/>МІНІСТЕРСТВООСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національнийуніверситет «Львівська політехніка»
Кафедра«Технології машинобудування»
Курсова робота:
“ Впливпроцесів деформування на поверхневий шар металів ”
Дисципліна: Наукові дослідження
Виконав:
Ст.гр.____
___________
Викладач
___________
Львів – 2009р.
Зміст
Вступ.
1. Процес формування верхнього шару металув умовах пружної і пластичної деформації.
2. Зміни РВЕ на поверхні металів придеформуванні.
3. Дослідження структурних змін ізарядового рельєфу поверхні при втомі металевих матеріалів.
4.Закономірності формування енергетичного рельєфу металевої поверхні приконтактних взаємодіях і при механічній обробці.
Висновки
Література
Вступ
Одним зцентральних напрямків розвитку фізики твердого тіла, фізики металів єдослідження особливостей будови металевої поверхні та вивчення змін в їїструктурі і властивостях у процесі деформування. Найважливішими задачами цихдосліджень є вивчення взаємозв'язку змін в іонній та електронній підсистемахметалу, визначення закономірностей формування та еволюції напружено — деформованого стану поверхневого шару матеріалу в різних умовах деформування.
В роботідосліджується процес деформування поверхневого шару металів і визначення впливудеформації на характеристики напружено — деформованого та енергетичного стануповерхні. Особливий стан приповерхневого шару вимагає також розробкиспеціальних експериментальних методів визначення деформаційних характеристик.Для дослідження закономірностей поверхневого деформування в даній роботіудосконалені і використані методи вимірювання роботи виходу електронів (РВЕ),контактного електричного опору (КЕО), вимірювання залишкових макроскопічних імікроскопічних напруг, визначення механічних характеристик поверхневого шару.На основі отриманих експериментальних даних у роботі розвинуті фізичні уявленняпро закономірності змін в іонній і електронній підсистемах металів у процесідеформування.
Актуальністьтеми. Наукова актуальність дослідження властивостей поверхневих шарів металівполягає в необхідності розвитку уявлень про фізичну природу деформування іруйнування реальних металевих матеріалів, розкритті механізму процесів, щовідбуваються у приповерхневому шарі. Для встановлення фізичних механізмівдеформаційних процесів і побудови відповідних теоретичних моделей, насамперед,необхідні експериментальні дослідження. Сучасні знання про фізичні і механічніхарактеристики приповерхневої області металів і про взаємозв'язок їх звластивостями, що характеризують міцність, розрізнені і недостатні. Практичноне досліджено взаємозв’язок енергетичного стану поверхні із змінами структуриприповерхневої області.
Зростаючийінтерес до вивчення фізичних і механічних властивостей приповерхневих шарівметалів в останні роки, крім наукової мети, обумовлений важливими технічнимизастосуваннями. Прикладна актуальність проблеми визначається практично усімазадачами, що виникають при деформуванні металів і сплавів у процесі їхвиробництва та експлуатації. На даний час розроблені і застосовуються напрактиці різні види зміцнюючих обробок, метою яких є забезпечення необхіднихвластивостей поверхні. Для оптимізації існуючих способів і вдосконаленнятехнології зміцнення необхідна розробка експериментальних методів дослідженьмеханічних властивостей приповерхневої області, вивчення закономірностейформування оптимальних структур, розвиток
фізичнихмоделей, що адекватно відображають особливості протікання деформаційнихпроцесів поблизу поверхні матеріалу. Важлива для практики проблема надійності ідовговічності, наприклад, літальних апаратів, багато в чому визначаєтьсянапруженим станом приповерхневого шару деталей, здатністю його протистоятирозвитку процесів втоми і контактного деформування. З цієї причини в данійроботі одним з об'єктів досліджень були сплави, що використовуються для виробництва газотурбінних двигунів (ГТД).
Методидослідження:
— вимірювання розподілу КРП по поверхні для аналізу змін енергетичного стану впроцесі деформування;
— прецизійна рентгенівська дифрактометрія для визначення параметрів напружено — деформованого стану і структурних змін;
— вимір КЕО для визначень напружень і деформацій при контактних взаємодіях.
— випробування на кінетичне індентування для визначення фізичних параметрівдеформування приповерхневої області;
— електронна мікроскопія для встановлення змін дислокаційної структури;
— випробування на тертя та опір втомі під впливом знакозмінних напружень, яккритерій формування оптимальної кристалічної структури;
— теоретичний аналіз досліджених явищ.
Науковановизна одержаних результатів
1.Вперше встановлені закономірності розподілу РВЕ по поверхні деформованихметалів. У пластичній області спостерігається падіння РВЕ, причому більшомуступеню деформації відповідає більш значне зменшення РВЕ. При досягненніпевного ступеня деформації РВЕ досягає граничного значення. Виявленийдеформаційний енергетичний рельєф зумовлений виходом на поверхню дислокацій.Таким чином, методом РВЕ фіксується кінетика виходу дислокаційних ліній навільну поверхню. Результати розрахунків лінійної густини деформаційних диполівв залежності від деформації збігаються за порядком величини з густиною слідівковзання дислокацій.
2.Вперше розроблена нова самоузгоджена розрахункова схема РВЕ, що враховуєістотні для поставленої задачі поправки до фізичної моделі “желе”: дискретністьрозподілу позитивного заряду; вплив релаксації іонних площин поблизу поверхнікристалу на електронний розподіл на межі металу; вплив діелектричногосередовища, що граничить з поверхнею металу. Показано, що з ростом пружноїдеформації кристалічних ґраток концентрація електронів за межею металу спадаєповільніше. Виявлено, що вплив діелектричного середовища додатково знижуєвеличину густини електронів поблизу поверхні.
3.На основі уявлень про взаємозв'язок РВЕ і електровід’ємності атомів, а такожданих скануючої тунельної мікроскопії, запропоновано нову фізичну модель іспосіб розрахунку РВЕ в залежності від параметрів пружно-пластичногодеформування. Обчислення, проведені для алюмінію і міді, показали задовільнеузгодження з експериментальними даними.
