Изучение поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после облучения электронным пучком ускорителя на основе магнетронной пушки с вторично-эмиссионным катодом
Представлены результаты металлографического исследования поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после их облучения трубчатым электронным пучком ускорителя, в котором используется магнетронная пушка с холодным медным вторично-эмиссионным катодом. Показано, что на данном ускорителе
 мож...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90722 |
| 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: | Изучение поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после облучения электронным пучком ускорителя на основе магнетронной пушки с вторично-эмиссионным катодом / А.Н. Довбня, В.В. Закутин, Н.Г. Решетняк, В.П. Ромасько, И.А. Чертищев В.М. Ажажа, А.Н. Аксенова , С.Д. Лавриненко , А.П. Свинаренко // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 134-140. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860179131641102336 |
|---|---|
| author | Довбня, А.Н. Закутин, В.В. Решетняк, Н.Г. Ромасько, В.П. Чертищев, И.А. Ажажа, В.М. Аксенова, А.Н. Лавриненко, С.Д. Свинаренко, А.П. |
| author_facet | Довбня, А.Н. Закутин, В.В. Решетняк, Н.Г. Ромасько, В.П. Чертищев, И.А. Ажажа, В.М. Аксенова, А.Н. Лавриненко, С.Д. Свинаренко, А.П. |
| citation_txt | Изучение поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после облучения электронным пучком ускорителя на основе магнетронной пушки с вторично-эмиссионным катодом / А.Н. Довбня, В.В. Закутин, Н.Г. Решетняк, В.П. Ромасько, И.А. Чертищев В.М. Ажажа, А.Н. Аксенова , С.Д. Лавриненко , А.П. Свинаренко // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 134-140. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Представлены результаты металлографического исследования поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после их облучения трубчатым электронным пучком ускорителя, в котором используется магнетронная пушка с холодным медным вторично-эмиссионным катодом. Показано, что на данном ускорителе
можно получать электронный пучок с параметрами, необходимыми для целенаправленной модификации
поверхности металлов и сплавов.
Наведені результати металографічного дослідження поверхні сталей ХВГ, Х18Н10Т та титану ВТ-1 після
їх опромінення трубчастим електронним пучком прискорювача, в якому використовується магнетронна гармата з холодним мідним вторинно-емісійним катодом.Показано, що на даному прискорювачі можливо одержувати пучок електронів з параметрами, необхідними для цілеспрямованої модифікації поверхні металів та сплавів.
Results of metallographic investigation of the surface of KhVG, Kh18N10T steels and VT-1 titanium after
irradiation with a pipe electron beam of the accelerator based on the magnetron gun with a copper secondaryemission
cathode are presented. It has been shown that this accelerator can provide an electron beam with parameters
required for a purposeful modification of the surface of metals and alloys.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:01:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.039.4
ИЗУЧЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЕЙ ХВГ, Х18Н10Т И ТИТАНА ВТ-1
ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ УСКОРИТЕЛЯ
НА ОСНОВЕ МАГНЕТРОННОЙ ПУШКИ
С ВТОРИЧНО-ЭМИССИОННЫМ КАТОДОМ
А.Н. Довбня, В.В. Закутин, Н.Г. Решетняк, В.П. Ромасько, И.А. Чертищев
В.М. Ажажа*, А.Н.Аксенова*, С.Д. Лавриненко*, А.П. Свинаренко*
Научно-исследовательский комплекс «Ускоритель»,
Институт физики твёрдого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ,
Харьков, Украина
Представлены результаты металлографического исследования поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и ти-
тана ВТ-1 после их облучения трубчатым электронным пучком ускорителя, в котором используется магне-
тронная пушка с холодным медным вторично-эмиссионным катодом. Показано, что на данном ускорителе
можно получать электронный пучок с параметрами, необходимыми для целенаправленной модификации
поверхности металлов и сплавов.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время широкое распространение
получили методы обработки материалов концентри-
рованными потоками энергии (электронными пуч-
ками, лазерным облучением, ионной имплантацией)
[1-5]. Это дает возможность целенаправленно изме-
нять структурно-фазовое состояние в приповерхно-
стных слоях и соответственно изменять структурно-
зависимые свойства облученных материалов. При
взаимодействии концентрированных потоков элек-
тронов, ионов и фотонов с поверхностью твердого
тела имеет место целый комплекс процессов – вы-
сокоскоростной нагрев, оплавление, испарение, вы-
брос плазмы и нейтральных частиц с поверхностно-
го слоя, генерация динамических напряжений в
твердом теле, распространение ударных волн, пере-
нос и перераспределение вакансий и примесей.
Все эти процессы существенным образом зави-
сят от величины удельного энерговыделения, кото-
рое определяется сортом бомбардирующих частиц и
энергией применяемых пучков. Использование ион-
ных пучков требует довольно сложного в эксплуа-
тации оборудования. Лазерные пучки имеют срав-
нительно малый коэффициент полезного действия.
Применение концентрированных электронных пуч-
ков является более удобным для поверхностной об-
работки материалов, так как они имеют более высо-
кий КПД преобразования запасаемой электрической
энергии в энергию пучка, большую надежность,
высокую степень регулирования параметров пучка,
меньшую стоимость оборудования. В отличие от
лазерного электронный пучок практически полно-
стью поглощается облучаемым материалом, что де-
лает его очень удобным инструментом не только
для исследований, но и для практического примене-
ния [1, 5, 6].
