Особенности поверхностного упрочнения титана при электровзрывном легировании и электронно-пучковой обработке тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Карпий Сергей Васильевич

Особенности поверхностного упрочнения титана при электровзрывном легировании и электронно-пучковой обработке

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 ИЮН 2011

Новокузнецк - 2011

4850379

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный 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

Молотков Сергей Григорьевич

Ведущая организация Сибирский физико-технический

институт им. В.Д. Кузнецова Томского государственного университета

Защита состоится 28 июня 2011 г. в Ю00 на заседании диссертационного совета Д 212.252.04 при Сибирском государственном индустриальном университете по адресу: 654007, г. Новокузнецк, Кемеровская обл., ул. Кирова, д. 42, СибГИУ Факс: (8-3843) 46-57-92 E-mail: d212_252_04@sibsiu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Автореферат разослан 26 мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук, профессор

Горюшкин В.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Поверхностное легирование — это один из наиболее эффективных способов упрочнения и защиты поверхности конструкционных и инструментальных сталей и сплавов. Его применение в ряде случаев позволяет отказаться от разработки и использования новых высокопрочных материалов. Вместе с тем, методы традиционной химико-термической обработки в силу их высокой энергоемкости и длительности экономически оправдывают себя только в условиях массового производства.

Высокой экономичностью обладают способы поверхностного легирования, использующие концентрированные потоки энергии (КПЭ), например, лазерное излучение, мощные электронные и ионные пучки, плазменные потоки и струи. Они позволяют проводить обработку непосредственно в тех местах, которые испытывают разрушение в процессе эксплуатации деталей. По экспертным оценкам применение различных методов поверхностной обработки с использованием КПЭ в таких отраслях промышленности как автомобильная, авиакосмическая, в общем машиностроении неуклонно возрастает и сопоставимо с использованием различных методов нанесения покрытий.

Особый интерес вызывают плазменные способы поверхностного легирования с использованием КПЭ. Это связано с возможностью обработки сравнительно больших площадей поверхности, а также с тем, что в ряде случаев для легирования может использоваться само плазмообразующее вещество. Эффективность применения новых технологий плазменного легирования с целью упрочнения поверхности обусловлена также достигнутым уровнем развития оборудования для их реализации.

Одним из таких способов является электровзрывное легирование (ЭВЛ), суть которого состоит в изменении структурно-фазовых состояний и свойств металлов и сплавов путем оплавления и насыщения поверхности импульсной плазменной струей, сформированной из продуктов электрического взрыва проводников.

Развитие новых способов и средств импульсного плазменного упрочнения металлов и сплавов ставит актуальную проблему оптимизации структуры и свойств поверхности легирования. Анализ состояния проблемы показывает, что ее решение в случае ЭВЛ возможно при использовании дополнительной электронно-пучковой обработки (ЭПО) поверхности легирования. Вместе с тем, работы, выполненные в настоящее время по изучению результатов совместного использования ЭВЛ и ЭПО, еще не позволяют выработать развитые модельные представления о процессах и установить физические механизмы упрочнения.

Исследования выполнялись по тематическому плану НИР СибГИУ, проводимых по заданию Федерального агентства по образованию (2008, 2009 гг.), в соответствии с грантом РФФИ № 07-08-92100-ГФЕН и Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (гос. контракт № 14.740.11.0813).

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы было установление закономерностей формирования структурно-фазовых состояний и повышения микротвердости и износостойкости поверхностных слоев титановых сплавов ВТ1-0 и ВТ20 при комбинированной обработке.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:

1) разработаны способы науглероживания, алитирования, бороалитирования поверхности титана с использованием комбинированной обработки;

2) установлено влияние электронно-пучковой обработки на рельеф упрочняемой поверхности;

3) установлены особенности структурно-фазовых состояний зоны комбинированного упрочнения;

4) определены распределение микротвердости по глубине зоны комбинированной обработки и износостойкость поверхности.

Научная новизна. В результате выполнения работы были получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1)показано, что ЭПО поверхности электровзрывного науглероживания, алитирования и бороалитирования приводит к выглаживанию рельефа, залечиванию микротрещин и микропор;

2) выявлено, что по глубине зоны комбинированного воздействия располагаются три слоя, закономерно связанные друг с другом: приповерхностный слой, граница которого определяется глубиной ЭПО; промежуточный слой с измененным фазовым составом, вызванным ЭВЛ; слой термического влияния, в котором упрочнение достигается вследствие структурно-фазовых изменений основы сплава. Общая глубина зоны воздействия при науглероживании составляет 70, алитировании - 60, а при бороалитировании - 90 мкм;

3)установлено, что упрочнение достигается вследствие формирования многофазной структуры, содержащей нано- и микрокристаллические частицы карбидов титана, интерметаллидов системы титан-алюминий, а при бороалитировании - также бориды алюминия и титана различной морфологии.

Практическая значимость работы. Практическая значимость выполненных исследований заключается в том, что они позволили определить режимы комбинированной обработки технически чистого

титана, приводящие к кратному повышению износостойкости и микротвердости. Износостойкость в условиях сухого трения скольжения после электровзрывного науглероживания и последующего вакуумного отжига увеличивается в 2,6 и 10 раз, соответственно. Установлено, что микротвердость поверхности науглероживания после ЭПО возрастает в 12 раз, а поверхности алитирования - в 3 раза. После бороалитирования и ЭПО микротвердость возрастает в 5 раз. Результаты работы позволяют рекомендовать способ комбинированной обработки поверхности титана для практического использования.

Достоверность полученных результатов обусловлена большим объемом экспериментального материала, полученного с использованием методов современного физического материаловедения, сравнением результатов между собой и с результатами других авторов, использованием для их анализа хорошо апробированных теоретических представлений.

Апробация результатов исследования. Результаты диссертации представлялись на следующих научных мероприятиях: Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество», Новокузнецк, 2008; V и VI Международной конференции, посвященной памяти акад. Г.В. Курдюмова, Черноголовка, 2008, 2010; IX и X Международной научно-технической Уральской школе-семинаре металловедов-молодых учёных «Фазовые превращения и прочность кристаллов», Екатеринбург, 2008, 2009; Всероссийской научно-технической конференции «Научное наследие И.П. Бардина», Новокузнецк, 2008; Пятнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учёных, Кемерово-Томск, 2009; II и III Международном российско-китайском семинаре «Влияние электромагнитных полей на структуру и характеристики материалов», Москва, 2009, Шеньжень, 2010; Седьмой международной научно-практической конференции «Исследование, разработки и применение высоких технологий в промышленности» (Высокие технологии, фундаментальные исследования, образование), С.-Пб., 2009; XVII Международной конференции «Физика прочности и пластичности», Самара, 2009; IV Российской научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций», Екатеринбург, 2009; Всероссийской Байкальской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по наноструктурным материалам, Иркутск, 2009; Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов, Томск, 2009; Берн-штейновских чтениях по термомеханической обработке металлических материалов, Москва, 2009; XIX Петербургских чтениях по проблемам прочности, посвященных 130-летию академика АН УССР Н.Н. Давиденкова, С.-Пб., 2010, V Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур», Москва, 2010; 50 Международном научном симпозиуме «Актуальные проблемы прочности», Витебск, 2010; От-

крытой школе-конференции стран СНГ «Ультрамелкозернистые и наност-руктурные материалы», Уфа, 2010; XIII Республиканской конференции «Физика конденсированного состояния», Гродно, 2011; XIV Международного семинара «Структурные основы модифицирования материалов», Обнинск, 2011.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 42 работы, в том числе 1 коллективная монография, 17 статей, 8 из которых - в журналах, входящих в перечень, рекомендованный ВАК для публикации результатов диссертационных исследований, 6 докладов и тезисы 22-ти докладов на конференциях и других научных мероприятиях.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Способы комбинированной упрочняющей обработки титановых сплавов ВТ1-0 и ВТ20, сочетающие электровзрывное легирование поверхности и последующее ее переплавление при электронно-пучковом воздействии.

2. Совокупность экспериментальных данных о структуре поверхности обработки, строении по глубине зоны комбинированного воздействия, ее структурно-фазовых состояниях и свойствах.

3. Модельные представления о процессах формирования структурно-фазовых состояний и свойств поверхностных слоев технического титана при комбинированной обработке.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация включает в себя введение, 5 разделов, заключение и приложение, изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 74 рисунка, список литературы состоит из 163 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность проблемы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, сформулирована научная новизна и практическая значимость работы, дан обзор содержания диссертации, перечислены положения, выносимые на защиту.

Первый раздел «Упрочнение поверхности металлов и сплавов с использованием концентрированных потоков энергии» посвящен анализу литературных данных в области научных исследований и практических разработок, проводимых с целью упрочнения и защиты металлов поверхностным легированием с использованием импульсных плазменных потоков и струй и электронных пучков. Основное внимание уделено одно-и двухкомпонентному ЭВЛ и ЭПО поверхности металлов и сплавов, использующих плазменные ускорители с коаксиально-торцевой системой электродов и низкоэнергетические сильноточные электронные пучки соответственно. Рассмотрены основные технологические и физические особенности обоих способов обработки. Показаны возможности и

обоснована перспективность их совместного использования. В конце главы сформулированы цель и задачи исследования, раскрыта его научная и практическая значимость.

Во втором разделе «Оборудование, материалы и методики исследований» описано оборудование, используемое для осуществления комбинированной обработки. Обоснован выбор технического титана и его сплавов для проведения исследований, науглероживания, алитирования и бороалитирования как способов ЭВЛ. Описаны методики металлографических исследований структурно-фазовых состояний поверхностных слоев после обработки и определения их функциональных свойств.

ЭВЛ проводили на лабораторной установке ЭВУ 60/10. Емкостный накопитель энергии установки разряжается на углеграфитовые волокна или тонкую металлическую фольгу, закрепляемую на электродах плазменного ускорителя коаксиально-торцевого типа. Образующаяся при электровзрывном разрушении проводника многофазная плазма формируется в струю, являющуюся инструментом воздействия на поверхность. Она всегда содержит конденсированные частицы продуктов взрыва и частицы порошковых навесок, которые могут вводиться в область взрыва. Конденсированные частицы располагаются в тылу струи и при обработке поверхности без оплавления формируют покрытие. При обработке с оплавлением воздействие струи на поверхность сопровождается легированием оплавленного слоя и формированием высокоразвитого рельефа зоны легирования.

