейн. М.: Металлургия, 1982. - 489 с.

102. Изломы конструкционных сталей: справочник / Л.П. Герасимова, A.A. Ежов, М.И. Маресев. М.: Металлургия, 1987. - 271 с.

103. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия / Я.С. Уманский, Ю.А. Скаков, А.Н. Иванов, Л.Н. Расторгуев. М.: Металлургия, 1982.-632 с.

104. Колмаков А.Г., Терентьев В.Ф., Бакиров М.Б. Методы измерения твердости: справ. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Интермет Инжиниринг, 2005. -150 с.

105. ГОСТ 27964-88. Измерение параметров шероховатости. Термины и определения.

106. Спиридонова И.М. Зносостшю тверд1 покриття на зал1знш ochobI // Вестн. Днепропетровск, ун-та. Сер. «Физика. Радиоэлектроника». 2008. -Т. 16.-Вып. 15. №2. С. 97-105.

107. Особенности формирования структуры поверхностного слоя при лазерном борировании / И.А. Тананко, A.A. Левченко, Р.Т. Гуйва и др. // Физика и химия обраб. материалов. 1989. - № 4 - С. 72-77.

108. Структура и свойства однофазных боридных покрытий / A.B. Колубаев, С.Ю. Тарасов, Г.В. Трусова, О.В. Сизова // Изв. вузов. Чер. металлургия.1994.-№ 7.-С. 49-51.

109. Физические основы химико-термоциклической обработки сталей / A.M. Гурьев, Б.Д. Лыгденов, Н.А, Попова, Э.В. Козлов. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2008.-250 с.

110. Будак Б.М., Самарский A.A., Тихонов А.Н. Сборник задач по математической физике. М.: Наука. Физматлит, 1980. - 688 с.