О глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при Т ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда

Макроскопический масштаб модифицированной (упрочненной) зоны установлен на основании результатов измерений распределения микротвердости по глубине (до ~ 2,5 мм) исходных деформированных, отожженных (600 °С; 2,5 часа) и облученных низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда при T ≤ 100 °С образцов α...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2009
Main Authors:	Кунченко, Ю.В., Кунченко, В.В., Картмазов, Г.Н.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2009
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7949
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	О глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при Т ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда / Ю.В. Кунченко, В.В. Кунченко Г.Н. Картмазов // Физическая инженерия поверхности. — 2009. — Т. 7, № 1-2. — С. 46-53. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859482670020427776
author	Кунченко, Ю.В. Кунченко, В.В. Картмазов, Г.Н.
author_facet	Кунченко, Ю.В. Кунченко, В.В. Картмазов, Г.Н.
citation_txt	О глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при Т ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда / Ю.В. Кунченко, В.В. Кунченко Г.Н. Картмазов // Физическая инженерия поверхности. — 2009. — Т. 7, № 1-2. — С. 46-53. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.
collection	DSpace DC
description	Макроскопический масштаб модифицированной (упрочненной) зоны установлен на основании результатов измерений распределения микротвердости по глубине (до ~ 2,5 мм) исходных деформированных, отожженных (600 °С; 2,5 часа) и облученных низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда при T ≤ 100 °С образцов α-Fe, а так же – двухкратного повышения относительной эрозионной стойкости облученных образцов стали ХВГ при кавитационном воздействии воды на противоположной облучаемой грани образца, толщина которого составляет 4 мм. Особенности изменений микроструктуры облученных крупнозернистых образцов α-Fe и факт упрочнения противоположной, не облученной поверхности образца стали подтверждают волновую природу механизма дальнодействия, переноса энергии упругой волны на макрорасстояния от поверхности облучения. Макроскопічний масштаб модифікованої (зміцненої) зони встановлено на підставі результатів вимірювання розподілу мікротвердості у глибину (до ~2,5 мм) у висхідних (деформованих), відпалених (600 °C, 2,5 години) та опромінених низькоенергетичною плазмою тліючого розряду при T ≤ 100 °С зразків α-Fe, а також – двократного підвищення відносної ерозійної стійкості опромінених зразків сталі ХВГ під час кавітаційного діяння води на грань, яка протилежна тій, що опромінюється при товщині зразку, що становить 4 мм. Особливості мікроструктури крупнозернистих опромінених зразків α-Fe та факт зміцнення протилежної, не опроміненої поверхні зразку сталі підтверджують хвильову природу механізму дальнодії, перенесення енергії пружної хвилі на макровідстані від поверхні опромінення. The macroscopical scale the modified (strengthened) zone is established on the basis of results of measurements of distribution of microhardness on depth (up to 2,5 mm) initial deformed, annealed (600 °C, 2,5 hours) and irradiated lowenergy plasma of the glow descharge at T≤ 100 °С samples α-Fe, and as – two-multiple increase of relative erosive stability (resistance) of the irradiated samples of steel HVG at cavitation influence of water on an opposite irradiated side of a sample which thickness have 4 mm. Features of changes of a microstructure of the irradiated coarse-grained samples α-Fe and the fact of hardening of the opposite, not irradiated surface of a sample of steel confirm the wave nature of the mechanism of long-range action, carry of energy of an elastic wave on macrodistances from a surface of an irradiation.
first_indexed	2025-11-24T15:13:02Z
format	Article
fulltext	ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2, vol. 7, No. 1-246 ВВЕДЕНИЕ Исследования процессов взаимодействия низкоэнергетической плазмы тлеющего раз- ряда (средняя энергия ионов – сотни эВ – единицы кэВ) при относительно низких T ≤ 200 °С связаны в большинстве своем с проблемами газонасыщения, газопроницае- мости, блистерообразования, распыления конструкционных материалов, а также с раз- витием новых физических вакуумно-плаз- менных методов нанесения покрытий [1]. При этом установлено, что глубина имплан- тации близка к расчетной и составляет доли мкм, тогда как инициированные облучением структурно-фазовые превращения наблюда- ются на глубинах до нескольких мкм, а повы- шенная плотность дислокаций и микротвер- дость – десятков микрон. В 90-х появились публикации в которых сообщалось о том, что при облучении металлов, сплавов и др. мате- риалов при температурах T ≤ 100 °С плазмой тлеющего разряда, горящего в определен- ных режимах (Ar или остаточная среда, Р = 1 ÷ 6 Па; U = 0,5 ÷ 3,0 кВ; j ≤ 0,1 мА/см2), эффекты дальнодействия, наблюдаемые по изменению дислокационных структур, могут достигать ∼ 10 мм [2, 3]. Практически важным следствием такой обработки оказываются “объемные” изменения физико-механичес- ких свойств, в т.