Импульсные плазменные струи, используемые для ЭВЛ, и импульсные сильноточные электронные пучки, формируемые на установке Института сильноточной электроники СО РАН «Соло», хорошо сочетаются друг с другом. Они имеют сопоставимые значения времени импульса, диаметра облучаемой поверхности, интенсивности воздействия, глубины зоны обработки.

Для исследования процессов легирования был выбран технически чистый титан марки ВТ 1-0 как модельный материал, используемый в промышленности в качестве конструкционного сплава. Недостатками титановых сплавов является их высокая схватываемость с парой трения и как следствие низкая износостойкость. Легирование поверхности алюминием и бором позволяет устранить эти недостатки. Часть исследований была проведена на титановом сплаве ВТ20.

Исследования упрочненных слоев проводили с использованием методов световой (металлографический микроскоп Neophot-21) и электронной сканирующей (прибор SEM-515 Phillips) и просвечивающей дифракционной микроскопии тонких фольг (прибор ЭМ-125), рентгеноструктурного анализа (ДРОН-2,0). Упрочнение поверхности

оценивали по уровню микротвердости (ПМТ-3) и износостойкости в условиях сухого трения скольжения.

В третьем разделе «Влияние вакуумного отжига и электронно-пучковой обработки на зону электровзрывного науглероживания сплавов титана» представлены результаты исследования науглероживания и последующего вакуумного отжига и электронно-пучковой обработки на формирование структурно-фазовых состояний и свойств поверхностных слоев титана ВТ1-0 и титанового сплава ВТ20. Показано, что после ЭВЛ в структуре сформированного слоя присутствуют многочисленные изолированные друг от друга частицы округлой формы карбида титана с размерами 1-2 мкм, а также частицы углеграфитовых волокон, внесенные в зону расплава и не успевшие раствориться в нем вследствие импульсного характера обработки (рис. 1, а).

20 мкм

Рис. 1. Структура поверхностных слоев титана ВТ1-0 после электровзрывного науглероживания (а) и последующей ЭПО (б)

Использование вакуумного отжига приводит к частичному растворению волокон, увеличению содержания карбида титана и огрублению структуры основы. При этом микротвердость в слое толщиной 5 мкм повышается до ¡400 HV. Износостойкость поверхности в условиях сухого трения скольжения после науглероживания и вакуумного отжига увеличивается в 2,6 и 10 раз, соответственно.

Последующая ЭПО приводит к растворению частиц углеграфитовых волокон вблизи поверхности зоны легирования и формированию сплошного слоя карбида титана толщиной 20-25 мкм. Под ним на глубине до 60 мкм частицы волокон по-прежнему наблюдаются. Химическим травлением в этом подслое выявляется дендритная структура, образованная карбидом титана в металлической матрице (рис. 1, б). Микротвердость в поверхностном слое достигает 2400 HV, в области

20 мкм

дендритной структуры - 600-1000 НУ. Незначительное упрочнение (до 300 НУ) наблюдается и в зоне термического влияния.

В четвертом разделе «Электровзрывное алитирование и последующая электронно-пучковая обработка технически чистого титана ВТ1-0» и пятом разделе «Электровзрывное бороалитирование и последующая электронно-пучковая обработка технически чистого титана ВТ 1-0» представлены результаты исследования влияния ЭПО на зону ЭВЛ. Проведено сравнение и обсуждение результатов. Высказаны модельные представления о механизмах формирования структуры и свойств поверхностных слоев при комбинированной обработке.

Сканирующая электронная микроскопии показала, что на поверхности ЭВЛ титана формируется неоднородное по толщине тонкое (до 1-2 мкм) покрытие (рис. 3, а). Оно образовано микрочастицами продуктов взрыва алюминиевой фольги и бора, оседающими из тыла многофазной плазменной струи. На поверхности выявляются также микропоры и микротрещины. Последующее ЭПО сопровождается высокоскоростным плавлением и охлаждением поверхности, выглаживанию ее рельефа в результате действия капиллярных сил, уменьшению количества микротрещин (рис. 3, б).

При исследовании поперечных химически протравленных шлифов выявляется слоистая структура, в которой можно выделить три слоя: приповерхностный, переходный и слой термического влияния. Приповерхностный слой (рис. 4) резко отличается от остального объема материала контрастом травления. Его толщина изменяется в пределах от 15 мкм до 50-60 мкм. На глубине 1—2 мкм структура приповерхностного слоя представлена преимущественно образованиями глобулярной формы. Ниже расположен слой толщиной 5-7 мкм, в котором по морфологическому признаку выделяются образования пластинчатой и глобулярной формы (рис. 4, б). Продольные размеры пластин в нем изменяются в пределах 3-7, а поперечные - 0,2-0,3 мкм. Пластины группируются в пакеты, содержащие по 3-5 пластин. Размеры образований

Т1

I, '

усл. сд.

20 30 40 50 60 20, град.

Рис. 2 Дифрактограмма поверхности титана ВТ1-0 после комбинированной обработки

глобулярной формы изменяются в пределах 70-300 нм. Ниже в слое толщиной 5-8 мкм, формируется структура смешанного типа, содержащая образования пластинчатой и глобулярной формы.

Рис. 3. Структура поверхности технического титана после электровзрывного бороалитирования (а) и последующей ЭПО (б).

Рис. 4. Структура приповерхностного слоя технического титана, после электровзрывного бороалитирования и последующей ЭПО.

Сканирующая электронная микроскопия поперечного сечения.

Стрелками указана поверхность обработки

Переходный слой толщиной 1-5 мкм имеет зеренное строение с размерами зерен от 1 до 2,5 мкм. По мере удаления от поверхности обработки в зоне термического влияния средние размеры зерен увеличиваются. По границам зерен наблюдаются выделения второй фазы.

В структуре приповерхностного слоя зоны электровзрывного алитирования толщиной 10 мкм, имеющей после ЭПО пониженную химическую травимость, электронно-микроскопическими исследованиями тон-

ких фолы, выполненными с использованием метода темного поля, обнаружены алюминиды титана состава А13Т1 округлой формы с размерами 20-50 нм неравномерно расположенными по объему. При этом основной фазой является а-титан, обнаруженный в виде пластин, поперечные размеры которых изменяются от 150 до 500 нм, а также в виде игл, средние размеры которых составляют 20х 150 нм.

На глубине 10 мкм от поверхности обнаружены зерна, в которых наблюдаются пластины (ленты) Р-титана с поперечными размерами 30-50 нм. Выявлены также пластины а-титана, поперечный размер которых составляет 160, а продольный - 800 нм. В их объеме наблюдается волокнистая структура с размерами волокон 20х 120 нм. Индицирование микроэлектронограмм наряду с рефлексами а-титана позволило выявить рефлексы алюминида титана состава АШ3. Можно предположить, что данные волокна и являются фазой АГП3. Объемная доля фазы А1"П3 не превышает 0,01 структуры материала. При этом объемная доля Р-титана составляет 0,16 структуры материала. На глубине 15 мкм объемная доля Р-титана составляет 0,1 структуры материала. Основной фазой является а-титан, который имеет преимущественно пластинчатую структуру. Поперечные размеры пластин составляют 15, а продольные - 160 нм. На глубине 20 мкм объемная доля Р-титана составляет 0,09 структуры материала. Основной фазой является а-титан, который имеет грубую пластинчатую структуру. Поперечные размеры пластин изменяются в широких пределах - от 50 до 650 нм. В объеме пластин а-титана присутствуют микродвойники, группирующиеся в пакеты.

Таким образом, среди механизмов упрочнения поверхностных слоев титана после электровзрывного алитирования и последующей ЭПО следуют назвать общее измельчение структуры сплава, фиксирование высокотемпературной Р-фазы, образование интерметаллидов, твердых растворов и дефектов структуры, таких как микродвойники. Вблизи поверхности наблюдается образование частиц интерметаллида А13Т|' с высоким содержанием алюминия, а в глубине - интерметаллида АШ3 с низким содержанием алюминия, что отражает характерное для ЭВЛ уменьшение содержания легирующих элементов с глубиной, обнаруженное ранее при исследовании других систем. Содержание Р-фазы также уменьшается с глубиной, что можно связывать с тем, что алюминий относится к р-стабилизаторам структуры.

Сформированная при ЭПО градиентная структура зоны алитирования не имеет тех особенностей, которые характерны для зоны ЭВЛ. А именно, в ней не выделяется тонкий поверхностный нанокомпозитный слой, нет слоя с ячеистой кристаллизацией и нет тонкого наноструктурного слоя на границе зоны легирования с основой. Это может быть связано с эволюцией

структурно-фазового состояния поверхностных слоев зоны легирования, вызванных дополнительной ЭПО.

В структуре приповерхностного слоя зоны электровзрывного бороалитирования, подвергнутого ЭПО, толщиной 10-15 мкм использование метода темнопольного изображения с одновременным индицированием соответствующих микроэлектронограмм позволило идентифицировать следующие фазы: у-А1В12; А1В10; "ПВ2; П3В4; ИВ. Включения фазы у-АIВимеют округлую форму, их средние размеры составляют 100 нм. Включения фазы "ПВ2 также имеют округлую форму, однако их размеры гораздо меньше и изменяются в пределах 10-25 нм (рис. 5). Включения фазы Т^В, имеют форму игл или пластин (рис. 6). Средние поперечные размеры игл составляют 20 нм, а продольные - 250 нм. Средние поперечные и продольные размеры пластин — 100 и 300 нм соответственно. Включения фазы ИВ имеют форму равноосных пластин, размеры которых изменяются в пределах от 100 до 300 нм.

