автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Структура и свойства металлических сплавов при различных способах локального высокоэнергетического воздействия

На правах рукописи

ДОСТОВАЛОВ ДЕМЬЯН ВИКТОРОВИЧ

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ЛОКАЛЬНОГО ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Специальность - 05.16.09 - Материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4857849

г о окт ¿он

Комсомольск-на-Амуре - 2011

4857849

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет».

Научный руководитель

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Гордиенко Павел Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ким Владимир Алексеевич доктор технических наук, профессор Юдаков Александр Алексеевич

Ведущая организация:

Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования - «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (г. Хабаровск)

Защита диссертации состоится «29» октября 2011 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.092.01 в Государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» по адресу: 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина 27, КнАГТУ, Факс:540887. E-mail: mdsov@knasM.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно технической библиотеке Комсомоль-ского-на Амуре государственного технического университета

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим выслать в адрес диссертационного совета университета

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

Пронин

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В производстве широко используются различные конструкционные материалы и сплавы, которые должны обладать необходимыми химическими и механическими характеристиками. Это достигается разными методами обработки. Плазменные способы обработки металлов, являясь наиболее перспективными, интенсивно разрабатываются как в нашей стране, так и за рубежом. Использование низкотемпературной плазмы эффективно не только для переплава металлов и сплавов, напыления износостойких, жаропрочных и коррозионностойких покрытий, резки и сварки различных материалов, но и для поверхностного упрочнения изделий и деталей.

Плазменное поверхностное упрочнение находит широкое применение как в условиях мелкосерийного и единичного (в том числе ремонтного), так и крупносерийного и массового производства.

Процессы обработки материалов концентрированными потоками энергии, к числу которых относится плазменное воздействие, с высокой экономической эффективностью могут применяться при изготовлении деталей и узлов различных машин и агрегатов. Реализация соответствующих условий взаимодействия плазмы с веществом позволяет осуществить разные способы плазменной обработки, например, отжиг и термоупрочнение. Значительными потенциальными возможностями обладают методы высокоэнергетической обработай на основе интегрирования лазерного излучения с плазменной дугой. Потоки плазмы и электрическая дуга воздействуют на материалы с большой тепловой мощностью и высокой плотностью энергии.

Наиболее значимым фактором, влияющим на формирование физико-механических свойств материалов и эксплуатационных характеристик изделий при воздействии концентрированных потоков энергии, является температура в зоне обработан. Характер тепловых процессов определяется пространственным распределением плотности мощности, временем воздействия, а также теплофизическими характеристиками обрабатываемого материала. Применение высокоэнергетических методов воздействия позволяет создавать требуемое пространственное распределение плотности мощности энергетических потоков для успешного проведения технологических процессов и комбинированной обработки материалов. Обработка деталей локальными концентрированными потоками энергии имеет ряд технологических преимуществ, так как позволяет получить распределение механических свойств по обрабатываемой поверхности в зависимости от режимов термического воздействия.

Актуальность работы также подтверждается выполнением научно - исследовательских работ в рамках федеральной целевой программы, гос. контракт № 02.740.11.0638 РФ от 29.03.2010.

Целью настоящей работы является разработка способов локального высокоэнергетического воздействия на железоуглеродистые и титановые сплавы для повышения их механических и эксплуатационных характеристик.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие научно -технические задачи:

1. Разработать экспериментальные установки и методики исследований с использованием комплекса современного научно-исследовательского оборудования.

2. Разработать методики расчета плазменно-дуговых устройств со стабилизацией дугового разряда за счет всасывания окружающего воздуха в камеру плазматрона. Разработать методики организации многоточечной анодной привязки к металлу за счет газодинамического воздействия на электрическую дугу.

3. Исследовать механизм воздействия на структуру и свойства металлов и сплавов плазменно-дуговым устройством со специальной стабилизацией дугового разряда.

4. Исследовать структуру и свойства металлов и сплавов при локально - дискретном высокоэнергетическом воздействии в виде многоточечной анодной привязки.

5. Исследовать структуру и свойства поверхностных слоев и покрытий при локальном высокоэнергетическом воздействии на поверхность металла в электролите. Научная новизна работы заключается:

• Разработаны способы высокоэнергетического воздействия на поверхность железоуглеродистых и титановых сплавов, основанные на теории газодинамического управления тепловым слоем стабилизирующей (для точечного локального воздействия) и открытой (для многоточечного энергетического воздействия) дуг, для изменения их структуры и свойств.

• Установлены и научно обоснованы закономерности изменения структуры, физико-механических и эксплуатационных свойств металлических сплавов на основе железа и титана путем обработки различными способами локального высокоэнергетического воздействия на их поверхностный слой. Для формирования упрочненной поверхностной структуры металлических сплавов с заданными свойствами необходимо использовать плазматроны с нетрадиционной стабилизацией дуги (плотность мощности 10б Вт /см2 и регулируемая площадь воздействия диаметром от 510"3 до НО"3 м) в зависимости от тока и расхода газа, а для формирования поверхностных структур «мозаичного» типа с необходимыми свойствами на изделиях из СтЗсп, Ст45 и ВТ14 использовать разработанные электродуговые устройства с расщепленной анодной привязкой дуги на поверхности обрабатываемых металлических сплавов (ширина зоны расщепленной анодной привязки дуги колеблется от 510"2 до 20 10'2 м и локальной зоны привязки от 0,5 10"3 до 210"3 м в зависимости от интенсивности турбулентности газовой струи и величины электрического тока дуги).

• Установлены и научно обоснованы закономерности изменения структуры и свойств изделий из низколегированного серого чугуна под влиянием высокоэперге-тического воздействия на поверхностный слой с плотностью энергии 106 Вт/см2 и зо-

ной воздействия диаметром 1 10"3 м. В области расплавления чугуна формируется мелкодисперсная ледебуритная эвтектика с микротвердостью 5800-6000 МПа, а в зоне ЗТВ - мелкоигольчатый мартенсит и остаточный аустегагг, о чем свидетельствуют результаты рентгенофазового анализа. В верхней части ЗТВ, примыкающая к зоне расплавления, состоит из мартенситно-аустенитной структуры (50%) с микротвердо-стыо 6600-7500 МПа, а в нижней части ЗТВ на границе с исходной структура представляет собой мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита и равномерно распределенными частицами легированного карбида цементитного типа с микротвердостью 8700-9500 МПа.

• Установлена закономерность образования мелкодисперсных (иногда нанораз-мерных) пор газоусадочного происхождения, связанного с выгоранием углерода и образованием окиси углерода (СО), который в силу высокой скорости охлаждения не успевает выйти из расплава и переходит в усадочные поры. Наличие таких пор обеспечивает высокую способность к смачиванию маслом и удержанию его в порах во время работы трущейся пары, низкий коэффициент трения пары, высокую износостойкость при повышенных давлениях и температурах до 1100 °С в коррозионных средах. Износостойкость поверхности вала из упрочненного серого чугуна при такой обработке увеличилась в 8-10 раз.

• Установлено и научно обосновано, что при катодной поляризации образца из титанового сплава марки ВТЗ-1 и ВТ14 в водном электролите с углеродосодержащим анодом в локальных участках катода формируется карбидная фаза с соотношением Ti/C=2/1 с высокими коррозионно-износостойкими свойствами и низким значением токов коррозии. Катодные и анодные тою! на образцах титанового сплава с карбидным покрытием в 2-4 раза меньше, чем у образцов с оксидным покрытием. Практическая значимость работы: Полученные научные результаты легли в основу разработок высокоэффективных электродуговых устройств, технологических способов и рекомендаций для поверхностной обработки деталей машин. Достоверность полученных результатов обеспечена применением аттестованных приборов и апробированных методик измерения, использованием комплекса взаимодополняющих методов исследования, совпадением экспериментальных данных. Апробацпя работы: VIII Международная научно - техническая конференция «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» - Пенза, 2003; III Международн. симпозиум.: «Химия и химическое образование», Владивосток, 2003; V Международный форум молодых ученых стран АТР, Владивосток 2003; Sixth International Young Scholars' Forum of the Asia-Pacific Region Countries, Vladivostok, 2005 Дальневосточный инновационный форум "Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов", Хабаровск, 2003; Всероссийская научно - практическая конференция «Проблемы и пути решения инвестиционной и инновационной политики на предприятиях Хабаровского края. Технопарки. Инновационные центры», Комсомольск - на - Амуре,2005; Международная науч-

но - техническая конференция "Теория и практика механической и электрофизической обработки материалов", Комсомольск - на - Амуре, 2009; Юбилейная научная конференция "Вологдинские чтения", Владивосток, 2009; Международная научно -техническая конференция "Проблемы и перспективы обработки материалов и заготовительных производств", Комсомольск - на - Амуре, 2010.

Публикации. Содержание диссертационной работы отражено в 16 печатных работах, в том числе четырех статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 6 патентов на изобретение.

Личиый вклад автора. Соискателю принадлежат анализ литературных данных по теме исследования, проведение экспериментов и обсуждение полученных результатов. Часть экспериментальных исследований проведена при участии сотрудников Института химии ДВО РАН, Дальневосточного г еологическою института ДВО РАН, Дальневосточного государственного технического университета, Института материаловедения Хабаровского научного центра ДВО РАН.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка используемых источников из 127 наименований. Работа изложена на 128 страницах, включая 70 рисунков и 8 таблиц.

Основное содержание диссертации

Во введении обоснован выбор темы исследования, сформулированы цель и задачи. Показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор отечественной и зарубежной литературы по существующим методам упрочнения металлов и сплавов с использованием концентрированных потоков энергии. Рассмотрены их особенности, дана характеристика плазменно-дугового упрочнения в сравнении с другими методами. Эффективным и экономичным путем повышения долговечности материалов, работающих в условиях циклических нагрузок, контактной усталости истирания, является создание на их поверхностях прочных, долговечных и коррозионно-стойких слоев. Упрочнение тонкого поверхностного слоя массивных деталей из обычных конструкционных материалов позволяет экономить дорогостоящие легированные стали, цветные металлы и другие дефицитные материалы, повышать надежность и ресурс механизмов, снижать энергоемкость производства, успешно решать проблему восстановительного ремонта в целях повторного использования изношенных деталей.

Проведен анализ использования наиболее перспективных методов упрочнения материалов с применением концентрированных источников энергии в различных средах как с практической, так и с экономической точки зрения.