4.Вперше встановлено закономірності зміни РВЕ при знакозмінному деформуванніметалів і сплавів. Виявлено, що зародження мікротріщин втоми відбувається наділянці поверхні з максимальною попередньою зміною РВЕ. На основі встановленогофізичного механізму запропоновано кількісну модель кінетики структурнихперетворень на поверхні металів, що включає рух дислокацій під впливомзнакозмінних навантажень, вихід дислокацій на поверхню і появу зарядженихсходинок, наслідком чого є зміна РВЕ. Метод вимірювання розподілу РВЕ поповерхні дає можливість прогнозувати зародження мікротріщин втоми вже на ранніхстадіях випробувань.
5.Досліджено вплив електроімпульсної обробки металів на квазістаціонарнийдеформований стан приповерхневих шарів. Вплив обробки імпульсним струмомпроявляється в зниженні рівня макронапружень у приповерхневому шарі, збільшеннімікроскопічних напружень і в зменшенні розміру блоків кристалічної мозаїки.Показана можливість помітного збільшення опору втомі сплавів на основі титана урезультаті електроімпульсної обробки за рахунок “прицільного” відпалу дефектівкристалічних ґраток і створення більш рівноважної структури біля поверхні.
6.У рамках молекулярно-динамічного моделювання термічної дії електроімпульсноїобробки показано, що термічний пік навіть з не дуже високою максимальноютемпературою (~1000 0С) може приводити до “залікування” області кристала, якамістить дефекти типу вакансія-міжвузельний атом. Знайдено, що термічніколивання атомів активізують процес рекомбінації дефектів,направлено-орієнтуючий вплив забезпечується пружними полями дефектів..
Електроімпульснаобробка сплавів титана забезпечує підвищення міцності втоми на 25¸50%. Розроблений на рівні винаходу новий спосіб магнітно-абразивної обробки,поліпшує якість обробки поверхні, значно збільшує довговічність деталей.
1. Процес формування верхнього шару металу в умовах пружноїі пластичної деформації
Проведенийлітературний аналіз уявлень про залежність РВЕ від параметрівпружно-пластичного стану металів показує що у навантаженому кристалі енергіяможе запасатися не тільки в кристалічних ґратках, але і в електроннійпідсистемі. У зв'язку з цим актуальними є дослідження структури і фізичнихвластивостей приповерхневої області металів, обумовлених прикладеними силами,що приводять до пружних і пластичних деформацій. Зроблено висновок, щостворення фізичної картини деформування металів потребує експериментальнихдосліджень взаємозв'язку іонної і електронної підсистем деформованих металів ірозробку теорії розвитку специфічних процесів, що відбуваються у приповерхневихшарах металів і сплавів.
Розробкаекспериментальної техніки і методики досліджень. Для систематичного дослідженняфізичних процесів, що відбуваються у відносно тонких приповерхневих шарахметалевих матеріалів, необхідно було створити і використовувати адекватну експериментальнутехніку. Прагнення до коректності висновків про взаємодію двох підсистем уметалі при деформації вимагало комплексного методичного підходу додосліджуваних явищ. У більшості випадків для забезпечення надійних результатівнеобхідно було також забезпечити удосконалення цих методів з метою суттєвогопідвищення точності, локальності і продуктивності вимірів.
Буларозроблена експериментальна установка, призначена для вимірів РВЕ з можливістюодночасного проведення іспитів металевих зразків на втому, установка міститьмалогабаритний п'єзоелектричний вібростенд і комплекс вимірювальної апаратури.Величина РВЕ вимірювалася методом динамічного конденсатора Кельвіна.Випробування зразків на втому виконувались методом дискретного навантаження.Була вдосконалена методика вимірів КРП на основі аналізу залежності КРП віднапруги компенсації з одночасною комп'ютерною обробкою результатів вимірів.
Виконанідослідження впливу зовнішнього середовища на РВЕ. Встановлено, що рівномірнеультрафіолетове опромінення поверхні металевого зразка викликає зміщення кривихрозподілу РВЕ як цілого, без зміни їхньої геометрії. Створення більш високихповерхневих енергетичних рівнів зменшує вплив адсорбційних процесів на РВЕ, щопідвищує точність і відтворюваність результатів вимірів. Застосуванняультрафіолетового опромінення у процесі вимірів дозволяє вивчати залежність РВЕсаме від деформаційних процесів. Похибка вимірів РВЕ не перевищувала 1 меВ.
Дослідженнявнутрішніх напружень і параметрів кристалічної структури здійснювались задопомогою рентгенівського дифрактометра ДРОН-3М. Було досягнуто збільшенняграничного можливого подвійного кута Вульфа-Брегга до 177,60 за рахунок зміниположення детектора розсіяного випромінювання і застосування нової колімуючоїсистеми. Похибка виміру макроскопічних напружень, яка була розрахована дляробочих значень кутів досліджуваних об'єктів при використанні монохроматичногоKb випромінювання, зменшилася приблизно в10 разів. Для визначення мікроскопічних напружень і розміру блоків кристалічноїмозаїки був використаний метод гармонічного аналізу форми рентгенівських ліній.Оскільки для розрахунку залишкових макронапружень необхідні дані про пружніконстанти, був розроблений рентгенодифрактометричний метод визначення модуляЮнга і коефіцієнта Пуассона приповерхневої області металів, оснований навимірюванні деформації при іспитах зразків прямокутного перерізу натрьохточковий згин. Розроблені і виготовлені установки для електроімпульсної(ЕІО) і магнітно-абразивної (МАО) обробки зразків і деталей. Для одержаннядостовірних даних при побудові графіків, використовувалася статистична обробкарезультатів вимірів.
Об'єктомдосліджень у даній роботі були матеріали, які відносяться до трьох різнихкласів: алюміній (99,99 %); сплави на основі титана марок ВТ3-1, ВТ8 і ВТ9;жароміцні сталі марок ЕП866 (15Х16К5Н2МВФАБ), ЕП499 (15Х16Н2АМ), ЕІ698ХН73БТЮ), жароміцний ливарний сплав на нікелевій основі марки ЖС6К(ХН67ДО5В5М4ЗЮ6). Вибір алюмінію обумовлений значною величиною КРП, щозменшувало відносну похибку вимірів і давало можливість порівнювати одержанірезультати з літературними даними. При вивченні контактних деформацій і зносувикористовувалися зразки міді і сплави системи Fe-C-B.