Рис. 5. Электронно-микроскопическое изображение частиц фазы TiB2: а - светлое поле; б - микроэлектронограмма (стрелкой указан рефлекс, в котором получено темное поле); в - темное поле, полученное в рефлексе

[100]

На глубине 15-20 мкм выявляется многофазная структура, состоящая из а-титана, р-титана, боридов титана TiB и алюминида бора А1В)2 и алюминидов титана Al3Ti и Al2Ti. Внутризеренная структура а-титана представлена преимущественно ячейками кристаллизации (рис. 7) с размерами в пределах от 80 до 150 нм. В объеме ячеек наблюдаются выделения пластинчатой формы (рис. 7, б). Индицирование микроэлектронограммы, полученной с данных выделений, дает основание сказать, что они образованы алюминидом бора состава А1В12 (рис. 7, в). Области Р-титана имеют зеренную структуру (рис. 8). В объеме зерен присутствует ячеисто-сетчатая дислокационная субструктура. Методом темного поля в зернах р-

титана выявлены частицы борида титана состава ИВ (рис. 8, в) округлой формы. Их средние размеры изменяются в пределах от 10 до 50 нм.

Слой на глубине 35^10 мкм сформирован «-титаном, /(-титаном и частицами алюминида титана состава А13Тт. а-титан имеет структуру зеренного (рис. 9, а) и пластинчатого (рис. 9, б) типа.

Рис. 6. Изображение частиц фаз у-А1В12 и "П3В4: а - светлое поле; б - микроэлектронограмма, стрелкой указан рефлекс, в котором получено темное поле; в-темное поле, полученное в рефлексе

[013]у-А1В12

Рис. 7. Структура ячеистой кристаллизации «-титана после электровзрывного бороалитирования и ЭПО на глубине 15-20 мкм: а - светлопольное изображение; б - темное поле, полученное в рефлексе [335]А1В12; е - микроэлектронограмма. Стрелкой указан рефлекс, в котором получено темнопольное изображение

Частицы А13Т1 с размерами от 10 до 30 нм имеют округлую или пластинчатую форму (рис. 9,6) и расположены преимущественно в объеме пластин а-титана. На глубине 55-60 мкм от поверхности обработки морфология а-титана изменяется преимущественно на пластинчатую. Пластины сформированы в пачки, поперечные размеры пластин изменяются от десятков до сотен нанометров. Частицы алюминидов и боридов не выявляются.

Рис. 8. Структура/?-титана, формирующаяся после электровзрывного бороалитирования и ЭПО на глубине 15-20 мкм: а - светлопольное изображение; в — темное поле, полученное в рефлексе [020]ТПЗ; б, г— микроэлектронограммы, полученные с (а) и (в), соответственно. Стрелкой на (г) указан рефлекс, в котором получено темнопольное изображение

Рис. 9. Структура а-титана, формирующаяся после электровзрывного бороалитирования и ЭПО на глубине 35^10 мкм: а - светлопольное изображение; б - темное поле, полученное в совпадающих рефлексах [ЮЗ]А13Т1 + [ 100]«-'11; в - микроэлектронограм-ма. Стрелками указаны: на (б) - частицы фазы АЬТл; на (в) - рефлекс, в котором получено темнопольное изображение

Анализ полученных данных показывает, что градиентное строение зоны бороалитирования титана после ЭПО подобно строению зоны ЭВЛ. На поверхности формируется нанокомпозитный слой, состоящий в основном из боридов алюминия и титана, а в глубине располагаются слои со структурой ячеистой и зеренной кристаллизации. Вместе с тем, переходы от одного слоя к другому менее выражены, а граница зоны легирования с основой размыта. Несмотря на высокоинтенсивное воздействие на поверхность легирования, оказываемое при ЭПО, во всех слоях сохраняется наноразмерный и сибмикрокристаллический характер структуры, что обусловлено импульсно-периодическим характером ЭПО.

Обращает на себя внимание, что приповерхностный нанокомпозитный слой, состоящий в основном из боридов алюминия и бора, имеет толщину, которая на порядок больше, чем после ЭВЛ. Это может указывать на то, что его толщина определяется границей оплавления при ЭПО. При ЭВЛ на поверхности зоны легирования формируется слой покрытия, образованный конденсированными частицами бора, алюминия и продуктами их взаимодействия друг с другом, оседающими из тыла струи. При последующей ЭПО поверхности, вызывающей ее оплавление, этот слой покрытия и приповерхностный слой зоны ЭВЛ объединяются друг с другом. Формирование этого слоя при ЭПО поверхности электровзрывного алитирования также наблюдается, однако содержание интерметаллидов алюминия в нем невелико, что можно связывать с тем, что покрытие, сформированное на поверхности каплями алюминия из тыла струи, при ЭПО в значительной степени испаряется, поэтому дополнительного легирования зоны оплавления не происходит.

Исследования микротвердости образцов титана ВТ1-0 после электровзрывного алитирования и ЭПО в широком интервале плотности энергии пучка электронов (£у = 15-30 Дж/см2), длительности (т = 50-200 мкс) и количества импульсов воздействия (Ы = 1—200), показали, что оптимальным является режим, при котором = 30 Дж/см2; N = 10 имп.; т = 50 мкс;/= 0,3 Гц. В этом случае (рис. 10) микротвердость поверхности обработки увеличивается в 2,3 раза. Комбинированная обработка, не способствуя увеличению микротвердости поверхности воздействия, приводит к увеличению толщины упрочненного слоя в 2,5 раза.

Микротвердость поверхности после электровзрывного бороалитирования увеличивается в 3,5 раза, достигая 1050 НУ. Исследования микротвердости образцов после дополнительной ЭПО, показали, что оптимальным является режим, при котором Е5 = 25 Дж/см2; /V = 5 имп.; т = 50 мкс; / = 0,3 Гц. В этом случае микротвердость поверхности увеличивается в 5,5 раз по отношению к микротвердости образца в исходном состоянии, достигая уровня 1680 НУ, и в 1,7 раза, по отношению к микротвердости поверхности образца после электровзрывного бороалитирования (рис. 11).

В обоих случаях с глубиной микротвердость монотонно падает, достигая уровня основы на глубине 80-90 мкм. Заметное отличие в распределениях микротвердости наблюдается в приповерхностном слое глубиной 20-30 мкм.

Рис. 10 Распределение микротвердости по глубине титанового сплава ВТ 1-0 после электровзрывного алитирования (кривая 1) и последующей ЭПО (кривая 2). Стрелками указаны расстояния, на которых проводилась электронная дифракционная микроскопия

Рис. 11. Распределение микротвердости по глубине титанового сплава ВТ 1-0 после электровзрывного бороалитирования (кривая 1) и последующей ЭПО (кривая 2). Стрелками указаны расстояния, на которых проводилась электронная дифракционная микроскопия

В Заключении перечислены основные результаты исследования, отмечены перспективные направления дальнейшей работы.

В Приложении приведены справки о практическом использовании результатов работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Электровзрывное науглероживание сплавов титана ВТ1-0 и ВТ20 обеспечивает формирование в зоне легирования трёх фаз: твердого раствора углерода в титане, карбида титана и структурно свободного углерода в форме графита. Последующий вакуумный отжиг приводит к частичному растворению графита и увеличению содержания карбида титана в приповерхностном слое зоны легирования на глубине до 15 мкм.

2. Электровзрывное науглероживание титанового сплава ВТ1-0 приводит к формированию структуры, содержащей углерод в форме графита, карбид титана и твердый раствор углерода в титане. Последующая ЭПО приводит к формированию на поверхности науглероживания сплошного слоя карбида титана толщиной 20 мкм.

3. Микротвердость поверхности зоны электровзрывного науглероживания увеличивается по сравнению с основой в 3 раза, достигая 600 НУ. Увеличение содержания карбида титана при последующем вакуумном отжиге приводит к дополнительному увеличению микротвердости поверхности до 1200-1400 НУ. Износостойкость в условиях сухого трения скольжения увеличивается в 2,6 и 10 раз, соответственно. Микротвердость карбидизированного слоя на поверхности сплава ВТ1-0 после ЭПО составляет 2400 НУ. Общая толщина зоны упрочнения достигает 60 мкм.

4. В результате электровзрывного алитирования и бороалитирования на поверхности титана ВТ1-0 формируется слой покрытия толщиной 3—5 мкм. ЭПО в широком интервале параметров воздействия сопровождается объединением покрытия с поверхностным слоем зоны легирования и выравниванием рельефа поверхности обработки.

5. Электровзрывное алитирование титана ВТ1-0 и последующая ЭПО приводит к формированию в зоне легирования многофазной, морфологически многокомпонентной, размерно неоднородной структуры. Выявлено присутствие а- и Р-титана, а также наноразмерных алюминидов титана различного состава, объемная доля, размеры и элементный состав которых закономерно изменяются по мере удаления от поверхности обработки. Общая глубина упрочнения достигает 30 мкм.

6. При электровзрывном бороалитировании приповерхностный слой толщиной 15 мкм имеет многофазную структуру, содержащую наноразмерные частицы упрочняющих фаз - боридов алюминия и титана различных размеров и формы. Бориды алюминия преимущественно располагаются вблизи поверхности обработки, а бориды титана - в глубине. Расположенный под ним переходный слой сформирован а- и Р-титаном, и содержит субмикро- и наноразмерные частицы алюминидов и

боридов различного состава. Слой термического влияния сформирован преимущественно а-титаном зеренной и пластинчатой морфологии.

7. Электровзрывное алитирование приводит к увеличению микротвердости поверхности обработки до 750 HV, что в 2,3 раза выше исходного значения. Последующая ЭПО в оптимальном режиме, не снижая величины микротвердости поверхностного слоя, приводит к увеличению толщины упрочненного слоя в ~2,5 раза (до 40 мкм) по отношению к образцу, подвергнутому ЭВЛ. Электровзрывное бороалитирование увеличивает микротвердость поверхности в 3 раза. Последующая ЭПО в оптимальном режиме увеличивает микротвердость поверхности в 5,5 раз до 1800 HV. Общая глубина упрочнения достигает 60 мкм.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

Монографии:

1. Структура, фазовый состав и свойства титана после электровзрывного легирования и электронно-пучковой обработки: моногр. / Ю.Ф. Иванов, C.B. Карпий, М.М. Морозов и др. - Новокузнецк: Изд-во НГПС, 2010.-173 с.

