Анализ растворения углерода в титане при электронно-пучковой обработке

(       )

-                                  (       ) [1].                                                      -

.

-

.

-

-

[1–4]

.                                                                                                        [5],-

[6],                                                    [7]-

-

.

,                                               (~10)

10 .

.-

-.

, , ,

-.

Громов В.Е., Райков С.В., Шерстобитов Д.А., Анализ растворения углерода в титане Иванов Ю.Ф., Хаимзон Б.Б., Коновалов С.В. при электронно-пучковой обработке

Предложенная физическая модель и математический расчет позволяют утверждать, что в нанометровом диапазоне размера ячейки неоднородности, формирующие гетерогенную структуру после ЭВЛ, полностью модифицируются с помощью ЭПО за счет увеличения времени охлаждения , обусловленного теплотой реакций и темпом внешнего охлаждения.

Целью настоящей работы является сопоставление результатов и выводов модельных пред -ставлений [8] с экспериментальными данными эволюции структурно-фазовых состояний поверхности титанового сплава ВТ6, обработанных плазмой электрического взрыва углеграфитового волокна (далее по тексту УГВ) и подвергнутых последующей ЭПО. Как и в [1-4] поглощаемая мощность при ЭВЛ составляла 5,5 ГВт/м2, масса взрываемых УГВ ~70 мг. Параметры ЭПО: плотность энергии пучка электронов в импульсе - 45 Дж/см2, время воздействия - 100 мкс, число импульсов - 10.

Исследования поверхности облучения, выполненные методами сканирующей электронной микроскопии [9, 10], выявили присутствие осколков УГВ (рис. 1). О том, что данные осколки сформированы углеродом, свидетельствуют изображения структуры, полученные в обратно отраженных электронах. На таких снимках области, обогащенные более легким элементом, имеют более темный контраст [10, 11] (рис. 1, б). По сравнению с титаном углерод имеет меньший атомный вес, поэтому выявленные стержневидные образования являются графитом - осколками УГВ.

Рис. 1. Структура поверхности титанового сплава ВТ6, обработанного плазмой, формирующейся при электрическом взрыве углеграфитового волокна (указаны стрелками). Сканирующая электронная микроскопия; а ) изображение получено во вторичных электронах, б) изображение получено в обратно отраженных электронах

Результаты статистического анализа поперечных размеров таких стержней приведены на рис. 2, a . Средние поперечные размеры стержней 3,25 ± 1,05 мкм; реальные размеры стержней изменяются в пределах от 1,67 мкм до 5,5 мкм.

Дополнительная ЭПО поверхности титанового сплава ВТ6, подвергнутого ЭВЛ, приводит к

0,375   1,125 1,875 2,625 3,375 4,125 4,875 5,625

d, мкм

Рис. 2. Распределение по размерам (поперечные размеры) углеграфитовых волокон, выявленных в приповерхностном слое титанового сплава ВТ6;

а ) после электровзрывного легирования УГВ (дважды); б) после дополнительной ЭПО

-

.                                                                                                                                                                                                          ,-

. 3.

,

• 6,                                                 ,-

• ,                                                                                          . 2, а.

Рис. 3. Структура дендритной (а) и ячеистой (б) кристаллизации поверхности титанового сплава ВТ6 после ЭВЛ и последующей ЭПО. Сканирующая электронная микроскопия

+6

-

.

. 4.

,-

,, ..

.                                                          ,- дит по границе раздела жидкой и твердой фаз, т.е. по дну ванны расплава. Размерные характеристики выявленных стержней приведены на рис. 2, б. Средние поперечные размеры стержней 2,24 ± 0,71 мкм; реальные размеры стержней изменяются в пределах от 1,25 мкм до 3,75 мкм.

Таким образом, выполненные исследования выявили сложную кинетику растворения оскол-

Рис. 4. Структура поверхности и подповерхностного слоя титанового сплава BT6, обработанного плазмой, формирующейся при электрическом взрыве углеграфитового волокна и дополнительно облученной элек-тронным пучком. Сканирующая электронная микроскопия.

ков углеграфитовых волокон, попадающих в поверхностный слой при электровзрывном легировании . При указанном режиме электронно-пучковой обработки осколки углеграфитового волокна практически полностью растворяются в поверхностном слое, находящемся в состоянии расплава, и частично растворяются в переходном слое, отделяющем расплавленный слой от слоя, находящегося в твердом состоянии. Наблюдается существенное расхождение экспериментально установленных результатов с результатами теоретических оценок. Время растворения УГВ оказалось существенно меньше, чем следует из теории для волокон данного диаметра. Это можно объяснить следующим образом. На рис. 1 не выявлена тонкая структура УГВ. Согласно [12] УГВ состоят из тончайших микрофибрилл, имеющих ленточный вид толщиной порядка нм и шириной порядка 10 нм. При воздействии на поверхность материала электронным пучком жидкий титан протекает между этими микрофибриллами, что и приводит к их быстрому растворению.