2. Зміни РВЕ на поверхні металів при деформуванні
Використанняметоду сканування по всій поверхні зразка при механічних випробуванняхдозволило одержати обґрунтовану інформацію про механізми зарядової перебудовиповерхні. Методика дослідження полягала в одновісному деформуванні зразків зполікристалічного алюмінію з постійною швидкістю з одночасним виміром РВЕ вконтрольованих точках поверхні. Перехід до стадії пластичного деформуваннявикликає характерне зменшення РВЕ. При цьому більшому ступеню деформації вробочій області зразка відповідає більша зміна РВЕ. На різних стадіяхдеформування навантаження припинялося і вимірювався розподіл РВЕ уздовж обранихліній робочої поверхні зразків.
Характернакрива зміни напруження σ із підвищенням ступеня деформації і відповіднізначення роботи виходу Ф представлено на рис.2. Видно, що плавному зростаннюрозтягуючого напруження, відповідає падіння РВЕ. Навпаки, релаксація напруженьприводить до зростання РВЕ. В області пластичного деформування було виявленозміну РВЕ, викликану релаксаційними процесами (відпочинок зразка) при вимиканнірозтягуючого пристрою.
Наоснові експериментальних даних встановлено, що має місце як швидка релаксаціяРВЕ порядку 0,02 еВ між послідовними навантаженнями, так і повільна релаксаціяпорядку 0,1 еВ, реалізована протягом 12¸15годин без зняття навантаження. Важливо відзначити існування граничного значенняРВЕ. Починаючи з деякої деформації e = 0,05, величина РВЕ істотно незменшується, рис.3.
Упроцесі відпочинку “енергетичний деформаційний рельєф” частково згладжується.При повторних вимірах РВЕ після відносно великих проміжків часу, спостерігавсяхарактерний зсув кривої розподілу як цілого. Як показали додаткові дослідження,за зміну геометрії кривих розподілу РВЕ по поверхні відповідають структурніпроцеси, а зсув кривих обумовлений адсорбційними перебудовами під впливомзовнішнього середовища.
Результатидослідження закономірностей зміни роботи виходу Φ по поверхні пластичнодеформованих металів дозволили одержати такий вираз для зміни РВЕ:
/>, (1)
деα — безрозмірний параметр деформування; e — відносна деформація; e0 — відносна деформація, що відповідає початку пластичної течії матеріалу.
Елементарнийакт пластичної деформації, як відомо, пов'язаний з виходом на вільну поверхнюдислокаційної моноатомної сходинки. Вже в об`ємі кристалу перерозподілелектронів навколо дислокації приводить до утворення електричного дипольногомоменту. Таким чином, можна говорити про перенос дислокаційних диполів навільну поверхню при деформуванні. При виході на поверхню дислокація не тількизберігає свій дипольний момент, але і збільшує його за рахунок зниження ефектуекранування електронів провідності. З іншого боку, відома залежність РВЕ відгустини моноатомних сходинок на поверхні кристала [1]:
/>, (2)
деP — дипольний момент на одиницю довжини поверхневої сходинки; n — густинасходинок; q — заряд електрона; ε0 — електрична стала. Результатирозрахунку за формулами (1) і (2) лінійної густини диполів в залежності віддеформації збігаються за величиною з густиною тонких слідів ковзання длядеформованого алюмінію за даними електронної мікроскопії. При дослідженнідеформаційних процесів методом РВЕ важливим моментом є те, що фіксуєтьсякінетика виходу дислокацій на вільну поверхню металу. Початкова ділянка зміниРВЕ при пластичній деформації визначається формуванням смуг ковзання. Коли ж восновному смуги ковзання визначені і локалізовані, пластичне деформуваннявизначається рухом дислокацій по вже сформованим лініям ковзання і утвореннянових дислокаційних диполів практично не відбувається. В результаті, РВЕвиходить на насичення і при подальшому деформуванні не змінюється.
Уцьому ж розділі дисертації на основі методу функціонала електронної густинирозглянуті теоретичні уявлення про залежність РВЕ від деформації металів.Автором запропонована нова самоузгоджена розрахункова схема. При її розробці вмодель “желе” були введені поправки. Ці поправки пов'язані з дискретністюрозподілу позитивного заряду та враховують вплив релаксації іонних площинпоблизу поверхні кристала на електронний розподіл на границі металу, а такожвплив діелектричного середовища, що граничить з поверхнею металу. Задачарозв`язувалась визначенням мінімуму поверхневої енергії σ як функціоналадвох варіаційних параметрів β і λ:
/>, (3)
де1/β — являє собою характерну товщину поверхневого шару поблизу границіметалу, на якій різко змінюється електронна густина; λ — зсув поверхневоїгустини іонів відносно об'ємного положення. При розрахунку були використаніпробні функції розподілу електронної густини на границі металу у вигляді:
/> (4)
Значеннярелаксаційних параметрів β і λ, що відповідають мінімуму поверхневоїенергії, надалі використовувались для розрахунку роботи виходу:
/>. (5)
ТутФ0 — складова РВЕ в моделі “желе”; Ф1 — псевдопотенціальний внесок у РВЕ зурахуванням релаксації гратки. У розглянутій моделі вплив деформації на РВЕвраховувався зміною об`єму елементарної комірки та параметром псевдопотенціалу.
Загальноюособливістю кривих є збільшення РВЕ з ростом пружної деформації, щопогоджується з результатами експериментальних досліджень. Аналіз деформаційноїзалежності РВЕ для різних кристалографічних площин алюмінію свідчить про те, щозростання РВЕ визначається зміною як об'ємної складової РВЕ, так і поверхневої.Як видно із рис.4, нехтування гратковою релаксацією, приводить до істотно іншоїдеформаційної залежності РВЕ, але зберігається основна тенденція зростання РВЕ.Насамперед, це проявляється в нелінійності кривих, одержаних із врахуваннямрелаксації.