ч. повышение служебных характеристик (износостойкость и др.) конст- рукционных, инструментальных материалов, изделий из них [3, 4, 5]. До настоящего вре- мени нет общепринятых представлений о природе, механизме глубинной (“объемной”) модификации свойств материалов, облучае- мых низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда при T ≤ 100 °С. Рассматриваются преимущественно две основные гипотезы объяснения образования дислокаций на бо- льших глубинах: либо перенос дефектов в глубь образца за счет различных механизмов взаимодействия, либо перенос энергии на большие расстояния в виде упругих волн, инициирующих образование дислокаций и других дефектов [2, 3, 6 – 10]. В развитие этих работ нами показано [6], что эффекты дальнодействия наблюдаются при облучении плазмой тлеющего разряда, горящего в нестабильном режиме ВЧ колеба- ний катодного падения потенциала [1], кото- рые обусловливают импульсное ускорение экстрагируемых из плазмы ионов. И таким образом поверхность образца (изделия) под- вергается облучению не стационарным пото- ком ионов [3], а импульсной бомбардировке “пакетами” ускоренных ионов. Частота их со- ударений с поверхностью определяется ус- ловиями формирования ВЧ колебаний плаз- мы и характеристиками ионов [11]. Распро- УДК 620.163.4; 620.193.6 О ГЛУБИНЕ ЗОНЫ МОДИФИКАЦИИ СВОЙСТВ (УПРОЧНЕНИЯ) МАТЕРИАЛОВ ОБЛУЧЕНИЕМ ПРИ Т ≤≤≤≤≤ 100 °°°°°С НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПЛАЗМОЙ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА Ю.В. Кунченко, В.В. Кунченко Г.Н. Картмазов Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт” Украина Поступила в редакцию 13.05.2009 Макроскопический масштаб модифицированной (упрочненной) зоны установлен на основании результатов измерений распределения микротвердости по глубине (до ∼ 2,5 мм) исходных де- формированных, отожженных (600 °С; 2,5 часа) и облученных низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда при T ≤ 100 °С образцов α-Fe, а так же – двухкратного повышения относите- льной эрозионной стойкости облученных образцов стали ХВГ при кавитационном воздействии воды на противоположной облучаемой грани образца, толщина которого составляет 4 мм. Особенности изменений микроструктуры облученных крупнозернистых образцов α-Fe и факт упрочнения противоположной, не облученной поверхности образца стали подтверждают вол- новую природу механизма дальнодействия, переноса энергии упругой волны на макро- расстояния от поверхности облучения. ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2, vol. 7, No. 1-2 47 странение в глубину слабозатухающих им- пульсных упругих волн, которые, как нам представляется, формируются в процессе бомбардировки поверхности “пакетами” ионов и в результате частотной модуляции знакопеременных упругих колебаний, воз- никающих в поверхностных слоях при сто- хастических актах рождения и аннигиляции “мерцающих” пар Френкеля, обусловливают безактивационную миграцию межузельных атомов, образование и распространение дис- локаций на большие расстояния в объеме об- разца вплоть до противоположной (не облу- чаемой) поверхности. Облучение плазмой тлеющего разряда в отсутствие пластичес- кого течения [12] приводит к интенсивному образованию вокруг дислокационных петель атмосфер “порядка” Сноека, а также Котрел- ла, комплексов “дефект-внедренный атом”, с энергией связи (диссоциации), превышаю- щей их исходное состояние. Таким образом, происходит блокирование дислокаций, при- водящее к повышению критического напря- жения сдвига закупоренных дислокационных источников. Следствием этого и являются на- блюдаемые эффекты повышения механи- ческих свойств, служебных характеристик изделий [4 – 6]. Однако существуют и альтернативные точ- ки зрения на эффект дальнодействия при ион- ном облучении, которые заключаются в его отрицании, на том основании, что часть экс- периментов выполнялись с использованием разгрушающих методов исследований [13] или из-за того, что за проявление эффекта дальнодействия принимается смещение гра- ницы имплантированной примеси внутрь об- лученного образца (режущий инструмент) в процессе фрикционного взаимодействия ма- териалов при толщине изношенного слоя, многократно превышающего средний проек- тивный пробег ионов [14]. Целью настоящей работы является