Структурно-фазовые состояния наноструктурированных поверхностных слоев титана ВТ1-0 после комбинированной электронно-ионно-плазменной обработки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

State Aerospace University. Krasnoyarsk, 2012. P. 1. P. 230-231.

2. Bogdanov A. A., Kutlubaev I. M., Sychkov V. B. Promising anthropomorphic robotic systems for using in space / Manned space mission, 2012. № 1(3), р. 78-84.

3. Zhidenko I. G., Kutlubayev I. М. Technique of definition of control signals anthropomorphic manipulator// Mechatronics, Automation , Control. 2014. № 5. C. 41-46.

4. URL: www.dlr.de/rm/en/desktopdefault.../tabid-3771.

5. Patent PM № 135956 Russia Federation, MPK7 B25J 3/00 Utility model. Master-slave manipulator // Bogdanov A. A., Zhidenko I. G, Kutlubaev I. M., Kiyatkin D. V., Permyakov A. F.; applicant and patent holder - Scientific Production Association «Android Technics», № 2013122162; application 14.05.13.

© Богданов А. А., Жиденко И. Г., Колашевский А. В., Мацко Е. Ю., 2014

УДК 533.9:539.4.015.2

СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ТИТАНА ВТ1-0 ПОСЛЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОННО-ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ

Ю. Ф. Иванов1'2, А. Д. Тересов1, В. Е. Громов3, Е. А. Будовских3, А. А. Клопотов2'4

1Институт сильноточной электроники СО РАН Российская Федерация, 634055, г. Томск, просп. Академический, 2/3. Е-mail: [email protected]

2Национальный исследовательский Томский государственный университет Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 36. Е-mail: [email protected]

3Сибирский государственный индустриальный университет Российская Федерация, 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42. Е-mail: [email protected]

4Томский государственный архитектурно-строительный университет Российская Федерация, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2. E-mail: [email protected]

Представлены результаты исследования структурно-фазового состояния наноструктурированных поверхностных слоев технически чистого титана ВТ1-0, подвергнутого комбинированной обработке, сочетающей легирование плазмой электрического взрыва углеграфитового волокна с навеской порошка диборида титана TiB2. и последующее облучение высокоинтенсивным электронным пучком.

Ключевые слова: титан, диборид титана, электровзрывное легирование, высокоинтенсивный электронный пучок, структура, свойства.

STRUCTURAL-PHASE STATE OF THE SURFACE LAYERS OF NANOSTRUCTURED TITANIUM VT1-0 AFTER COMBINED ELECTRON-ION-PLASMA TREATMENT

Y. F. Ivanov1,2, A. D. Teresov1, V. E. Gromov3, E. A. Budovskikh3, A. A. Klopotov2,4

institute of High Current Electronics SB RAS 2/3, Akademichesky av., Tomsk, 634055, Russian Federation. Е-mail: [email protected] 2National research Tomsk State University 36, Lenin str., Tomsk, 634050, Russian Federation. E-mail: [email protected] 3Sibirsky State Industrial University 42, Kirov str., Novokuznetsk, 654007, Russian Federation. Е-mail: [email protected] 4Tomsk State University of Architecture and Building 2, Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russian Federation. Е-mail: [email protected].

The results of the study of structural and phase state of the nanostructured surface layers of technically pure titanium VT1-0 subjected to a combined treatment that mixes plasma doping electric explosion of the carbon fiber with the sample powder titanium of diboride TiB2 and subsequent exposure to high intensity electron beam.

Keywords: titanium, titanium diboride, electroexplosive alloying, high intensity electron beam, structure, properties.