Во второй главе описаны используемые образцы из низколегированного серого перлитного чугуна с пластинчатым графитом СЧ35, стали Ст45 и СтЗсп, титановых

сплавов ВТ14 и ВТЗ-1, оборудование и методики для упрочнения материалов. При выполнении работ использовались современные методы исследования: рентгенофазо-вый анализ; металлографический анализ и электронная микроскопия; статические методы определения механических свойств; численные методы математической обработки экспериментальных данных на ЭВМ.

В данной главе приведены разработанные методики по расчету и проектированию электродуговых устройств для изменения структуры и свойств металлов и сплавов. За счет всасывания стабилизирующего потока воздуха и отсутствия факела при высокой плотности энергии в опорном катодном пятне ~ 106 Вт/см2 и зоне воздействия 1 10"3м разработанное устройство (рис.1) целесообразно использовать для технологических процессов поверхностной термообработки. Данная термообработка осуществляется за счет быстрого локального ввода тепловой энергии в обрабатываемую поверхность металла и отвода тепла за счет теплопроводности в окружающие слои, исключая применение охлаждающего реагента.

Разработана методика по расчету локально-дискретных высокоэнергетических потоков для легирования поверхности металлов и сплавов. Ранее проведенные исследования дуги в турбулентной затопленной струе позволили составить газодинамическую схему взаимодействия дуги с турбулентной струей (рис. 2).

Рис. 2. Схема горения дуги в свободной струе Г/ - координата разрушения теплового слоя; 20- координата конца ламинарного ядра; и„- скорость газового потока; I-потенциальное ядро струи; 2-столб дуги; 3-дуговой слой; 4 - турбулентная зона

Основополагающим газодинамическим критерием, определяющим физические свойства газовой среды, в которой горит электрическая дуга, является турбулентное число Прандгля. Расчет этого критерия, проведенного в настоящей работе и его изменение по длине струи, показали перспективность воздействия турбулентным потоком воздуха на электрическую дугу с целью получения многоточечной анодной привязки к поверхности. Разработанное устройство целесообразно использовать для модификации поверхностного слоя.

Для формирования на поверхности титановых сплавов локальных зон с высокой твердостью разработана методика воздействия электрической дугой в жидкой среде на образцы из сплава титана ВТЗ-1 и ВТ14. В качестве электродов использовались графитовые стержни диаметром 8-10"3м. В качестве электролита использовались водные растворы. Зазор между электродами составлял 3-10"3м. Время формирования карбидной фазы в локальных точках составляло до 60 сек.; ток формирования достигал 100-120 А; напряжение поляризации до 40 В. На поверхности образцов формировали локальные образования диаметром в пределах 3 - б-Ю^м.

В третьей главе «Исследования структуры и свойств металлических сплавов при локальном высокоэнергетическом воздействии» предложен способ управления электрической дугой (патент № 2257938) и разработано плазменно-дуговое устройство, позволяющее существенно изменить структуру и свойства металлических сплавов за счет всасывания стабилизирующего потока воздуха и отсутствия факела при высокой плотности энергии в опорном катодном пятне ~ 106 Вт/см2 в зоне воздействия 1-10"'м, что целесообразно использовать для технологических процессов поверхностной термообработки в результате быстрого локального ввода тепловой энергии в обрабатываемую поверхность металла и отвода тепла за счет теплопроводности в окружающие слои, исключая применение охлаждающего реагента Происходит так называемый процесс «самозакалки», в результате чего можно обнаружить ряд закономерностей фазовых и структурных превращений в условиях сверхскоростного нагрева и охлаждения. Особенно важен этот процесс для упрочнения коленчатых, гребных и других валов, поскольку такая термообработка позволяет получить высокую твердость в поверхностном слое при сохранении динамической вязкости сердцевины вала, что позволяет повысить ресурс работы деталей.

В этой главе приведены результаты исследования изменения структуры и свойств, характера распределения легирующих элементов и микротвердости по структурным зонам на образцах из железоуглеродистых сплавов типа чугуна, а также рассмотрен механизм и внутреннее строение поры в зоне воздействия плазменного луча Зоны воздействия такого плазменного луча на образцах из металлических сплавов на основе железа (чугунов и сталей) состоят из двух слоев, между которыми наблюдается четкая граница раздела, обусловленная тем, что металл в первом слое находится в жидком состоянии.

Установлено, что при работе на прямой полярности (металл-плюс) электродугового устройства с газовой стабилизацией за счет всасывания наблюдаются следы воздействия точечной привязки в виде ряда кратеров, частично перекрывающих друг друга (рис.3,а). При работе данного устройства на обратной полярности (металл-минус) и тех же режимах перемещения и величины тока имеется существенное отличие формы привязки на поверхности металла (рис.3,б). При этом электродная привязка на металле имеет форму капли, втягиваемой в электрическую дугу, что объясняется воздействием электродинамических и газодинамических сил. За счет этого эффекта реализуется технологический процесс воздушно-дуговой строжки металлов на обратной полярности.

Рис. 3. Внешний вид поверхности образцов обработанной плазмотроном а-на прямой полярности, б— на обратной полярности.

Микрошлифы образцов после обработки представлены на рис. 4. На рис. 4(1) представлен внешний вид микрошлифа образца после воздействия разработанным плазма-троном, а микроструктура образца на рис.4(2).

100 цгп

Рис. 4. Внешний вид микрошлифа после воздействия плазмотроном рис. 4(1,а) и рис.4(2) -первый слой (область расплавленного и быстро затвердевшего металла), рис. 4(1,6) - второй слой (зона термического воздействия, ЗТВ), рис.4(1,в) - исходная структура серого чугуна.

В качестве объекта исследования был использован серый низколегированный чугун, состав которого определен на электронно-зондовом микроскопе 1ХЕ-5А, массовый %: 3.41С; 1.851; 1.0Мп; 0.3М; О.ЗСг; 0.1Р;0.058. Данный чугун имеет перлитную структуру с небольшим количеством ферритных зерен вокруг крупных графитных включений пластинчатой формы: (200 - 250)'10"6м. и площадь занимаемая графитом, составляет = 10% . После обработки плазменно-дуговым устройством в структуре присутствует легированный цементит в виде мелких включений и включения тройной фосфидной эвтектики (рис.5, г). При воздействии таким источником нагрева на данный

металл в области расплавления металла (рис. 5, б) и в зоне термического влияния (ЗТВ) (рис. 5, в) явно наблюдается изменение структуры, и как было установлено увеличение микротвердости.

Рис. 5. Результаты металлографических исследований чугуна СЧЗЗх 200 а - исходная структура, б - «белый слой», в - зона термического влияния, г - тройная фосфидная эвтектика

Полученные дифрактограммы при рентгенофазовом анализе чугуна, подвергнутого высокоэнергетическому воздействию, на установке «Дрон - 2» в Cu Ка излучении показали, что металлическая основа в исходном образце представляет ферритную структуру Fea с о.ц.к. решеткой, а в области воздействия концентрированного источника энергии (ЗТВ) представляет собой мартенситную Fea {о.ц.к.) и аустенитную с (г.ц.к.) решеткой (рис. 6).

20

Рис. 6. Дифрактограммы исходного (а - Fe а) и обработанного (б - Fe а + Fe у) металлов

Проведен комплекс исследований по анализу распределения легирующих элементов (Мп, Сг, Мо, 81, №, Т1), фосфора и углерода в области локального высокоэнергетического воздействия. Результаты исследования методом микрозондового анализа показали, что в зоне расплавления легирующие элементы и углерод распределяются более равномерно в различных структурных составляющих чугуна вследствие их высокой дисперсности (рис.7).

В зоне термического воздействия усиливается фрагментация легирующих элементов из-за укрупнения структурных составляющих. При этом основная масса карбидообра-зующих элементов (Мп, Сг, Мо) концентрируется в карбидной фазе цементитного типа, а графитизирующие элементы (81, №) в металлической основе.

Рис. 7. Спектр интенсивности отражений в области локального высокоэнергетического воздействия по линии анализа

Для получения полной картины и природы влияния локального высокоэнергетического воздействия на металлы проведено исследование изменения микротвердости в области термического влияния. Максимальные значения микротвердости отмечаются в области термического влияния, как по глубине (рис. 8,я), так и по ширине этой зоны (рис. 8,б-г). Первый слой закаленного расплава представляет собой ледебуритную эвтектику. При этом эвтектические колонии ориентированы в направлении теплоотвода. Микротвердость первого слоя соответствует 5800-6600 МПа. При этом по мере приближения места измерения к вершине капли расплава намечается тенденция повышения микротвердости вследствие кристаллизации более мелкодисперсной ледебуритной эвтектики (при Д=1,0 10"3м Н50=8000МПа, а при Д=0,5'10"3м Н5п=6000МПа). Однако, в нижних областях первого слоя, примыкающих к зоне ЗТВ наблюдается некоторое повышение значений микротвердости вследствие уменьшения эффекта обезуглероживания. Структура второго (ЗТВ) слоя также неоднородна по глубине. Верхняя часть, примыкающая к первому слою, состоит из участков с мартенситно-аустенитной структурой, мнкротвердость которых соответствует 6600-7500 МПа. Температура верхней части второго слоя, по-видимому превышает критическую температуру (кривая БЕ на диаграмме Ре - РезС), что обуславливает полное растворение карбидов цементитного типа. В нижней части второго слоя на границе с исходной, структура представляет собой мартенсит с небольшим количеством аустенита и равномерно распределенными по всей области частицами карбида (температура ниже Аст), что обуславливает повышенную микротвердость 87009500 МПа. Следовательно, граница, определяющая зону термического влияния, есть

ни что иное, как линия максимальных температурных градиентов, обеспечивающая максимальную скорость охлаждения (выше критической скорости закалки 1кр) и максимальное значение микротвердости вблизи линии границ, вследствие образования мелкоигольчатого мартенсита с карбидными частицами.

Рис. 8. Изменение микротвердости по ширине зоны обработки (а,б,в,г) разработанным плазмотроном; Д - расстояние от поверхности до линии измерений

Из анализа представленного распределения микротвердости следует, что величина микротвердости в пределах обработанной зоны неоднородна и на некоторых участках достигала высоких значений. Максимальное значение микротвердости 9,5-103 МПа было получено в светло-сером образовании правильной геометрической формы шириной примерно 2-10"3 м. Образование сверхтвердых структур при плазменной обработке поверхности металла связано с фазовыми превращениями, протекающими в ходе процесса охлаждения металла после воздействия плазменного луча, а также с измельчением зерна, что объясняет упрочняющий эффект металла при плазменной обработке в условиях эксперимента.