экс- периментальное подтверждение макроско- пических масштабов эффектов дальнодейст- вия (в частности упрочнения) на примерах образцов α-Fe и стали ХВГ, облучаемых при T ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда, в режиме ВЧ колебаний падения катодного потенциала, и тем самым – представлений о волновой природе и меха- низме эффекта дальнодействия. УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ Тлеющий разряд инициировался в вакуумной камере объемом ∼ 1 м3 в точном соответствии с условиями и параметрами горения, обеспе- чивающими ранее установленные эффекты дальнодействия, упрочнения облучаемых материалов [2 – 5]. При этом расстояние анод- катод составляло 550 мм, потенциал горения U = 1,8 ÷ 2,2 кВ, плотность ионного тока j ≤ 0,08мА/см2, Т = 50 ÷ 70 °С, давление Ar или остаточной атмосферы Р = 1 ÷ 2 Па. Ис- следовались образцы из стали ХВГ размером ф = 12 мм, h = 4 мм (в состоянии поставки) и α-Fe (008-ЖР ГОСТ-14-1-20-33-77). Об- разцы предварительно шлифовали, полиро- вали (Rα = 0,08 ÷ 0,1 мкм). Часть образцов α- Fe отжигали в безмасляном вакууме ∼ 10–4 Па при 600 °С в течении 2,5 часов с целью снятия искажений, обусловленных механической обработкой. Микроструктура образцов α-Fe изучена при помощи электронного микро- скопа (ЭМВ-100Л, метод двухступенчатых реплик). Контроль фазового состава прово- дили рентгендифрактометрическим методом (ДРОН-3) с использованием Cu Kα – излуче- ния; распределение элементов (С, О) по глу- бине определялось методом рентгеновской фото-электронной спектроскопии (РФЭС) [15] путем распыления поверхностных слоев ионами Ar (Е = 1 кэВ, j = 10 мкА/см2) со скоростью ∼ 10 D/мин за время 20, 80 и 120 мин. Чувствительность метода ∼ 0,01 мо- нослоя (2 ÷ 3об.%). Анализ проведен по ли- ниям Fe2p, O1s, C1s оболочек. Оценки глу- бины модифицированного слоя облученных образцов установлены на основании измере- ний значений микротвердости (α-Fe) и ка- витационного износа образцов стали ХВГ. Микротвердость измерялась при помощи микротвердомера ПМТ-3 с алмазной пира- мидкой Виккерса с нагрузкой на индентор 0,02 и 0,05 N с максимальной ошибкой, рас- считываемой по 10 измерениям, не превыша- ющей 5 ÷ 10%; кавитационные испытания проведены на экспериментальном ультрозву- ковом стенде МСВ-1 [16]. Ю.В. КУНЧЕНКО, В.В. КУНЧЕНКО Г.Н. КАРТМАЗОВ ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2, vol. 7, No. 1-248 О ГЛУБИНЕ ЗОНЫ МОДИФИКАЦИИ СВОЙСТВ (УПРОЧНЕНИЯ) МАТЕРИАЛОВ ОБЛУЧЕНИЕМ ПРИ Т ≤≤≤≤≤ 100 °°°°°С ... РЕЗУЛЬТАТЫ, ОБСУЖДЕНИЕ СОСТАВ И СТРУКТУРА ПРИПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ααααα-Fe Глубина взаимодействия компонентов плаз- мы тлеющего разряда, горящего в остаточной атмосфере вакуумной камеры при Р = 2 Па, определялась после облучения при U = 2 кВ, плотность ионного тока j = 0,02 мА/см2, Т = 50 °С в течении τ = 60 мин. (доза – Q = 2⋅1017 см–2) – в условиях, обеспечиваю- щих максимальные значения прироста мик- ротвердости (∆Hv) механических характе- ристик большинства изученных облучаемых материалов, сплавов [2 – 6]. Рентгенографи- ческие исследования показали, что парамет- ры решетки α-Fe и ХВГ в результате облуче- ния до дозы Q = 4⋅1017 см-2 (τ = 120 мин) в данных условиях не изменяются. Однако ме- тодом РФЭС при стравливании поверхност- ных слоев исходных и облученных образцов α-Fe обнаружены относительные изменения концентрации атомов кислорода (О) и угле- рода (С) по глубине (рис. 1). Спектры основных оболочек Fe, полу- ченных с поверхности исходных (до страв- ливания) образцов, – идентичны для необлу- ченных и облученных образцов и соответст- вуют Fe2O3. После распыления ионами Ar+ слоя ∼ 0,1 мкм в спектре появляются линии Fe3C; в отожженных в вакууме и облученных в тлеющем разряде – наблюдается слабо-ин- тенсивная линия (Ei = 709 эВ), которая при- надлежит соединению Fe3(CO)4. После страв- ливания слоя ∼ 0,2 мкм спектры исходных и облученных образцов α-Fe практически не отличаются. Таким образом, глубина плазмо- химического взаимодействия компонентов среды горения тлеющего разряда с α-Fe не превышает ∼ 0,2 мкм. Эти результаты под- тверждают полученные ранее [3] для анало- гичных образцов α-Fe данные электронно- микроскопических исследований, свидете- льствующих о структурно-фазовой неодно- родности приповерхностной зоны до глу- бины ≤ 1,0 мкм. При этом установлено, что поверхностный слой ≤ 0,2 мкм имеет амор- фную структуру. МИКРОТВЕРДОСТЬ С целью изучения распределения микро- твердости по облучаемой поверхности и по глубине исходный образец α-Fe разрезался на две равные части с размерами 20×10×10 мм (рис. 2 – I и II). Плоскости, предназначенные для измере- ний Hv, механически шлифовались, полиро- вались (Rα ≈ 0,08 мкм). После этого был про- веден вакуумный отжиг при 600 °С в течении Рис. 1. Изменения отношений концентраций кисло- рода и углерода к содержанию Fe в поверхностных слоях образцов α-Fe в исходном и облученном сос- тояниях в зависимости от глубины стравленного слоя. Рис. 2. Распределение микротвердости и схема ее измерений на образцах α-Fe: 1 – исходное состояние, 2 – после облучения (в глубину), 3 – после отжига 600 °С, 2,5 часа (в глубину) и 4 – после облучения в отожженном состоянии. Облучение: Р = 2 Па, U = 2 кВ, j = 0,08 мА/см2, Т = 60 ÷ 70 °С, τ = 30 мин. ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2, vol. 7, No. 1-2 49 2,5 часов одной половины образца, измерены значения Hv в исходном – не отожженном и отожженном состояниях (рис. 2, 1 – I и 3 – II – соответственно) в направлении от ребра к центру грани (рис. 2, стрелки). Затем обе по- ловины образца были состыкованы, скрепле- ны струбциной, помещены на катод установ- ки и облучены плазмой тлеющего разряда при давлении остаточной среды Р = 2 Па, U = 2 кВ, j = 0,02 мА/см2, Т = 50 °С в течении τ = 90 мин (доза – Q = 4⋅1018 см–2). Измерения Hv после облучения проведены параллельно цепочке отпечатков индентора в исходном состоянии на минимально допустимых от них расстояниях в облучаемых и перпенди- кулярных к ним плоскостях, закрытых в про- цессе облучения второй половиной образца (рис. 2, 2 – I и 4 – II). При плотном сопри- косновении плоскостей плазма тлеющего разряда не проникает в пространство между ними [18], что позволяет значения Hv, по- лученные в этих плоскостях, принимать за распределение по глубине. Из графиков следует, что по сравнению с исходным сос- тоянием (рис. 2, кр. 3 – II – отжиг до облу- чения), после облучения наблюдается уве- личение значений Hv не только в области, примыкающей к ребру, как на облученной грани, так и на закрытой в процессе облуче- ния, но и по глубине на расстояние до ∼ 2500 мкм. На расстояниях более ∼ 150 ÷ 200 мкм от ребра значения Hv практически совпадают в пределах “разброса”. Величина этого “разброса” выше в области, примыкаю- щей к ребру, особенно для облученного сос- тояния (сравни, рис. 2, 1 – I и 4 – II). Для не отожженного состояния (рис. 2, кр. 2 – I) этот эффект повышенного значения Hv в зоне ребра менее заметен на фоне более сущест- венного общего увеличения микротвердости. Причем, в противоположность отожженному образцу (рис. 2, кр. 4 – II) “разброс” значений Hv в зоне ребра – меньше. Наблюдаемые осо- бенности в неоднородности микротвердости – “разброс”, обусловлены отличиями в мик- роструктуре образцов. Об этом свидетельст- вуют значения микротвердости, измеренные в пределах выявленных химическим травле- нием двух типов кристаллитов, отличающих- ся характерными структурными особеннос- тями (наличие или отсутствие следов трав- ления дислокаций), что обусловлено различ- ной ориентацией кристаллитов по отноше- нию к плоскости шлифа и анизотропией значений Hv. Для облученного образца α-Fe отличия в значениях микротвердости в пределах каж- дого из двух типов в средних значениях не превышают ∆Н = ±(0,03 ÷ 0,05) ГПа. В тоже время отличия между ними достигают ∼ 0,23 ГПа, усредненные же по всем измере- ниям и составляют “разброс” Н = ±0,15 ГПа. Аналогичные по неоднородности значе- ний микротвердости (∆Нv) результаты полу- чены на облученном отожженном образце. При этом характерная крупнозернистая мик- роструктура рекристаллизации с малой плот- ностью следов травления дислокаций, с при- сущей микротвердостью (рис. 2, кр. 3 – II) на уровне Н = (1,05 ÷ 1,08) ГПа, в результате об- лучения в тлеющем разряде заметно изменя- ются (рис. 3а, б). Рис. 3. а) – микроструктура исходного отожженного α-Fe; б) – микроструктура исходного отожженного α-Fe после его облучения. а) б) Ю.В. КУНЧЕНКО, В.В. КУНЧЕНКО Г.Н. КАРТМАЗОВ ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2, vol. 7, No. 1-250 О ГЛУБИНЕ ЗОНЫ МОДИФИКАЦИИ СВОЙСТВ (УПРОЧНЕНИЯ) МАТЕРИАЛОВ ОБЛУЧЕНИЕМ ПРИ Т ≤≤≤≤≤ 100 °°°°°С ... На некоторых участках у границ смежных зерен возникают широкие зоны мелкокрис- таллической, блочной структуры с плотной сеткой дислокации (рис. 3б). Микротвердость крупных (≥ 3 мкм) кристаллитов практически совпадает с исходными значениями отож- женых образцов (Н ≈ 1,05 ГПа). В тоже время микротвердость мелкокристаллической зоны приближается к значениям, соответствую- щим исходным, не отожженным образцам (Н ≈ 1,22 ÷ 1,28 ГПа). Таким образом, обработка в тлеющем раз- ряде как отожженных, рекристаллизованных, так и деформированных, в состоянии меха- нического наклепа образцов α-Fe, приводит к повышению средних значений микротвер- дости до измеренных глубин не менее 2500 мкм (рис. 2). Эффект более выражен у границ зерен, а так же для состояния с макси- мальным уровнем искажений кристалличес- кой решетки образцов, вызванным их меха- нической обработкой в процессе их изготов- ления. ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА ЭРОЗИОННУЮ (КАВИТАЦИОННУЮ) СТОЙКОСТЬ СТАЛИ ХВГ Для эрозионных испытаний использованы образцы стали ХВГ размером ф = 12 мм, h = 4 мм с исходной микротвердостью Н0,05 = 2,7 ÷ 0,1 ГПа (рис. 4). Максимальный уровень повышения мик- ротвердости (упрочнения) при облучении тлеющим разрядом, горящим в атмосфере ос- таточных газов, составляет ∆Н ≈ 20%, арго- на – 30% и достигается за время облучения ≥ 30 мин при Р = 2 Па, U = 2 кВ, j ≤ 0,08 мА/см2, Т = 60 ÷ 70 °С (рис. 4, кр. 2, 3 – соот- ветственно). Качественное представление о характере процесса кавитационного износа дают кине- тические зависимости величены убыли мас- сы (∆m) образца со временем испытаний (t), (рис. 5), где: 1 – соответствует исходному сос- тоянию стали ХВГ; (2 – 1) – обратной (не об- лученной) стороне образца – 2, облученного в остаточной среде и 3 – образцу, облучен- ному в атмосфере Ar. Видно, что, начиная с определенного мо- мента времени с начала испытаний (“инкуба- ционный” период) [17], устанавливается пря- мо пропорциональная зависимость убыли массы от времени испытаний, что свидетель- ствует об установившейся определенной, ха- рактерной для каждого из испытуемых образ- цов скорости кавитационного (эрозионного) разрушения. Количественно эта скорость (V) Рис. 4. Зависимость микротвердости (Н0,05) стали ХВГ от времени облучения в остаточной атмосфере – (2), аргоне – (3) в сравнении с исходным состоянием – (1). Облучение: Р = 2 Па, U = 2 кВ, j = 0,08 мА/см2, Т = 60 ÷ 70 °С, τ = 30 мин. Рис. 5. Зависимости от времени испытаний кавитаци- онного износа (убыли массы – ∆m) образцов стали ХВГ (∅ = 12 мм, h = 4 мм) в исходном состоянии – (1), (2-1) – обратной стороны образца (2), облученного в остаточной атмосфере и – (3) – в аргоне. Облучение: Р = 2 Па, U = 2 кВ, j = 0,08 мА/см2, Т = 60 ÷ 70 °С, τ = 30 мин. ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2, vol. 7, No. 1-2 51 определяется тангенсом угла наклона линей- ного участка кинетической кривой износа – V = ∆m/∆t (рис. 6 (V)), а эрозионная стойкость (Т) – величиной, обратной величине скорости эрозионного износа – Т = 1/V (рис. 6 (Т)) со- ответствующих образцов. Видно, что облучение стали ХВГ плазмой низкоэнергетического тлеющего разряда, го- рящего в нестабильном режиме ВЧ колеба- ний катодного падения потенциала, приводит к существенному повышению микротвердос- ти, сопротивлению стали эрозионному раз- рушению в условиях кавитационного воз- действия воды, обеспечивая 5 – кратное уве- личение эрозионной стойкости по сравнению с исходным состоянием (рис. 6). Наблюдаемые отличия в характере кине- тических кривых убыли массы от времени ис- пытаний на начальной стадии (“инкубацион- ный” период) испытаний (t ≤ 1 часа), (рис. 5, кр. 2 и 3) свидетельствуют о различиях в структурно-фазовых состояниях поверхност- ных слоев образцов, облученных в остаточ- ной атмосфере (кр. 2) и аргоне (кр. 3). В от- личие от облучения в Ar (образец № 3) в про- цессе облучения плазмой тлеющего разряда образца № 2 на его поверхности, аналогично облученному α-Fe (рис. 1), образуется слой соединений компонентов остаточной среды (O, C, N) с элементами стали (окислы, карби- ды, нитриды), установление закономерностей эрозионного разрушения которого требует дальнейшего более детального изучения. На- личием этого слоя может быть объяснено по- вышенное значение убыли массы образца № 2 по сравнению с образцом № 3 на началь- ной стадии испытания (сравни рис. 5 кр. 2 и 3 при t ≤ 1 часа). После удаления этого слоя в ходе эрозионных испытаний процесс харак- теризуется установившейся, постоянной ско- ростью износа, которая близка к скорости из- носа образца № 3 (сравни углы наклона со- ответствующих кр. 2 и 3 на рис. 5, а также значения V – на рис. 6). Это свидетельствует о близости структурно-фазового состояния на данном этапе испытаний (глубине эрозионно- го износа) образцов, облученных в различных средах. Почти двукратное увеличение относитель- ной эрозионной стойкости, не облученной поверхности (2 – 1), противоположной облу- чаемой плоскости образца № 2, толщина ко- торого – 4 мм, свидетельствует об объемном, макроскопическом масштабе эффекта моди- фицирования (упрочнения) облученной ста- ли. При этом, уровень стойкости оказывается в 2,5 раза более низким по сравнению с облу- чаемой поверхностью образца, что свидете- льствует о затухании эффекта упрочнения по мере удаления от поверхности облучения. Это качественно коррелирует с характером распределения по глубине (до ∼ 10 мм) плот- ности дислокаций, установленным авторами [3]. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Полученные результаты свидетельствуют о волновой природе и механизме эффектов дальнодействия, наблюдаемых при облуче- нии при T ≤ 100 °С образцов α-Fe и стали ХВГ низкоэнергетической плазмой тлеющего раз-ряда, горящего в нестабильном режиме ВЧ колебаний падения катодного потенциала. Это подтверждается образованием у границ крупных зерен рекристаллизованного α-Fe широких зон мелко кристаллической, блоч- ной структуры с высокой плотностью дисло- каций, для которых характерными являются Рис. 6. Значения скоростей кавитационного износа (V) и относительной стойкости (Тотн) стали ХВГ (обозна- чения – см. рис. 5). Ю.В. КУНЧЕНКО, В.В. КУНЧЕНКО Г.Н. КАРТМАЗОВ ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2, vol. 7, No. 1-252 О ГЛУБИНЕ ЗОНЫ МОДИФИКАЦИИ СВОЙСТВ (УПРОЧНЕНИЯ) МАТЕРИАЛОВ ОБЛУЧЕНИЕМ ПРИ Т ≤≤≤≤≤ 100 °°°°°С ... повышенные значения микротвердости (Hv), практически совпадающие с Hv исходных, де- формированных, не отожженных образцов. Такой характер локализации структурных из- менений у границ зерна при отсутствии вне- шнего воздействия силы, приводящего к пла- стической деформации, может быть объяс- нено освобождением энергии упругой волны (возникающей в процессе облучения [6]) на препятствии, которым и является граница зерна в объеме образца, а также его внешняя граница [10]. Последнее проявляется в повы- шении прочностных свойств (эрозионной стойкости) обратной, не облученной грани образца стали ХВГ. Установление повышенных по сравнению с исходными состояниями значений микро- твердости по глубине до ∼ 2,5 мм от поверх- ности облучения как крупнокристалличес- ких, отожженных, так и деформированных образцов α-Fe, а также – эффекта повышен- ной эрозионной стойкости (упрочнения) об- ратной не облученной грани образца стали ХВГ на расстоянии 4 мм от поверхности об- лучения являются фактами, подтверждаю- щими макроскопические масштабы эффекта модификации (упрочнения) материалов, об- лучаемых плазмой тлеющего разряда. ЛИТЕРАТУРА 1. Гребенюк В.Ф., Рудаков В.И. плазменные по- крытия на деформируемом инструменте//Ва- куумные технологии и оборудование. Харь- ковская научная ассамблея, ICVTE-6, Харьков – 2003. – С. 147-150. 2. Tereschko I.V., Khodyrev V.I., Tereschko V.M., Lipsky E.A., Goncharenja A.V., Ofori-Sey S. Self – organizing processes in metals by low-energy ion beams//Nuclear instrum and Methods in Phys. Res. – 1993. – B 80/81. – Р.115-119. 3. Козлов Э. В., Терешко И.В., Попова Н.А.. Фи- зическая картина модификации поверхност- ных слоев и объема металлов и сплавов при воздействии низкоэнергетической плазмой// Изв. высш. уч. зав., физика. – 1994. – № 5. – С. 127-140. 4. Картмазов Г.Н., Кунченко В.В., Ломино Н.С., Сопрыкин Л.И.. Особенности поведения легированных материалов при воздействии низкоэнергетической плазмы тлеющего раз- ряда (исследования и практическое использо- вание)//Материалы VIII Конф. стран СНГ по проблеме “Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных мате- риалов” (Белгород). – 1997. – С. 140-142. 5. Кунченко В.В., Картмазов Г.Н., Кунчен- ко Ю.В., Ломино Н.С., Неклюдов И.М., Сав- ченко В.И.. К вопросу о природе упрочнения материалов, облученных плазмой низкоэнер- гетического тлеющего разряда//В сб. “Труды 15 конф. по физ. рад. явлен. и рад. материало- ведению” (Алушта). – 2002. – С. 258-259. 6. Неклюдов И.М., Кунченко Ю.В., Картма- зов Г.Н., Кунченко В.В., Ломино Н.С., Савчен- ко В.И. Природа и механизм модификации материалов на большую глубину при обработ- ке низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда//Физика и химия обработки материа- лов. – 2005. –№ 4. – С. 17-27. 7. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д.. Структура и проч- ность азотированных сплавов. – М.: Метал- лургия, 1982. –170 с. 8. Лариков Л.Н., Ресный А.В. Воздействие одно- временной имплантации Не и Н на структуру и свойства//Письма в ЖТФ. – 1986. – Т.12, Вып. 10. – С.591-593. 9. Бабад-Захряпин А.А.. Высокотемпературные процессы в материалах, повреждаемых низ- коэнергетическими ионами. – М.: Энерго- атомиздат, 1985. – 120 с. 10. Серов И.Н., Марголин В.И., Жабрев В.А., Ту- пик В.А., Фантисов В.С. Эффекты дальнодей- ствия в микро – и наноразмерных структурах //Инженерная физика.–2005.– № 1.– С. 50-67. 11. Slutsker Ya.Z., Bliokh Y.P., Felsteiner I., Vaisb- herg P.M. Bohm criterion failure and periodic oscillaitions of the plasmasheath in nonstationary plasmas//In.: Strong Microwaives in Plasmas/Ed. Litvak A.C. Nizhny Novgоrоd; Inst. Appl. Phys. RAS. – 2003. – Vol. 2. – P. –537-547. 12. Гордиенко Л.К.. Изменение внутреннего тре- ния железа и низкоуглеродистой стали в области малых пластических деформаций// Сб. трудов Всесоюзной науч. конф./под ред. В.С. Постникова. – 1963. – С. 263-270. 13. Бахарев О.Г., Погребняк А.Д., Базыл Е.А., Со- колов С.