Статьи в журналах из перечня ВАК:

1. Будовских Е.А., Карпий C.B., Громов В.Е. Формирование поверхностных слоев металлов и сплавов при электровзрывном легировании // Изв. РАН. Сер. физ. 2009. - Т. 73. -№ 9. - С. 1324-1327.

2. Карбидизация титановых сплавов при электровзрывном науглероживании и дополнительной термической обработке / A.B. Вострецова, C.B. Карпий, Е.А. Будовских и др. // Изв. вуз. Чер. металлургия. 2009. - № 6. -С. 60-62.

3. Морфология поверхности титана ВТ1-0 после электровзрывного легирования алюминием и электронно-пучковой обработки / Ю.Ф. Иванов, C.B. Карпий, H.H. Коваль и др. // Деформация и разрушение материалов. -2009.-№9.-С. 39-41.

4. Формирование нанокомпозитных слоев электронно-пучковой обработкой титана ВТ1-0, подвергнутого двухкомпонентному электровзрывному легированию / C.B. Карпий, Ю.Ф. Иванов, Е.А. Будовских и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. -2010. -№. 6. - С. 86-88.

5. Структура и фазовый состав технически чистого титана, подвергнутого электровзрывному алитированию и последующей электронно-пучковой обработке / C.B. Карпий, М.М. Морозов, Ю.Ф. Иванов и др. // Физика и химия обраб. материалов. - 2010. — №. 4. - С. 51-56.

6. Формирование наноразмерных фаз при электровзрывном алитирова-нии и бороалитировании и электронно-пучковой обработке поверхности

титана / С.В. Карпий, М.М. Морозов, Ю.Ф. Иванов и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. -2010. - №. 8. - С. 64-68.

7. Структурно-фазовые состояния поверхностных слоев титана ВТ1-0 после электровзрывного бороалитировании алитирования и электронно-пучковой обработки / С.В. Карпий, М.М. Морозов, Ю.Ф. Иванов и др. // Материаловедение. - 2010. -№ 10. - С. 61-64.

8. Структурно-фазовое состояние поверхности электронно-пучковой обработки технически чистого титана ВТ1-0, подвергнутого электровзрывному бороалитированию / С.В. Карпий, М.М. Морозов, Ю.Ф. Иванов и др. // Перспективные материалы. - 2011. - № 1. - С. 82-88.

Статьи в других изданиях:

1. Структурно-фазовые состояния титана после электровзрывного легирования и последующей электронно-пучковой обработки / С.В. Карпий, М.М. Морозов, Е.А. Будовских и др. // Успехи физики металлов. - 2010. -Т. 11.-№3,-С. 273-293.

2. Change of gradient structure through the depth of the electroexplosive alloying zone of metals under combined treatment / E.A. Budovskikh, A.V. Vo-stretsova, S.V. Karpij et al. // Electromagnetic field effect on the structure and characteristics of materials (Book of the International seminar articles. 19-21 May 2009, Moscow). Novokuznetsk: Novokuznetskii Poligraphic Center, 2009. P. 235-244.

3. Особенности импульсной электронно-пучковой обработки поверхности электровзрывного легирования стали 45 и титана / Е.С. Ващук, А.В. Вострецова, Е.А Будовских и др. // Структурно-фазовые состояния перспективных металлических металлов / отв. ред. В.Е. Громов. - Новокузнецк: Изд-во НПК, 2009. - С. 28-41.

4. Рельеф поверхности и структура зоны электровзрывного легирования / Е.А. Будовских, С.В. Карпий, Г. Танг и др. // Вестн. Рос. акад. ес-теств. наук (ЗСО). 2009. Вып. 11. С. 94-98.

5. Формирование поверхностных слоев титановых сплавов при электровзрывном легировании алюминием / С.В. Карпий, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов и др. // Фундам. проблемы соврем, материаловедения. — 2009. - Т. 6. - № 1. - С. 46-48.

6. Влияние импульсной электронно-пучковой обработки на зону электровзрывного алитирования титана / С.В. Карпий, Е.С. Ващук, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов // Вестн. горно-металлург. секции Рос. акад. естеств. наук. Отд-ние металлургии: Сб. науч. тр. Вып. 24. Сиб. гос. индустр. ун-т: Новокузнецк, 2009. С. 171-174.

7. Dislocation substructures formation under electroexplosive alloying / A.V. Gromova, S.V. Karpii, E.A. Budovskikh et al. // Fundamental Aspects of External Fields on Materials: Book of the International Conference Articles. 2628 May 2010, Advanced Materials Institute Graduate School at Shenzhen

Tsinghua University, Ed. by V. Gromov, Novokuznetsk, «Novokuznetsk Poli-graphic Center», 2010. P. 401-406.

8. Gradient nanocomposite layers formation on electroexplosive alloying / S.V. Karpii, E.A. Budovskikh, Yu.F. Ivanov et al. // Fundamental Aspects of External Fields on Materials: Book of the International Conference Articles. 2628 May 2010, Advanced Materials Institute Graduate School at Shenzhen Tsinghua University, Ed. by V. Gromov, Novokuznetsk, «Novokuznetsk Poli-graphic Center», 2010. P. 407^118.

9. Surface relief, microhardness and structure of titanium VT1-0 surface layers after electroexplosive boroaluminizing and electron-beam treatment / S.V. Karpii, M.M. Morozov, Yu.F. Ivanov et al. // Fundamental Aspects of External Fields on Materials: Book of the International Conference Articles. 26-28 May 2010, Advanced Materials Institute Graduate School at Shenzhen Tsinghua University, Ed. by V. Gromov, Novokuznetsk, «Novokuznetsk Poligraphic Center», 2010. P. 184-191.

Подписано в печать 24.05.201 Ir. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16. Уч. изд. л 1,3. Тираж 100 экз. Заказ № 337. Сибирский государственный индустриальный университет. 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42 Издательский центр СибГИУ

ВВЕДЕНИЕ.

1 УПРОЧНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ.

1.1 Упрочнение металлов и сплавов легированием поверхности с использованием плазменной и электронной обработки.

1.1.1 Импульсные плазменные способы упрочнения поверхности металлов и сплавов.

1.1.2 Упрочнение поверхности с использованием электровзрывного легирования.

1.1.3 Упрочнение поверхности при электронной обработке.

1.2 Основные особенности упрочнения металлов и сплавов с использованием электровзрывного легирования и электронно-пучковой обработки.

1.3 Цель и задачи исследования.

2 ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Оборудование для осуществления комбинированной обработки.

2.1.1 Лабораторная электровзрывная установка ЭВУ60/ для получения импульсных многофазных плазменных струй и особенности методики проведения электровзрывного легирования.

2.1.2 Оборудование для обработки поверхности материалов низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками и особенности методики ее проведения.

2.2 Материалы для исследования процессов электровзрывного леги- ^ рования металлов.

2.3 Режимы обработки, методы исследования структуры, фазового состава и свойств зоны легирования.

3 ВЛИЯНИЕ ВАКУУМНОГО ОТЖИГА И ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ

ОБРАБОТКИ НА ЗОНУ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО НАУГЛЕРОЖИВАНИЯ СПЛАВОВ ТИТАНА.

3.1 Влияние вакуумного отжига на структуру и свойства титана.

3.2 Влияние электронно-пучковой обработки на структуру поверхности после науглероживания.

3.3 Внедрение результатов исследований по науглероживанию титана

3.4 Выводы.

4 ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОЕ АЛИТИРОВАНИЕ И ПОСЛЕДУЮЩАЯ

ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВАЯ ОБРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИ

ЧИСТОГО ТИТАНА ВТ 1 -0.

4.1 Градиент микротвердости поверхности электровзрывного алити-рования титана после электронно-пучковой обработки.

4.2 Влияние электронно-пучковой обработки на рельеф и состояние поверхности электровзрывного алитирования титана.

4.3 Послойные исследования строения и структурно-фазовых состояний, формирующихся при электронно-пучковой обработке поверхности электровзрывного алитирования титана.

4.4 Анализ градиента фазового состава и дефектной субструктуры формирующихся в технически чистом титане при электронно-пучковой обработке поверхности после электровзрывного алитирования

4.5 Выводы.

5 ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОЕ БОРОАЛИТИРОВАНИЕ

И ПОСЛЕДУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВАЯ ОБРАБОТКА

ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ТИТАНА ВТ 1 -0.

5.1 Градиент микротвердости поверхности электровзрывного бороа

1 литирования титана после электронно-пучковой обработки.

5.2 Влияние электронно-пучковой обработки на рельеф и состояние поверхности электровзрывного бороалитирования титана.

5.3 Послойные исследования строения и структурно-фазовых состояний, формирующихся при электронно-пучковой обработке поверхности электровзрывного бороалитирования титана.

5.4 Анализ градиента фазового состава и дефектной субструктуры, формирующихся в технически чистом титане после электровзрывного бороалитирования при электронно-пучковой обработке.

5.5 Внедрение результатов исследований по электровзрывному али-тированию, бороалитированию и последующей электронно-пучковой обработке.

5.6 Выводы.

Легирование поверхности — это один из наиболее эффективных способов упрочнения и защиты поверхности конструкционных и инструментальных сталей и сплавов. Его применение в ряде случаев позволяет отказаться от разработки и использования новых высокопрочных материалов. Вместе с тем, методы традиционной химико-термической обработки в силу высокой энергоемкости и длительности экономически оправдывают себя только в условиях массового производства. Существенное снижение затрат на упрочнение оказывается возможным в том случае, когда с целью нагрева поверхности и активизации насыщающих сред используются такие источники энергии как электрические токи и разряды, а ускорение процессов диффузии осуществляется путем нагрева поверхности выше температуры плавления.

Способы поверхностного легирования, использующие концентрированные потоки энергии (КПЭ), например, лазерное излучение, мощные электронные и ионные пучки, плазменные потоки и струи, являются еще более экономичными. Они позволяют проводить обработку локально, только в тех местах, которые непосредственно испытывают разрушение в процессе эксплуатации детали. По экспертным оценкам [1] применение различных методов поверхностной обработки с использованием КПЭ в таких отраслях промышленности как автомобильная, авиационная и космическая, в общем машиностроении неуклонно возрастает и сопоставимо с использованием различных методов нанесения покрытий. Эффективность применения новых технологий, использующих КПЭ для поверхностного упрочнения, обусловлена также достигнутым уровнем развития оборудования для их реализации.