В работе [1] показано, что для модификации по-
верхности металлов и сплавов оптимальные пара-
метры электронного пучка имели следующие значе-
ния: энергия электронов 50…200 кэВ, удельная
мощность на поверхности обрабатываемого мате-
риала 1…5 МВт/см2, плотность энергии за один им-
пульс 15…80 Дж/см2, длительность импульса
5…50 мкс. При таких параметрах пучка глубина
модифицированного слоя составляла ∼10…100 мкм.
Целью данной работы было исследование воз-
можности целенаправленной модификации поверх-
ности металлов и сплавов при ее облучении элек-
тронным пучком ускорителя, в котором использует-
ся магнетронная пушка с холодным металлическим
вторично-эмиссионным катодом и параметры пучка
которого находятся в области вышеуказанных оп-
тимальных значений.
МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА
И ИССЛЕДУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
На рис. 1 показана принципиальная схема уско-
рителя электронов, в котором используется магне-
тронная пушка с холодным металлическим вторич-
но-эмиссионным катодом.
Рис. 1. Принципиальная схема ускорителя электронов
с магнетронной пушкой, в которой используется хо-
лодный металлический вторично-эмиссионный катод:
1 – вакуумная камера; С – катод; А – анод;
2 – соленоид; FC - цилиндр Фарадея; 3 - высоковольт-
ный импульсный генератор; 4 – высоковольтный ввод;
5 - вакуумированный разъем; 6 – компьютерная изме-
рительная система; 7 – блок синхронизации
134 Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (18), с. 134-140.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2009. №6.
Основными узлами ускорителя являются:
Магнетронная пушка, состоящая из катода С и
анода А, размещенных в вакуумной камере (1), дав-
ление в которой перед началом эксперимента со-
ставляет ∼10-6 Торр. Анод через резистор (на рисун-
ке не показано) заземлен. Он представляет собой
полый цилиндр из нержавеющей стали с внутрен-
ним диаметром 78 и длиной 140 мм. Катод С - мед-
ный цилиндр диаметром 40 и длиной 85 мм. Про-
дольное магнитное поле для генерации и транспор-
тировки электронного пучка магнетронной пушки
создается четырехсекционным соленоидом (2), ко-
торый размещается снаружи вакуумной камеры.
Соленоид питается от источника постоянного тока
(на рисунке не показан). Амплитуду и продольное
распределение магнитного поля, создаваемого соле-
ноидом, можно регулировать путем изменения ве-
личины тока в его секциях.
Устройство мишени, на котором размещаются и
закрепляются облучаемые образцы, находится в ва-
куумной камере и располагается на торцевой части
цилиндра Фарадея (FC), которая во время облучения
образцов охлаждается водой. Торцевая часть FC
изготовлена из нержавеющей стали и находится на
расстоянии ~100 мм от торцевой поверхности анода.
Высоковольтный импульсный генератор (3), соеди-
нен с помощью высоковольтного ввода (4) с като-
дом С, а цилиндр Фарадея через вакуумированный
разъем (5) соединен с компьютерной системой (6),
обрабатывающей результаты измерений параметров
импульса напряжения и тока пучка на цилиндре Фа-
радея и выводящей полученные данные измерений
на экран компьютера. Блок синхронизации (7) зада-
ет работу импульсного генератора и компьютерной
системы.
В схеме высоковольтного импульсного генера-
тора (рис. 2) используются полные разряды накопи-
тельных емкостей С1 и С2, которые подаются на
первичную обмотку импульсного трансформатора
Тр. Вторичная обмотка импульсного трансформато-
ра соединена с катодом, что обеспечивает получе-
ние на нем импульса напряжения специальной фор-
мы с амплитудой выброса 190 кВ, длительностью
спада выброса ∼0,6 мкс. Амплитуда плоской части
импульса напряжения составляет ∼150 кВ, ее дли-
тельность ~15 мкс, частота следования импульсов -
2 Гц.
Принцип работы описанной магнетронной пуш-
ки основан на вторично-эмиссионном размножении
электронов и получении электронного пучка в
скрещенных электрическом и магнитном полях. При
этом образуется электронный пучок трубчатой фор-
мы.
Схема ускорителя электронов на основе магне-
тронной пушки с холодным металлическим вторич-
но-эмиссионным катодом и работа отдельных его
узлов более подробно описаны в работе [7].
Перед облучением материалов на данном уско-
рителе было проведено исследование формирования
электронного пучка в зависимости от величины
импульса напряжения на катоде, величины и рас-
пределения магнитного поля вдоль оси магнетрон-
ной пушки. Определена зависимость тока пучка на
цилиндре Фарадея от распределения магнитного
поля вдоль канала транспортировки. Погрешность
измерений составляла 1…2 %. Выбраны оптималь-
ные режимы работы ускорителя.
