ПОВЫШЕНИЕ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКОЙ

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, Е_S = 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, Е_S = 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.

1. Терентьев В.Ф., Оксогоев А.А. Циклическая прочность металлических материалов. – Новосибирск: НГТУ, 2001. – 80 с.

2. 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.

3. 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.

4. Якушин В.Л. Модифицирование углероди-стых и низколегированных сталей потоками высокотемпературной импульсной плазмы // Металлы. 2005. № 2. С. 12 – 24.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Усталость силумина, модифицированного электронно-пучковой обработкой / Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов, С.В. Коновалов, К.В. Аксёнова. – Новокузнецк: Полиграфист, 2016. – 184 с.

15. 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.