Среди различных способов обработки КПЭ для целей легирования особый интерес вызывают плазменные способы. Это связано с тем, что в ряде случаев само плазмообразующее вещество, например азот, может использоваться для легирования. Важной особенностью импульсной плазменной обработки поверхности является возможность изменять поглощаемую плотность мощности в 5 широких пределах. Для этого, как правило, используются емкостные накопители энергии, при разряде которых на плазмообразующее вещество определенной массы, энергия переносится на облучаемую поверхность. В отличие от лазерных источников энергии плазменные потоки и струи позволяют проводить обработку больших площадей (в некоторых случаях ~ 10-100 см") за один импульс. Взаимодействие плазмы с поверхностью в импульсном режиме сопровождается не только высокими значениями поглощаемой плотности мощности, но и давления на поверхность. В результате облучаемая поверхность нагреваетI ся выше температуры плавления, формируется зона оплавления, которая насыщается легирующими элементами (как компонентами плазмы, так и материалом предварительно нанесенных покрытий). После окончания импульса зона оплавления и легирования охлаждается с высокой скоростью, поэтому в ней формируются закалочные структуры.

Анализ различных способов, импульсной плазменной модификации поверхности материалов показывает, что интерес к их разработке был и остается высоким. Актуальность этих исследований заключается, прежде всего, в том, что применение каждого из них ограничивается решением лишь определенного круга задач. Это стимулирует разработки новых альтернативных способов, дополняющих и расширяющих возможности друг друга. Один из таких конструктивно простых способов, получивший развитие в последнее десятилетие, состоит в легировании поверхности импульсными плазменными струями, формируемыми при электрическом взрыве проводников. Так же как и при других аналогичных способах обработки, электровзрывное легирование (ЭВЛ) проводится с оплавлением поверхности, а распределение легирующих элементов по глубине осуществляется конвективными процессами. Важная особенность ЭВЛ заключается в том, что источником легирующих элементов является сама многофазная струя продуктов взрыва, а результаты определяются совместным действием теплового, силового и химического факторов воздействия на поверхность. Одновременное протекание при ЭВЛ ряда взаимосвязанных процессов, определяющих формирование новых структурно-фазовых состояний и свойств поверхностных слоев, ставят проблему полномасштабного определения его возможностей и управления его результатами, разработки специализированного оборудования с высоким уровнем механизации и автоматизации процесса.

Самостоятельный интерес представляет определение возможных областей использования ЭВЛ, которые ограничиваются в частности тем, что оно проводится с оплавлением поверхности и сопровождается формированием на ней высокоразвитого рельефа. Улучшение качества поверхности после ЭВЛ эффективно достигается при дополнительной электронно-пучковой обработке (ЭПО). Импульсные плазменные струи, используемые для ЭВЛ, и импульсные сильноточные электронные пучки, формируемые на установке, разработанной в Институте сильноточной электроники СО РАН «Соло», хорошо сочетаются друг с другом. Они имеют сопоставимые значения времени импульса, диаметра' облучаемой поверхности, интенсивности воздействия, глубины зоны воздействия. Вместе с тем, ЭПО не оказывает значительного давления на поверхность. Приводя к ее оплавлению, она под действием капиллярных и других сил выглаживает рельеф.

Интерес к комбинированной обработке, сочетающей ЭВЛ и последующее электронно-пучковое воздействие, обусловлен также тем, что она должна приводить, не только к выравниванию рельефа поверхности, но и к изменению структурно-фазовых состояний и свойств поверхностных слоев. Изучению этих изменений посвящены работы [2-8], выполненные на углеродистой стали 45, подвергнутой различным, видам ЭВЛ и последующей ЭПО. В них показана перспективность дальнейших исследований в этом новом направлении научных исследований и практических разработок. В частности показано, что такая обработка позволяет уменьшить шероховатость поверхности ЭВЛ и обеспечить при этом уровень микротвердости до семи раз более высоким, чем у стали с феррито-перлитной структурой в исходном состоянии.

Вместе с тем, работы, выполненные в настоящее время по изучению результатов совместного использования ЭВЛ и ЭПО, еще не позволяют выработать развитые модельных представления о процессах и механизмах упрочнения.

Целью настоящей работы было установление закономерностей формирования структурно-фазовых состояний и повышения микротвердости и износостойкости поверхностных слоев титановых сплавов ВТ 1-0 и ВТ20 при комбинированной обработке.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:

1 )разработаны способы науглероживания, алитирования, бороалитирования поверхности титана с использованием комбинированной обработки;

2) установлено влияние электронно-пучковой обработки на рельеф упрочняемой поверхности;

3) установлены особенности структурно-фазовых состояний зоны комбинированного упрочнения;

4) определены распределение микротвердости по глубине зоны комбинированной обработки и износостойкость поверхности:

В результате выполнения работы были получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1)показано, что ЭПО поверхности электровзрывного науглероживания, алитирования и бороалитирования приводит к выглаживанию рельефа, залечиванию микротрещин и микропор;

2) выявлено, что по глубине зоны комбинированного воздействия располагаются три слоя, закономерно связанные друг с другом: поверхностный слой, граница которого определяется глубиной ЭПО; промежуточный слой с измененным фазовым составом, вызванным ЭВЛ; слой термического влияния, в котором упрочнение достигается вследствие структурно-фазовых изменений основы сплава. Общая глубина зоны воздействия при науглероживании составляет 70, алитировании - 60, а при бороалитировании — 90 мкм;

3)установлено, что упрочнение достигается вследствие формирования многофазной структуры, содержащей нано- и субмикрокристаллические частицы карбидов титана, интерметаллидов системы титан-алюминий, а при бороалитировании — также бориды алюминия и титана различной морфологии.

Практическая значимость выполненных исследований заключается в том, что они позволили определить режимы комбинированной обработки технически чистого титана, приводящие к кратному повышению функциональных свойств. Установлено, что износостойкость в условиях сухого трения скольжения после электровзрывного науглероживания и последующего вакуумного отжига увеличивается в 2,6 и 10 раз, соответственно, микротвердость поверхности науглероживания возрастает в 12 раз, алитирования - в 3 раза. После бороалитирования микротвердость возрастает в 5 раз. Результаты работы позволяют рекомендовать способ комбинированной обработки поверхности титана для практического использования.

Апробация результатов исследования. Результаты диссертации представлялись на следующих научных мероприятиях: Всероссийской научно-практической'конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество», Новокузнецк, 2008; V и VI Международной конференции, посвященной памяти акад. Г.В. Курдюмова, Черноголовка, 2008, 2010; IX и X Международной научно-технической Уральской школе-семинаре металловедов-молодых учёных «Фазовые превращения и прочность кристаллов», Екатеринбург, 2008, 2009; Всероссийской научно-технической конференции «Научное наследие И.П. Бардина», Новокузнецк, 2008; Пятнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учёных, Кемерово-Томск, 2009; II и III Международном российско-китайском семинаре «Влияние электромагнитных полей на структуру и характеристики материалов», Москва, 2009, Шеньжень, 2010; Седьмой международной научно-практической конференции «Исследование, разработки и применение высоких технологий в промышленности» (Высокие технологии, фундаментальные исследования, образование), С.-Пб., 2009; XVII Международной конференции «Физика прочности и пластичности», Самара, 2009; IV Российской научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций», Екатеринбург, 2009; Всероссийской Байкальской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по наноструктурным материалам, Иркутск, 2009; Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов, Томск, 2009; Бернштейновских чтениях по термомеханической обработке металлических материалов, Москва, 2009; XIX Петербургских чтениях по проблемам прочности, посвященных 130-летию академика АН УССР H.H. Давиденкова, С.-Пб., 2010, V Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур», Москва, 2010; 50 Международном научном симпозиуме «Актуальные проблемы прочности», Витебск; 2010; Открытой школе-конференции стран СНГ «Ультрамелкозернистые и на-ноструктурные материалы», Уфа, 2010; XIII Республиканской конференции «Физика конденсированного состояния», Гродно, 2011; XIV Международного семинара «Структурные основы модифицирования материалов», Обнинск, 2011.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 42 работы, в том числе 1 коллективная монография, 17 статей, из них 8 входят в перечень, рекомендованный ВАК для публикации результатов диссертационных исследований, 6 докладов, тезисы 22 докладов на конференциях и других научных мероприятиях.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Способы комбинированной упрочняющей обработки титановых сплавов ВТ 1-0 и ВТ20, сочетающие электровзрывное науглероживание, алити-рование и бороалитирование поверхности и последующее ее переплавление при электронно-пучковом воздействии.

2. Совокупность экспериментальных данных о структуре поверхности обработки, строении по глубине зоны комбинированного воздействия, ее структурно-фазовых состояниях и свойствах.

3. Модельные представления о процессах формирования структурно-фазовых состояний и свойств поверхностных слоев технического титана при комбинированной обработке.

Краткое описание структуры диссертационной работы. Диссертация включает в себя введение, 5 разделов, заключение и приложение, изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 74 рисунка, список литературы состоит из 163 наименований, главы и заключение.

5.6 Выводы

1. Осуществлено электровзрывное бороалитирование технически чистого титана ВТ 1-0. Выявлено увеличение микротвердости поверхностного слоя в -3 раза, по отношению к микротвердости сердцевины образца.

2. Выполнена, в широком интервале плотности энергии пучка электронов л

Д? = 15.30 Дж/см ), длительности (т = 50.200 мкс) и количества импульсов воздействия (ТУ = 1.200), показали, что оптимальным является режим, при котором Е3 = 30 Дж/см ; N = 5 имп.; т = 50 мкс; f— 0,3 Гц, электронно-пучковая обработка бороалитированных электровзрывным методом образцов технически чистого титана ВТ1-0. Обнаружено увеличение микротвердости поверхности комбинированной (электровзрывное бороалитирование + электронно-пучковое облучение) обработки в -5,5 раз по отношению к микротвердости центральной части образца и в -1,7 раза, по отношению к микротвердости образца после электровзрывного бороалитирования.