Рис. 2. Схема питающего высоковольтного
импульсного генератора
В качестве исследуемых материалов были взяты
нержавеющие стали марок Х18Н10Т, ХВГ и титан
ВТ1. Выбор этих сталей обусловлен тем, что они
широко применяются в промышленности и свойства
их поверхности после облучения потоком заряжен-
ных частиц, а также электронными пучками, уже
изучены в ряде работ. Титан был выбран исходя из
тех соображений, что характеристики поверхности
чистого титана ВТ1 и целого ряда сплавов на его
основе ВТ6, ВТ8М, ВТ9 уже исследовались после
облучения потоком заряженных частиц, в том числе
электронными пучками ускорителя [4,8]. Сопостав-
ление результатов, полученных в этих работах, с
нашими данными позволят оценить возможности
используемого нами ускорителя.
Для проведения эксперимента были приготовле-
ны четыре серии образцов. Каждая серия содержала
сплавы Х18Н10Т, ХВГ и титан ВТ1. Образцы пред-
ставляли собой сегменты круга радиусами 25, 30 и
30 мм соответственно и толщиной 9 мм каждый.
Две серии образцов подвергались облучению
тремя импульсами, две другие – пятнадцатью.
Поперечные размеры пучка определялись по от-
печатку на облученных образцах и торцевой по-
верхности цилиндра Фарадея (рис. 3).
Рис. 3. Отпечаток пучка на мишенях (1)
и цилиндре Фарадея (2)
135
Морфология поверхности облученных образцов
и глубина кратеров, образованных под действием
электронного луча, изучались с помощью оптиче-
ского микроскопа МИМ-8.
Измерение микротвердости поверхности образ-
цов проведено на приборе ПМТ-3 при нагрузке
100 г. При измерении микротвердости на каждом
образце делалось по 3 дорожки, после чего были
построены графики зависимости микротвердости
облученной и необлученной области от расстояния.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Как показали эксперименты, при напряжении на
катоде ∼120 кВ, длительности импульса 10 мкс и
частоте следования импульсов 2 Гц магнетронная
пушка формирует электронный пучок, ток которого
равен 125 А с плотностью мощности на мишени
~4 МВт/см2 и плотностью энергии ~ 5 Дж/см2. Ам-
плитуда выброса начального напряжения составляет
~190 кВ, длительность его спада ~ 0,6 мкс.
Типичные для выбранного режима облучения
образцов осциллограммы импульсов напряжения
(U) на катоде и тока пучка (Iп) на цилиндре Фарадея
показаны на рис. 4.
При вышеуказанных параметрах формирование
пучка начинается от величины магнитного поля
∼1400 Э и сохраняется до значения ∼1600 Э. Шири-
на зоны генерации электронного пучка по магнит-
ному полю ΔН составляет ∼200 Э, что позволяет в
достаточно широких пределах регулировать как
размеры сечения пучка, так и удельную мощность
на облучаемой поверхности. Это является важной
характеристикой ускорителя при его использовании
в экспериментальных и технологических целях.
Визуальное изучение границ отпечатка между
облученной и необлученной поверхностями на ми-
шенях и цилиндре Фарадея показывает, что они
имеют четкие очертания (см. рис.4). Это свидетель-
ствует о достаточно высокой азимутальной одно-
родности пучка. Данное утверждение хорошо со-
гласуется с результатами работы [7].
Рис. 4. Осциллограммы импульсов напряжения (U) на катоде и тока пучка (Iп) на цилиндре Фарадея
На рис. 5-7 показаны микрофотографии необлу-
ченных и облученных электронным пучком с энер-
гией 120 кэВ и плотностью мощности ~3 МВт/см2
(плотность энергии ~30 Дж/см2) в импульсе поверх-
ностей сталей Х18Н10Т, ХВГ и титана ВТ-1 при
воздействии 3 и 15 импульсами. Ширина облучен-
ной области зависела от количества поданых на по-
верхность импульсов (N=3 и 15).
На рис. 5, а,б, 6, а,б, 7, а,б представлены поверх-
ности границы раздела облученной и необлученной
областей при увеличении в 50 раз, где а - соответст-
вует 3 импульсам воздействия, б – 15. На рис. 6, в,г,
7, в,г, 8, в,г - области внутри обученной поверхности
при увеличении в 160 раз, где в - соответствует 3
импульсам воздействия, г - 15.
Анализ приведенных микрофотографий показы-
вает, что облучение электронами поверхностей ста-
лей Х18Н10Т и ХВГ вызывает существенные изме-
нения в структуре их приповерхностного слоя. Уже
при 3 импульсах воздействия отчетливо видно из-
менение рельефа поверхности, вызванное ее оплав-
лением и интенсивным испарением (см. рис. 6,а и
7,а). На участках внутри облученной области (см.
рис. 6,в 7,в) даже при небольшом увеличении (×160)
видно образование кратеров и характерных вокруг
них валиков, что связано с выбросом материала и
выходом на поверхность газов и наиболее летучих
элементов с приповерхностного слоя. Поверхность
между кратерами характеризуется шероховатостью
и волнистостью. Увеличение количества импульсов
до 15 и связанное с этим увеличение переданной
энергии приводит к уменьшению плотности крате-
ров (см. рис. 6,б и 7,б), шероховатость и волни-
стость между ними сглаживаются (см. рис. 6,г и 7,г).
