НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА НА ПОВЕРХНОСТЬ МАТЕРИАЛА (ПРЯМАЯ МОДИФИКАЦИЯ)

При воздействии мощных импульсных электронных пучков на материал его слой толщиной порядка длины пробега электронов в данном материале (от 10 до 100 мкм) очень быстро нагревается до температуры фазовых переходов.

По окончании импульса пучка нагретый слой быстро охлаждается процессом теплопроводности в глубину материала. В результате изменяются свойства поверхностного слоя:

•изменяется микроструктура - размер зерна уменьшается от сотен микрон до долей микрона, возможен переход в аморфное состояние и формирование наноструктур;

•изменяется фазовый состав, при этом возможно появление метастабильных фаз и соединений, которые при обычных методах термообработки образоваться не могут;

•гомогенизируется фазовый состав, например, измельчаются и однородно распределяются карбиды в сталях.

Привлекательными для практики следствием таких изменений является повышение твёрдости, коррозионной стойкости и износостойкости поверхности материалов, уменьшение коэффициента трения, повышение динамической прочности изделий.

ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т (Увеличение х4000 и х10000)

Микрогеометрия поверхности до обработки электронным пучком (слева) и после обработки (справа)

Защитное покрытие NiCoCrAlY

Микрогеометрия поперечного сечения покрытия после обработки электронным пучком	Микрогеометрия поверхности покрытия после обработки электронным пучком

ПОВЫШЕНИЕ МИКРОТВЁРДОСТИ СТАЛЕЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Марка Стали	Энергия электронов, кэВ	Длительность импульса, мкс	Толщина слоя, мкм	Твёрдость до обработки, кг/мм2	Твёрдость после обработки, кг/мм2
40ХН2МА	150	20	25	170	350
50Х20Н4АГ9	150	20	40	250	800
40Х9С2	100	8	18	300	700
40Х9С2	140	14	12	300	500
08КП	180	6	22	200	1100
08КП	150	20	50	200	700
Ст6СП	60	35	12	250	700
Ст6СП	180	8	25	250	550

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Износ деталей (потеря массы) после испытаний в двигателей (18 прогонов по 2 часа каждый прогон)

Деталь	Традиционная технология упрочнения, мг	Дополнительная обработка пучком	Коэффициент повышения износостойкости
Толкатель	3,79	0,87	4,3
Кулачок	2,04	0,88	2,3

Износостойкость шестерен, обработанных и не обработанных электронным пучком. Повышение после обработки электронным пучком от 5 до 10 раз.

ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ОКСИДНОГО СЛОЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ

Импульсная электронно-пучковая обработка резко снижает скорость начальной оксидации защитного покрытия, что приводит к уменьшению толщины оксидного слоя в 2-3 раза. Различие в скорости роста оксидного слоя на полированной поверхности и обработанной пучком поверхности защитного покрытия обусловлено различной микроструктурой оксидного слоя.

Микроструктура оксидного слоя на поверхности защитного покрытия MeNiCrAlY после полировки (слева) и после обработки импульсным электронным пучком (справа). Испытания в течение 200 часов при 950оС.