Розрахункитакож показали, що пружне деформування кристалічних ґраток приводить до більшповільного зменшення електронної густини за межею металу. При цьомудіелектричне середовище додатково знижує цю величину. Вплив середовища полягаєу “витягуванні” електронів з металу, а відповідно до приведених розрахунків, урезультаті деформування ще більша кількість електронів переходить з металу вдіелектричне середовище. Те, що поверхня при цьому стає більш негативнозарядженою, прямо свідчить про збільшення РВЕ.
Роботавиходу є чутливим індикатором структурної перебудови на поверхні металу.Оскільки експериментально розподіл РВЕ вимірюється для реальних металевихповерхонь, то в теоретичних моделях необхідно враховувати мікроскопічніповерхневі дефекти на атомному рівні. Зміни РВЕ, викликані структурниминеоднорідностями на металевій поверхні, найбільш просто і правильно описуємодель взаємозв'язку РВЕ із електровід`ємністю атомів [2]. На основі уявленьпро нейтральну орбітальну електровід`ємність (НОЕ), пропонується новий методрозрахунку РВЕ в залежності від параметрів пружно-пластичного деформування.Об'ємна частина РВЕ залежить від енергії Фермі даного металу і дуже слабозмінюється при деформуванні. Поверхнева складова РВЕ може зазнавати значнихзмін при деформаціях, тому що вона визначається локальними поверхневимистрибками потенціалів, варіації яких залежать від мікрогеометрії і координаціїповерхневих атомів. Визначення мікрогеометрії деформуємої поверхні ікоординації поверхневих атомів стало можливим на основі останніх досягнень скануючоїтунельної мікроскопії [3]. Виявлено, що деформаційні процеси на поверхнівизначаються формуванням і еволюцією нанодефектів. Ці нанометричні дефектимають форму призм різних розмірів, стінки яких утворюються за рахунок виходу наповерхню дислокацій по площинам легкого ковзання. Утворення дислокаційнихсходинок на поверхні змінює електростатичний поверхневий бар'єр і, відповідно,РВЕ.
Длямоделювання задавалися значення відносної деформації. При цьому різнікристалографічні площини відрізняються кількістю розірваних зв'язків длянайближчих і наступних сусідів. З урахуванням перерозподілу заряду при пружномудеформуванні подвійного електричного шару, було отримано вираз для розрахункуРВЕ:
/>. (6)
Тут />; (Vn- i) і (Vnn — j) являютьсобою кількість зв'язків зовнішнього атома з найближчими і наступними сусідамивідповідно; na і nb – число електронів, що приймають участь у зв'язку атома знайближчими і наступними сусідами; ra — атомний радіус даного елемента; R1, R2– відстані до найближчих і наступних сусідів. Таким чином, задаючи значеннярозірваних зв'язків з найближчими сусідами i та наступними сусідами j, можнарозрахувати РВЕ для різних кристалографічних площин за формулою (6).Експериментальна залежність РВЕ в області пружного деформування була отриманадля полікристалічних зразків алюмінію чистотою 99,99 % на повітрі методом КРП.Із рис. 5 видно, що найбільш щільно упакована площина (111) дає найбільшезростання РВЕ. Розрахунок для міді дає аналогічні результати (при деформації 5% збільшення РВЕ складає (7¸8) меВ), що відповідає нашим експериментам і літературним даним.
З метою оцінки можливостей розробленої фізичноїмоделі був виконаний розрахунок залежності РВЕ від часу випробування наодномірне розтягування міді при трьох різних швидкостях деформування, рис.5.Розрахунок проведено з урахуванням кінетики формування ансамблів нанодефектів впроцесі пластичного деформування. У програму обчислень була закладена часоваосциляція концентрації нанодефектів.
Було виявлено, що падіння РВЕ при пластичномудеформуванні в основному визначається формуванням поверхневих дефектів першогорангу [3]. Осцилюючий характер еволюції поверхневих дефектів і вихід на платозмін РВЕ, що експериментально спостерігається, при граничних пластичнихдеформаціях викликає необхідність врахування впливу дефектів 2, 3 і 4 рангів.Вплив останніх на РВЕ виявляється в компенсації приросту РВЕ, викликаногозменшенням кількості дефектів 1 рангу. Порівняння розрахункових значень ізекспериментальними даними показало гарну відповідність.
3. Дослідження структурних змін і зарядового рельєфуповерхні при втомі металевих матеріалів
Проведені виміризначень РВЕ в осьових напрямках зразків, що випробовувалися знакозмінниминапруженнями по консольному типу. Дослідження процесу втоми дозволило впершезробити висновок про існування двох основних стадій структурних змін вкристалічних ґратках поверхневого шару металів: початкова стадія зворотнихструктурних перебудов, коли величина РВЕ для даної точки поверхні періодичнозменшується і збільшується, коливаючись поблизу деякого середнього значення;друга стадія незворотних структурних змін в поверхневому шарі, коли РВЕ в данійточці монотонно зменшується аж до руйнування зразка. Таким чином, на початковихстадіях впливу знакозмінних механічних напружень РВЕ осцилює поблизу деякогозначення, що свідчить про зворотність до певного часу процесу накопиченнядефектів кристалічної ґратки і про чергування процесів зміцнення — релаксаціїна цій стадії. В процесі циклічних деформацій на формування енергетичногорельєфу основний вплив має зміна структури металу. Розглядаючи тількикристалографічні фактори, можна вважати, що до зменшення РВЕ приводитьутворення на поверхні заряджених атомних сходинок. Відомо, що при циклічномунавантаженні металів активізується вакансійний механізм деформування. Тому напочатковій стадії ще можливе згладжування атомарної шорсткості за рахунокпритоку вакансій з поверхні. Якщо джерелом цих вакансій будуть підвалиниатомарних сходинок, то такий процес, у кінцевому рахунку, еквівалентний поверхневійдифузії. Це приводить до заповнення поверхневих впадин матеріалом поверхневихвиступів. Тоді за зростання (відновлення значень) РВЕ в період оберненихперебудов відповідає поверхнева дифузія, стимульована циклічними напруженнями.