Кроме того, в зоне термического влияния наблюдалось выделение темных глобулярных включений различной степени дисперсности. При использовании определенной опции электронного микроскопа была выявлена внутренняя поверхность сфероидальных образований, представляющих газоусадочную пористость, имеющую гладкую внутреннюю поверхность.

Механизм формирования мелкодисперсной газоусадочной пористости (иногда наноразмерной) обусловлен тем, что при воздействии концентрированного локапь-

ного источника нагрева происходит интенсивное выделение газов из графитных включений, вскрываемых движущимся фронтом расплавления, и образованием пор газоусадочного происхождения вследствие выгорания углерода и образование СО в расплаве. В силу высокой скорости охлаждения СО не успевает выйти из ванны жидкого металла и скапливается в усадочных порах при затвердевании чугуна. При этом в образце образуется сеть разномасштабных пор. Микроскопические поры, возникающие при таком способе обработки, выявленные на приборе 1ЛЮ-430, оказывают позитивное воздействие, обеспечивая в зоне упрочнения свойства, аналогичные при пористом хромировании. Эффективность пористого хромирования весьма велика, так как износостойкость пористо-хромированных деталей возрастает, и срок их службы увеличивается в 1,5-2 раза.

Таким образом, исследованный способ обработки поверхности чугунов подобен пористому хромированию, либо получению графитизированной стали, где обеспечиваются высокая способность к смачиванию маслом и удержание его в порах во время работы трущейся пары, низкий коэффициент трения пары, высокая износостойкость при повышенных давлениях и температуры до 1100°С в коррозионных средах. Испытания показали, что износостойкость поверхности вала из указанного чугуна при такой обработке увеличилась в 8-10 раз. Поверхностная закалка валов разработанным плазматроном показала еще одно преимущество — формирование масленого клина при смазке валов вследствие получения спиралевидных чередующихся полосок.

Известно, что качество формирования масленого клина при пористом хромировании осуществляется не только количеством пор на единицу поверхности, их размерами и глубиной, но главным образом внутренним рельефом поверхности поры, от которого зависит действие капиллярного эффекта.

В связи с этим в работе проведены исследования по формированию внутреннего рельефа пор. Если пластинчатые графитные включения имеют относительно крупные размеры, то выгорание углерода и внутренний рельеф поры имеет определенную форму шероховатости (рис. 9,а). В случае, если пластина графита имеет относительно небольшие размеры, то происходит не только выгорание углерода, но и оплавление пиков шероховатости, как это представлено па (рис.9,б). Известно, что графит обладает низкими механическими свойствами, поэтому графитные включения в сплавах можно считать пустотами. При одинаковом объеме пустот свойства сплава будут зависеть от их формы, размеров и расположения. По мере округления и уменьшения размеров графитных включений, в данном случае нор, что ведет к устранению дефектов упрочненного слоя чугуна.

Рис. 9. Рельеф поры с частичным оплавлением (а), с оплавлением внутренней поверхности поры (б)

Воздействие локального концентрированного плазменного источника, особенно в импульсном режиме, вызывает значительное уменьшение размеров блоков, увеличение плотности дефектов и возрастание микротвердости.

В четвертой главе «Исследование структурных и механических характеристик сталей и титанового сплава при воздействии расщепленной электрической дугой на их поверхность» приведены результаты исследований по влиянию расщепленной электрической дуги на структурообразование, микротвердость на стали СтЗсп, Ст45, титанового сплава ВТ14, зависящие от скорости нагрева и температуры охлаждения, предложена схема локально-дискретного плазменного упрочнения. Для термоупрочнения стальных изделий разработан плазматрон, стабильно работающий при малых значениях тока и даны новые технологические рекомендации поверхностного упрочнения.

При поверхностной термообработки в некоторых случаях необходимо исключить равномерное изменение структуры по всей площади обрабатываемой поверхности. Достигнуть этого, используя дуговые процессы с неподвижным опорным пятном на поверхности металла, невозможно. Поэтому были разработаны электродуговые устройства для локально-дискретного высокоэнергетического воздействия на металл за счет расщепления турбулентным потоком воздуха опорного пятна дуги. Расчеты критерия Прандтля, приведенные во второй главе, его изменения по длине струи, показали перспективность поверхностного воздействия турбулентным потоком воздуха на электрическую дугу с целью формирования многоточечной расщепленной анодной привязки на поверхности сплавов. На рис. 10 представлены поверхности (рис. 10 а и в) и микроструктуры (рис. 10 о и г) для стали СтЗсп и титанового сплава марки ВТ14 в приповерхностной зоне после обработки электротермическим инструментом. Как видно, микроструктуры стали и титанового сплава, подвергнутых термообработке с помощью электротермического инструмента (патент №2257982), существенно отличаются от микроструктур исходных сплавов.

Исследования сплавов показали существенное повышение микротвердости обрабатываемого поверхностного слоя образцов (рис.10, б и г) в сравнении с необработанными образцами (рис. 10, д и е).

Рис. 10. Поверхность сплава после обработки электротермическим инструментом: а - низкоуглеродистая сталь СтЗсп; Ток расщепленной дуги - 40А; Скорость перемещения инструмента - V =0,01м/с; в — сплав титана ВТ14; ток расщепленной дуги -100А; суммарный расход воздуха = 2.1- 10'3кг/с; б - микроструктура стали СтЗсп в приповерхностной зоне после обработки с мелкодисперсной структурой х 200; г — сплав титана ВТ14 с дендритной структурой х 550; дне-микроструктура исходных СтЗсп х 200 и сплава ВТ 14 х 500

Резкое повышение микротвердости обусловлено образованием бесструктурного мартенсита в стали СтЗсп (рис. 10,6) и дендритной структуры у титанового сплава марки ВТ14 (рис. 10,г) в приповерхностной зоне после обработки электротермическим инструментом. На рис. 11 приведены результаты измерения микротвердости по глубине приповерхностного слоя после обработки электротермическим инструментом. н50 н5„

кгс/мм2 кгс/мм

1000

25 50 75 100 125 150 175 L, мкм 25 50 75 100 125 150 175 L, мкм

Рис. 11. Изменение профиля микротвердости по глубине приповерхностного слоя на разных участках после обработки (I = 100А, ^Р = 2.1-10~3 кг/с, У=0,01м/с), а-ВТ14,б- СтЗпс О -профиль № 1; Д -профиль 2; + - профиль 3

Исследования показали, чтобы получить высокодисперсную мартенситную структуру в упрочненном слое необходимо подготовить к этому аустенит путем периодических нагревов и охлаждения с проведением фазовой перекристаллизации в течение каждого цикла. Для перевода исходной структуры стали в аустенит скорость нагрева в первом цикле должна быть минимальной. Учитывая высокоскоростной нагрев (103-106 °С/с), при плазменном упрочнении (по сравнению с объемной закалкой) при температуре выше точки Ас3 в поверхностном слое образуется сравнительно мелкое зерно аустенита. Распад аустенита при непрерывном охлаждении происходит также быстро, что приводит к получению мелкозернистых структур. Во втором цикле необходимо увеличить скорость нагрева и охлаждения, чтобы добиться еще большего изменения мелкодисперсной структуры поверхностного слоя. Так от цикла к циклу можно измельчить структуру, для этого необходимо увеличить скорость нагрева и охлаждения в каждом цикле.

При выше описанном методе обработки металлов и сплавов изменения структуры и механических характеристик во многом аналогичны изменениям, происходящим при закалке или пластической деформации. Воздействие локального концентрированного плазменного источника нагрева, особенно в импульсном (дискретном) режиме, вызывает значительное уменьшение размеров блоков, увеличение плотности дефектов и возрастание микротвердости. Одна из предполагаемых схем локально-дискретного плазменного упрочнения приведена на рис. 12., где Т - температура нагрева, т -время нагрева, V - скорость нагрева.

Рис. 12. Схема локально-дискретного плазменного упрочнения

Сочетание плазменного циклического упрочнения с процессами насыщения поверхностных слоев (цементация, азотирование, борирование) позволяет значительно увеличить глубину легированного слоя. При больших значениях тока (порядка 100 А и более) велика возможность произвольной, длительной анодной привязки к из-

делию в одной точке, что вызывает значительное оплавление термообрабатываемой поверхности, особенно в деталях небольших размеров с малой массой металла. Поэтому для плазменной обработки мелких деталей необходимо использование нового оборудования, стабильно работающего при малых значениях тока и соответственно разрабатывать новые технологии.

Технологическая особенность такой термообработки заключается в том, что первоначально смешивается порошок, содержащий легирующий компонент и связующий материал, для получения гомогенной пасты. Полученную пасту слоем заданной толщины наносят на подлежащий обработке участок. После включения установки и получения плазменной струи рабочий инструмент перемещают в соответствии с заданными параметрами. При взаимодействии рабочей зоны дугового разряда с пастой, обладающей низким потенциалом ионизации, происходит формирование достаточно широкой "ленты" упрочненного слоя или легированного покрытия на обрабатываемой поверхности, как представлено на рис. 13 (патент № 2257982)

Ширина упрочненного покрытия определяется диаметром выходного канала плазматрона, интенсивностью турбулентности, величиной тока дуги и расходом газа, поскольку в результате работы этого устройства происходит постоянное шунтирование дуги, что позволяет утверждать о расщеплении основного дугового разряда.

уии

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 мм

Рис. 13. Изменение механических характеристик и внешний вид поверхности в результате обработки электротермическим инструментом ----линия измерения микротвердости; сталь — Ст 45

Данное плазменно-дуговос устройство целесообразно использовать с различными химическими элементами, наносимыми на поверхность материала в виде паст или обмазок, которые при анодной привязке и расплавлении поверхности будут легировать поверхностный слой (плазменное легирование, патент № 2259421).

В пятой главе " Исследование структуры и механических свойств титановых сплавов при локальном высокоэнергетическом воздействии на них в электролите" представлены результаты исследования фазового и элементного составов, износо-

стойкости, микротвердости, электрохимических свойств углеродсодержащей объемной фазы, формируемой на катодполяризуемом электроде в электролите. На рис. 14 представлены результаты измерения микротвердости образцов из ВТЗ-1 и ВТ14 в области локального высокоэнергетического воздействия в электролите.