В. Исследование эффекта дальнодей- ствия при высокодозной ионной импланта- ции в металлы//Металлофизика и новейшие технологии. –1999. – Т. 21, № 8. – С. 12-18. 14. Полященко К.Н., Поворознюк С.Н., Вереща- гин Г.А., Геринг Г.И., Ложников Е.А. Влияние миграции имплантированной примеси на из- носоустойчивость модифицированных твер- дых сплавов//Весник Омского университета. – 1977. – Вып. 2. – С7-11. ФІП ФИП PSE, 2009, т. 7, № 1-2, vol. 7, No. 1-2 53 15. Kazarinov J.G., Gritzina V.T., Sidorenko I.V. Pro- cessing of photoelectron spectroscopy for advan- ced chemical analisis//Functional materials. – 2004. – Vol. 11. – P.131-135. 16. Коваленко В.І., Марінін В.Г. Обладнання для дослідження ерозії покриттів при мікроудар- ному діянні//ВАНТ, сер. ФРП и РМ. – 1998. – Вип. 5(71). – С. 83-85. ABOUT DEPTH OF THE ZONE OF UPDATING OF PROPERTIES (HARDENING) MATERIALS THE IRRADIATION AT T ≤≤≤≤≤ 100 °°°°°С С LOW-ENERGY PLASMA OF THE GLOW DESCHARGE Y.V. Kunchenko, V.V. Kunchenko, G.N. Kartmazov The macroscopical scale the modified (streng- thened) zone is established on the basis of results of measurements of distribution of microhard- ness on depth (up to 2,5 mm) initial deformed, annealed (600 °C, 2,5 hours) and irradiated low- energy plasma of the glow descharge at T≤ 100°С samples α-Fe, and as – two-multiple increase of relative erosive stability (resistance) of the irra- diated samples of steel HVG at cavitation influen- ce of water on an opposite irradiated side of a sample which thickness have 4 mm. Features of changes of a microstructure of the irradiated coarse-grained samples α-Fe and the fact of hardening of the opposite, not irradiated surface of a sample of steel confirm the wave nature of the mechanism of long-range action, carry of energy of an elastic wave on macrodistances from a surface of an irradiation. ПРО ГЛИБИННЕ МОДИФІКУВАННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ (ЗМІЦНЕННЯ) МЕТАЛІВ, СПЛАВІВ ОПРОМІНЕННЯМ НИЗЬКОЕНЕРГЕТИЧНОЮ ПЛАЗМОЮ ТЛІЮЧОГО РОЗРЯДУ ПРИ T ≤≤≤≤≤ 100 °°°°°С Ю.В. Кунченко, В.В. Кунченко, Г.Н. Картмазов Макроскопічний масштаб модифікованої (зміц- неної) зони встановлено на підставі результатів вимірювання розподілу мікротвердості у глибину (до ∼ 2,5 мм) у висхідних (деформованих), відпа- лених (600 °C, 2,5 години) та опромінених низько- енергетичною плазмою тліючого розряду при T ≤ 100 °С зразків α-Fe, а також – двократного підвищення відносної ерозійної стійкості опромі- нених зразків сталі ХВГ під час кавітаційного ді- яння води на грань, яка протилежна тій, що опро- мінюється при товщині зразку, що становить 4 мм. Особливості мікроструктури крупнозер- нистих опромінених зразків α-Fe та факт зміц- нення протилежної, не опроміненої поверхні зра- зку сталі підтверджують хвильову природу меха- нізму дальнодії, перенесення енергії пружної хвилі на макровідстані від поверхні опромінення. 17. Ковальский А.Є., Картмазов Г.Н., Кунчен- ко В.В. Обоснование толщины и условий на- несения вакуумного противоэрозионного по- крытия для лопаток последних ступеней мощ- ных паровых турбин//Авиационно-космичес- кая техника и технология.– 2006. – № 6. (320). – С. 5-18. 18. Капцов Н.А. Электрические явления в газах и вакууме. – М.–Л.: Технико-теоретическая литература. –1950. – 836 с. Ю.В. КУНЧЕНКО, В.В. КУНЧЕНКО Г.Н. КАРТМАЗОВ
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7949
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1999-8074
language	Russian
last_indexed	2025-11-24T15:13:02Z
publishDate	2009
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
record_format	dspace
spelling	Кунченко, Ю.В. Кунченко, В.В. Картмазов, Г.Н. 2010-04-22T14:24:07Z 2010-04-22T14:24:07Z 2009 О глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при Т ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда / Ю.В. Кунченко, В.В. Кунченко Г.Н. Картмазов // Физическая инженерия поверхности. — 2009. — Т. 7, № 1-2. — С. 46-53. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7949 620.163.4; 620.193.6 Макроскопический масштаб модифицированной (упрочненной) зоны установлен на основании результатов измерений распределения микротвердости по глубине (до ~ 2,5 мм) исходных деформированных, отожженных (600 °С; 2,5 часа) и облученных низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда при T ≤ 100 °С образцов α-Fe, а так же – двухкратного повышения относительной эрозионной стойкости облученных образцов стали ХВГ при кавитационном воздействии воды на противоположной облучаемой грани образца, толщина которого составляет 4 мм. Особенности изменений микроструктуры облученных крупнозернистых образцов α-Fe и факт упрочнения противоположной, не облученной поверхности образца стали подтверждают волновую природу механизма дальнодействия, переноса энергии упругой волны на макрорасстояния от поверхности