РВЕзменшується в тих областях, де прикладені найбільші механічні напруження. Зростом числа циклів виділяються дві характерні ділянки на кривих розподілу РВЕпо поверхні. Перша пов'язана із пластичним деформуванням матеріалу поверхневогошару в зоні максимальних напружень. Важливими особливостями цієї ділянки єлокалізованість падіння РВЕ і насичення РВЕ при визначеному наробітку (припевної кількості циклів). Друга ділянка безпосередньо прилягає до першої івідповідає росту РВЕ.
Дослідженовплив проміжної відновлюючої термічної обробки на довговічність жароміцнихсталей. Отримано, що проведення відбудовного відпуску після іспитів, щоскладають 20 — 30 % середньої довговічності, є перспективним способом, якийдозволяє істотно збільшити довговічність.
Методомдифракційної електронної мікроскопії досліджені зразки зі сталі ЕП479 після випробуваняна богатоциклову втому при температурі 20 і 500 oС.Структура стали ЕП479 після загартування і відпалу являє собою мартенсит, щоскладається з пакетів рівнобіжних пластин з високою густиною дислокацій. Пограниці та усередині первинних зерен аустеніту спостерігали виділення карбідноїфази. Аналіз дифракційних картин і темнопольного зображення показав, що це часткитипу Ме23C 6,розміром 0,2 — 0,5 мкм. Спостерігалася фрагментація мартенситних пластин.Виявлено, що під дією циклічного навантаження відбувається взаємодія дислокаційз утворенням субзернистої структури. Напружений стан поблизу границьзбільшується скупченням дислокацій. Підгорнуті до границь дислокації створюютьлокальну концентрацію напруг, що може бути провісником утвореннясубмікротріщин. Перешкодою для переміщення дислокацій є частки фаз, якіприсутні у сталі. Якщо усередині зерна виділення цих часток відіграютьпозитивну роль — затримують рух дислокацій до границь, то виділення карбідноїфази по границях зерен підсилюють напруженість границь, що сприяє появісубмікротріщин. Не тільки частки фаз перешкоджають переміщенню дислокацій, алей утворення субзеренної структури приводить до більш рівномірного розподілудислокацій. Знайдено, що під дією циклічного навантаження спостерігаєтьсяфрагментація мартенситних пластин у структурі сталей, взаємодія дислокацій, їхчасткова анігіляція і утворення субзернистої структури. Більшій міцності втомисталей відповідає відносно однорідна дрібна субструктура.
Якщометалевий зразок зазнає циклічних напружень, то, як відомо, відбуваєтьсягенерування дислокацій. Цей процес починається при напруженнях, які перевищуютьпевне граничне напруження τs:
/>, (7)
де μs — модуль зсуву; b — вектор Бюргерса; n — кількість дислокацій у скупченні; ρ0 — початкова густина дислокацій.Народжені дислокації під впливом зовнішніх змінних напружень рухаються в перетинаючихсистемах ковзання. Частина з них виходить на поверхню. У результаті виходудислокацій на поверхню утворюються поверхневі сходинки. Ці сходинки несутьелектричний заряд і, отже, утворюють електричні диполі. Внесок дислокаційнихдиполів приводить до зменшення РВЕ. Отримано наступне рівняння для змінигустини дислокацій в процесі випробувань матеріалу на втому:
/> (8)
де ρ — густина дислокацій; δ — коефіцієнтрозмноження дислокацій; V0 – коефіцієнт пропорційності; U0 — енергія активаціїруху дислокацій; τm·sin(ω·t) — змінне напруження; tso і tsfпочатковий і кінцевий моменти дислокаційного руху в межах напівперіодувідповідно; k — стала Больцмана; T — температура. Рівняння (8) було розв`язанечисельно за допомогою ПК для різних значень амплітуди прикладеної напруженості.Густина дислокацій у поверхневому шарі була обчислена для кожного циклу.Результати обчислень густини дислокацій для алюмінію приведено на рис. 8…
Відповідність між експериментальними точками ітеоретичною кривою задовільна. Збільшення густини дислокацій супроводжуєтьсязменшенням РВЕ. Збільшення РВЕ через збільшення густини сходинок може бутипредставлено формулою (2). Тоді, густина формування сходинок за циклвизначається густиною дислокацій і швидкістю їх руху:
/> (9)
Із експериментальних даних залежності РВЕ відкількості циклів наробки при випробуваннях алюмінію на знакозмінний згин булоотримано dn/dN=318 сходинок × цикл-1 × см-2, що узгоджується злітературними даними
4. Закономірності формування енергетичного рельєфуметалевої поверхні при контактних взаємодіях і при механічній обробці
Уроботі було досліджено залежність контактної провідності 1/R від величининавантаження N у процесі навантаження і розвантаження контактного з'єднання. Такожпоказані залежності, отримані при кінетичному індентуванні різних ділянокповерхні зразка з міді марки М1 за різними режимами навантаження (статичне –“С”; із впливом вібрації – “Д”) і для двох поверхонь: вихідної – “1” і “2” –поверхні, що зазнали стиску за межею течії. На основі регресійного аналізувстановлено, що отримані залежності /> апроксимуються показниковоюфункцією з показником степеня в інтервалі від 0,42 до 0,59. З експериментальнообумовленої залежності контактної провідності від контактного навантаження можебути визначено компонент відношення збільшення контактної провідності до змінинавантаження на контактне з'єднання />, обумовлений тільки збільшеннямчисла мікровиступів шорсткості. Ця величина визначається на основі параметрівлінійної регресії ділянок залежності /> до /> і після /> її перегину
/>
іхарактеризує вплив профілю опорної кривої шорсткуватої поверхні на величинуфактичної площини контакту (ФПК). При індентуванні поверхні, зміцненоїпопереднім плоским стиском, злам залежностей не спостерігається. Такеповодження можна пояснити тим, що при індентуванні не зміцненої поверхні донастання пластичного насичення на зростання ФПК істотньо впливає деформаціямікровиступів шорсткості.