Диаметр кратеров, наблюдаемых на поверхности
облученных сталей Х18Н10Т и ХВГ при 3 импуль-
сах приблизительно одинаков и равен ~200 мкм,
глубина их 12…20 мкм и 13…18 мкм соответствен-
но. А при 15 импульсах диаметр кратеров уже отли-
чается – для стали Х18Н10Т он равен ~400 мкм, а
для стали ХВГ - ~600 мкм, их глубина соответст-
венно 10…27 и 11…67 мкм. Подобные картины
морфологии облученных поверхностей уже наблю-
дались в вышеуказанных работах [4, 6, 9], что под-
тверждает возможность используемого нами уско-
рителя для изменения характеристик поверхностно-
го слоя и возможности целенаправленной его моди-
фикации.
136
Рис. 5. Граница раздела необлученной и облученной
электронным пучком с энергией ~120 кэВ и
плотностью мощности ~ 3 МВт/см2 (~30 Дж/см2)
поверхности стали Х18Н10Т при 3 (а) и 15 (б)
импульсах воздействия (×50), и участок
внутриоблученной области при 3 (в) и 15 (г)
импульсах воздействия (×160)
а) ×50 (N=3)
б) ×50 (N=15)
в) × 160 (N=3)
г) × 160 (N=15)
Рис. 6. Граница раздела необлученной и облученной
электронным пучком с энергией 120 кэВ и
плотностью мощности ~3 МВт/см2 (~30 Дж/см2)
поверхности стали ХВГ при 3 (а) и 15 (б)
импульсах воздействия (×50), и участок
внутриоблученной области при 3 (в) и 15 (г)
импульсах воздействия (×160)
Исследование микрофотографий поверхностей
облученного титана ВТ-1 показывает, что 3 импуль-
са облучения приводит к существенному сглажива-
нию шероховатости поверхности (см. рис. 7,а), при
большем увеличении (см. рис. 7,в) облученная об-
ласть напоминает полированную поверхность.
При воздействии 15 импульсами на поверхности
облученной области наблюдается сильное измене-
ние ее морфологии и можно выделить зону, близ-
кую к границе раздела необлученной и облученной
поверхностей, которая характеризуется мелкозерни-
стой полиэдрической структурой, характерной для
α-твердого раствора титана, и область с четкой
игольчатой (пластинчатой) мартенситной структу-
рой, обозначаемой обычно как α΄ (см. рис. 7,б). На
рис. 7,г при большем увеличении мартенситная
структура видна очень четко.
а) ×50 (N=3)
б) ×50 (N=15)
в) × 160 (N31)
г) × 160 (N=15)
Рис. 7. Граница раздела необлученной и облученной
электронным пучком с энергией 120 кэВ
и плотностью мощности ~3 МВт/см2 (~30 Дж/см2 )
поверхности титана ВТ-1 при 3 (а) и 15 (б)
импульсах воздействия (×50), и участок внутри
облученной области при 3 (в) и 15 (г)
импульсах воздействия (×160)
На рис. 8-10 представлены зависимости измене-
ния микротвердостей сталей Х18Н10Т, ХВГ и тита-
на ВТ-1 от координаты на облученной (выделено в
центре вертикальными линиями) и необлученной
областях поверхности при 3 (а) и 15 (б) импульсах
воздействия электронным лучом.
На зависимостях изменения микротвердости ста-
ли Х18Н10Т при 3 и 15 импульсах воздействия (см.
рис.8, а,б) видно, что ее значения в облученной об-
ласти изменяются. При воздействии 3 импульсами
(см. рис. 8,а) значение микротвердости во всей об-
лученной области в пределах погрешности измере-
ния одинаково, равно 2,2 ГПа, и уменьшено по
сравнению с микротвердостью в необлученной об-
ласти приблизительно на 20 %. При облучении 15
импульсами изменение значения микротвердости
носит более сложный характер. Со стороны мень-
шего радиуса пучка (левая сторона выделенной цен-
тральной области (см. рис. 8,б) значения микротвер-
дости уменьшены приблизительно на 15 % от зна-
чения в необлученной области, далее значение мик-
ротвердости увеличивается и в пределах погрешно-
сти измерения достигает значений, характерных для
необлученной области.
а) ×50 (N=3)
б) ×50 (N=15)
в) × 160 (N=3) г) × 160 (N=15)
137
а
б
Рис. 8. Изменение микротвердости (НV) стали
Х18Н10Т от расстояния на облученной (выделено
в центре вертикальными линиями) и необлученной
областях поверхности при 3 (а) и 15 (б) импульсах
воздействия электронным пучком
а
б
Рис. 9 Изменение микротвердости (НV) стали ХВГ
от расстояния на облученной (выделено в центе
вертикальными линиями) и необлученной областях
поверхности при 3 (а) и 15 (б) импульсах воздейст-
вия электронным пучком
Наблюдаемое нами уменьшение микротвердости
нержавеющей аустенитной стали Х18Н10Т харак-
терно для сталей этого типа при их закалки обыч-
ным способом, когда наблюдается недогрев или не-
достаточно интенсивное охлаждение [12].
