Свойства поверхностного слоя при высокоэнергетической обработке частицами порошков
Аннотация
Проведены эксперименты по высокоэнергетической обработке поверхности подложки из конструкционной стали Ст.3 потоком частиц порошков вольфрама, никеля и нитрида титана. Выполнена оценка давления соударения частиц, разогнанных энергией взрыва, на стальную мишень с использованием уравнения сохранения импульса и линейного уравнения ударной адиабаты материала частиц. Установлено, что давление соударения частиц на мишень составляет, ГПа: 62 (для частицы вольфрама), 48 (никель), 41 (нитрид титана). Осуществлен расчет температуры нагрева частицы при соударении с поверхностью стальной мишени с учетом условий сохранения массы и импульса на фронте ударной волны. Максимальная температура нагрева частиц в месте их соударения с поверхностью подложки (при скорости частиц 2000 м/с) составляет, К: 1103 (для частиц вольфрама), 755 (никель), 589 (нитрид титана). Показано, что при высокоэнергетической обработке стальной мишени потоком частиц ее твердость повышается. Максимальное упрочнение поверхностного слоя стальной мишени по сравнению с исходной микротвердостью увеличивается на 32–55 % и наблюдается на глубине 2–4 мм от поверхности обработки. Затем оно снижается до величины микротвердости исходного материала (170 HV) на расстоянии 15–20 мм от обрабатываемой поверхности.
Ключевые слова
Об авторах
Е. В. Петров
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Россия
Петров Е.В. – канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаборатории «Ударно-волновые процессы» ИСМАН.
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8.
И. В. Сайков
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Сайков И.В.– канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаборатории «Ударно-волновые процессы» ИСМАН.
Россия
Сайков И.В.– канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаборатории «Ударно-волновые процессы» ИСМАН.
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8.
Г. Р. Сайкова
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Сайкова Г.Р.– канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаборатории «Ударно-волновые процессы» ИСМАН.
Россия
Сайкова Г.Р.– канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаборатории «Ударно-волновые процессы» ИСМАН.
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8.
В. С. Трофимов
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Трофимов В.С.– докт. физ.-мат. наук., профессор, вед. науч. сотр. лаборатории «Ударно-волновые процессы» ИСМАН.
Россия
Трофимов В.С.– докт. физ.-мат. наук., профессор, вед. науч. сотр. лаборатории «Ударно-волновые процессы» ИСМАН.
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8.
Список литературы
1. Ушеренко С.М. Сверхглубокое проникание частиц в преграды и создание композиционных материалов. Минск: НИИ ИП с ОП, 1998.
2. Андилевко С.К. Гидродинамическая модель сверхглубокого проникания абсолютно твердых осесимметричных частиц в полубесконечную металлическую преграду. Инж.-физ. журн. 1998. Т. 71. No. 3. С. 399—403.
3. Ушеренко С.М., Гущин В.И., Дыбов О.А. Результаты соударения потока микрочастиц с металлической преградой в режиме сверхглубокого проникания. Хим. физика. 2002. Т. 21. No. 9. С. 43—51.
4. Kiselev S.P., Kiselev V.P. Superdeep penetration of particles into a metal target. Int. J. Impact Eng. 2002. Vol. 27. Iss. 2. P. 135—152.
5. Chengzhi Qi, Jianjie Chen. Physical mechanism of superdeep penetration of solid microparticles into solid targets. J. Mech. Behav. Mater. 2014. Vol. 23. Iss. 1—2. P. 21—26.
6. Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Панин А.В. Физическая мезомеханика деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. I. Физические основы многоуровневого подхода. Физ. мезомеханика. 2006. Т. 9. No. 3. С. 9—22.
7. Панин В.Е., Панин А.В., Моисеенко Д.Д., Шляпин А.Д., Авраамов Ю.С., Кошкин В.И. Физическая мезомеханика деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. II. Явление взаимного проникания частиц разнородных твердых тел без нарушения сплошности под воздействием концентрированных потоков энергии. Физ. мезомеханика. 2006. Т. 9. No. 4. С. 5—13.