3. Показано, что в результате электровзрывного бороалитирования на поверхности образца формируется неоднородное по толщине тонкое (1.2 мкм) покрытие, содержащее большое количество микрокапель, микропор и микротрещин. Электронно-пучковая обработка, сопровождающаяся высокоскоростными плавлением и кристаллизацией поверхностного слоя, приводит к жидко-фазному перемешиванию системы пленка-подложка, снижению уровня шероховатости, устранению микрокапель и микропор.

4. Комплексная обработка поверхности технического титана ВТ 1-0, заключающаяся в электровзрывном бороалитировании и последующей обработке электронным пучком, сопровождается формированием в приповерхностном объеме образца слоистой структуры. Методами сканирующей электронной

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Необходимость отвечать на различные и все усложняющиеся требования к конструкционным и инструментальным материалам стимулирует разработки новых методов упрочнения поверхности. Важное место среди них занимают способы обработки, использующие КПЭ, такие как ЭВЛ, ЭПО и др. Развитие этих способов невозможно без решения новых задач. В случае ЭВЛ необходимо исследовать различные виды легирования, в том числе одно-, двух-и многокомпонентные и получить знания о свойствах легированных слоев. Дать модельное описание физических процессов и явлений, развивающихся на облучаемой поверхности, внутри оплавляемого слоя, на его границе с основой и в зоне термического влияния, т.е. ответить на вопросы как, в каких условиях и почему формируется определенное строение зоны легирования, ее структура и фазовый состав. Самостоятельный интерес представляет определение возможных областей использования ЭВЛ и перспективы его развития.

По результатам настоящей работы были сформулированы следующие основные выводы.

1. Электровзрывное науглероживания сплавов титана ВТ1-0 и ВТ20 обеспечивает формирование в зоне легирования трёх фаз: твердого раствора углерода в титане, карбида титана и структурно свободного углерода в форме графита. Последующий вакуумный отжиг приводит к частичному растворению графита и увеличению содержания карбида титана в приповерхностном слое зоны легирования на глубине до 15 мкм.

2. Электровзрывное науглероживание титанового сплава ВТ1-0 приводит к формированию структуры, содержащей углерод в форме графита, карбид титана и твердый раствор углерода в титане. Последующая ЭПО приводит к формированию на поверхности науглероживания сплошного слоя карбида титана толщиной 20 мкм.

3. Микротвердость поверхности зоны электровзрывного науглероживания увеличивается по сравнению с основой в 3 раза, достигая 600 НУ. Увеличение

117 содержания карбида титана при последующем вакуумном отжиге приводит к дополнительному увеличению микротвердости поверхности до 1200-1400 HV. Износостойкость в условиях сухого трения скольжения увеличивается в 2,6 и 10 раз, соответственно. Микротвердость карбидизированного слоя на поверхности сплава ВТ 1-0 после ЭПО составляет 2400 HV. Общая толщина зоны упрочнения достигает 60 мкм.

4. В результате электровзрывного алитирования и бороалитирования на поверхности титана ВТ 1-0 формируется слой покрытия толщиной 3-5 мкм. ЭПО в широком интервале параметров воздействия сопровождается объединением покрытия с поверхностным слоем зоны легирования и v выравниванием рельефа поверхности обработки.

5. Электровзрывное алитирование титана ВТ 1-0 и последующая ЭПО приводит к формированию в зоне легирования многофазной, морфологически многокомпонентной, размерно неоднородной структуры. Выявлено присутствие а- и ß-титана, а также наноразмерных алюминидов титана различного состава, объемная доля, размеры и элементный состав которых закономерно изменяются по мере удаления от поверхности обработки. Общая глубина упрочнения достигает 30 мкм.

6. При электровзрывном бороалитировании приповерхностный слой толщиной 15 мкм имеет многофазную структуру, содержащую наноразмерные частицы упрочняющих фаз - боридов алюминия и титана различных размеров и формы. Бориды алюминия преимущественно располагаются вблизи поверхности обработки, а бориды титана — в глубине. Расположенный под ним переходный слой сформирован а- и ß-титаном, и содержит субмикро- и наноразмерные и частицы алюминидов и боридов различного состава. Слой термического влияния сформирован преимущественно а-титаном зеренной и пластинчатой морфологии.

7. Электровзрывное алитирование приводит к увеличению микротвердости поверхности обработки до 750 HV, что в 2,3 раза выше исходного значения. Последующая ЭПО в оптимальном режиме, не снижая величины микротвердости поверхностного слоя, приводит к увеличению толщины упрочненного слоя в ~2,5 раза (до 40 мкм) по отношению к образцу, подвергнутому ЭВЛ. Электровзрывное бороалитирование увеличивает микротвердость поверхности в 3 раза. Последующая ЭПО в оптимальном режиме увеличивает микротвердость поверхности в 5,5 раз до 1800 НУ. Общая глубина упрочнения достигает 60 мкм.

1. 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.

2. Формирование структуры и свойств стали 45 при комплексной электровзрывной и электронно-пучковой обработке / Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Колубаева, С.Ю. Филимонов и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2008. - № 12. - С.

3. Модификация низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком поверхности стали, легированной электровзрывным методом / Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Колубаева, А.Д. Тересов и др. // Упрочняющие технологии и покрытия. -2009.-№2.-С. 41-45.

4. 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. 4244.

5. Структура и свойства поверхности электронно-пучковой обработки стали, подвергнутой электровзрывному алитированию / Ю.Ф.Иванов, H.H. Коваль, С.Ю. Филимонов и др. // Изв. вузов. Физика. 2009. -№ 11/2. - С.161-165.

6. 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. - Т. 6. - № 4. - С. 119-123.

7. Будовских Е.А., Карпий C.B., Громов В.Е. Формирование поверхностных слоев металлов и сплавов при электровзрывном легировании // Известия РАН. Серия физическая. 2009. - Т. 73. -№ 9.-С. 1324-1327.

8. Карбидизация титановых сплавов при электровзрывном науглероживании и дополнительной термической ■ обработке / A.B. Вострецова, C.B. Карпий, Е.А. Будовских и др. // Изв. вуз. Чер. металлургия. 2009. № 6. - С. 60-62.

9. Формирование нанокомпозитных слоев электронно-пучковой обработкой титана ВТ 1-0, подвергнутого двухкомпонентному электровзрывному легированию / C.B. Карпий, Ю.Ф. Иванов, Е.А. Будовских и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2010. - №. 6. - С. 86-88.

10. Структура и фазовый состав технически чистого титана, подвергнутого электровзрывному алитированию и последующей электронно-пучковой обработке / C.B. Карпий, М.М. Морозов, Ю.Ф. Иванов и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2010. - №. 4. - С. 51—56.

11. Формирование наноразмерных фаз при электровзрывном алитировании и бороалитировании и электронно-пучковой обработке поверхности титана / C.B. Карпий, М.М. Морозов, Ю.Ф. Иванов и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. -2010. -№. 8. С. 64-68.

12. Структурно-фазовые состояния поверхностных слоев титана ВТ1-0 после электровзрывного бороалитировании алитирования и электронно-пучковойобработки / С.В. Карпий, М.М. Морозов, Ю.Ф. Иванов и др. // Материаловедение. 2010. - № 10. - С. 61-64.

13. Структурно-фазовые состояния титана после электровзрывного легирования и последующей электронно-пучковой обработки / С.В. Карпий, М.М. Морозов, Е.А. Будовских и др. // Успехи физики металлов. 2010. - Т. 11. - № 3. -С. 273-293.

14. Рельеф поверхности и структура зоны электровзрывного легирования / Е.А. Будовских, С.В. Карпий, Г. Танг, С.В Воробьев, А.П. Семин, В.Я. Целлерма-ер, С.В. Коновалов, В.Е Громов // Вестн. Рос. акад. естеств. наук (ЗСО). 2009. -Вып. 11.-С. 94-98.

15. Формирование поверхностных слоев титановых сплавов при электровзрывном легировании алюминием / С.В. Карпий, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов, С.В. Коновалов // Фундам. проблемы соврем, материаловедения. Т. 6. № 1. 2009. С. 46-48.

16. Моделирование теплофизических процессов импульсного лазерного воздействия на металлы / A.A. Углов, И.Ю. Смуров, A.M. Лашин, А.Г. Гуськов. -М.: Наука, 1991.-288 с.

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

18. Грибков В.А., Григорьев Ф.И., Калин Б.А., Якушин В.Л. Перспективные ра-диационно-пучковые технологии обработки, материалов. М.: Круглый год, 2001.-528 с.

19. Тюрин Ю.Н., Жадкевич М.Л. Плазменные упрочняющие технологии. — Киев: Наукова думка, 2008. 216 с.

20. Султанов М.А. Об упрочнении сталей ударно-сжатой плазмой // Металловедение и терм, обраб. металлов. 1988. - № 7. - С. 46-51.

21. Изменение структуры армко-железа при импульсной азотноплазменной обработке / М.Н. Волошин, Д.А. Гасин, И.Р. Кораблёва и др. // Физика и химия обраб. материалов. 1993. - № 1. - С. 67—70.

22. 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.

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

24. 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.

25. Модификация структуры и свойств поверхностных слоев углеродистых сталей при воздействии компрессионного плазменного потока / В.В. Углов,

26. B.М. Анищик, B.B. Асташинский и др. // Физика и химия обраб. материалов. -2002. -№ 3. С. 23-28.

27. 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.

28. 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. - Vol. 70. - P. 269-274.

29. 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.

30. Поверхностная обработка инструментальных сталей плазменными потоками' квазистационарного ускорителя /В.В. Углов, В.М. Анищик, Е.К. Стальмо-шенок и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2004. - № 5. — С. 44-49.

31. 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^-1.

32. 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. 2005. - Т. 15. - № 1. —1. C. 29-35.

33. 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.