1. Введение. Одним из важных требований аэрокосмической промышленности является снижение весовых показателей исполнительных механизмов летательных аппаратов, поскольку это приводит

к уменьшению энергетических затрат при выводе аппаратов на орбиту. Новые перспективы открываются при получении на поверхности сплавов на основе титана дисперсноупрочненных слоев из тугоплавких

Решетневскуе чтения. 2014

износостойких соединений (карбиды, нитриды, кар-бонитриды, бориды), обладающих высокими трибо-техническими характеристиками. Это определяет актуальность исследований, направленных на выявление закономерностей и механизмов формирования модифицированных слоев, изменение физико-механических свойств детали и изделия.

В настоящей работе представлены результаты исследования изменения структуры и свойств поверхностного слоя технически чистого титана ВТ1-0, подвергнутого комбинированной обработке, сочетающей электровзрывное легирование и последующее облучение высокоинтенсивным импульсным электронным пучком.

2. Материал, методы обработки и исследования. Используемые для исследования образцы имели форму шайбы толщиной 10 мм и диаметром 15 мм. Легирование поверхностного слоя осуществляли путем воздействия плазмы, формирующейся при электрическом взрыве углеграфитового волокна, на поверхность которого в область взрыва помещали навеску порошка диборида титана ТШ2. Режим электровзрывного легирования образцов титана ВТ1-0 был следующим: поглощаемая плотность мощности 5,5 ГВт/м2, масса углеграфитовых волокон 70 мг, масса порошковой навески 50 мг. Дополнительно импульсное плавление модифицированного слоя осуществляли высокоинтенсивным импульсным электронным пучком на установке «СОЛО», разработанной и созданной в Институте сильноточной электроники СО РАН, по режимам: энергия электронов 18 кэВ, плотность энергии пучка электронов (45-60) Дж/см2, длительность и количество импульсов воздействия 100 мкс, 10 имп.; 200 мкс, 20 имп. Исследования элементного и фазового состава, дефектной субструктуры поверхностного слоя осуществляли методами сканирующей и электронной дифракционной микроскопии, рентгеноструктурного анализа (геометрия Брег-га-Брентано, Сока - излучение).

3. Фазовая диаграмма системы Т1-Б-С. В системе Т1-Б-С титан принадлежит к переходным металлам с незаполненной 3^-полосой, а бор и углерод являются неметаллами. Титан из элементов 1УЛ-группы является самым электроотрицательным металлом и имеет атомный радиус ЯТ1 = 0,1462 нм. Для титана характерно образование соединений со многими элементами периодической системы, а также типично образование ограниченных твердых растворов. У бора и углерода размеры атомов значительно меньше размеров атомов титана (ИВ = 0,098 нм, И = 0,0916 нм).

В системе Т1-В при кристаллизации формируются три промежуточных фазы со стороны В: Т1Б, Т13Б4, Т1Б2 (см. рисунок). Взаимная растворимость компонентов в твердом состоянии практически отсутствует. При температуре 1540 ± 10 °С кристаллизуется эвтектика (Р-Т1) + Т1Б. Соединение Т1Б2 плавится конгруэнтно при 3225 ± 25 °С, имеет небольшую область гомогенности. Соединения Т1В4 и Т1Б образуются по перитектическим реакциям при температурах 2200 и 2180 °С соответственно.

В системе Т1-С существует одно соединение карбида Т1С(5) со структурой В1 (рис. 1). Соединение Т1С(5) плавится конгруэнтно при 3073±25 °С и содержании ~44 % (ат.) С. Область гомогенности фазы Т1С вблизи солидуса занимает от 32 до 50 % (ат.) С. Со структурной точки зрения соединение Т1С(5) является твердым раствором атомов неметалла в октамеж-доузлиях ГЦК-решетки металла.

Бинарные фазовые диаграммы систем Т1-Б, Т1-С, Б-С и изотермическое сечение тройной системы Т1-Б-С [1] (см. рисунок); двойные и тройная диаграммы состояния систем показывают, что наиболее вероятно образование соединений на основе бинарных соединений, которые могут образоваться в результате создания неравновесных условий при обработке материала высокоинтенсивными методами.

Бинарные фазовые диаграммы систем Т1-Б, Т1-С, Б-С и изотермическое сечение тройной системы Т1-Б-С при 1400 °С [1]

4. Результаты исследований. Анализ результатов, полученных методами рентгеноструктурного анализа поверхности легирования, показывает, что основными фазами модифицированного слоя образцов ВТ1-0 являются а-Т1, ТЮ, Т1В2, Т13В4, С и В8С. После электровзрывного легирования суммарная объемная доля вторых фаз (83 %) многократно превосходит объемную долю а-Т (17 %). Последующая электронно-пучковая обработка приводит к снижению содержания вторых фаз с увеличением плотности энергии пучка электронов. При этом независимо от режима электронно-пучковой обработки основной из дополнительных фаз является карбид титана, объемная доля которого после электровзрывного легирования составляла 60 %, а после облучения электронным пучком при плотности энергии пучка электронов 45 Дж/см2 - 40 %. Модифицированная поверхность характеризуется высоким уровнем микротвердости, в ~10 раз превышающей величину микротвердости

исходного состояния (при толщине упрочненного слоя ~100 мкм) и износостойкости, в ~8 раз превышающей износостойкость титана в исходном состоянии, а также коэффициентом трения, значение которого в ~1,2 раза ниже коэффициента трения титана в исходном состоянии.

Библиографическая ссылка

1. Кузьма Ю. Б., Чабан Н. Ф. Двойные и тройные системы, содержащие бор : справочник. М. : Металлургия, 1990. 318 с.

Reference

1. Kuzma Yu. B., Chaban N. F. Double and triple systems containing boron. Handbook. Moscow, Metallurgy, 1990, 318 p.

© Иванов Ю. Ф., Тересов А. Д., Громов В. Е., Будовских Е. А., Клопотов А. А., 2014

УДК 62.752, 621.08.2

ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЫЧАЖНЫХ СВЯЗЕЙ В СХЕМАХ ПОДВЕСОК И ПРИБОРОВ

В. Б. Кашуба, Е. В. Каимов, Н. Ж. Кинаш

Иркутский государственный университет путей сообщения Научно-образовательный центр современных технологий, системного анализа и моделирования Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15. Е-mail: [email protected]

Рассматривается оригинальная механическая колебательная система, в составе которой используются рычажные механизмы Т-образной формы. Показано, что в таких системах возникают возможности настройки с обеспечением режимов динамического гашения колебаний и межпарциальных взаимодействий. Предлагается методика построения математических моделей.

Ключевые слова: модели транспортных подвесок, рычажные связи и механизмы, устройства для преобразования движения, виброзащита и виброизоляция.

DYNAMIC PROPERTIES OF LEVER TIES IN SCHEMES OF SUSPENDERS AND DEVICES

V. B. Kashuba, E. V. Kaimov, N. Zh. Kinash

Irkutsk State Transport University Scientific-Educational Center of Modern Technology, System Analysis and Modeling 15, Chernyshevskogo str., Irkutsk, 664074, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The original mechanical oscillatory system as a part of which lever mechanisms of T-shaped form are used is considered. It is shown that in such systems there are possibilities of control with providing modes of dynamic blanking out of oscillations and the inter-partial of interactions. The technique of creation of mathematical models is proposed.

Keywords: models of transport suspenders, lever ties and mechanisms, devices for movement transformation, vibroprotection and vibration insulation.

Введение. Внимание к задачам динамики транспортных средств инициируется развитием мобильной робототехники и использованием управляемых виброзащитных систем. Ряд вопросов, связанных с особенностями построения математических моделей колебательных систем, рассмотрен в [1; 2]. Развитие методологического базиса теории и практики виброзащиты

стимулирует поиск новых способов и средств оценки изменения и управления динамическим состоянием систем, содержащих устройства для преобразования движения, в том числе и рычажные механизмы различных видов [2-4]. Вместе с тем введение рычажных механизмов в структуры колебательных систем связано с необходимостью учета многочисленных особенностей,