vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"vsgiu-344Research ArticleМеталлургия и материаловедениеMetallurgy and Materials ScienceПОВЫШЕНИЕ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКОЙINCREASE OF THE FATIGUE DURABILITY OF LIGHT ALLOYS BY ELECTRON BEAM TREATMENTАксеноваК.В.AksenovaK.V.vestnicsibgiu@sibsiu.ruКомиссароваИ.А.KomissarovaI.A.vestnicsibgiu@sibsiu.ruГромовВ.Е.GromovV.E.gromov@physics.sibsiu.ruКоноваловС.В.KonovalovS.V.vestnicsibgiu@sibsiu.ruЧэньС.ChenS.vestnicsibgiu@sibsiu.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationСамарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. КоролеваRussian FederationSamara National Research UniversityRussian Federation202029072025015964Copyright © Аксенова К., Комиссарова И., Громов В., Коновалов С., Чэнь С., 20252025Аксенова К., Комиссарова И., Громов В., Коновалов С., Чэнь С.Aksenova K., Komissarova I., Gromov V., Konovalov S., Chen S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/344

Большинство эксплуатационных характеристик металлов и сплавов определяется структурно-фазовым состоянием поверхностных слоев. Эти характеристики можно значительно улучшить с помощью упрочнения поверхности. В настоящей работе осуществлена обработка силумина эвтектического состава АК12 и технически чистого титана марки ВТ1-0 высокоинтенсивным импульсным электронным пучком в различных режимах. Выполнены многоцикловые усталостные испытания и выявлены режимы облучения, позволившие многократно повысить усталостную долговечность исследуемых материалов. Методами сканирующей и просвечивающей электронной дифракционной микроскопии проведены исследования структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры силумина и титана, подвергнутых многоцикловым усталостным испытаниям до разрушения. Выявлено, что облучение поверхности силумина высокоинтенсивным импульсным электронным пучком с параметрами энергии электронов 18 кэВ, ЕS = 20 Дж/см2, τ = 150 мкс, N = 5 имп., f = 0,3 с−1 позволяет в 3,5 раза увеличить его усталостную долговечность. Основными причинами многократного повышения усталостной долговечности силумина являются формирование в поверхностном слое многофазной субмикро- и наноразмерной структуры, измельчение крупных пластин кремния до наноразмерного состояния. Физическими причинами увеличения в 2,2 раза усталостной долговечности технически чистого титана после электронно-пучковой обработки по режиму (энергии электронов16 кэВ, ЕS = 25 Дж/см2, τ = 150 мкс, N = 3 имп., f = 0,3 с−1) являются формирование пластинчатой субструктуры, обусловленное высокоскоростной кристаллизацией поверхностного слоя титана, и снижение скалярной плотности дислокаций более чем в два раза.

Most of the metals and alloys performance characteristics are determined by the structural phase state of the surfacelayers. These characteristics can be significantly improved by surface hardening. Silumin of the eutectic compositionAK12 and technically pure titanium of the VT1-0 grade were treated by a high-intensity pulsed electron beam in various modes. Many-cycle fatigue tests were carried out and irradiation modes were revealed, which made it possible to increase significantly the fatigue life of the materials under study. Using the methods of scanning and transmission electrondiffraction microscopy, we studied the structural-phase states and defective substructure of silumin and titanium, subjected to multi-cycle fatigue tests to their failure. It was revealed that irradiation of the silumin surface with a high-intensity pulsed electron beam with electron energy parameters 18 keV, ES = 20 J/cm2, τ = 150 μs, N = 5 pulses, f = 0.3 s–1 allows its fatigue life to be increased 3.5 times. The main reasons for the multiple increase in the fatigue life of silumin are the formation of a multiphase submicro- and nanoscale structure in the surface layer, and the grinding of large silicon wafers to a nanoscale state. The physical reasons for the 2.2-fold increase in the fatigue life of technically pure titanium after electron-beam treatment according to the mode (electron energy 16 keV, ES = 25 J/cm2, τ = 150 μs, N = 3 pulses,f = 0.3 s–1) are the formation of a lamellar substructure due to high-speed crystallization of the titanium surface layer and a more than twofold decrease in the scalar dislocation density.