Высокие температуры и давление в каналах пробоя (Т до 20000 К, давление до 100 МПа) приводят не только к плазмотермохимическим реакциям с участием химических элементов подложки и электролита, но и к термическому воздействию непосредственно на структуру поверхностного слоя обрабатываемого металла или сплава. На повышение механических характеристик исследуемых образцов влияют не только определенный состав электролита, а главным образом, величина тока дуги, как основного инструмента при обработке в электролите.

Рис. 14. Изменение структуры и свойств сплавов ВТ14 (First) и ВТЗ -1 (Second) при локальном высокоэнергетическом воздействии в электролите

Результаты фазового состава поверхности образца после катодной поляризации в электролите с угольным электродом - анодом после нескольких нагревов до 780 °С с выдержкой при данной температуре в течение 1,5 и 2,5 часа показали следующее:

- на обработанном при катодной поляризации образце из титанового сплава ВТЗ-1 выявлены фазы, относящиеся как к исходному материалу Ti и AlTi2, так и карбид титана, сформированный в электролите, но диоксида титана не обнаружено.

-после нагрева образца на воздухе до температуры 1370 °С и выдержке 1,5 и 2,5 часа на поверхности идентифицируются фазы: диоксида титана (рутил), титана, ин-терметалид типа AlTi2 и карбида титана;

- по мере нагрева образца и выдержки при указанных температурно-временных режимах изменяется соотношение интенсивностей некоторых дифракционных пиков, относящихся к титану, что , по-видимому, связано с процессами рекристаллизации, термической деструкцией TiC, рекристаллизации и окисления титана.

- определено содержание углерода на поверхности титана после катодной поляризации, которое составляет 22,6 - 30,82 мае. %.

Как следует из элементного состава и рентгеновских данных, в составе образующихся карбидов превалирует TiC с соотношением Ti/C=65,3/30,8. В составе кар-

бида титана не обнаружен кислород, что является следствием формирования карбида в восстановительной среде. Максимальное содержание углерода составляет 30-31 мас.%.

Таким образом, при катодной поляризации титановых образцов в водном электролите с углеродсодержащим анодом при соответствующих потенциалах и плотности анодного тока, на катоде в локальных участках формируется карбидная фаза и поверхность обрабатываемого электрода можно рассматривать как мозаичную структуру с определенным соотношением поверхностей исходной и карбидной.

Электрофизические параметры пленок (электрическую емкость С, электросопротивление Кс) измеряли в 30% растворе хлорида натрия с использованием установки 1РС-Рга. Значения Рс и С для титановых образцов с карбидным и оксидным покрытием соответственно равны:

- для карбида: Е=115,мВ; 115=62, Омсм2; С=6,мкФ/см2

- для оксида: Е=17,мВ; Я.ч=24, Ом см2; С=1,0,мкФ/см2

Вольт-амперные характеристики сравниваемых покрытий показали, что катодные и анодные токи на образцах титана с карбидным покрытием в 2-4 раза меньше, чем у образцов с оксидным покрытием.

После отжига при 1370 °С в течение двух часов значения плотности катодного тока при потенциалах 400 мВ у образца титана с карбидным покрытием ниже, чем с оксидным.

Таким образом, установлено, что при катодной поляризации образца из сплава ВТЗ-1 в водном электролите с углеродсодержащим анодом в локальных участках катода формируется карбидная фаза с соотношением Т1/С=2/1 с высокими коррозионно-механическими свойствами, износостойкостью и низким значением токов коррозии. Соотношение площадей, занимаемых карбидной фазой и металлической основой может регулироваться различными параметрами: диаметром электрода, межэлекгродным расстоянием, током и потенциалом дуги. Формирование "мозаичных" карбидных структур может быть использовано в различных областях техники, где необходимы соответствующие коррозионно-мехшшческие свойства применяемого конструкционного материала.

Общие выводы

1. Применение различных способов локального высокоэнергетического воздействия на поверхностный слой металлических изделий позволяет целенаправленно изменять их физико-механические и эксплуатационные свойства:

- для формирования поверхностных структур металлических сплавов с заданными свойствами могут быть рекомендованы разработанные способы упрочнения металлов с применением плазматронов с нетрадиционной стабилизацией дуги (плотность мощ-

ности 106 Вт/см2 и регулируемая площадь воздействия диаметром от 5-10"jm до 1-10"3м в зависимости от выбранных технологических режимов: тока, расхода газа);

- для формирования поверхностных структур мозаичного типа с определенными свойствами в СтЗсп, Ст45 и ВТ14 могут быть использованы разработанные электродуговые устройства с расщепленной анодной привязкой дуги на поверхности обрабатываемых металлов и сплавов; ширина зоны расщепленной анодной привязки дуги от 5-10"2м до 20-10"2м и локальными зонами привязки от 0.5-10"3м до 2-10"3м, зависят от режимов: интенсивности турбулентности газовой струи и величины электрического тока дуги;

- установлены закономерности изменения структуры и микротвердости покрытий на СтЗсп и титанового сплава марки ВТ14 под воздействием расщепленной электрической дуги; микротвердость этих сплавов на покрытиях существенно повышается в сравнении с необработанными образцами вследствие образования бесструктурного (скрытоигольчатого) мартенсита, значительного уменьшения размеров блоков и увеличения плотности дефектов; предложена схема локально-дискретного плазменного упрочнения;

- расчеты критерия Прандгля и его изменение по длине струи показали перспективность поверхностного воздействия турбулентным потоком воздуха на электрическую дугу с целью получения многоточечной расщепленной анодной привязки к поверхности металлов.

2. Установлены закономерности изменения структуры и свойств низколегированного серого чугуна после обработки плазменно-дуговым устройством с нетрадиционной стабилизацией столба дуги: (плотностью энергии 106 Вт/см2 и зоной воздействия 1-10"3м:

- при воздействии таким источником нагрева в области расплавления чугуна (первый слой) и в зоне термического влияния (ЗТВ, второй слой) наблюдается существенное изменение структуры и механических характеристик;

- рентгенофазовый анализ показал, что в исходном чугуне металлическая основа представляет ферритную структуру Feaco.if.K. решеткой, а в области расплавления -мелкодисперсную ледебуритную эвтектику;

- в области воздействия концентрированного источника энергии (ЗТВ) представляет собой мартенситную Fea (о.ц.к.) и аустенитную с (г.ц.к.) решеткой (остаточный ау-стенит);

- методом микрорентгеноспектралыюго анализа установлен характер распределения легирующих элементов (Мп, С г, Мо, Si, Ni, Ti), фосфора и углерода в области локального высокоэнергетического воздействия: в зоне расплавления легирующие элементы и углерод распределяются более равномерно в различных структурных составляющих белого чугуна вследствие их высокой дисперсности; в зоне термического воздействия усиливается фрагментация легирующих элементов из-за укрупнения структурных составляющих;

при этом карбидообразующие элементы (Мп, Cr, Mo) концентрируются в карбидной фазе цементигного типа, а графитизирующие элементы (Si, Ni) - металлической основе; - первый слой закаленного расплава имеет мелкодисперсную ледебуритную эвтектику, имеющую микротвердость 5800-6600 МПа; по мере приближения места измерения к вершине капли расплава намечается тенденция повышения микротвердости чугуна (при Д=1,0Т0"3м Н5О=8000МПа, а при Д=0,5Т0~3м Н5о=6000МПа); однако в нижних областях первого слоя, примыкающих к ЗТВ наблюдается некоторое повышение значений микротвердости вследствие уменьшения эффекта обезуглероживания; структура второго (ЗТВ) слоя также неоднородна по глубине: верхняя часть, примыкающая к первому слою состоит из участков с мартенситио-аустенитной структурой, микротвердость которых соответствует 6600-7500 МПа; . в нижней части второго слоя на границе с исходной, структура представляет собой мелкоигольчатый мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита и равномерно распределенными по всей области частицами легированных карбидов цементитного типа (температура ниже Аст), что обуславливает повышенную микротвердость (8700-9500 МПа).

3. Определено, что образование пор в зоне обработки чугуна СЧ35 объясняется активным окислением пластинок углерода кислородом воздуха и образованием СО, который в силу высокой скорости охлаждения не успевает выйти из ванны жидкого металла. Данный способ обработки поверхности чугунной детали с образованием пор подобен технологии пористого хромирования, либо получению графитизировшшой стали. Установлено, что размер и внутренний микрорельеф пор определяется механизмом локального высокоэнергетического воздействия.

4. Установлено, что при катодной поляризации образца сплава титана ВТЗ-1 и ВТ14 в водном электролите с углеродсодержащим анодом в локальных участках катода формируются карбидные фазы с соотношением Ti/C=2/1 с высокими коррозион-но-механическими свойствами (низким значением токов коррозии и износостойкостью). Соотношение площадей, занимаемых карбидной фазой и исходной матрицей может регулироваться диаметром электрода, межэлектродным расстоянием, током и потенциалом дуги.

5. Разработанные способы высокоэнергетического локального воздействия на поверхность металлов могут служить основой для создания промышленных технологий обработки деталей машин.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

Статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК: 1. Гордиенко П.С., Василенко О.С., Панин Е.С.., Буланова С.Б., Достовалов Д.В., Жирное А.Д., Коркош С.В. Формирование покрытий на вентильных металлах и сплавах в электролитах с емкостным регулированием энергии при микродуговом оксидировании // Защита металлов. - 2006. - № 5 - С. 500 - 505.

2. Гордиенко П.С., Жевтун И.Г., Баринов H.H., Кайдалова Т.А, Достовалов Д.В. Формирование карбидных фаз на катодно-поляризованной поверхности титана // Коррозия: материалы, защита. - 2009. - № 7. - С. 1-5.

3. Достовалов Д.В., Гордиенко П.С. Воздействие концентрированных источников энергии на структуру и свойства Fe-C сплавов // Металлургия машиностроения. -2011. -№4. -С.35 -39.

4. Достовалов Д.В., Гордиенко П.С., Достовалов В.А. Перспективные технологии и оборудование для плазменной термической обработки металлов // Технология металлов.-2011.-№ 9. - С. 28-33.

Статьи в других журналах:

1. Достовалов Д.В., Гордиенко П.С., Достовалов В.А. Способ формирования легирующего покрытия // Машиностроитель. — 2007. — № 2. — С. 47 — 48. Патенты:

1. Пат. 2283901 Российская Федерация, МПК C25D11/02. Способ электролитического оксидирования вентильных металлов и их сплавов/ П.С. Гордиенко, О.С. Василенко, Е.С. Панин, С.Б. Буланова, Д.В. Достовалов, C.B. Коркош, А.Д. Жирнов. - № 2005114200/02; заявл. 11.05.2005; опубл. 20.09.2006, Бюл. № 26.

