Реферат Работа содержит 5 страниц, 7 рисунков, 1 таблица, 5 источников. Объект исследования


Скачать 180.97 Kb.
НазваниеРеферат Работа содержит 5 страниц, 7 рисунков, 1 таблица, 5 источников. Объект исследования
Дата публикации11.04.2013
Размер180.97 Kb.
ТипРеферат
referatdb.ru > Физика > Реферат


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Д. СЕРИКБАЕВА

УДК 621.534.762


Рахадилов Бауыржан Корабаевич



СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СПЛАВА 67КН5Б, ОБРАБОТАННОГО КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ



Усть-Каменогорск 2011
Рахадилов Бауыржан Корабаевич
1988 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 задачами в 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- 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 - микротвердость

Т - температура

УЧЭ – упруго-чувствительные элементы

СОДЕРЖАНИЕ

Рахадилов Бауыржан Корабаевич 1

^ ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, 5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ___________________________________________________________11 6

Материал и методы исследования____________________________________ 7

    1. Материал_________________________________________________________7

    2. Методики облучения__________________________________________________7

    3. Методы исследования _________________________________________________8

  1. Результаты исследований и их обсуждение________________________________8

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

    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.
^ МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материиал

В соответствии с поставленными задачами в 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. Сплав 67КН5Б после закалки находится в состоянии -твердого раствора с ГЦК-решеткой и упрочняется при деформации или при старении за счет выделения избыточных вторичных фаз [4].

В данном сплаве путем несложных термических или механико-термических обработок можно получить широкий спектр структурных состояний, отличающихся фазовым составом, механизмом выделения избыточных фаз, степенью дисперсности и морфологией выделяющихся частиц, дислокационной структурой и состоянием границ зерен. Для формирования различных исходных структурных состояний образцы сплава 67КН5Б подвергали термической и механико-термической обработкам.
^ Методики облучения

Образцы для облучения изготавливались в виде прямоугольных параллелепипедов со сторонами 20х20х0,5 мм. Перед облучением образцы электролитически полировали. Внедрение ионов азота с энергией 100 кэВ, дозами 1017, 2×1017, 5×1017 проводилось в вакуме (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.

^ Методы исследования

Исследование фазового состава и кристаллической структуры образцов сплава осуществляли методами рентгеноструктурного анализа на дифрактометре X’Pert Pro в CuK- 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 ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Как показано в работе [5], оптимальные механические свойства сплава 67КН5Б достигаются обработкой: закалка от 950С (10 мин), прокатка на 90%. Поэтому для проведения обработки высокоэнергетическими частицами изготавливали плоские образцы с размерами 20х20х0,5 мм, которые подвергали обработке на гомогенный твердый раствор: отжиг при температуре 773К (выдержка в течение часа) с последующей закалкой в воду. Облучения сплава 67КН5Б были проведены именно после предварительной обработки: закалка от 950С (10 мин) и прокатка на 90%.
^ Исследование структуры и свойств сплава 67КН5Б после ионной имплантации

Анализ изображений, полученных методом растровой электронной микроскопии, позволяет говорить, что в результате ионной имплантации происходит изменение морфологии поверхности образцов сплава. В результате облучения на поверхности образцов были обнаружены каплеобразные дефекты (рис.1). Для выяснения химического состава макродефектов был проведен микроанализ в режиме энергетического дисперсионного анализа (рис.2). На рис.1 указаны области, выбранные для проведения анализа.


а б в г

Рисунок 1. Типичные топографии поверхности образцов сплавы 67КН5Б до (а) и после облучения ионами до дозы 1017ион/см2 (б), 2*1017ион/см2 (в), 5*1017ион/см2 (г).