а
б
Рис. 10. Изменение микротвердости (НV) титана
ВТ-1 от расстояния на облученной (выделено
в центре вертикальными линиями) и необлученной
областях поверхности при 3 (а) и 10 (б) импульсах
воздействия электронным пучком
Различное изменение микротвердости, наблюдаемое
при 3 и 15 импульсах, может быть связано с различ-
ным количеством переданной энергии облученной
поверхности и некоторой возможной неоднородно-
стью пучка (правая часть выделенной центральной
области (см. рис. 8,б).
Таким образом, полученные изменения микро-
твердости показывают, что при соответствующем
выборе режимов облучения нержавеющих аусте-
нитных сталей может быть получена закалка по-
верхности, которая будет смягчающей термической
операцией, вызывающей увеличение ее пластично-
сти.
Облучение поверхности стали ХВГ электронным
пучком приводит к значительному увеличению ее
микротвердости. На рис. 9,а видно, что даже при 3
импульсах воздействия микротвердость увеличива-
ется от значения 3,5 ГПа в необлученной области)
до 8,2 ГПа в облученной. Воздействие 15 импульса-
ми (см. рис. 9,б) не приводит к дальнейшему изме-
нению микротвердости. Наблюдаемая особенность
поведения изменения микротвердости инструмен-
тальной легированной стали ХВГ уже отмечалась в
работе [9]. Полученные значения микротвердости
при облучении электронным лучом совпадают со
значениями, получаемыми в условиях оптимальной
термической обработки [12]. Однако наблюдаемые
кратеры на облученной поверхности указывают на
необходимость выбора более оптимальных режи-
мов облучения.
Из рис.10, а,б видно, что микротвердость титана
ВТ-1 при тех же режимах облучения, что и для ста-
лей Х18Н10Т и ХВГ уменьшается как при воздейст-
вии 3 импульсов, так и 15. В случае воздействия 3
импульсов значение микротвердости во всей облу-
138
ченной области в пределах погрешности измерения
одинаково и равно 2 ГПа (в необлученной области
~2,6 ГПа). При облучении 15 импульсами в области
меньшего радиуса пучка (левая сторона выделен-
ной центральной области, рис.10, б) значения мик-
ротвердости уменьшаются до значений ~ 2 ГПа, в
области большего радиуса пучка (правая сторона
выделенной центральной области) увеличивается до
значений 2,5 ГПа. Уменьшение микротвердости
поверхности облученного титана характерно для
полученного титанового мартенсита α΄ [12]. Увели-
чение микротвердости при закалке, в том числе и с
использованием электронных пучков, можно ожи-
дать у титановых сплавов, имеющих α+β либо β-
исходную структуру после охлаждения на воздухе.
Увеличение микротвердости и прочности связыва-
ется с образованием у них при закалке ω-фазы, ко-
торая в нашем сплаве не может присутствовать, так
как в составе сплава ВТ-1 нет в достаточном коли-
честве элементов, стабилизирующих β-фазу .
Таким образом, проведенные исследования по-
казали, что рабочие характеристики электронного
пучка, получаемого на данном ускорителе электро-
нов, в котором используется магнетронная пушка с
холодным металлическим вторично-эмиссионным
катодом, находятся в пределах параметров элек-
тронных пучков ускорителей, применяемых в на-
стоящее время для облучения металлов и сплавов.
Металлографическое изучение облученной поверх-
ности материалов подтвердило возможность ее це-
ленаправленной модификации.
Простота конструкции ускорителя, потенциаль-
но большой срок его службы, высокая плотность
тока в пучке и ее высокая азимутальная однород-
ность, возможность регулировать параметры элек-
тронного пучка в достаточно широких пределах де-
лают данный ускоритель удобным инструментом в
различных экспериментальных исследованиях и
технологических применениях.
ВЫВОДЫ
1. На ускорителе, в котором используется маг-
нетронная пушка с холодным медным вторично-
эмиссионным катодом, получен электронный пучок
с параметрами: энергией электронов 120…140 кэВ,
длительностью импульса 10 мкс, плотностью мощ-
ности до 4 МВт/см2, плотностью энергии
~35 Дж/см2и частотой посылок 2 Гц.
2. Показано, что выбранные характеристики
электронного пучка позволяют при облучении по-
верхности сталей Х18Н10Т, ХВГ и титана ВТ-1 вы-
зывать оплавление приповерхностного слоя, изме-
нять его структуру, уменьшать величину зерна, из-
менять значения микротвердости.
3. Для оптимальной модификации поверхности
различных металлов и сплавов необходимо прово-
дить исследования результатов различных режимов
облучения.
4. Ускоритель с данными параметрами элек-
тронного пучка может быть рекомендован для целе-
направленного модифицирования поверхности ме-
таллов и сплавов и применен в различных исследо-
вательских и технологических целях.
ЛИТЕРАТУРА
1. V. Engelko, G. Mueller, A. Andreev, et al. Pulsed
electron beam facilities (GESA) for surface treatment of
materials. Tenth international conference on applied
charged particle accelerators in medicine and industry//
Proceeding. Russia, Saint-Petersburg, 1-4 October,
2001, р. 412-417.
2. В.П. Табаков, А.В. Рандин. Применение им-
пульсной лазерной обработки для повышения рабо-
тоспособности быстрорежущего инструмента с мно-
гослойными покрытиями // Упрочняющие техноло-
гии и покрытия. 2005, № 1, с. 32.