2. Пат. 2259421 Российская Федерация, МПК7 С23С8/02, С23С24/08. Способ формирования легирующего покрытия / В.А. Достовалов, Д.В. Достовалов, П.С. Гордиенко, В.Н. Левченко. - № 2003128369 / 02; заявл. 19.09.2003; опубл. 27.08.2005., Бюл. № 22.

3. Пат. 2257938 Российская Федерация, МПК7 В23К9/00, В23К10/00, Н05Н1/26, С23С4/12. Способ управления электрической дугой при термической обработке металла / В.А. Достовалов, Д.В. Достовалов, П.С. Гордиенко, В.Н. Левченко. - № 2003128370/02; заявл. 19.09.2003; опубл. 20.07.2005, Бюл.№ 20.

4. Пат. 2257982 Российская Федерация, МПК7 В23К9/00, В23К10/00, Н05Н1/26, С23С4/12. Инструмент для электротермической обработки металлов / В.А. Достовалов, Д.В. Достовалов, В.Н. Левченко. - №2003128368 / 02; заявл. 19.09.2003; опубл. 10.08.2005., Бюл.№ 22.

5. Пат. 2257983 Российская Федерация, МПК7 В23К9/00, В23К10/00, Н05Н1/26, C21D1/09, С23С4/12. Способ управления электрической дугой / В.А. Достовалов, Д.В. Достовалов-№2003128377/02; заявл. 19.09.2003; опубл. 10.08.2005, Бюл. №22.

6. Пат. 2424352 Российская Федерация, МПК С23С14/06, С23С14/24. Способ формирования износостойкого покрытия из карбида титана / В.А. Достовалов, П.С. Гордиенко, Д.В. Достовалов, И.Г. Жевтун - №2009110560 / 02; заявл. 23.03.2009; опубл. 20.07.2011, Бюл. №27.

Материалы конференций:

1. Достовалов Д.В., Гордиенко П.С., Достовалов В.А. Влияние воздействия концентрированных источников энергии на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов // Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков : VIII Межд. научно-техн. конф., 17-19 марта 2003 г., Пенза: [сб. тр.]. - Пенза, 2003. -С. 79-81.

2. Dostovalov D.V., Levchenko V.N., Dostovalov V.A. Properties and structure variations in surface layers of metals with local energetic effect // V Int. young scholars' forum of the Asia-Pacific Region countries, 23 - 26 sept. 2003 г., Vladivostok : [proceeding], -Vladivostok: FESTU, 2003. - P. 175 - 177.

3. Dostovalov D.V., Gordienko P.S. Local energetic effect on the metal surface by mi-croarc oxidation in controlled media // V Int. young scholars' forum of the Asia-Pacific Region countries, 23 - 26 sept. 2003 г., Vladivostok : [proceeding], - Vladivostok : FESTU, 2003.-P. 171-175.

4. Усольцев B.K., Гордиенко П.С., Достовалов Д.В., Достовалов В.А. Многофункциональное управление источником питания для локального энергетического воздействия // Проблемы и пути решешш инвестиционной и инновационной политики на предприятиях Хабаровского края. Технопарки. Инновационные центры : Все-росс. научн.-техн. конф., 21 -25 сент. 2004 г., Комсомольск-на-Амуре : [сб. матер.]. -Комсомольск-на-Амуре , 2004. - С. 5 - 7.

5. Wagner Da Silveira, Dostovalov D.V., Levchenko V.N. The change of metal mechanical characteristics under local energetic influence VI Int. young scholars' forum of the Asia-Pacific Region countries, 27 - 30 sept. 2005 г., Vladivostok : [proceeding]. - Vladivostok : FESTU, 2005. - P. 196 - 198.

6. Достовалов Д.В., Гордиенко П.С., Достовалов В.А. Распределение химических элементов в железоуглеродистых сплавах при локальном энергетическом воздействии // Химия и химическое образование : III Межд. Симпозиум, 26 - 29 сент. 2003 г., Владивосток : [сб. науч. тр.]. -Владивосток : ДВГУ, 2007. - С. 131 - 133.

7. Левченко В.Н., Достовалов Д.В., Достовалов В.А. Концентрированные источники энергии для поверхностной обработки металлов // Вологдинские чтения : регион. научн. конф., 25 - 28 ноября, 2003 г., Владивосток : [сб. матер.]. - Владивосток : ДВГТУ, 2003.-С. 23-25.

8. Левченко В Н., Достовалов Д.В., Достовалов В.А. Изменение механических характеристик металлов при локальном энергетическом воздействии // Молодежь и научно-технический прогресс: Вологдинские чтения : регион, научн. конф., 23 - 26 ноября, 2004 г., Владивосток : [сб. матер.]. - Владивосток : ДВГТУ, 2004. - С. 42 - 45.

9. Достовалов Д.В., Гордиенко П.С. Влияние высокоэнергетического локального воздействия на структуру и свойства металлов // Теория и практика механической и электрофизической обработки материалов : Межд. научн.-техн. конф., 28 - 30 окт.

2009 г., Комсомольск-на-Амуре : [сб. матер.]. - Комсомольск-на-Амуре , 2009 - С.51 -58.

10. Гордиенко П.С., Достовалов В.А., Жевтун И.Г., Достовалов Д.В. Электротехнологический процесс формирования карбидных фаз // Вологдинские чтения: научн,-техн. конф., 24 - 27 окт. 2009 г., Владивосток: [сб. матер.].- Владивосток, 2009. -С.155 -159.

11. Достовалов Д.В., Гордиенко П.С. Изменение структуры и свойств железоуглеродистых сплавов под воздействием концентрированных источников энергии // Современное материаловедение и нанотехнологии : Межд. научн.-техн. конф., 27 - 30 сент.

2010 г., Комсомольск-на-Амуре : [сб. матер.]. - Комсомольск-на-Амуре , 2010. - С. 489-496.

ДОСТОВАЛОВ ДЕМЬЯН ВИКТОРОВИЧ

СТРУКТУРА II СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ЛОКАЛЬНОГО ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Автореферат

Подписано в печать 13.09.2011 Формат 60x84/16 Усл. печ. л. 1,39 Уч.-изд. л. 1,58

Тираж 120 экз. Заказ 574 Отпечатано в Типографии ДВФУ 690990, г. Владивосток, ул. Пушкинская, 10

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ.

1.1. Строение поверхности металлов и сущность упрочнения.

1.2. Механизм локального высокоэнергетического воздействия на поверхность металлов в газовых средах.

1.2.1. Упрочнение металлов за счет высокоэнергетического воздействия лазерного луча в воздушной среде.

1.2.2. Влияние локального высокоэнергетического воздействия в контролируемой газовой атмосфере на свойства металлов.

1.3. Локальное высокоэнергетическое воздействие на металлы в контролируемых жидких средах.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Объекты изучения.

2.2. Методика приготовления образцов.

2.3. Метод рентгеноструктурного анализа.

2.3.1. Метод рентгеноспектрального микроанализа.

2.4. Метод растровой электронной микроскопии.

2.5. Метод сканирующей электронной микроскопии.

2.6. Методика определения механических характеристик.

2.7. Методика организации локального высокоэнергетического воздействия на структуру и свойства металлов.

2.8. Методика формирования локального высокоэнергетического воздействия для изменения структуры и свойств металлов и сплавов.

2.9. Методика формирования расщепленной анодной привязки дуги на поверхности металлов и сплавов для изменения их структуры и свойств.

2.10. Экспериментальная установка и режимы формирования расщепленной дуги для изменения структуры и свойств металлов.

2.10.1. Компьютерное моделирование механизма формирования локально-дискретного воздействия на металлы для изменения их структуры и свойств.

2.11. Экспериментальные устройства для высокоэнергетического воздействия на поверхность металлов.

2.12. Методика воздействия на металлы электрической дугой в электролитах.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ

ВОЗДЕЙСТВИИ.

3.1. Исследование структуры и свойств железоуглеродистых сплавов при локальном высокоэнергетическом воздействии.

3.2. Исследование изменения микротвердости в области локального высокоэнергетического воздействия.

3.3. Механизм образования пор и исследование внутреннего строения поры в зоне воздействия плазменного луча.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАЛЕЙ И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ РАСЩЕПЛЕНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГОЙ НА ИХ ПОВЕРХНОСТЬ.

В производстве широко используются различные конструкционные материалы и сплавы, которые должны обладать необходимыми химическими и механическими характеристиками. Это достигается различными методами обработки.

Плазменные способы обработки металлов, являясь наиболее перспективными, интенсивно разрабатываются как в нашей стране, так и за рубежом. Использование низкотемпературной плазмы эффективно не только для переплава металлов и сплавов, напыления износостойких, жаропрочных и коррози-онностойких покрытий, резки и сварки различных материалов, но и для поверхностного упрочнения изделий и деталей.

Плазменное поверхностное упрочнение находит широкое применение как в условиях мелкосерийного и единичного (в том числе ремонтного), так'И крупносерийного и массового производства.

Процессы обработки материалов концентрированными потоками энергии,-к числу которых относится плазменное воздействие, с высокой экономической эффективностью могут применяться при изготовлении деталей и узлов различных машин и агрегатов. Реализация соответствующих условий взаимодействия плазмы с веществом позволяет осуществить разные способы плазменной обработки, например, отжиг и термоупрочнение. Значительными потенциальными возможностями обладают методы высокоэнергетической обработки на основе интегрирования лазерного излучения с плазменной струей и дуговым разрядом. Потоки плазмы и электрическая дуга воздействуют на материалы с большой тепловой мощностью и высокой ее плотностью.

Наиболее значимым фактором, влияющим на формирование физико-механических свойств материалов и эксплуатационных характеристик изделий при воздействии концентрированных потоков энергии, является температура в зоне обработки. Характер тепловых процессов определяется пространственным распределением плотности мощности, временем воздействия, а также теплофизическими характеристиками обрабатываемого материала. Применение высокоэнергетических методов воздействия позволяет создать требуемое пространственное распределение плотности мощности энергетических потоков для успешного проведения технологических процессов и комбинированной обработки материалов. Обработка деталей концентрированными потоками энергии имеет ряд технологических преимуществ и позволяет обеспечить наиболее однородное распределение механических свойств по ширине зоны термического воздействия.