34. Динамика плавления и кристаллизации монокристаллического кремния при воздействии компрессионных плазменных потоков / С.И. Ананин, В.М. Асташинский, A.C. Емельяненко и др. // Журнал техн. физики. — 2006. — Т. 76. — Вып. 7. С. 34-40.

35. Влияние температуры отжига на элементный,и фазовый состав углеродистой стали, легированный под действием компрессионных плазменных потоков //В.В. Углов, В.М. Анищик, H.H. Черенда и др. // Физика и химия об-раб. материалов. 2007. - № 6. — С. 57-61.

36. 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.

37. Структурно-фазовое состояние системы Ti-Si, обработанной компрессионными плазменными потоками / В.В. Углов, Н.Т. Квасов, Ю.А. Петухов и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2008. - № 6. — С. 32-36.

38. Фазообразование в системе титан-хром-сталь при воздействии компрессионных плазменных потоков / В.В. Углов, H.H. Черенда, Н.С. Тарасюк и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2009. - № 4. - С. 24-28.

39. 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.

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

41. 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.

42. 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.

43. Взаимодействие мощных импульсных потоков энергии с поверхностью вольфрама в установке Плазменный фокус / В.Н. Пименов, С.А. Масляев, Е.В. Демина и др. // Физика и химия обраб. материалов. — 2008. № 3. - С. 5-14.

44. Взаимодействие мощных импульсных потоков энергии с материалами / JI. И. Иванов, В.Н. Пименов, В.А. Грибков // Физика и химия обраб. материалов. 2009. - № 1. - С. 23-37.

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

46. Влияние параметров разрядного контура плазменно-детонацион-ной 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.

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

48. Структура и свойства покрытий из AI—Ni, нанесенных импульсной плазменной струей на подлодку из стали / А.Д. Погребняк, Ю.А. Кравченко, Д.Л.

49. Алонцева и др. // Физика и химия обраб. материалов. — 2004. № 2. - С. 4549.

50. Структура и свойства А1-Со покрытия, нанесенного высокоскоростной импульсной плазменной струей / А.Д. Погребняк, А.Д. Михалев, В.В. Понаря-дов и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2005. - № 6. - С. 28-31.

51. 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.

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

53. Бурцев В.А., Калинин Н.В., Лучинский A.B. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках. М.: Энергоатом-издат, 1990.-288 с.

54. Поверхностная закалка стали излучением взрывающейся проволочки / / Б.П. Константинов, И.М. Зимкин, М.И. Степанов, JI.M. Шестопалов // Физика металлов и металловедение. — 1966. Т. 22. - Вып. 1. - С. 157-158.

55. Сухара Т., Фукуда С., Ито X. Нанесение покрытий взрывающимися проволочками // Получение покрытий высокотемпературным распылением / под ред. JT.K. Дружинина, В.В. Кудинова. М.: Атомиздат, 1973. - С. 124-133.

56. Нанесение твердосплавных покрытий электрическим взрывом проводников / A.A. Дерибас, В.П. Исаков, Б.М. Крейчман и др. // Физика горения и взрыва. 1982. - № 2. - С. 110-116.

57. A.c. 1708916 СССР, МКИ3 С 23 С 14/32. Устройство для нанесения покрытий взрывом проводника / Д.А. Дудко, В.В. Приймачек, И.И. Дромантас, П.-Б.И. Аштраускас. (СССР). 3 е.: ил. 2.

58. A.c. 1708917 СССР, МКИ3 С 23 С 14/32. Устройство для нанесения покрытий взрывом проводника / Д.А. Дудко, В.В. Приймачек, И.И. Дромантас, П.-Б.И. Аштраускас. (СССР). 3 е.: ил.

59. A.c. 1708918 СССР, МКИЗ С 23 С 14/32. Устройство для нанесения покрытий взрывом проводника / И.И. Дромантас, Й.Ю. Раманаускас, Р.В. Дам-браускайте, П.-Б.И. Аштраускас. (СССР). — 3 е.: ил.

60. Исаков В.П., Москаленко В.Г. Оценка возможности получения аморфных покрытий при электрическом взрыве проводников // Там же. С. 218-222.

61. Фукуда Шигеша. Электроимпульсное напыление металлов с использованием проволоки // J. Jap. Soc. Heat. Treat. 1988. - Vol. 28. - N. 5. - P. 320-325. -Яп.

62. Фукуда Шигеша. Напыление при низком давлении методом взрывающихся проволочек // Weld. Technol. 1990. - Vol. 38. -N. 6. - P. 85-88. - Яп.

63. Головяшкин A.H., Лежнев Д.В. Получение тонких пленок медно-цинковых сплавов методом электрического взрыва в вакууме // Технология и конструирование в электрон, аппаратуре. 2001. - № 2. - С. 42-44, 63-64.

64. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление: Пер. с яп. — М.: Машиностроение, 1985. 240 с.

65. Порошковая металлургия и напыленные покрытия: Учеб. для вузов / В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л.К. Дружинин и др.; Под ред. B.C. Митина. — М.: Металлургия, 1987. 792 с.

66. Бобров Г.В., Ильин A.A. Нанесение неорганических покрытий. Теория. Технология. Оборудование: Учеб. пособие для вузов. М.: Интермет Инжиниринг, 2004. 628 с.

67. Синтез интерметаллидных соединений при тепловом воздействии импульсной плазмы на систему покрытие-основа / В.П. Симаков, Е.А. Будовских, H.H. Назарова и др. // Изв. вуз. Чер. металлургия. 2000. - № 12. - С. 60-62.

68. Будовских Е.А., Носарев П.С. Влияние режима импульсного плазменного воздействия на параметры зоны науглероживания поверхности металлов // Материаловедение. 2001. - № 3. - С. 50-53.

69. Повышение жаро- и износостойкости титана комплексным электровзрывным легированием поверхности / Е.А. Будовских, JI.B. Манжос, Е.В. Марту-севич, И.С. Астахова // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2003. - № 6. - С. 38— 40.

70. Будовских Е.А., Мартусевич Е.В. Формирование градиентных структур электровзрывным науглероживанием металлов // Изв. вуз. Чер. металлургия. — 2004. № 6.-С. 37—41.

71. Влияние режима обработки на степень науглероживания железа при электровзрывном легировании / Е.В. Мартусевич, Е.А. Будовских, В.К. Каратеев, В.Е. Громов // Заготов. пр-ва в машиностроении. 2005. — № 1. — С. 46-48.

72. Мезоструктурный уровень модификации никеля бором при электровзрывной обработке поверхности / А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, Е.В. Мартусевич, В.Е. Громов // Физ. мезомеханика. 2005. - № 4. - С. 89-94.

73. Упрочнение и защита поверхности инструментальной стали' комплексным электровзрывным легированием и нанесением покрытий / А .Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, В.Ф. Горюшкин и др. // Заготов. пр-ва в машиностроении. — 2005.-№9.-С. 44^15.

74. Багаутдинов А.Я., Будовских Е.А., Иванов Ю. Ф. Определение микротвердости поверхностных слоев никеля после электровзрывного науглероживания // Изв. вуз. Чер. металлургия. 2005. — № 9. - С. 67.

75. Рентгенографическое исследование поверхностных слоев никеля после электровзрывного науглероживания в различных режимах / В.К. Каратеев, А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских и др. // Изв. вуз. Чер. металлургия. 2005. - № 8. - С. 34-36.

76. Электровзрывное легирование железа углеродом: рельеф поверхности, фазовый состав и дефектная субструктура / А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов и др. // Изв. вузов. Физика. 2005. - № 9. - 36-41.

77. Электровзрывное карбоборирование железа: рельеф поверхности, фазовый состав и дефектная субструктура модифицированного слоя / А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов и др. // Вопросы материаловедения. -2005.-№3 (43).-32-39.

78. Структурно-фазовый анализ никеля, подвергнутого электровзрывному легированию / Е.А. Будовских, А.Я. Багаутдинов, Ю.Ф. Иванов и др. // Деформация и разрушение материалов. 2005. - № 11. - С. 28-32.

79. Электронно-микроскопические исследования поверхностного слоя никеля после электровзрывного науглероживания и карбоборирования / А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2006. - № 2. - С. 143-150.

80. Моделирование тепломассопереноса через границу плазма-расплав при электровзрывном науглероживании железа и никеля / А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, Е.В. Мартусевич, В.Е. Громов // Изв. вузов. Чер. металлургия. -2005.-№ 12.-С. 22-24.

81. Особенности электровзрывного карбоборирования железа и никеля / Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, А.Я. Багаутдинов и др. // Деформация и разрушение материалов. 2006. - № 3. — С. Ъ1-ЛЪ.

82. Структурно-фазовый анализ поверхности никеля после электровзрывного легирования медью / O.A. Цвиркун, А.Я. Багаутдинов, Ю.Ф. Иванов, Е.А. Будовских, В.Е. Громов // Изв. вуз. Чер. металлургия. 2006. - № 6. - 28-29.

83. Электровзрывное легирование железа медью: градиент фазового состава и дефектной субструктуры модифицированных слоев / O.A. Цвиркун, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов // Физ. мезомеханика. — 2006. Т. 9. - № 4. - С. 49-54.

84. Цвиркун O.A., Будовских Е.А., Громов В.Е. Фазовый состав и дефектная субструктура зоны электровзрывного меднения и боромеднения железа / Изв. вуз. Чер. металлургия. 2006. - № 8. — С. 55-60.

85. Структурно-масштабные уровни рельефа поверхности железа и никеля после электровзрывного легирования в высокоэнергетичном режиме / O.A. Цвиркун, Ю.Ф. Иванов, Е.А. Будовских, В.Е. Громов // Физ. мезомеханика. — 2006. Т. 9. - № 5. - С. 91-95.

86. Электровзрывное боромеднение железа: структурно-фазовое состояние зоны легирования / O.A. Цвиркун, Ю.Ф. Иванов, Е.А. Будовских, В.Е. Громов, // Материаловедение. 2006. - № 11. - С. 37-40.

87. Фазовый состав и дефектная субструктура зоны электровзрывного алити-рования железа / O.A. Цвиркун, Ю.Ф. Иванов, Е.А. Будовских, В.Е. Громов // Заготов. пр-ва в машиностроении. 2006. - № 11. - С. 37-40.