3. А.П. Гопкало, А.В. Трапезон, А.В. Рутковский.
Модифицирование поверхности материалов низко-
энергетическим ионным воздействием // Оборудова-
ние и технологии термической обработки металлов
и сплавов в машиностроении, ОТТОМ-2. Харьков,
2001, ч. 2, с. 94-98.
4. А.Б. Белов, А.В. Крайников, В.И. Энгелько,
К.И. Ткаченко, Г.Е. Ремнев и др. Перспективы при-
менения концентрированных импульсных потоков
энергии для изготовления и ремонта деталей машин
// Двигатель. 2006, № 1 (43).
5. N.G. Reshetnyak, A.N. Dovbnya, V.V. Zakutin, et
al. The electron accelerator based on the secondary-
emission source material – surface treatment // Ab-
stracts XX th Russian Conference on Charged Particle
Accelerators. Russia, Novosibirsk, 10-14 September,
p. 108.
6. И.М. Неклюдов, В.Б. Юферов, Л.Г. Сороковой,
О.С. Друй, Н.А. Косик, Е.В. Муфель, И.В. Бурави-
лов, В.И. Ткачев, А.Н. Пономарев. О некоторых
процессах при взаимодействии мощного импульс-
ного электронного пучка с поверхностями твердых
тел // Вопросы атомной науки и техники. Серия
«Плазменная электроника и новые методы ускоре-
ния». 2003, № 4, (3), с. 326-328.
7. А.Н. Довбня, В.В. Закутин, Н.Г. Решетняк и
др. Исследование азимутальной однородности элек-
тронного пучка в магнетронной пушке с вторично-
эмиссионным катодом // Вестник Харьковского На-
ционального университета. Серия физическая «Яд-
ра, частицы, поля». 2004, № 642, в. 3(25), с. 91-96.
8. М.Ф. Ворогушин, В.А. Глухих, Г.Ш. Манукян
и др. Пучковые и ионно-плазменные технологии //
Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика
радиационных повреждений и радиационное мате-
риаловедение». 2002, № 2, с. 101-109.
9. В.В. Уваров, В.Ф. Клепиков, В.В. Литвиненко,
А.Г. Пономарев, В.И. Шеремет. Модификация
свойств поверхностных слоев сталей и сплавов
сильноточными РЭП микросекундной длительности
// Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физи-
ка радиационных повреждений и радиационное ма-
териаловедение». 2003, № 6, с.120-123.
10. В.А. Шулов, А.Г. Пайкин, А.Б. Белов,
А.Ф. Львов, В.И. Энгелько и др. Применение силь-
ноточных импульсных пучков для модификации
свойств деталей из (А+В)-титановых сплавов // Уп-
рочняющие технологии и покрытия. 2005, № 11,
с. 67.
139
11. В.А. Шулов, А.Г. Пайкин, А.Б. Белов,
А.Ф. Львов, В.И. Энгелько и др. Применение силь-
ноточных импульсных пучков для модификации
свойств деталей из (А+В)-титановых сплавов // Уп-
рочняющие технологии и покрытия. 2005, № 12,
с. 12.
12. А.П. Гуляев. Металловедение. М.: «Метал-
лургия», 1978, с.306-307, 439, 417, 514.
Статья поступила в редакцию 05.09.2008 г.
ВИВЧЕННЯ ПОВЕРХНІ СТАЛЕЙ ХВГ, Х18Н10Т ТА ТИТАНУ ВТ-1
ПІСЛЯ ОПРОМІНЕННЯ ЕЛЕКТРОНИМ ПУЧКОМ ПРИСКОРЮВАЧА
НА ОСНОВІ МАГНІТРОННОЇ ГАРМАТИ З ВТОРИННО-ЕМІСІЙНИМ КАТОДОМ
А.М. Довбня, В.В. Закутін, М.Г. Решетняк, В.П. Ромас΄ко, І.А. Чертіщєв,
В.М. Ажажа, Г.М. Аксьонова, С.Д. Лавриненко, О.П. Свинаренко
Наведені результати металографічного дослідження поверхні сталей ХВГ, Х18Н10Т та титану ВТ-1 після
їх опромінення трубчастим електронним пучком прискорювача, в якому використовується магнетронна га-
рмата з холодним мідним вторинно-емісійним катодом.Показано, що на даному прискорювачі можливо оде-
ржувати пучок електронів з параметрами, необхідними для цілеспрямованої модифікації поверхні металів та
сплавів.
INVESTIGATION OF THE SURFACE OF KhVG, Kh18N10T STEELS AND VT-1 TITANIUM
AFTER IRRADIATION WITH ELECTRON BEAM OF THE ACCELERATOR BASED ON THE
MAGNETRON GUN WITH A SECONDARY-EMISSION CATHODE
A.N. Dovbnya, V.V. Zakutin, N.G. Reshetnyak, V.P. Romas΄ko, I.A. Chertishchev,
V.M. Azhazha, A.N. Aksyonova, S.D. Lavrinenko, A.P. Svinarenko
Results of metallographic investigation of the surface of KhVG, Kh18N10T steels and VT-1 titanium after
irradiation with a pipe electron beam of the accelerator based on the magnetron gun with a copper secondary-
emission cathode are presented. It has been shown that this accelerator can provide an electron beam with parame-
ters required for a purposeful modification of the surface of metals and alloys.