усталостьэлектронно-пучковая обработкасилуминтитанструктурафазовый составfatigueelectron-beam treatmentsilumintitaniumstructurephase compositionReferencesТерентьев В.Ф., Оксогоев А.А. Циклическая прочность металлических материалов. – Новосибирск: НГТУ, 2001. – 80 с.Терентьев В.Ф., Оксогоев А.А. Циклическая прочность металлических материалов. – Новосибирск: НГТУ, 2001. – 80 с.Емельянов С.Г., Родионов А.А., Осинцев А.Н., Колмыков Д.В. Комбинированные ме-тоды упрочняющей обработки стальных из-делий // Известия Юго-Западного государ-ственного университета. 2012. Ч. 1. № 2 (41). С. 65 – 71.Емельянов С.Г., Родионов А.А., Осинцев А.Н., Колмыков Д.В. Комбинированные ме-тоды упрочняющей обработки стальных из-делий // Известия Юго-Западного государ-ственного университета. 2012. Ч. 1. № 2 (41). С. 65 – 71.Zhukeshov A.M., Gabdullina A.T., Amrenova A.U., Ibraimova S.A. Hardening of structural steel by pulsed plasma treatment // Journal of Nano and Electronic Physics. 2014. Vol. 6 (3). P. 03066.Zhukeshov A.M., Gabdullina A.T., Amrenova A.U., Ibraimova S.A. Hardening of structural steel by pulsed plasma treatment // Journal of Nano and Electronic Physics. 2014. Vol. 6 (3). P. 03066.Якушин В.Л. Модифицирование углероди-стых и низколегированных сталей потоками высокотемпературной импульсной плазмы // Металлы. 2005. № 2. С. 12 – 24.Якушин В.Л. Модифицирование углероди-стых и низколегированных сталей потоками высокотемпературной импульсной плазмы // Металлы. 2005. № 2. С. 12 – 24.Hao Y., Gao B., Tu G.F. et. al. Surface modi-fication of Al-12.6Si alloy by high current pulsed electron beam // Applied Surface Sci-ence. 2012. Vol. 258. P. 2052 – 2056.Hao Y., Gao B., Tu G.F. et. al. Surface modi-fication of Al-12.6Si alloy by high current pulsed electron beam // Applied Surface Sci-ence. 2012. Vol. 258. P. 2052 – 2056.Hu J.J., Zhang G.B., Xu H.B., Chen Y.F. Mi-crostructure characteristics and properties of 40Cr steel treated by high current pulsed elec-tron beam // Materials Science and Technolo-gy. 2012. Vol. 27 (4). P. 300 – 303.Hu J.J., Zhang G.B., Xu H.B., Chen Y.F. Mi-crostructure characteristics and properties of 40Cr steel treated by high current pulsed elec-tron beam // Materials Science and Technolo-gy. 2012. Vol. 27 (4). P. 300 – 303.Zhang X.D., Hao S.Z. et al. Surface modifica-tion of pure titanium by pulsed electron beam // Applied Surface Science. 2011. No. 257. P. 5899 – 5902.Zhang X.D., Hao S.Z. et al. Surface modifica-tion of pure titanium by pulsed electron beam // Applied Surface Science. 2011. No. 257. P. 5899 – 5902.Dong C., Wu A., Hao S. et. al. Surface treat-ment by high current pulsed electron beam // Surface and Coatings Technology. 2003. Vol. 163-164. Р. 620 – 624.Dong C., Wu A., Hao S. et. al. Surface treat-ment by high current pulsed electron beam // Surface and Coatings Technology. 2003. Vol. 163-164. Р. 620 – 624.Ласковнев А.П., Иванов Ю.Ф., Петрикова Е.А. и др. Модификация структуры и свойств эвтектического силумина элек-тронно-ионно-плазменной обработкой. – Минск: Белорусская наука, 2013. – 287 с.Ласковнев А.П., Иванов Ю.Ф., Петрикова Е.А. и др. Модификация структуры и свойств эвтектического силумина элек-тронно-ионно-плазменной обработкой. – Минск: Белорусская наука, 2013. – 287 с.Федун В.И., Коляда Ю.Е. Динамика фазо-вых превращений при поверхностной мо-дификации металлов и сплавов электрон-ным пучком // Вопросы атомной науки и техники. 2010. № 4. С. 316 – 320.Федун В.И., Коляда Ю.Е. Динамика фазо-вых превращений при поверхностной мо-дификации металлов и сплавов электрон-ным пучком // Вопросы атомной науки и техники. 2010. № 4. С. 316 – 320.Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Соскова Н.А. и др. Электронно-пучковая обработка по-верхности сплавов на основе титана, моди-фицированных плазмой электрического взрыва проводящего материала // Изв. РАН. Серия Физическая. 2012. Т. 76. № 11. С. 1393.Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Соскова Н.А. и др. Электронно-пучковая обработка по-верхности сплавов на основе титана, моди-фицированных плазмой электрического взрыва проводящего материала // Изв. РАН. Серия Физическая. 2012. Т. 76. № 11. С. 1393.Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Vorobiev S.V., Konovalov S.V. Fatigue of steels modified by high intensity electron beams. – Cambridge: Cambridge International Science Publishing Ltd, 2015. – 272 p.Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Vorobiev S.V., Konovalov S.V. Fatigue of steels modified by high intensity electron beams. – Cambridge: Cambridge International Science Publishing Ltd, 2015. – 272 p.Модифицирование структуры и свойств легких сплавов упрочняющими технология-ми / В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, С.В. Коно-валов, К.В. Аксёнова, Л.П. Бащенко, Т.Ю. Кобзарева. – Новокузнецк: Полиграфист, 2015. – 226 с.Модифицирование структуры и свойств легких сплавов упрочняющими технология-ми / В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, С.В. Коно-валов, К.В. Аксёнова, Л.П. Бащенко, Т.Ю. Кобзарева. – Новокузнецк: Полиграфист, 2015. – 226 с.Усталость силумина, модифицированного электронно-пучковой обработкой / Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов, С.В. Коновалов, К.В. Аксёнова. – Новокузнецк: Полиграфист, 2016. – 184 с.Усталость силумина, модифицированного электронно-пучковой обработкой / Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов, С.В. Коновалов, К.В. Аксёнова. – Новокузнецк: Полиграфист, 2016. – 184 с.Konovalov S.V., Komissarova I.A., Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Kosinov D.A. Structural and phase changes under electropulse treat-ment of fatigue-loaded titanium alloy VT1-0 // Journal of Materials Research and Technolo-gy. 2019. Vol. 8 (1). P. 1300 – 1307.Konovalov S.V., Komissarova I.A., Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Kosinov D.A. Structural and phase changes under electropulse treat-ment of fatigue-loaded titanium alloy VT1-0 // Journal of Materials Research and Technolo-gy. 2019. Vol. 8 (1). P. 1300 – 1307.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.