Післядосягнення пластичного насичення ФПК росте завдяки збільшенню контурної площі.У присутності вібрації на вихідній поверхні швидкість росту ФПК і контактноїпровідності істотно збільшується. В умовах циклічного навантаження відбуваєтьсязнеміцнення матеріалу, зумовлене підвищеною рухливістю дислокацій поблизуповерхні. При індентуванні з накладенням вібрації в контактній зоні кінетикаконтактних деформацій визначається, очевидно, конкуренцією процесів зміцнення ізнеміцнення. У випадку ж наявності залишкових напружень на вершинахмікровиступів шорсткості на ріст ФПК переважний вплив має збільшення контурноїплощі на всьому протязі контактного навантаження. Нелінійний характер ФПК віднавантаження в цьому випадку обумовлений зміцненням нижчих шарів. Відсутністьпомітного впливу вібрації на нахил залежності /> для зміцненої поверхні свідчитьпро те, що знеміцнення, яке викликане циклічним навантаженням, відбуваєтьсятільки на вершинах мікровиступів, і його кількісна характеристика залежить відвеличини залишкових напружень на контактуючих ділянках.
Рентгеноструктурне дослідженнявихідної поверхні і після деформування стисканням, виявило наявність на ниходнакових стискуючих залишкових напружень σ = -180 МПа, обумовленихтехнологічною передісторією матеріалу зразків. Як відзначалося вище,залежності, отримані при кінетичному індентуванні, свідчать про розходженнязалишкових напружень у поверхневому шарі. Це протиріччя викликане тим, щододаткові напруження зосереджені, головним чином, у вершинах мікровиступівшорсткості, у той же час рентгенівську дифракцію одержано від більш товстогошару (близько 100 мкм). З приведених даних випливає, що зміна КЕО прикінетичному макроіндентуванні відчутна до величини залишкових напружень утонкому приповерхньому шарі, а саме, до інтегральної мікротвердостішорсткуватого шару — параметру, що безпосередньо визначає кінетику контактноївзаємодії. У процесі поступового зняття навантаження відбувається пружневідновлення області контактного деформування. Тому дослід розвантаженнястановить інтерес для визначення пружних властивостей матеріалу і легшепіддається теоретичному опису. Із рішення задачі Герца для пружного зіткненнядвох тіл нами був отриманий вираз для ФПК і контактної провідності, у якому цівеличини пропорційні N1/2. При розгляді залежності /> була встановлена наявність двохлінійних ділянок. Розвантаження при кінетичному макроіндентуванні дозволяєодержувати дані про пружні характеристики деформованих мікровиступів шорсткостіі більш глибокого підповерхневого шару.
Як показали проведені нами дослідження, значеннямаксимальних змін РВЕ при контактних деформаціях і при деформуванні за схемоюрозтягування-стискання для тих самих металів збігаються. Розглянемо характернізакономірності змін РВЕ, що були викликані обробкою алюмінію шліфуванням.Підготовка зразків полягала в поліруванні поверхні і наступному відпалі увакуумі при температурі (250 ± 3) 0С протягом чотирьох годин. Потім на п'ятьохділянках зразка поверхня шліфувалася шкірками різної зернистості. Відповіднізначення Ra(мкм) складали:1-1,5; 2-0,9; 3-0,45;4-0,21;5-0,075. Було виявлено,що перехід від більш грубого до більш дрібного шліфування супроводжуєтьсязменшенням РВЕ (ділянки 1,2 і 3), рис.10. Подальше зменшення параметрашорсткості поверхні приводить до зростання РВЕ (ділянки 4 і 5). Ділянка 3відповідає змінам, що гранично досягаються РВЕ при пластичному деформуванніалюмінію. Зростання РВЕ пов'язане із зміною характеру поверхневого деформуванняпри тонкому шліфуванні. Також було виявлено, що і релаксаційні процесирозвиваються по-різному для ділянок з різним шліфуванням. Для перших двохділянок з відносно грубим геометричним рельєфом спостерігалось швидкевідновлення вихідних параметрів енергетичного рельєфу. На ділянках 3 ¸ 5встановлювалися значно менші порівняно з вихідними значеннями РВЕ. Можнаприпустити, що при грубому шліфуванні енергетичний рельєф поверхні швидковідновлюється, а при тонкому шліфуванні (поліруванні) створюється новийенергетичний стан поверхні.
Послідовнешліфування металевої поверхні наждаковими шкурками різної зернистості приводитьдо циклічних змін в енергетичному розподілі РВЕ на поверхні. Зміни РВЕ приповерхневій обробці визначаються як величиною деформації, так і параметрамиатомарній шорсткості. Підвищена густина дефектів у поверхневому шарідеформованих металів приводить до зниження рівня Фермі. В результаті вирівнюванняхімічного потенціалу у всьому об`єму металу до поверхні стікаються електрони,тому у приповерхневій області створюється надлишковий від`ємний заряд.Внаслідок нерівномірності процесу деформування відбувається відповіднеутворення “острівців” від`ємного заряду. Розглянута взаємодія електронної ііонної підсистем дає можливість простежити кінетику розподілу деформаційнихпроцесів на поверхні за зміною розподілу РВЕ. Спостерігається зменшення РВЕ насамій доріжці тертя для всіх трьох розглянутих матеріалів. Ширина доріжки тертявизначається шириною спадів на кривих розподілу РВЕ, а відстані між спадами РВЕвідповідають діаметру кільцевої доріжки тертя. Виміри залежності РВЕ від часувипробування на тертя показали, що на початку РВЕ значно зменшується, а з часомпісля приробки перестає змінюватися. Експериментальні дані дозволяють зробитивисновок, що існує відповідність між зміною величини РВЕ і параметрамиструктури приповерхневого шару металу, що характеризують сталий для даних умоврежим тертя.