Целью настоящей работы является разработка способов локального высокоэнергетического воздействия на железоуглеродистые и титановые сплавы для повышения их механических и эксплуатационных характеристик.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие научно — технические задачи:

1. Разработать экспериментальные установки и методики исследований с использованием комплекса современного научно-исследовательского оборудования.

2. Разработать методики расчета плазменно-дуговых устройств со стабилизацией дугового разряда за счет всасывания окружающего воздуха в камеру плазматрона. Разработать методики организации многоточечной анодной привязки к металлу за счет газодинамического воздействия на электрическую дугу.

3. Исследовать механизм воздействия на структуру и свойства металлов и сплавов плазменно-дуговым устройством со специальной стабилизацией дугового разряда.

4. Исследовать структуру и свойства металлов и сплавов при локально -дискретном высокоэнергетическом воздействии в виде многоточечной анодной привязки.

5. Исследовать структуру и свойства поверхностных слоев и покрытий при локальном высокоэнергетическом воздействии на поверхность металла в электролитах.

Научная новизна работы заключается:

• Разработаны способы высокоэнергетического воздействия на поверхность железоуглеродистых и титановых сплавов, основанные на теории газодинамического управления тепловым слоем стабилизирующей (для точечного локального воздействия) и открытой (для многоточечного энергетического воздействия) дуг, для изменения их структуры и свойств.

• Установлены и научно обоснованы закономерности изменения структуры, физико-механических и эксплуатационных свойств металлических сплавов на основе железа и титана путем обработки различными способами локального высокоэнергетического воздействия на их поверхностный слой: для формирования упрочненной поверхностной структуры металлических сплавов с заданными свойствами необходимо использовать плазматроны с нетрадиционной стабилизацией дуги (плотность мощности 10б Вт /см2 и регулируемая площадь воздействия диаметром от 510"3 до 110"3 м) в зависимости от тока и расхода газа, а для формирования поверхностных структур «мозаичного» типа с необходимыми свойствами на изделиях из СтЗсп, Ст45 и ВТ 14 использовать разработанные электродуговые устройства с расщепленной анодной привязкой дуги на поверхности обрабатываемых металлических сплавов (ширина зоны 2 расщепленной анодной привязки дуги колеблется от 510"" до 20'10" м и ло

3 3 кальной зоны привязки от 0,5'10" до 2'10" м в зависимости от интенсивности турбулентности газовой струи и величины электрического тока дуги).

• Установлены и научно обоснованы закономерности изменения структуры и свойств изделий из низколегированного серого чугуна под влиянием высокоэнергетического воздействия на поверхностный слой с плотностью энергии 106 Вт/см2 и зоной воздействия диаметром НО"3 м: в области расплавления чугуна формируется мелкодисперсная ледебуритная эвтектика с микро-твердостыо 5800-6000 МПа, а в зоне ЗТВ - мелкоигольчатый мартенсит и остаточный аустенит, о чем свидетельствуют результаты рентгенофазового анализа. В верхней части ЗТВ, примыкающая к зоне расплавления, состоит из мартен-ситно-аустенитной структуры (50%) с микротвердостью 6600-7500 МПа, а в нижней части ЗТВ на границе с исходной структура представляет собой мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита и равномерно распределенными частицами легированного карбида цементитного типа с микротвердостью 8700-9500 МПа.

• Установлена закономерность образования мелкодисперсных (иногда наноразмерных) пор газоусадочного происхождения, связанного с выгоранием углерода и образованием окиси углерода (СО), который в силу высокой скорости охлаждения не успевает выйти из расплава и переходит в усадочные поры. Наличие таких пор обеспечивает высокую способность к смачиванию маслом и удержанию его в порах во время работы трущейся пары, низкий коэффициент трения пары, высокую износостойкость при повышенных давлениях и температурах до 1100 °С в коррозионных средах. Износостойкость поверхности вала из упрочненного серого чугуна при такой обработке увеличилась в 810 раз.

• Установлено и научно обосновано, что при катодной поляризации образца из титанового сплава марки ВТЗ-1 и ВТ14 в водном электролите с уг-леродосодержащим анодом в локальных участках катода формируется карбидная фаза с соотношением Тл/С=2/1 с высокими коррозионно-износостойкими свойствами и низким значением токов коррозии. Катодные и анодные токи на образцах титанового сплава с карбидным покрытием в 2-4 раза меньше, чем у образцов с оксидным покрытием.

Практическая значимость работы: Полученные научные результаты легли в основу разработок высокоэффективных электродуговых устройств, технологических способов и рекомендаций для поверхностной обработки деталей машин.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением аттестованных приборов и апробированных методик измерения, использованием комплекса взаимодополняющих методов исследования, совпадением экспериментальных данных.

Апробация работы: VIII Международная научно - техническая конференция «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» - Пенза, 2003; III Международн. симпозиум.: «Химия и химическое образование», Владивосток, 2003; V Международный форум молодых ученых стран АТР, Владивосток 2003; Sixth International Young Scholars' Forum of the Asia-Pacific Region Countries, Vladivostok, 2005 Дальневосточный инновационный форум "Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов", Хабаровск, 2003; Всероссийская научно - практическая конференция «Проблемы и пути решения инвестиционной и инновационной политики на предприятиях Хабаровского края. Технопарки. Инновационные центры», Комсомольск - на — Амуре,2005; Международная научно — техническая конференция "Теория и практика механической и электрофизической обработки материалов", Комсомольск - на - Амуре, 2009; Юбилейная научная конференция "Вологдинские чтения", Владивосток, 2009; Международная научно - техническая конференция "Проблемы и перспективы обработки материалов и заготовительных производств", Комсомольск - на - Амуре, 2010.

Публикации. Содержание диссертационной работы отражено в 16 печатных работах, в том числе четырех статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 6 патентов на изобретение.

Личный вклад автора. Соискателю принадлежат анализ литературных данных по теме исследования, проведение экспериментов и обсуждение полученных результатов. Часть экспериментальных исследований проведена при участии сотрудников Института химии ДВО РАН, Дальневосточного геологического института ДВО РАН, Дальневосточного государственного технического университета, Института материаловедения Хабаровского научного центра ДВО РАН.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка используемых источников из 127 наименований. Работа изложена на 128 страницах, включая 70 рисунков и 8 таблиц.

Выводы по пятой главе

• Определено, что при катодной поляризации образца сплава титана (ВТЗ-1) в водном электролите с углеродсодержащим анодом в локальных участках катода формируются карбидные фазы с соотношением Т1/С=2/1 с высокими коррозионно-механическими свойствами (износостойкостью и низким значением токов коррозии). Соотношение площадей, занимаемых карбидной фазой и исходной может регулироваться различными режимами: диаметром электрода, межэлектродным расстоянием, током и потенциалом дуги.

• Формирование «мозаичных» карбидных структур может быть использовано в различных областях техники, где необходимы соответствующие коррозионно-механические свойства применяемого конструкционного материала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенной работы можно сделать следующие выводы:

1. Применение различных способов локального высокоэнергетического воздействия на поверхностный слой металлических изделий позволяет целенаправленно изменять их физико-механические и эксплуатационные свойства:

- для формирования поверхностных структур металлических сплавов с заданными свойствами могут быть рекомендованы разработанные способы упрочнения металлов с применением плазматронов с нетрадиционной стабилизацией дуги (плотность мощности 106 Вт/см2 и регулируемая площадь воздействия

3 3 диаметром от 5-10" м до 1-10" м в зависимости от выбранных технологических режимов: тока, расхода газа);

- для формирования поверхностных структур мозаичного типа с определенными свойствами в СтЗсп, Ст45 и ВТ 14 могут быть использованы разработанные электродуговые устройства с расщепленной анодной привязкой. дуги на поверхности обрабатываемых металлов и сплавов; ширина зоны расщепленной анодной привязки дуги от 5-10"2м до 20-10"2м и локальными зонами привязки от 0.5-10" м до 2Т0" м, зависят от режимов: интенсивности турбулентности газовой струи и величины электрического тока дуги;

- установлены закономерности изменения структуры и микротвердости покрытий на СтЗсп и титанового сплава марки ВТ 14 под воздействием расщепленной электрической дуги; микротвердость этих сплавов на покрытиях существенно повышается в сравнении с необработанными образцами вследствие образования бесструктурного (скрытоигольчатого) мартенсита, значительного уменьшения размеров блоков и увеличения плотности дефектов; предложена схема локально-дискретного плазменного упрочнения;

- расчеты критерия Прандтля и его изменение по длине струи показали перспективность поверхностного воздействия турбулентным потоком воздуха на электрическую дугу с целью получения многоточечной расщепленной анодной привязки к поверхности металлов.

2. Установлены закономерности изменения структуры и свойств низколегированного серого чугуна после обработки плазменно-дуговым устройством с у нетрадиционной стабилизацией столба дуги: (плотностью энергии 10° Вт/см и зоной воздействия 1-10" м:

- при воздействии таким источником нагрева в области расплавления чугуна (первый слой) и в зоне термического влияния (ЗТВ, второй слой) наблюдается существенное изменение структуры и механических характеристик;

- рентгенофазовый анализ показал, что в исходном чугуне металлическая основа представляет ферритную структуру Fea с о.ц.к. решеткой, а в области расплавления — мелкодисперсную ледебуритную эвтектику;

- в области воздействия концентрированного источника энергии (ЗТВ) представляет собой мартенситную Fea {о.ц.к.) и аустенитную с (г.ц.к.) решеткой (остаточный аустенит);

- методом микрорентгеноспектрального анализа установлен характер распределения легирующих элементов (Mn, Cr, Мо, Si, Ni, Ti), фосфора и углерода в области локального высокоэнергетического воздействия: в зоне расплавления легирующие элементы и углерод распределяются- более равномерно в различных структурных составляющих белого чугуна вследствие их высокой-дисперсности; в зоне термического воздействия усиливается фрагментация легирующих элементов из-за укрупнения структурных составляющих; при этом карбидообразующие элементы (Mn, Сг, Мо) концентрируются в карбидной фазе цементитного типа, а гра-фитизирующие элементы (Si, Ni) - металлической основе;

- первый слой закаленного расплава имеет мелкодисперсную ледебуритную эвтектику, имеющую микротвердость 5800-6600 МПа; по мере приближения места измерения к вершине капли расплава намечается тенденция повышения микротвердости чугуна (при Д=1,0'10"3м Нзо^ОООМПа, а при А=0,5'10"3м Н5о=6000МГ1а); однако в нижних областях первого слоя, примыкающих к ЗТВ наблюдается некоторое повышение значений микротвердости вследствие уменьшения эффекта обезуглероживания; структура второго (ЗТВ) слоя также неоднородна по глубине: верхняя часть, примыкающая к первому слою состоит из участков с мартенситно-аустенитной структурой, микротвердость которых соответствует 6600-7500 МПа; . в нижней части второго слоя на границе с исходной, структура представляет собой мелкоигольчатый мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита и равномерно распределенными по всей области частицами легированных карбидов цементитного типа (температура ниже Асх), что обуславливает повышенную микротвердость (8700-9500 МПа).

