Введение к работе
Актуальность темы. Одним из приоритетных направлений и способов обработки металлов являются импульсные методы, обеспечивающие динамическую перестройку структуры и свойств. Особое место среди различных видов ударно-волнового нагружения занимает динамическое взаимодействие потока высокоскоростных порошковых частиц с металлической матрицей, реализующее эффект сверхглубокого проникания (СГП). Эффект сверхпроникания наблюдается при разгоне частиц за счет энергии взрыва в диапазоне скоростей (1-3)-103 м/с. Проникание частиц в матрицу осуществляется на глубину до 1000 диаметров микротел с критическим размером 100-140 мкм.
Особенности процесса сверхглубокого проникания определяются фундаментальными изменениями в поведении твердого тела. К настоящему времени не найдено единого понимания микрокинетики процесса СГП. Невозможность адекватного описания процесса сверхпроникания частиц с позиций современных баллистических теорий делает актуальным изучение поведения металла при динамическом воздействии потока высокоскоростных частиц и эволюции его структуры с привлечением неравновесной термодинамики. Сложность теоретического описания характера и построения модели процесса СГП частиц приводит к необходимости всестороннего исследования свойств и структуры на субмикро-, микро- и макроуровне.
Цель и задачи работы. Определение общих закономерностей и особенностей проявления эффекта сверхглубокого проникания при динамическом взаимодействии потока высокоскоростных порошковых частиц с титаном, медью и сплавом алюминия .
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи
исследования:
реализация процесса взаимодействия потока высокоскоростных порошковых частиц с металлической матрицей в камере с применением режимов динамического нагружения , обеспечивающих эффект сверхглубокого проникания;
оценка кинетических, динамических и теплофизических характеристик процесса СГП частиц с позиции законов гидродинамики, баллистических теорий и физики тепловых процессов;
определение степени неравновесности процесса взаимодействия потока высокоскоростных частиц с металлической матрицей и анализ термодинамического состояния материала матрицы;
экспериментальное исследование процесса сверхглубокого проникания , изменения свойств и образования пространственно-упорядоченных структур в металлической матрице в результате взаимодействия с потоком частиц .
Научная новизна. Реализован метод формирования структурно-энергетического уровня " материал матрицы - частицы " в результате динамического взаимодействия металлов с потоком высокоскоростных частиц и обусловленный проявлением эффекта сверхглубокого проникания. Показана неадекватность описания явленю СГП частиц в рамках физики равновесных процессов. Впервые взаимодействие направленного потока частиц и металлической матрищ рассмотрено как единая термодинамическая система, подсистемы которой ( частицы и матрица ) осуществляют обмен энергией и веществом, характеризующаяся свойствами синергетических систем. Определены возможные условия существования явления сверхглубокого проникания частиц . Экспериментально установлено влияниі ударной волны на проявление эффекта сверхпроникания. Выявлен;
качественная корреляция распределения концентрации внедренных частиц и свойств матрицы. Установлено образование диссипативных структур при обработке металлической матрицы потоком высокоскоростных частиц .
Положения, представляемые к защите:
на основе использования специфического диапазона динамического взаимодействия потока высокоскоростных порошковых частиц с металлической матрицей в экспериментальной камере реализован эффект сверхглубокого проникания ;
анализ термодинамического состояния титана,меди и алюминия при динамическом взаимодействии с потоком частиц-,
экспериментальные результаты, выявляющие квазипериодический характер распределения концентрации внедренных частиц и изменения свойств матрицы;
особенности образования диссипативных структур в титане и меди в результате взаимодействия с потоком порошковых частиц;
результаты исследования кинетики возврата точечных дефектов и формирования кластеров при нагреве металлов, обработанных потоком высокоскоростных порошковых частиц.
Практическая ценность. Проведенные исследования содержат новый подход к анализу механизма сверхглубокого проникания частиц. Результаты, полученные в работе, могут быть использованы при разработке технологий динамического упрочнения осесимметрич-ных инструментов и деталей машин. Выявленные в результате исследований продольные и азимутальные изменения микросвойств позволяют прогнозировать качество упрочняемых изделий и последующей их эксплуатации.
Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на XIII Мевдунар.конф.по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Самара,1992 г.). Мездунар.конф. "Shock Waves in Condensed Matter" (С.-Петербург 1994,1996 г.), Симпозиуме "Синергетика, структура и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии" (Москва,1996 г.).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и библиографического списка из /У? наименований,содержит/4?страниц машинописного текста, - 2.9 иллюстраций и 13 таблиц.