8. Крестелев А.И. Моделирование процесса увлечения частиц порошка взрывными ударными волнами. Вестн. Сам.ГТУ Сер. Физ.-мат. науки. 2014. Т. 35. No. 2. С. 125—129.
9. Макаров П.В. Модель сверхглубокого проникания твердых микрочастиц в металлы. Физ. мезомеханика. 2006. Т. 9. No. 3. С. 61—70.
10. Алексенцева С.Е., Кривченко А.Л. Исследование особенностей обработки металлов и сплавов высокоскоростным потоком дискретных частиц, разогнанных энергией взрыва канальных зарядов, и другими динамическими методами. Вестн. СамГТУ. Сер. Техн. науки. 2013. Т. 38. No. 2. С. 71—78.
11. Ганигин С.Ю., Калашников В.В., Ибатуллин И.Д., Мурзин А.Ю., Глазунова О.Ю., Григорьев А.А. Высокоскоростное ударное взаимодействие твердых микрочастиц с подложкой. Изв. Самар. науч. центра РАН. 2013. Т. 15. No. 4—2. С. 339—342.
12. Фиговский О.Л., Готлиб Е.М., Наумов С.В. О физических эффектах, происходящих при получении нанокомпозитов методом сверхглубокого проникновения. Вестн. Казанского технол. ун-та. 2010. No. 11. С. 113—117.
13. Khristoforov B.D. Research on influence of impact of microparticles and sewing needles on destruction of solid bodies. Eng. Trans. 2010. Vol. 58. No. 3—4. P. 131—138.
14. Марукович Е.И., Ушеренко Ю.С. Особенности структурных изменений в меди при динамическом легировании. Литье и металлургия. 2012. Т. 68. No. 4. С. 120—125.
15. Korshunov L.G., Zeldovich V.I., Usherenko S.M., Kheifets A.E., Khomskaya I.V., Chernenko N.L., Frolova N.Yu. Superdeep penetration of the microparticles accelerated by explosion in metals and alloys of iron. Adv. Mater. Res. 2008. Vol. 47—50. P. 423—426.
16. Figovsky O.L., Usherenko S.M. Superdeep penetrationnovel method of nanoreinforced composites producing based on metallic, ceramic and polymer matrixes. Adv. Mater. Res. 2008. Vol. 79—82. P. 1975—1978.
17. Usherenko Yu., Usherenko S., Yazdani J. Composite materials for steel cutting and concrete crushing. Procedia Eng. 2017. No. 172. P. 1198—1203.
18. Марукович Е.И., Ушеренко Ю.С., Ушеренко С.М. Динамическая модификация алюминия и его сплава. Металлургия машиностроения. 2017. No. 5. С. 11—19.
19. Дремин А.Н., Савров С.Д., Трофимов В.С., Шведов К.К. Детонационные волны в конденсированных средах. М.: Наука, 1970.
20. Андреев С.Г., Бабкин А.В., Баум Ф.А., Имховик Н.А., Кобылкин И.Ф., Колпаков В.И., Ладов С.В., Одинцов В.А., Орленко Л.П., Охитин В.Н., Селиванов В.В., Соловьев В.С., Станюкович К.П., Челышев В.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. Т. 2. М.: Физматлит, 2004.
21. Роман О.В., Андилевко С.К., Карпенко С.С., Романов Г.С., Шилкин В.А. Эффект сверхглубокого проникания. Современное состояние и перспективы. Инж.-физ. журн. 2002. Т. 75. No. 4. С. 187—199.
22. Петров Е.В., Трофимов В.С. Оценка температуры нагрева частиц при высокоскоростном соударении с преградой. Деформация и разрушение материалов. 2018. No. 3. С. 38—41.
Рецензия
Для цитирования:
Петров Е.В., Сайков И.В., Сайкова Г.Р., Трофимов В.С. Свойства поверхностного слоя при высокоэнергетической обработке частицами порошков. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2020;(1):29-35. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-29-35
For citation:
Petrov E.V., Saikov I.V., Saikova G.R., Trofimov V.S. Properties of the surface layer after high-energy treatment by powder particles. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings. 2020;(1):29-35. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-29-35
Просмотров: 490
Послать статью по эл. почте 