3. Определено, что образование пор в зоне обработки чугуна СЧ35 объясняется активным окислением пластинок углерода кислородом воздуха и образованием СО, который в силу высокой скорости охлаждения не успевает выйти из ванны жидкого металла. Данный способ обработки поверхности чугунной детали с образованием пор подобен технологии пористого хромирования, либо получению графитизированной стали. Установлено, что размер и внутренний микрорельеф пор определяется механизмом локального высокоэнергетического воздействия.

4. Установлено, что при катодной поляризации образца сплава титана ВТЗ-1 и ВТ 14 в водном электролите с углеродсодержащим анодом в локальных участках катода формируются карбидные фазы с соотношением Т1/С=2/1 с высокими коррозионно-механическими свойствами (низким значением токов коррозии и износостойкостью). Соотношение площадей, занимаемых карбидной фазой и исходной матрицей может регулироваться диаметром электрода, межэлектродным расстоянием, током и потенциалом дуги.

5. Разработанные способы высокоэнергетического локального воздействия на поверхность металлов могут служить основой для создания промышленных технологий обработки деталей машин.

1. Верхотуров А.Д., Фадеев B.C. Некоторые вопросы современного состояния и перспективы развития материаловедения. - Владивосток : Дальнаука, 2004.-Ч. 1.-320 с.

2. Хмелевская В.Б., Леонтьев Л.Б. Современные методы упрочнения и восстановления деталей. — Владивосток : Морской государственный университет; Дальнаука, 2003. 283 с.

3. Арзамасов Б.Н. и др. Материаловедение: учебник для вузов / под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 648 с.

4. Солоненко О.П., Алхимов А.П., Марусин В.В. и др. Высокоэнергетические процессы обработки материалов. Новосибирск : Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. - 425 с.

5. Евдокимов В. Д., Клименко Л. П., Евдокимова А. Н. Технология упрочнения машиностроительных материалов: учеб. пособие-справочник. — Киев : Профессионал, 2006. 352 с.

6. Лахтин Ю.М. Основы материаловедения. — М. : Металлургия, 1988. — 320 с.

7. Багмутов В. П., Дудкина Н. Г., Захаров И. Н. Исследование структуры поверхностного слоя среднеуглеродистой стали, упрочненной электромеханической обработкой // Металловедение и термическая обработка металлов. -2002. -№ 12.-С. 18-21.

8. Федюкин В. К., Смагоринский М. Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. М. : Машиностроение, 1989. - 230 с.

9. Кузьмин Б.А. и др. Металлургия. Металловедения и конструкционные материалы. М : Высшая школа, 1977. - 190 с.

10. Паршин A.M., Кривощеков В.Л. Структурно-физические особенности при термической обработке концентрированными источниками энергии // Вопросы металловедения и термической обработки металлов и сплавов. Челябинск : Изд-во ЧГУ, 1993. - С. 169 - 175.

11. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. М. : Высшая школа, 1988. - 158 с.

12. Рыкалин H.H., Углов A.A., Кокора А.Н. Лазерная обработка металлов. М. : Машиностроение, 1975. — 295 с.

13. Дыоли У. Лазерная технология и анализ материалов. М.: Мир, 1986 — 502 с.

14. Фетисов Г.П., Карпман М.Г., Матюнин В.М. и др. Материаловедение и технология материалов. М. : Высшая школа, 2001. — 638 с.

15. Ready J.F. Effects of High Power Radiation. N.Y. : Acad. Press, 1971. - 433 p.

16. Ходаковский В.М. Аналитический обзор расчетных зависимостей при лазерном упрочнении деталей // Вестник Морского государственного университета. Сер. Судостроение и судоремонт. Владивосток : МГУ, 2007. -Вып. 17- 132 с.

17. Крапошин B.C. Зависимость глубины закалки сталей и чугунов от режима лазерного облучения // Физика и химия обработки материалов. 1988. — № 6. - С. 88 - 96.

18. Ramous Е. Laser Surface Treatment of Tool Steels / E. Ramous, A Tiziani, M. Magrini M. et. al. // Int. Conf. Met. Glasses: Sei. And Technol.,-. Budapest, 1981.-P. 235-240.

19. Чудина О. В., Боровская Т. М. Упрочнение сталей легированием при лазерном нагреве с последующей химико-термической обработкой // Металловедение и термическая обработка металлов. 1997. - № 7. - С. 35 - 37.

20. Гурьев В. А., Тескер В. И. Применение лазерной обработки для формирования поверхностного слоя нормализованной стали с высокими триботех-ническими и вязкими свойствами // Физика и химия обработки материалов. 1996. - № 1.-С. 14- 19.

21. Лыков A.M., Маслов В.Э., Демин П.В., Глибина Л.А. Плазменная закалка гребней // Локомотив. 2000. - № 9. - С. 29-30.

22. Лыков A.M., Почепаев В.Г., Редькин Ю.Г., Куминов Е.С. Плазменное термоупрочнение сталей // Физика и химия обработки материалов. 1997. — № З.-С. 27-32.

23. Соснин H.A., Тополянский П.А., Ермаков С.А. Плазменно-дуговое упрочнение деталей машин // Машиностроитель. — 1989. — № 4. -С. 32-33.

24. Тополянский П.А. Практика упрочнения инструмента и оснастки // Ремонт. Инновации. Технологии. Модернизация. 2007. - № 5(29). -С. 76-77.

25. Бердников А. А., Демин В. С., Серебрякова Е. Д. Упрочнение чугунных валков методом плазменной закалки // Сталь. 1995. — № 1. - С. 56 - 59.

26. Короткое В. А., Трошин О. В., Бердников А. А. Плазменная закалка сканируемой дугой без оплавления // Физика и химия обработки материалов. -1995.-№2.-С. 101 106.

27. Погребняк А. Д., Соколов С. В., Базыль Е. А., Тюрин Ю. Н,, Кшнякин В. С. Модификация поверхностного слоя титановых сплавов импульсно-плазменной обработкой // Физика и химия обработки материалов. 2001. -№4.-С. 49-55.

28. Тюрин Ю. Н., Адеева J1. И. Импульсно-плазменное упрочнение сплавов на основе титана // Автоматическая сварка. 1999. — № 3. — С. 43 - 47.

29. Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка в активизированных газовых средах. М. : Машиностроение, 1979. — 224 с.

30. Лащенко Г.И. Плазменное упрочнение и напыление. — Киев : Экотехноло-гия, 2003.-64с.

31. Кайдалов A.A. Повышение износостойкости режущего и абразивного инструмента плазменной обработкой в вакууме // Сварщик. — 2000. — № 6. — С. 9.

32. Чередниченко B.C., Аньшаков A.C., Кузьмин М.Г. Плазменные электротехнологические установки: учебник для вузов / под ред. B.C. Чередниченко. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2008. — 602 с.

33. Верхотуров А.Д., Шпилев A.M. Введение в материалогию. Владивосток : Дальнаука, 2010. - 780 с.

34. Ясногородский Я. 3. Автоматический нагрев в электролите. — М. : Оборон-гиз, 1947.-24 с.

35. Остроумов Г. А. Взаимодействие электрических и гидродинамических полей. М. : Наука, 1979. - 310 с.

36. Словецкий Д. И., Терентьев С. Д., Плеханов В. Г. Механизм плазменно-электролитного нагрева металлов // Теплофизика высоких температур. — 1986.-№2.-С. 353 -363.

37. Лащенко Г.И. Плазменная резка конструкционных сталей. — Киев : Экотех-нология, 2001. 48 с.

38. Гордиенко П. С. Образование покрытий на аноднополяризованных электродах в водных электролитах при потенциалах искрения и пробоя. — Владивосток : Дальнаука, 1996. 216 с.

39. Куликов И.С., Ващенко C.B., Василевский В.И.Особенности электроимпульсного полирования металлов в электролитной плазме // Вести АНБ. Сер. Физ-техн. наук. 1995. - № 4. - С. 93 - 98.

40. Белкин П.Н., Белкин С.Н. Стабилизация парогазового слоя при анодном нагреве в растворах электролитов // ИФЖ. — 1989. Т. 57. - С. 159 - 160.

41. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М. : Наука, 1974. - 712 с.

42. Гордиенко П.С., Гнеденков C.B. Микродуговое оксидирование титана и его сплавов. Владивосток : Дальнаука, 1997. - 184 с.

43. Наугольных К.А., Рой H.A. Электрические заряды в воде. — М. : Наука, 1971.- 155 с.

44. Николаев А.В., Марков Г.А. Новое явление в электролизе // Известия СО АН СССР. Сер. хим. наук. 1977. - Вып. 5, № 12. - С. 32 - 33.

45. Van Т.В., Brown S.D., Wirtz G.P. Mechanism of anodic spark deposition // Amer. Ceram. Soc. Bull. 1977. - Vol. 56, № 6. - P. 563 - 566.

46. Гордиенко П.С., Руднев B.C. Электрохимическое формирование покрытий на алюминии и его сплавах при потенциалах искрения и пробоя. — Владивосток : Дальнаука, 1999. 233 с.

47. Sasaki J. P-i-n Junction in anodic tantalum oxide films // J. Phys. Chem. Solids.- 1960.-Vol. 13, № l.-P. 177- 186.

48. Тареев Б.М., Лернер M.M. Непрерывное оксидирование переменным током анодной фольги для электролитических конденсатов // Электричество.- 1959.-№6.-С. 179- 186.

49. Gruss L.L., McNeil W. Anodic spark reaction products in alwninate, tungstate and silicate solutions // Electrochem. Technol. — 1963. — Vol. 1, № 9 — 10. P. 283-287.