88. Электровзрывное бороалитирование железа: фазовый состав и дефектная субструктура / O.A. Цвиркун, Ю.Ф. Иванов, Е.А. Будовских, В.Е. Громов. -Изв. вузов. Чер. металлургия. — 2007. № 2. - С. 46—50.

89. Формирование фазового состава и дефектной субструктуры зоны электровзрывного боромеднения никеля / O.A. Цвиркун, А.Я. Багаутдинов, Ю.Ф. Иванов, Е.А. Будовских, В.Е. Громов // Изв вузов. Физика. 2007. - № 3. -С. 3-7.

90. Градиентное состояние поверхностных слоев железа и никеля после электровзрывного науглероживания и карбоборирования / А .Я. Багаутдинов, O.A. Цвиркун, Е.А. Будовских и др. // Металлург. 2007. - № 3. - С. 52—57.

91. Морфологические особенности кристаллизации поверхностных слоев железа и никеля при электровзрывном легировании / O.A. Цвиркун, Е.А. Будовских, А.Я. Багаутдинов и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. — 2007. — № 6.-С. 40-45.

92. Будовских Е.А., Уваркин П.В., Громов В.Е. Адгезионная прочность поверхностных слоев, сформированных при электровзрывном легировании металлов // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2008. — № 3. - С. 50.

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

94. Особенности-формирования приповерхностного слоя зоны электровзрывного легирования железа и никеля / Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, Гуои Танг, В.Е. Громов // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2008. - № 6. - С. 46-48:

95. ИЗ. Формирование износо- и жаростойких поверхностных слоев при электровзрывной обработке инструментальной стали / Е.А. Будовских, В.Ф. Горюшкин, Е.В. Мартусевич и др. // Фундам. проблемы соврем, материаловедения. -2005. — № 1.-С. 95-97.

96. Физические особенности электровзрывного легирования металлов / Е.А. Будовских, А.Я. Багаутдинов, O.A. Цвиркун и др. // Фундам. проблемы соврем. материаловедения. 2005. - Т. 2. - № 3. - С. 110-113.

97. Формирование структурно-фазовых состояний при электровзрывном али-тировании и меднении поверхностных слоев железа / О.А. Цвиркун, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов // Фундам. проблемы соврем, материаловедения. 2006.-Т. 3".-№3.-С. 17-21.

98. Будовских Е.А. Послойные исследования нанокомпозитных поверхностных слоев, сформированных на железе и никеле электровзрывным легированием // Вестн. Рос. акад. естеств. наук. 2006. - Т. 6. - № 3. - С. 77-85.

99. Electro-explosive Alloying of Metals: Surface Morphology, Phase Structure and Defective Substructure / E.A. Budovskikh, O.A. Tsvirkun, Ju.F. Ivanov, V.E. Gromov // Изв. вузов. Физика. — 2006. № 8. - Приложение. — С. 367-370.

100. Микротвердость поверхности зоны электровзрывного карбоборирования и науглероживания железа / О.А. Цвиркун, Е.А. Будовских, В.А. Петрунин и др. // Вестн. Магнитогор. техн. ун-та им. Г.И. Носова. 2006. - № 4. - С. 8384.

101. Упрочнение и защита поверхности стали XI2 электровзрывным легированием / О.А. Цвиркун, Е.А. Будовских, В.В. Руднева и др. // Журнал функци-он. материалов. 20071 - Т. 1. - № 3. - С. 117-119.

102. Вострецова A.B., Будовских Е.А., Громов В.Е. Особенности науглероживания поверхности металлов электровзрывом углеграфитовых волокон // Фундам. проблемы соврем, материаловедения. 2008. - Т. 5. - № 3. - С. 4648.

103. Осколкова Т.Н., Будовских Е.А. Наноструктурирование поверхности кар-бидовольфрамовых твердых сплавов при электровзрывном легировании // Заготов. пр-ва в машиностроении. 2010. - № 8. - С. 33-36.

104. Влияние интенсивности плазменного воздействия на микротвердость стали 45 при электровзрывном боромеднении / Е.С. Ващук, Е.А. Будовских, М.М.

105. Морозов, В.Е. Громов // Физика и химия обраб. материалов. 2011. - № 2. -С. 99-100.

106. Devyatkov V.N., Koval N.N., Schanin P.M., Grigoryev V.P., Koval T.V. Generation and propagation of high-current low-energy electron beams // Laser and Particle Beams. -2003. Vol. 21. - P. 243-248.

107. Коваль Н:Н., Иванов Ю.Ф. Наноструктурирование поверхности металло-керамических и керамических материалов при импульсной электронно-пучковой обработке // Изв. вузов. Физика. 2008. - № 5. — С. 60-70.

108. Лукьянов Г.А. Сверхзвуковые струи плазмы. Л.; Машиностроение, Ле-нингр. отд-ние, 1985. - 264 с.

109. Бурцев В.А., Калинин Н.В., Лучинский A.B. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках. — М.: Энергоатом-издат, 1990.-288 с.

110. Золотухин В.Д., Махорин Б.И. Кинетика распыления фольги сильноточной импульсной дугой в коаксиальном ускорителе // Электрон, обраб. материалов. 1981. -№ 3. - С. 41-45.

111. Мартусевич Е.В., Будовских Е.А. Кинетика электровзрыва фольги // Изв. вуз. Чер. металлургия. 2004. - № 121 — С. 31-32.

112. Особенности поверхностного легирования импульсными потоками плазмы электрически взрываемых проводников / В.Д. Сарычев, В.А. Петрунин, Е.А. Будовских и др. // Изв. вуз. Чер. металлургия. 1991. — № 4 — С. 64—67.

113. О конвективном механизме жидкофазного легирования поверхности металлов при импульсном плазменном воздействии / Е.А. Будовских, В.Д. Сарычев, В.П. Симаков, П.С. Носарев // Физика и химия обраб. материалов. —1993. -№ 1.- С. 59-66.

114. Будовских Е.А., Носарев П.С. Особенности формирования структуры оплавляемых слоев металлов при импульсной плазменной обработке // Изв. вузов. Чер. металлургия. — 1996. — № 2. С. 74—79.

115. Будовских Е.А., Назарова Н.Н., Носарев П.С. Фазовый состав и микроструктура поверхностных слоев железа, науглероженных импульсным воздействием гетерогенных плазменных пучков // Изв. вуз. Чер. металлургия.1994.-№ 12.-С. 29-33.

116. Некоторые особенности движения и конденсации продуктов электрического взрыва проводников / Н.В. Гревцев, Ю.М. Кашурников, В.А. Летягин, Б.И. Махорин // Журнал прикл. механики и техн. физики. — 1974. № 2. - С. 92-97.

117. О взаимодействии жидких капель металла с преградой / Б.И. Махорин, Н.В. Гревцев, В.Д. Золотухин и др. // Физика и химия обраб. материалов. — 1976.-№6.-С. 45-51.

118. Гольдберг М.М., Соколов C.B., Суминов И.В. Определение скорости частиц при напылении покрытий из порошковых материалов // Измер. техника. 1984.-№ 12.-С. 24-25.

119. Махорин Б.И., Золотухин В.Д., Гревцев Н.В. Влияние параметров разрядного контура на формирование пленок при напылении электрическим взрывом // Физика и химия обраб. материалов. — 1973. — № 2. — С. 60-64.

120. Петросян В.И., Дагман Э.И. К теории электрического взрыва в вакууме // Журнал техн. физики. 1969. - Т. 40. - № 11. - С. 2084-2091.

121. Некоторые особенности движения и конденсации продуктов электрического взрыва проводников / Н.В. Гревцев, Ю.М. Кангурников, В.А. Летягин, Б.И. Махорин // Журнал прикл. механики и техн. физики. 1974. - № 2. - С. 92-97.

122. Братухин А.Г. Применение свариваемых титановых сплавов в российской авиации // Вестн. машиностроения. 1996. — № 11. — С. 37-43.

123. Обеспечение надежности конструкций из титановых сплавов / В.И. Муравьев, П.В. Бахматов, Б.И. Долотов и др. — Под ред. В.И. Муравьева. Москва: Эком, 2009. - 752 с.

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

125. Колачев Б.А., Габидуллин P.M., Пигузов Ю.В. Технология термической обработки цветных металлов и сплавов: Учеб. пособие для вузов. М.: Металлургия, 1980. - 280 с.

126. Земсков Г.В., Коган Р.Л. Многокомпонентное диффузионное насыщение металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1978. - 208 с.

127. Металловедение и термическая обработка стали: Справ, изд. — 3-е изд., пе-рераб. и доп. В 3-х т. T. II. Основы термической обработки / Под ред. М.Л. Бернштейна, А.П. Рахштадта М.: Металлургия, 1983. 368 с.

128. 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.

129. Лазерное борирование высокопрочного чугуна / И.А. Тананко, A.A. Левченко, Р.Т. Гуйва и др. // Физика и химия обраб. материалов. 1991. - № 5. -С. 89-95.

130. 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.

131. Материаловедение: Учебник для втузов. Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др.; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина — 6-е изд., стереотип. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 648 с.

132. Жуков A.A., Бондаренко A.B. Методы поверхностного науглероживания и легирования стали с помощью углеродных волокнистых материалов // Металловедение и терм, обраб. металлов. — 1994. -№ 1. — С. 35—39.

133. Жуков A.A., Бондаренко A.B., Семенов А.Н. Упрочнение стальных деталей с использованием углеродных волокнистых материалов // Металловедение и терм, обраб. металлов. 1989. - № 4. - С. 36-40.

134. Вашуль X. Практическая металлография. Методы приготовления образцов: Пер. нем. М.: Металлургия, 1988. - 320 с.

135. Утевский JI.M. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. -М.: Металлургия, 1973. 583 с.

136. Эндрюс К., Дайсон Д., Киоун С. Электронограммы и их интерпретация. -М.: Мир, 1971.-256 с.

137. Практические методы в электронной микроскопии / Под ред. О.М. Глоэра. Пер. с англ. Д.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. — 375 с.