а б в г

Рисунок 2. РЭМ - изображение до (а) и после облучения ионами до дозы 1017ион/см2 (б), 2*1017ион/см2 (в), 5*1017ион/см2 (г),
Таблица 1 - химический состав поверхности сплава 67КН5Б


Доза облучения

Спектр

O

N

Mn

Fe

Co

Ni

Nb

Итого, %

Необлученный

Спектр 1







0.37

1.64

65.21

28.08

4.69

100.00

Спектр 2

1.90




0.34

1.58

63.67

27.30

5.22

100.00

Спектр 3







0.33

1.79

64.78

28.00

5.09

100.00

1017ион/см2

Спектр 1










1.42

55.99

27.80

14.80

100.00

Спектр 2










1.82

64.07

28.44

5.67

100.00

Спектр 3










1.72

64.66

27.91

5.72

100.00

2*1017ион/см2

Спектр 1




1.35




1.77

59.64

26.84

10.41

100.00

Спектр 2




2.65




1.61

62.78

27.58

5.37

100.00

Спектр 3







0.45

1.74

64.15

27.59

6.08

100.00

5*1017ион/см2

Спектр 1




7.35




1.56

60.11

25.85

5.13

100.00

Спектр 2







0.45

1.85

65.19

27.00

5.51

100.00

Спектр 3




8.14




1.20

55.17

25.32

10.17

100.00


Из анализа данных таблицы можно заключить, что под воздействием ионного облучения происходит пространственное перераспределение легирующих элементов сплава. Для выяснения природы наблюдаемых эффектов нужны дополнительные исследования.

а

б



в

г


Рисунок 3. Дифрактограммы сплава 67КН5Б до (а) и после облучения ионами до дозы 1017ион/см2 (б), 2*1017ион/см2 (в), 5*1017ион/см2 (г)

Рентгеноструктурные исследования не выявили новых нитридных фаз, возможно, ввиду их низкой концентрации и малой глубины образования (рис.3).

На рисунке 4 приведены зависимости микротвердости от нагрузки (то есть распределение микротвердости по глубине) и от дозы облучения. Видно, что с увеличением нагрузки микротвердость по Виккерсу выравнивается с ростом флюенса и приближается к исходному. Следовательно, можно сделать вывод, что глубина модифицированного поверхностного слоя сравнительно мала. Значение микротвердости исходных образцов равно 5017 МПа. Микротвердость образцов, облученных ионами азота, увеличивается на 10-50% по сравнению с исходным значением, что согласуется с представлением об упрочняющем воздействии ионно-лучевой обработки материалов [2]. На рисунке 4 представлена зависимость микротвердости от дозы имплантированных ионов. Видно, что максимальное увеличение микротвердости (нагрузка на индентор 20 г.) достигается при дозе 5×1017 ион/см2. Предполагается, что увеличение микротвердости при облучении связано с интенсивным образованием радиационных дефектов и частиц новых фаз.




Доза облучения

ион/см2

Микротвердость, МПа

20г

50г

100г

1

исходный

5017

5017

5017

2

1017

5624

5087

5054

3

2×1017

7402

6150

5552

4

5×1017

7783

6324

5682


Рисунок 4. Зависимость микротвердости сплава 67КН5Б от дозы имплантированных ионов азота
^ Исследование структуры и свойств сплава 67КН5Б после электронного облучения

В результате электронного облучения происходит изменение морфологии поверхности образцов сплава (рисунок 5). Видно, что поверхность неоднородна, имеет развитый рельеф. В результате облучения на поверхности образцов были обнаружены дефекты.



Рисунок 5. Структура и морфология поверхности сплава 67КН5Б, полученная с помощью РЭМ



а

б

Рисунок 6. Результаты рентгеновского микроанализа в области микровыделений (а) и изображение соответствующего участка поверхности сплава 67КН5Б, облученных электронами с энергией 1,3 МэВ до дозы 0,28×1019 е-/см2 (б)
На рисунке 7 приведены зависимости микротвердости от нагрузки (то есть распределение микротвердости по глубине) сплава 67КН5Б, облученных электронами с энергией 1,3 МэВ до дозы 0,28×1019 е-/см2. Микротвердость поверхности сплава после электронного облучения, при малых нагрузках на пирамидку, увеличивается почти в 2 раза.



Рисунок 7. Микротвердость сплава 67КН5Б, облученных электронами с энергией 1,3 МэВ до дозы 0,28×1019 е-/см2
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований получены оригинальные результаты, позволяющие сформулировать следующие основные выводы:

1. При обработке поверхности электронными и ионными пучками имеет место морфологические изменения и изменения элементного состава сплава 67КН5Б.