140
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-90722 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:01:34Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Довбня, А.Н. Закутин, В.В. Решетняк, Н.Г. Ромасько, В.П. Чертищев, И.А. Ажажа, В.М. Аксенова, А.Н. Лавриненко, С.Д. Свинаренко, А.П. 2016-01-02T17:15:52Z 2016-01-02T17:15:52Z 2009 Изучение поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после облучения электронным пучком ускорителя на основе магнетронной пушки с вторично-эмиссионным катодом / А.Н. Довбня, В.В. Закутин, Н.Г. Решетняк, В.П. Ромасько, И.А. Чертищев В.М. Ажажа, А.Н. Аксенова , С.Д. Лавриненко , А.П. Свинаренко // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 134-140. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90722 621.039.4 Представлены результаты металлографического исследования поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после их облучения трубчатым электронным пучком ускорителя, в котором используется магнетронная пушка с холодным медным вторично-эмиссионным катодом. Показано, что на данном ускорителе
 можно получать электронный пучок с параметрами, необходимыми для целенаправленной модификации
 поверхности металлов и сплавов. Наведені результати металографічного дослідження поверхні сталей ХВГ, Х18Н10Т та титану ВТ-1 після
 їх опромінення трубчастим електронним пучком прискорювача, в якому використовується магнетронна гармата з холодним мідним вторинно-емісійним катодом.Показано, що на даному прискорювачі можливо одержувати пучок електронів з параметрами, необхідними для цілеспрямованої модифікації поверхні металів та сплавів. Results of metallographic investigation of the surface of KhVG, Kh18N10T steels and VT-1 titanium after
 irradiation with a pipe electron beam of the accelerator based on the magnetron gun with a copper secondaryemission
 cathode are presented. It has been shown that this accelerator can provide an electron beam with parameters
 required for a purposeful modification of the surface of metals and alloys. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и технология конструкционных материалов Изучение поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после облучения электронным пучком ускорителя на основе магнетронной пушки с вторично-эмиссионным катодом Вивчення поверхні сталей ХВГ, Х18Н10Т та титану ВТ-1 після опромінення електроним пучком прискорювача на основі магнітронної гармати з вторинно-емісійним катодом nvestigation of the surface of KhVG, Kh18N10T steels and VT-1 titanium after irradiation with electron beam of the accelerator based on the magnetron gun with a secondary-emission cathode Article published earlier |
| spellingShingle | Изучение поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после облучения электронным пучком ускорителя на основе магнетронной пушки с вторично-эмиссионным катодом Довбня, А.Н. Закутин, В.В. Решетняк, Н.Г. Ромасько, В.П. Чертищев, И.А. Ажажа, В.М. Аксенова, А.Н. Лавриненко, С.Д. Свинаренко, А.П. Физика и технология конструкционных материалов |
| title | Изучение поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после облучения электронным пучком ускорителя на основе магнетронной пушки с вторично-эмиссионным катодом |
| title_alt | Вивчення поверхні сталей ХВГ, Х18Н10Т та титану ВТ-1 після опромінення електроним пучком прискорювача на основі магнітронної гармати з вторинно-емісійним катодом nvestigation of the surface of KhVG, Kh18N10T steels and VT-1 titanium after irradiation with electron beam of the accelerator based on the magnetron gun with a secondary-emission cathode |
| title_full | Изучение поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после облучения электронным пучком ускорителя на основе магнетронной пушки с вторично-эмиссионным катодом |
| title_fullStr | Изучение поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после облучения электронным пучком ускорителя на основе магнетронной пушки с вторично-эмиссионным катодом |
| title_full_unstemmed | Изучение поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после облучения электронным пучком ускорителя на основе магнетронной пушки с вторично-эмиссионным катодом |
| title_short | Изучение поверхности сталей ХВГ, Х18Н10Т и титана ВТ-1 после облучения электронным пучком ускорителя на основе магнетронной пушки с вторично-эмиссионным катодом |
| title_sort | изучение поверхности сталей хвг, х18н10т и титана вт-1 после облучения электронным пучком ускорителя на основе магнетронной пушки с вторично-эмиссионным катодом |
