Введение к работе
Актуальность работы. Надежность машин и механизмов во многом определяется надежностью топливной аппаратуры, у которой наиболее быстро изнашиваются прецизионные пары. Традиционные методы поверхностной обработки конструкционных материалов (термическая, химико-термическая обработка и другие методы) с целью повышения их эксплуатационных свойств продолжают развиваться, но их применение не всегда целесообразно. Принципиально новые перспективы открыло использование концентрированных потоков энергии.
Одним из наиболее эффективных методов является метод ионной имплантации. Высокая плотность энергии, используемой при обработке поверхности, приводит к тому, что процессы перестройки структуры и изменения структурно-фазового состояния поверхности идут в условиях, далеких от термодинамически равновесных, что обеспечивает получение поверхностных слоев с уникальными свойствами. Однако большое число физических процессов, протекающих при взаимодействии ионного пучка с поверхностью и обеспечивающее методу большую гибкость, затрудняет предсказание результатов ионной имплантации и требует экспериментального изучения изменения физико-механических и эксплуатационных свойств в зависимости от параметров обработки.
Исследование влияния ионной имплантации на микрорельеф поверхности, адгезию, микротвердость, а также предложенный метод прогнозирования изменения фазового состава, позволили выработать рекомендации по режимам обработки ионными пучками деталей прецизионных пар топливной аппаратуры, что значительно уменьшит время производства и себестоимость прецизионных пар, улучшит эксплуатационные показатели их работы, повысит экологическую чистоту производства. Таким образом, диссертационная работа актуальна.
Цель работы - исследование влияния имплантации Mo, Y, Gd, Sc на физико-механические и эксплуатационные свойства поверхностного слоя стали 38Х2МЮА.
Объект исследования — сталь 38Х2МЮА. Предмет исследования — физико-механические характеристики стали 38Х2МЮА после ионной имплантации.
Степень достоверности результатов диссертации. Достоверность полученных результатов подтверждается высокой степенью корреляции между результатами, полученными различными исследовательскими методами (рентгеноструктурный анализ, атомная силовая микроскопия), а также согласием с результатами, полученными в данной области отечественными и зарубежными исследователями.
Научная новизна
-
Установлено, что наилучшее сочетание эксплуатационных характеристик наблюдается в диапазоне 60-80 кэВ при использовании непрерывного режима и в диапазоне 70-110 кэВ при использовании импульсного режима, и связано с преимущественным распылением микропиков, синтезом в приповерхностном слое новых фаз, образованием дислокационных петель и радиа-ционно-стимулированной диффузией точечных дефектов.
-
Предложен метод, позволяющий прогнозировать в рамках модели теплового пика влияние ионной имплантации на фазовый состав простейших сплавов. Предложена новая методика расчета фактора вырождения и, как следствие, свободной энергии сплава с целью выявления возможности образования новых фаз.
-
Обнаружено увеличение микронапряжений II рода в поверхностном слое стали 38Х2МЮА при имплантации Мо и Y в 1.5-2.0 раза, обусловленное наличием имплантированных атомов в узлах решеток внедрения и замещения.
-
Установлено увеличение толщины адсорбированного слоя более чем в 10 раз и силы адгезии — на 20-120% после имплантации Mo, Y , Sc,Gd
вследствие радиационного повышения концентрации дефектов кристаллического строения.
Практическая значимость работы. Практическая значимость работы состоит в разработке рекомендаций и определении режимов финишной обработки серийно выпускаемых плунжерных пар.
Реализация результатов работы. Метод обработки рабочих поверхностей прошел промышленную апробацию в ОАО "Омское машиностроительное конструкторское бюро" при производстве топливных агрегатов авиационных двигателей. Результаты работы использовались при выполнении работ по гранту РФФИ ГР 14-06 и ведомственной целевой программе "Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)".
Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих международных, всероссийских и региональных конференциях, симпозиумах и семинарах: IV Всероссийской научно-практической конференции "Современные технологии в машиностроении" (Пенза, 2001), IV Всероссийской конференции молодых ученых "Физическая мезомеханика материалов" (Томск, 2001), VII Международной конференции "Физика твердого тела" (Усть-Каменогорск, 2002), региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученных "Наука. Техника. Инновации" (Новосибирск, 2002), 19 Национальной конференции по термической обработке с иностранными участниками (Брно, 2002), IV и V Международной научно-технической конференции " Динамика систем, механизмов и машин " (Омск 2002, 2004), III Международном технологическом конгрессе "Военная техника, вооружение и технологии двойного применения" (Омск, 2005).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, рекомендаций по параметрам ионной обработки прецизионных пар топливной аппаратуры, выводов, списка литературы, содержащего 113
наименований и приложения. Основной текст изложен на 113 страницах, содержит 49 рисунков и 13 таблиц.