облучения. Макроскопічний масштаб модифікованої (зміцненої) зони встановлено на підставі результатів вимірювання розподілу мікротвердості у глибину (до ~2,5 мм) у висхідних (деформованих), відпалених (600 °C, 2,5 години) та опромінених низькоенергетичною плазмою тліючого розряду при T ≤ 100 °С зразків α-Fe, а також – двократного підвищення відносної ерозійної стійкості опромінених зразків сталі ХВГ під час кавітаційного діяння води на грань, яка протилежна тій, що опромінюється при товщині зразку, що становить 4 мм. Особливості мікроструктури крупнозернистих опромінених зразків α-Fe та факт зміцнення протилежної, не опроміненої поверхні зразку сталі підтверджують хвильову природу механізму дальнодії, перенесення енергії пружної хвилі на макровідстані від поверхні опромінення. The macroscopical scale the modified (strengthened) zone is established on the basis of results of measurements of distribution of microhardness on depth (up to 2,5 mm) initial deformed, annealed (600 °C, 2,5 hours) and irradiated lowenergy plasma of the glow descharge at T≤ 100 °С samples α-Fe, and as – two-multiple increase of relative erosive stability (resistance) of the irradiated samples of steel HVG at cavitation influence of water on an opposite irradiated side of a sample which thickness have 4 mm. Features of changes of a microstructure of the irradiated coarse-grained samples α-Fe and the fact of hardening of the opposite, not irradiated surface of a sample of steel confirm the wave nature of the mechanism of long-range action, carry of energy of an elastic wave on macrodistances from a surface of an irradiation. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України О глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при Т ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда Про глибинне модифікування властивостей (зміцнення) металів, сплавів опроміненням низькоенергетичною плазмою тліючого розряду при T ≤ 100 °С About depth of the zone of updating of properties (hardening) materials the irradiation at T ≤ 100 °С low-energy plasma of the glow descharge Article published earlier
spellingShingle	О глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при Т ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда Кунченко, Ю.В. Кунченко, В.В. Картмазов, Г.Н.
title	О глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при Т ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда
title_alt	Про глибинне модифікування властивостей (зміцнення) металів, сплавів опроміненням низькоенергетичною плазмою тліючого розряду при T ≤ 100 °С About depth of the zone of updating of properties (hardening) materials the irradiation at T ≤ 100 °С low-energy plasma of the glow descharge
title_full	О глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при Т ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда
title_fullStr	О глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при Т ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда
title_full_unstemmed	О глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при Т ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда
title_short	О глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при Т ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда
title_sort	о глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при т ≤ 100 °с низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7949
work_keys_str_mv	AT kunčenkoûv oglubinezonymodifikaciisvoistvupročneniâmaterialovoblučeniemprit100snizkoénergetičeskoiplazmoitleûŝegorazrâda AT kunčenkovv oglubinezonymodifikaciisvoistvupročneniâmaterialovoblučeniemprit100snizkoénergetičeskoiplazmoitleûŝegorazrâda AT kartmazovgn oglubinezonymodifikaciisvoistvupročneniâmaterialovoblučeniemprit100snizkoénergetičeskoiplazmoitleûŝegorazrâda AT kunčenkoûv proglibinnemodifíkuvannâvlastivosteizmícnennâmetalívsplavívopromínennâmnizʹkoenergetičnoûplazmoûtlíûčogorozrâduprit100s AT kunčenkovv proglibinnemodifíkuvannâvlastivosteizmícnennâmetalívsplavívopromínennâmnizʹkoenergetičnoûplazmoûtlíûčogorozrâduprit100s AT kartmazovgn proglibinnemodifíkuvannâvlastivosteizmícnennâmetalívsplavívopromínennâmnizʹkoenergetičnoûplazmoûtlíûčogorozrâduprit100s AT kunčenkoûv aboutdepthofthezoneofupdatingofpropertieshardeningmaterialstheirradiationatt100slowenergyplasmaoftheglowdescharge AT kunčenkovv aboutdepthofthezoneofupdatingofpropertieshardeningmaterialstheirradiationatt100slowenergyplasmaoftheglowdescharge AT kartmazovgn aboutdepthofthezoneofupdatingofpropertieshardeningmaterialstheirradiationatt100slowenergyplasmaoftheglowdescharge

О глубине зоны модификации свойств (упрочнения) материалов облучением при Т ≤ 100 °С низкоэнергетической плазмой тлеющего разряда

Institution

Similar Items