| topic | Физика и технология конструкционных материалов |
| topic_facet | Физика и технология конструкционных материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90722 |
| work_keys_str_mv | AT dovbnâan izučeniepoverhnostistaleihvgh18n10tititanavt1posleoblučeniâélektronnympučkomuskoritelânaosnovemagnetronnoipuškisvtoričnoémissionnymkatodom AT zakutinvv izučeniepoverhnostistaleihvgh18n10tititanavt1posleoblučeniâélektronnympučkomuskoritelânaosnovemagnetronnoipuškisvtoričnoémissionnymkatodom AT rešetnâkng izučeniepoverhnostistaleihvgh18n10tititanavt1posleoblučeniâélektronnympučkomuskoritelânaosnovemagnetronnoipuškisvtoričnoémissionnymkatodom AT romasʹkovp izučeniepoverhnostistaleihvgh18n10tititanavt1posleoblučeniâélektronnympučkomuskoritelânaosnovemagnetronnoipuškisvtoričnoémissionnymkatodom AT čertiŝevia izučeniepoverhnostistaleihvgh18n10tititanavt1posleoblučeniâélektronnympučkomuskoritelânaosnovemagnetronnoipuškisvtoričnoémissionnymkatodom AT ažažavm izučeniepoverhnostistaleihvgh18n10tititanavt1posleoblučeniâélektronnympučkomuskoritelânaosnovemagnetronnoipuškisvtoričnoémissionnymkatodom AT aksenovaan izučeniepoverhnostistaleihvgh18n10tititanavt1posleoblučeniâélektronnympučkomuskoritelânaosnovemagnetronnoipuškisvtoričnoémissionnymkatodom AT lavrinenkosd izučeniepoverhnostistaleihvgh18n10tititanavt1posleoblučeniâélektronnympučkomuskoritelânaosnovemagnetronnoipuškisvtoričnoémissionnymkatodom AT svinarenkoap izučeniepoverhnostistaleihvgh18n10tititanavt1posleoblučeniâélektronnympučkomuskoritelânaosnovemagnetronnoipuškisvtoričnoémissionnymkatodom AT dovbnâan vivčennâpoverhnístaleihvgh18n10ttatitanuvt1píslâopromínennâelektronimpučkompriskorûvačanaosnovímagnítronnoígarmatizvtorinnoemísíinimkatodom AT zakutinvv vivčennâpoverhnístaleihvgh18n10ttatitanuvt1píslâopromínennâelektronimpučkompriskorûvačanaosnovímagnítronnoígarmatizvtorinnoemísíinimkatodom AT rešetnâkng vivčennâpoverhnístaleihvgh18n10ttatitanuvt1píslâopromínennâelektronimpučkompriskorûvačanaosnovímagnítronnoígarmatizvtorinnoemísíinimkatodom AT romasʹkovp vivčennâpoverhnístaleihvgh18n10ttatitanuvt1píslâopromínennâelektronimpučkompriskorûvačanaosnovímagnítronnoígarmatizvtorinnoemísíinimkatodom AT čertiŝevia vivčennâpoverhnístaleihvgh18n10ttatitanuvt1píslâopromínennâelektronimpučkompriskorûvačanaosnovímagnítronnoígarmatizvtorinnoemísíinimkatodom AT ažažavm vivčennâpoverhnístaleihvgh18n10ttatitanuvt1píslâopromínennâelektronimpučkompriskorûvačanaosnovímagnítronnoígarmatizvtorinnoemísíinimkatodom AT aksenovaan vivčennâpoverhnístaleihvgh18n10ttatitanuvt1píslâopromínennâelektronimpučkompriskorûvačanaosnovímagnítronnoígarmatizvtorinnoemísíinimkatodom AT lavrinenkosd vivčennâpoverhnístaleihvgh18n10ttatitanuvt1píslâopromínennâelektronimpučkompriskorûvačanaosnovímagnítronnoígarmatizvtorinnoemísíinimkatodom AT svinarenkoap vivčennâpoverhnístaleihvgh18n10ttatitanuvt1píslâopromínennâelektronimpučkompriskorûvačanaosnovímagnítronnoígarmatizvtorinnoemísíinimkatodom AT dovbnâan nvestigationofthesurfaceofkhvgkh18n10tsteelsandvt1titaniumafterirradiationwithelectronbeamoftheacceleratorbasedonthemagnetrongunwithasecondaryemissioncathode AT zakutinvv nvestigationofthesurfaceofkhvgkh18n10tsteelsandvt1titaniumafterirradiationwithelectronbeamoftheacceleratorbasedonthemagnetrongunwithasecondaryemissioncathode AT rešetnâkng nvestigationofthesurfaceofkhvgkh18n10tsteelsandvt1titaniumafterirradiationwithelectronbeamoftheacceleratorbasedonthemagnetrongunwithasecondaryemissioncathode AT romasʹkovp nvestigationofthesurfaceofkhvgkh18n10tsteelsandvt1titaniumafterirradiationwithelectronbeamoftheacceleratorbasedonthemagnetrongunwithasecondaryemissioncathode AT čertiŝevia nvestigationofthesurfaceofkhvgkh18n10tsteelsandvt1titaniumafterirradiationwithelectronbeamoftheacceleratorbasedonthemagnetrongunwithasecondaryemissioncathode AT ažažavm nvestigationofthesurfaceofkhvgkh18n10tsteelsandvt1titaniumafterirradiationwithelectronbeamoftheacceleratorbasedonthemagnetrongunwithasecondaryemissioncathode AT aksenovaan nvestigationofthesurfaceofkhvgkh18n10tsteelsandvt1titaniumafterirradiationwithelectronbeamoftheacceleratorbasedonthemagnetrongunwithasecondaryemissioncathode AT lavrinenkosd nvestigationofthesurfaceofkhvgkh18n10tsteelsandvt1titaniumafterirradiationwithelectronbeamoftheacceleratorbasedonthemagnetrongunwithasecondaryemissioncathode AT svinarenkoap nvestigationofthesurfaceofkhvgkh18n10tsteelsandvt1titaniumafterirradiationwithelectronbeamoftheacceleratorbasedonthemagnetrongunwithasecondaryemissioncathode |