У даній роботі було також вивчено можливістьекспресної оцінки зносостійкості металів за розподілом РВЕ по поверхні. Зразкиоднакового хімічного складу зазнавали випробування на абразивне зношення і натертя з наступним виміром розподілу РВЕ впоперек доріжки тертя. Виявлено, щобільшому зношенню зразків відповідає більше зменшення РВЕ. Сплав, що містить(%) 2,0 C + 18,0 Cr + 2,0 B, показав найбільший опір абразивному зносу.Коефіцієнт кореляції між РВЕ і параметрами зносу дорівнював 0,92, що свідчитьпро високий ступінь відповідності між цими величинами. Використання методувиміру розподілу РВЕ впоперек доріжки тертя дає можливість проводити відноснуоцінку схильності різних металів до абразивного зносу.
Одним з ефективних методів дослідження механічнихвластивостей приповерхневих шарів металів є індентування. На наступному етапіроботи ставилася задача дослідити закономірності розподілу КРП приіндентуванні, закономірності формування енергетичного рельєфу та еволюції цьогорельєфу з часом. Для усіх відбитків сферичного індентора спостерігаласяхарактерна деформаційна зона, що відповідає ділянці поверхні контакту, рис.12.Діаметри відбитків, виміряні оптичним методом, відповідають ширині кривихрозподілу КРП на рівні половини висоти. Отже, зміна КРП пов’язана з пластичноюдеформацією поверхні зі фактичною площею контакту. Тому, останню можна більшточно визначити за поверхневим розподілом КРП. В усіх проведених експериментахмаксимальна величина КРП на поверхні контактної ділянці не перевищувала 1,15 В,у той же час в процесі пластичного деформування розтягуванням для алюмініюреєструється величина КРП до 1,25 В. Це означає, що густина дислокацій, щовийшли на поверхню, при деформуванні в умовах контактуючих поверхонь менша ніжна вільній поверхні. Комплексний підхід у вивченні фізичних властивостейприповерхневих шарів металів означає вимір енергетичних, силових і структурнихпараметрів матеріалу. Отримані методом кінетичного індентування значенняактиваційного об`єму зразків дозволили пояснити структурні зміни в результатірізних поверхневих зміцнюючих обробок, таблиця 1. Глибина впровадженняіндентора в матеріал поверхневого шару складала ~ 0,1 мм. Це означає, щодосліджувався зміцнений обробкою приповерхневий шар. Стискуючі залишковімакронапруження в приповерхневому шарі зразків обумовлені збільшенням густинидислокацій та розвитком дислокаційної структури.
Як наслідокцього спостерігається кореляція між величиною залишкових макронапружень іактиваційним об`ємом. Зростанню стискуючих напружень відповідає зменшення величиниактиваційного об`єму. Показано, що контактні напруження з ростом деформаціїзбільшуються, виходячи на плато, що відповідає границі плинності сплаву. Хідкривих дозволяє виявити особливості пружно-пластичної деформації матеріалу взалежності від обробки. На підставі отриманих даних, наприклад, можнарекомендувати віброамплітудне шліфування і полірування для збільшення опоруконтактним деформаціям.
Таблиця1
Деякіхарактеристики матеріалу приповерхневого шару зразків з сплаву титана ВТ3-1після різних видів поверхневої обробки.№ серії
Модуль
Юнга, E, ГПа Залишкові макронапруження, σ, МПа
Активаційний
об`єм,V*,10-8, м3 A 118 -594 4, 99 B 90 -460 6, 02 C 99 -200 8, 41
Примітка: A –віброамплітудне шліфування і полірування, 30 хв.; B – обробка сталевимикульками діаметром 1,9 мм в ультразвуковому полі, 3 хв; C – віброамплітуднезміцнення керамічними гранулами діаметром 1,9 мм.
Розділ6. Зміни приповерхневої структури металів під впливом електроімпульсної тамагнітно-абразивної обробок. У даному розділі дисертації описано результатидосліджень впливу потужних імпульсів електричного струму і магнітно-абразивноїобробки на механічні властивості поверхневого шару металів. Через зразкипропускався розряд конденсаторної батареї ємністю 200 мкФ. Тривалість розрядускладала 50 мкс. Максимальна зареєстрована термопарою температура знаходилася вінтервалі 350¸520 0К. Післяелектроімпульсної обробки (ЕІО) зразки випробовувалися на втому, а такождосліджувалися з використанням рентгеноструктурного аналізу. Визначалися таківеличини: макроскопічні залишкові поверхневі напруження σ; мікроскопічнідеформації />;розмір блоків мозаїки D. Результати, отримані для сплаву титана ВТ3, наведено втаблиці 2. Із таблиці 2 видно, що електроімпульсна обробка підвищує опір втомив 1,25¸1,50 разів. Макроскопічні напруженнязменшуються по абсолютній величині, а мікронапруження зростають. Структурнийстан поверхні після ЕІО стає більш однорідним. У роботі зроблений висновок, щоЕІО є способом “прицільного лікування” дефектів кристалічних ґраток іефективним новим методом поліпшення міцності втоми сплавів.
Таблиця2
Довговічність,залишкові напруження і параметри мікроструктури до і після ЕІО сплаву маркиВТ3-1. t – час попереднього зміцнення (УЗО).t, с N, 107 циклів σ, МПа
/> , 10-3 D, нм до ЕІО до ЕІО до ЕІО до ЕІО 300 2,5±1,2 3,8±0,5 -466 -311 1,5 2,6 12,4 10,5 600 3,5±0,9 3,6±0,6 -594 -437 1,2 2,4 12,3 9,2 900 2,9±1,3 3,7±0,7 -648 -447 1,5 2,0 15,0 11,8
Проходженняелектричних імпульсів через метал супроводжується відділенням теплової енергії.Оскільки будь-які дефектні області кристалу мають більш високий опірелектричному струму, теплова енергія в основному виділяється в цих областях. Цядодаткова енергія сприяє переходу дефектних зон у рівноважний стан. Такимчином, дія імпульсів електричного струму специфічна локалізацією виділеннятеплової енергії. Автором запропонована і розглянута фізична модель еволюціїпари точкових дефектів у зоні локального розігріву кристалу. Загальна енергіясистеми атомів представлена у вигляді:
/> (10)
деVR(rij) – потенціал парної взаємодії атомів і та j, відстань між якими rij;f(ni) – функція “занурення” атома i в електронну підсистему густиною ni. Підсумовуванняпроводиться за всіма парами атомів моделі і по всіма атомами i.Використовувалися рівняння багаточасткового неадитивного потенціалу з числовимизначеннями параметрів для кристала нікелю, записані у вигляді полінома длякожної пари взаємодіючих атомів. Рівняння враховує найближче оточення шляхомпідсумовування поліноміальних функцій. Розглядалася кінетика взаємодії паривакансія – міжвузловий атом. Моделювання на ЕОМ теплового імпульсу,створюваного електричним струмом, полягало в додаванні всім атомам, що оточуютьдану пару точкових дефектів ґратки, швидкостей за розподілом Гауса для трьохвипадків миттєвих максимальних температур у термічному піку: 2000, 1500 і 10000К. Після виникнення температурного піка кристал релаксував протягом 12 пс. Прицьому спостерігалися інтенсивні переміщення атомів поблизу області дефектів.При температурі 1000 0К, наприклад, число атомних переміщень у напрямку,перпендикулярному поверхні, складає 94 % від загального числа переміщень.Встановлено значну роль полів пружних напружень дефектів ґратки при їхнійрекомбінації. Показано, що термічний пік навіть із відносно не дуже високоюмаксимальною температурою здатний “заліковувати” області кристала з дефектамитипу вакансія — міжвузловий атом.