50. Мухин B.A„ Морозов В. И., Смирнов Ю.И., Кирьянов Д.И. Особенности анодных пленок на алюминии, в режиме искрового заряда / Черкассы, 1983. Деп. в ОНИИТЭХИМ, № 531 ХП Д 83.

51. Van Т.В., Brown S.D., Wirtz G.P. Mechanism of anodic spark deposition // Amer. Ceram. Soc. Bull. 1977. - Vol. 56, № 6. - P. 563 - 566.

52. Brown S.D., Кипа К., Van T.B. Anodic spark deposition from aqeous solutions NaAlO and NaSiOs // J. Amer. Ceram. Soc. 1971. - Vol. 54, № 8. - P. 384 -390.

53. Гордиенко П.С., Ефименко A.B., Семенова Т.Л. Закономерности синтеза и физико-химические свойства оксидных структур анодных пленок диоксида циркония. Владивосток : Дальнаука, 2001. — 94 с.

54. Dittrich К., Krysmann W., Kurze P., Schneider H. Structure and properties of ANOF-layers // Crystal. Res. and Technol. 1984. - Vol. 19, № 1. -P. 93 - 99.

55. Свердлова Н.Р. Изменение фазового состава, структуры и свойств металлокерамики карбид титана-сталь при термической обработке : Дис. . канд. техн. наук / Московский гос. институт стали и сплавов (технологич. ун-т). -М., 2006.-126 с.

56. Горынин И.В., Ушков С.С., Хатунцев А.Н., Лошакова Н. И. Титановые сплавы для морской техники. СПб. : Политехника, 2007. - 387с.

57. Andersson Karin M., Bergstrôm L. Oxidation and Dissolution of Tungsten Carbide Powder in Water // Int. J. Refract. Hard Mater. 2000. - Vol. 18., № 2 - 3. -P. 121 - 129.

58. Горынин И.В., Чечулин Б.Б. Титан в машиностроении. М. : Машиностроение, 1990. - 400 с.

59. Бернштейн М.Л. Металловедение и термическая обработка стали. — М. : Металлургия, 1991. — Т. 1 : Методы испытаний и исследования, кн. 2. -462 с.

60. Гуляев А.П. Металловедение. М. : Металлургия, 1986. - 544 с.

61. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и элек-тронноптический анализ : уч. пос. для вузов. М. : МИСиС, 2002. - 360 с.

62. Нефедов В.И., Черепин В. Т. Физические методы исследования поверхности твердых тел. М. : Наука, 1983. - 296 с.

63. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. М. : Мир, 1984. - Кн. 1. - 304 с.

64. Маслова Н.С., Панов В.И. Сканирующая туннельная микроскопия атомной структуры, электронных свойств и поверхностных реакций // Успехи физ. наук,- 1989.- Т. 157, № 1.-С. 185- 195.

65. Золотаревский В. С. Механические свойства металлов. — М. : Металлургия, 1983. 350 с.

66. Достовалов В.А. Газодинамическое управление термической плазмой. — Владивосток : Изд-во ДВГТУ, 2000. 230 с.

67. Финкельбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. М. : Иностранная литература, 1961. - 370 с.

68. Третьяков А.Ф., Колесников А.Г., Достовалов В.А. Характер истечения газа из сопла газовой горелки с пористым вкладышем // Известия вузов. Машиностроение. 1981.-№ 9. - С. 104- 106.

69. Жуков М.Ф., Коротеев A.C., Урюков Б.А. Прикладная динамика термической плазмы. Новосибирск : Наука, 1975. - 296 с.

70. Лебедев А.Д., Урюков Б.А. Напряженность электрического поля дуги тур- ., булентной свободной струе // Изв. СО АН СССР. Сер.техн. наук. — 1977. -Вып. 3,№ 13-С. 85-89.

71. Абрамович Г.Н., Крашенников С. Ю., Секундое А.И. и др. Турбулентное смешение газовых струй / Под ред. Г.Н. Абрамовича. М. : Наука, 1974. -292 с.

72. Достовалов Д.В., Гордиенко П.С., Достовалов В.А. Способ формирования легирующего покрытия // Машиностроитель. 2007. - № 2. - С. 47 - 48.

73. Васильев Л.А. Теневые методы. М. : Наука, 1968. - 400 с.

74. Ходер Д., Норт Р. Теневые методы в аэродинамике. М. : МИР, 1966. -179 с.

75. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М. : Наука, 1991. — Т. 2. — 304 с.

76. Пат. 2257983 Российская Федерация, МПК7 В23К9/00, В23К10/00, Н05Н1/26, C21D1/09, С23С4/12. Способ управления электрической дугой / В.А. Достовалов, Д.В. Достовалов №2003128377 / 02; заявл. 19.09.2003; опубл. 10.08.2005., Бюл. № 22.

77. Брэдшоу П. Введение в турбулентность и её измерение. М. : Мир, 1974. -278 с.

78. Исследования турбулентных струй воздуха, плазмы и реального газа : сб. ст. / под ред. Г.Н. Абрамовича. М. : Машиностроение, 1967. - 180 с.

79. Смирнов. Е.М. Использование современных вычислительных технологий для решения задач промышленной аэродинамики // Труды СПбГТУ. СПб : Изд-во. Политехи, ун-та, 2009. -№ 511. - С. 36 - 55.

80. Алямовский A.A., Собачкин A.A., Одинцов Е.В. и др. Solid Works. Компьютерное моделирование в инженерной практике. Спб : БХВ-Петербург, 2005. - 800 с.

81. Норенков И. П. Автоматизированное проектирование. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. - 188 с.

82. Аксенов А.И., Злобина А.Ф., Панковец Н.Г., Носков Д.А. Вакуумные и плазменные приборы и устройства: уч. пос. Томск : Изд-во ТУ СУР, 2007. - 139 с.

83. Хинце И.О. Турбулентность. М. : Физматгиз, 1968. - 680 с.

84. Базаров И. П. Термодинамика. М. : Высшая школа, 1991. - 376 с.

85. Варгафгик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М. : Наука, 1972. - 720 с.

86. Пат. 2257982 Российская Федерация, МПК7 В23К9/00, В23К10/00, Н05Н1/26, С23С4/12. Инструмент для электротермической обработки металлов / В.А. Достовалов, Д.В. Достовалов, В.Н. Левченко. №2003128368 / 02; заявл. 19.09.2003; опубл. 10.08.2005., Бюл.№ 22.

87. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технические процессы лазерной обработки. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. - 664 с.

88. Лещинский Л. К., Самотугин С.С. Слоистые наплавленные и упрочняющие композиции. Мариуполь : Новый мир, 2005. - 392 с.

89. Снеговский Ф. П., Тюрин Ю. Н. Влияние микрорельефа вала на работоспособность манжетных уплотнительных узлов // Проблемы трения и изнашивания. 1975. - Вып. 7. - С. 64 - 69.

90. Балановский А.Е. Плазменное поверхностное упрочнение металлов. — Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2006. 180 с.

91. Малышев Б. Д., Мельник В. И., Гетия И. Г. Ручная дуговая сварка. М. : Стройиздат, 1990. - 320 с.

92. Багрянский К.В., Добротина З.А., Хренов К.К. Теория сварочных процессов*. Киев : Вища школа, 1976. - 424 с.

93. Ставрев Д. С., Ников Н. Я. Упрочнение серых чугунов при поверхностном отбеле низкотемпературной плазмой // Металловедение и термическая обработка металлов 1985. - № 4. - С. 15-18.

94. Справочник машиностроителя / под ред. Э.А. Сатель. М. : Гос. научно-техническое изд-во нефтяной и горно-топливной лит., 1951. - Т. 1. — 1080 с.

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

96. Самотугин С. С., Ковальчук А. В., Соляник Н. Х., Пуйко А. В. Структура и вязкость разрушения высокопрочного перлитноцементитного чугуна после плазменной обработки // Металловедение и термическая обработка металлов. 1996. - № 4. - С. 2 - 6 .

97. Солодкова Л.Н., Кудрявцев В.Н. Электролитическое хромирование М. : Глобус, 2007.- 191 с.

98. Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. -М. : Наука, 1977.-238 с.

99. Балановский А.Е., Нестеренко H.A. Плазменное циклическое упрочнение сталей // Сварочное производство. 1992. - № 11. - С. 19-20.

100. Балановский А.Е. Повышение срока службы деталей машин и инструментов при помощи плазменного циклического поверхностного упрочнения : автореферат дисс. . канд. техн. наук / Москва, 2000. 27 с.

101. Балановский А.Е. Плазменное поверхностное легирование металлов // Сварка-95 : ВНТК, 1995 г., Пермь : тез. докл.. Пермь, 1995. - Ч. 1. -С. 90-94.

102. Балановский А.Е., Скрипкин A.A., Гречнева М.В. Плазменное поверхностное легирование металлов // Сварка, пайка, нанесение покрытий и восстановление изношенных деталей : Всесоюз. НТК, 1992 г., Тольятти : тез. докл.. Тольятти, 1992. - С. 12 - 14. i;

103. Бокштейн С.Э. Диффузия и структура металлов. М. : Металлургия, 1973. -208 с.

104. Попов A.A. Фазовые превращения в металлических сплавах. М. : Метал-лоиздат, 1963.-312 с.

105. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Петров А.П. Карбид титана. Получение, свойства, применение. — М. : Металлургия, 1987. 217 с.

106. Гавзе А. Л., Шестаков И. И., Несторович А. В. и др. Упрочнение поверхностей металлических материалов с использованием периодического высоковольтного разряда в потоке жидкости // Металлообработка. 2003. - № З.-С. 8- 11.

107. Гордиенко П.С., Достовалов В.А., Жевтун И.Г., Харченко У.В., Баринов H.H., Кайдалова Т.А. Формирование карбидных фаз на катодно-поляризованной поверхности титана // Коррозия: материалы и защита. -2009.-№7.-С. 1-5.

108. Гордиенко П.С., Достовалов В.А., Жевтун И.Г., Достовалов Д.В. Электротехнологический процесс формирования карбидных фаз // Вологдинские чтения : научн.-техн. конф., 24 27 окт. 2009 г., Владивосток : сб. матер.. - Владивосток, 2009. - С. 155 - 159.

109. El-Eskandarany M.S., Shérif M. Synthesis of Nanocry stall ine Titanium Carbide Alloy Powders by Mechanical Solid State Reaction // Metall. Mater. Trans. A. -1996,- Vol. 27.-P. 2374.