2. Ионная имплантация приводит к возрастанию микротвердости на 10 – 50%, в зависимости от дозы облучения. Микротвердость достигает максимума при дозе 1017 ион/см2. Предполагается, что увеличение микротвердости при облучении связано с интенсивным образованием радиационных дефектов и частиц новых фаз.

3. Микротвердость поверхности сплава после электронного облучения увеличивается почти в 2 раза. Увеличение микротвердости облученного сплава обусловлено изменениями состава и структуры поверхностных слоев при обработке электронным пучком.

4. Разработан и предложен для практического применения способ обработки УЧЭ ионной имплантацией N+ c энергией 100 кэВ и интегральной дозой облучения 101751017 ион/см2 приводящий к увеличению микротвердости.

Таким образом, полученные в работе экспериментальные данные помогают предсказать максимальное увеличение микротвердости сплава 67КН5Б при различных видах обработок. Разработанные в работе способы и режимы упрочняющих обработок, позволяют практикам-материаловедам решить проблему упрочнения сплавов 67КН5Б методами ионной имплантации и электронно-лучевой обработки.

^ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Воздействие концентрированных потоков энергии на материалы / Под ред. Н.Н. Рыкалина. - М.: Наука, 1985.

  2. Ионно-лучевая и ионно-плазменная модификация материалов / К.К. Кадыржанов [и др.] - М.: Изд-во МГУ, 2005, 640с

  3. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы / Ф.Ф.Комаров - М.: Металлургия, 1990. 216 с.

  4. Радашин М.В. Сверхпластичность дисперсионно-твердеющего сплава 67КН5Б / М.В. Радашин, Ю.К. Назаров, В.Н. Абросов // Тез. докл. 1-го Междунар. сем. «Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах». - Барнаул, 1992. - С.178.

  5. Ерболатулы Д. Влияние структурных превращений на сверхпластические и прочностные свойства аустенитных никель-хромовых и кобальт-никелевых сплавов / Д. Ерболатулы, Д.Л. Алонцева, М.К. Скаков // Вестник КарГУ, серия Физика. - 2004. - №2 (34). – С.18-21.


Похожие рефераты:

Реферат Работа содержит 18 страниц, 12 рисунков, 1 таблицу, 12 источников....
Отделе разработки систем мониторинга окружающей среды общий стаж работы – 11 лет
Реферат Отчет содержит 14 страниц, 4 рисунка, 3 таблицы, 6 источников....
Игнашев В. И., начальник лаборатории теплофизики реакторных установок
Реферат Научная работа 48 страниц, 2 таблицы, 35 рисунков, 5 приложений,...
Ключевые слова: пролапс митрального клапана, кардиологическое обследование, база данных, dll, sql, vba, ms access, статистика, корреляционный...
Реферат Работа 17 стр., 7 рис., 11 источников. Объект исследования:...
Изучение современного состояния недр в местах проведения подземных ядерных взрывов на семипалатинском испытательном полигоне с помощью...
Магистерской работы «Разработка бизнес-плана откртытия кафе в г....
Аннотация к дипломной работе «Разработка бизнес-плана открытия кафе в г. Вильнюс»»
Дипломная работа: 78 стр, 11 рис., 18 табл., 52 источников, 4 прилож....
«Институт бизнеса и менеджмента технологий Белорусского государственного университета»
Реферат Научная работа включает: 33 страниц, 18 иллюстраций и 3 использованных...
Уата­ционные характеристики. На основе них сделаны соответствующие выводы. Представлена к рассмотрению программа нахождения параметров...
Дипломная работа содержит 146 страницы, 15 рисунков, 27 таблиц, 4 формулы, 1 приложение
Темой данной дипломной работы является управление маркетинговой деятельностью на предприятии Дипломная работа состоит из четырех...
Реферат Курсовая работа 37 страниц, 43 рисунка, 2 таблицы, 3 источника,...
Ключевые слова: критерий Стьюдента, критерий Крускала Уоллиса, критерий χ2 Пирсона, выборка, психологические исследования
«Организация производства и управления предпреятием»
Курсовая работа содержит 46 стр., 17 табл., 12 литературных источников, приложения

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза