ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ,

Рахадилов Бауыржан Корабаевич

 

 

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СПЛАВА 67КН5Б, ОБРАБОТАННОГО КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ

 

 

 

Усть-Каменогорск  2011

 

Рахадилов Бауыржан Корабаевич

Года рождения

В 2009 году окончил СГУ имени Шакарима по специальности «физика».

В  2009-2011 гг.  - Магистрант специальности «Физика»

ВКГУ имени Д,Серикбаева

общий стаж работы - 2 года

 

Рахадилов Бауыржан Корабаевич

 

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СПЛАВА 67КН5Б, ОБРАБОТАННОГО КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ

 

 

Работа, представленная на конференцию - конкурс НИОКР молодых ученых и специалистов Национального ядерного центра Республики Казахстан

выполнена на кафедре «техническая физика» Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева МОиН РК (ВКГТУ) в соответствии с Договором о сотрудничестве с Национальным исследовательским Томским политехническим университетом (г. Томск, Россия).

070004, г. Усть-Каменогорск ул. Протозанова, 69, тел /факс (7232)540 043,

                                           E_mail: bor1988@ mail. ru

 

 

РЕФЕРАТ

 

Работа содержит 5 страниц, 7  рисунков, 1 таблица, 5 источников.

Объект исследования: В соответствии с поставленными задачамив качестве объекта исследования был выбран аустенитный дисперсионно-твердеющий сплав 67КН5Б (67%-Co, 28%-Ni, 5%-Nb), широко используемый при изготовлении токоведущих упругих элементов, контактных пружин для электромагнитных и ртутных реле.

Выбор материала исследования обоснован тем, что сплав 67КН5Б относится к дисперсионно-твердеющим аустенитным сплавам и используется в электротехнической  промышленности. Образцы для исследования в соответствии с техническим заданием Договора были предоставлены НИ ТПУ.

 

Актуальность: Развитие современной техники приводит к необходимости создания материалов, работающих в экстремальных условиях высоких температур, больших механических нагрузок, аггресивных контактирующих сред, внешнего ионизирующего облучения.

Как известно, в настоящее время ведутся интенсивные исследования по изучению влияния обработки концентрированными потоками энергии (ионные, электронные, лазерные и т.д.) на структуру и свойства металлов и сплавов. Поэтому изучение механизмов и особенностей выделения упрочняющей фазы сплава 67КН5Б после воздействия концентрированных потоков энергии представляет большой научный и практический интерес в плане выяснения общих закономерностей фазовых превращений в изучаемом сплаве и разработки новых прогрессивных способов обработки материалов для улучшения их практически важных свойств.

Ааустенитный, дисперсионно-твердеющий сплав  67КН5Б широко используется при изготовлении упругих чувствительных элементов приборов. Эти изделия эксплуатируются в агрессивных средах и условиях различных механических нагрузок. Для изделий, работающих в условиях различных механических нагрузок и агрессивных средах, существуют различные способы повышения механических свойств. Однако, эти способы малоэффективны, и не применимы к дисперсионно - твердеющему сплаву 67КН5Б. Поэтому изучение влияния обработки концентрированными потоками энергии на структурно-фазовое состояние и физико-механические свойства дисперсионно-твердеющего сплава представляют собой большую практическую и научную  значимость.

 

Цель работы: Исследовать влияние облучения электронами и ионами химически активного элемента (N⁺) на микроструктуру, механические свойства и фазовый состав поверхностных слоев дисперсионно-твердеющего сплава 67КН5Б.

Задачи исследований: Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

- изучить влияние ионной имплантации азота на структурно-фазовое состояние и механические свойства дисперсионно-твердеющего сплава 67КН5Б;

- исследовать влияние обработки непрерывным электронным облучением на структуру и свойства сплава 67КН5Б.

 

Методика исследований: Образцы для облучения были изготавливлены в виде прямоугольных параллелепипедов со сторонами 20х20х0,5мм. Перед облучением образцы электролитически полировали. Имплантация ионов азота с энергией 100 кэВ, дозами 10¹⁷, 2×10¹⁷, 5×10¹⁷ проводилась в вакууме с остаточным давлением 10^-4 Па,  при плотности тока 2 мкА/см². Непрерывное электронное облучение выполнялась на ускорителе ЭЛВ-4. Энергия электронов на поверхности образцов при облучении составляла 1,3 МэВ, а плотность тока пучка – 10 мкА/см². Образцы были облучены до дозы 0,28×10¹⁹ е^-/см². В процессе облучения температура образцов не превышала 100 К. Исследование фазового состава и кристаллической структуры образцов сплава осуществляли методами рентгеноструктурного анализа на дифрактометре X’Pert Pro в CuK_a- излучении. Морфологию поверхности изучали в инженерной лаборатории IРГЕТАС ВКГТУ на оптическом микроскопе «NEOPHOT-21» и растровом электронном микроскопе JSM-6390LV, оснащенным приставкой энергодисперсионного анализа. Микротвердость поверхностных слоев образцов до и после облучения измеряли методом вдавливания алмазного индентора на приборе ПМТ-3 при трех нагрузках 20, 50 и 100г и выдержке под нагрузкой 10 с.

 

Результаты работ:  разработан способ обработки упругочувствительных элементов ионной имплантацией и электронно-лучевым воздействием, приводящая к увеличению микротвердости, залечиванию поверхностных дефектов.

 

Научная новизна: Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

-  установлено, что обработка непрерывным электронным лучом сплава 67КН5Б позволяет устранить структурную неоднородность и улучшить метрологические характеристики упругих чувствительных элементов;

- обнаружено, что имплантация ионами азота улучшает механические свойства поверхности сплава 67КН5Б.

 

Личный вклад автора: Личный вклад автора состоит:

- в оптическом и электронно-микроскопическом исследовании структуры образцов до и после  ионной имплантации и электронного облучения.

- в  оценке глубины проникновения и распределения имплантированных ионов в сплаве;

- в анализе полученных результатов, их обсуждении, в формулировке выводов.

 

Публикации: Основные результаты работы были изложены и обсуждены на II-ой Республиканской научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Единство образования, науки и инноваций» (Усть-Каменогорск, 2011), XI Республиканской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых преподавателей: «Творчество молодых - инновационному развитию Казахстана», II Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» (г. Юрга, Россия, 2011).

 

 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ,

ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ

 

Н_m - микротвердость

Т - температура

УЧЭ – упруго-чувствительные элементы

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ_____________________________________________________________7

1. Материал  и методы  исследования____________________________________ 7

1.1. Материал_________________________________________________________7

1.2. Методики облучения__________________________________________________7

1.3. Методы исследования _________________________________________________8

2. Результаты исследований и их обсуждение________________________________8

2.1. Исследование структуры и свойств сплава 67КН5Б после ионной имплантации_10

2.2. Исследование структуры и свойств сплава 67КН5Б после электронного   облучения____________________________________________________________11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ___________________________________________________________11

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ______________________________11

 

ВЕДЕНИЕ

В 70-80-е годы прошлого столетия наряду с традиционными методами упрочняющего объемного воздействия на металлические материалы, такими ка термомеханическая обработка, закалка и ударно-волновое нагружение, появилась возможность проводить поверхностную обработку концентрированными потоками энергии (от 10³ до 10⁸ Вт/см²) [1]. Развитие современной техники приводит к необходимости создания материалов, работающих в экстремальных условиях высоких температур, больших механических нагрузок, аггресивных контактирующих сред, внешнего ионизирующего облучения. С связи с этим в настоящее время ведутся интенсивные исследования по изучению влияния обработки концентрированными потоками энергии на структуру и свойства металлов и сплавов. При обработке концентрированными потоками энергии одновременно осуществляется радиационное, тепловое и ударно-механическое воздействия. Развивающиеся при этом процессы перестройки структуры происходят в условиях, далеких от термодинамически равновесных, и позволяют получать поверхностные слои с уникальным комплексом физико-механических свойств [2]. Более того, при облучении поверхности ионами химически активных элементов могут формироваться мелкодисперсные включения новых фаз, обеспечивающих более высокие механические свойства за счет дисперсного упрочнения поверхностного слоя [3].

В связи с вышеизложенным, целью настоящей работы является исследование влияния облучения электронами и ионами химически активного элемента (N⁺) на микроструктуру, механические свойства и состав поверхностных слоев дисперсионно-твердеющего сплава 67КН5Б.