Виходячиз того, що механічні властивості поверхневого шару визначаються взаємозв'язкомпараметрів мікрогеометрії і напружено-деформованного стану матеріалуприповерхневого шару, в роботі вирішувалась задача дослідження закономірностейформування залишкових напружень поблизу поверхні при магніто — абразивноїобробці. На рівні винаходу в даній роботі вперше встановлено, щомагнітно-абразивна обробка металів і сплавів у робочому середовищі, щоскладається із суміші магнітно — абразивного порошку і феромагнітних тіл, єефективним новим методом одночасного полірування і підвищення міцності сплавів(приблизно в 1,5 рази).
Висновки
1.Вперше систематично виміряні розподіл роботи виходу електрона по поверхні алюмініюі сталей у процесі розтягування з постійною швидкістю. Отримано новіекспериментальні підтвердження того, що в пружній області спостерігаєтьсязростання РВЕ, а в пластичній відбувається падіння РВЕ. Експериментальновстановлено, що зменшення РВЕ визначається ступенем пластичного деформування із його зростанням зміна РВЕ досягає граничного значення і насичення, післяякого настає руйнування. Показано що, залежність РВЕ від ступеня деформаціїможе бути описана аналогічно аналітичній залежності РВЕ від концентраціїатомів, що адсорбуються на поверхні. Отримані при цьому значення густини лінійковзання дислокацій, що вийшли на поверхню, добре узгоджуються з данимиелектронної мікроскопії.
2.Запропоновано фізичну модель, яка дозволяє кількісно оцінити РВЕ длядеформованих металів. Вперше розроблено розрахункову схему, яка враховуєнаступні поправки до моделі “желе”: дискретність розподілу позитивного заряду;вплив релаксації іонних площин поблизу поверхні кристала на електроннийрозподіл; вплив діелектричного середовища, що граничить з поверхнею металу.Дані проведених розрахунків задовільно узгоджуються з експериментом.
3.Вперше розроблено модель розрахунку РВЕ для неідеальної поверхні металів вумовах їх пружного і пластичного деформування. Модель побудована на основіуявлень про взаємозв'язок РВЕ і електровід¢ємностіатомів з урахуванням формування нанодефектів на поверхні. Обчислення, проведенідля алюмінію і міді, показали задовільну збіжність з експериментальними даними.
4.Вивчено залежності РВЕ від розвитку фізичних процесів втоми алюмінію,жароміцних сталей і сплавів на основі титана. Проведені виміри значень РВЕ восьових напрямках зразків, що зазнавали знакозмінних напружень. Впершеотримано, що на початкових стадіях випробувань РВЕ осцилює поблизу деякогозначення, що свідчить про зворотність на цих стадіях процесів накопиченняушкоджень втоми і про зміну процесів зміцнення і релаксації, тобто процесівнакопичення і анігіляції дефектів кристалічної структури. На наступній стадіївпливу прикладених знакозмінних механічних напружень відбувається незворотненакопичення дефектів, розвиток процесів порушення неперервності кристалічноїструктури і руйнування. Встановлено, що в результаті структурних змін, якіпоступово підготовлюють зародження тріщин втоми, РВЕ зменшується. У зоні появимайбутньої тріщини криві розподілу РВЕ по поверхні мають характерний “деформаційний”провал.
5.На основі встановленого фізичного механізму явищ запропоновано кількісну моделькінетики структурних перетворень на поверхні металів у процесі втоми, якавключає рух деформаційних дислокацій по площинах ковзання, вихід дислокацій наповерхню і появу атомних заряджених сходинок, що і є причиною зниження РВЕ. Звикористанням розробленої моделі і виведених рівнянь виконані кількісні оцінкипараметрів структурних та енергетичних змін на поверхні металів.
6.Вивчено вплив проміжної термічної обробки на міцність втоми досліджуванихсталей. Знайдено, що проведення відновлювального відпуску після випробувань,які складають 20 — 30 % середньої довговічності, є перспективним способом, щодозволяє істотно збільшити опір втоми. Вакуумна термообробка приводить дозменшення значень РВЕ на поверхні зразка в середньому на 100...120 мэВ. Відпускзразків, проведений після механічної обробки (виготовлення), викликає різкезбільшення величини РВЕ і істотне зменшення розкиду її значень.
7.Методом дифракційної електронної мікроскопії знайдено, що під дією циклічногонавантаження спостерігається фрагментація мартенситних пластин у структурівисоколегованих сталей, взаємодія дислокацій, їх часткова анігіляція іутворення субзернистої структури. Більшій втомній міцності сталей відповідаєвідносно однорідна дрібна субструктура.
8.Експериментально встановлено і доведено, що контактна деформація індентуваннямі процес тертя супроводжуються зменшенням РВЕ в зоні відбитка від індентора іна доріжці тертя. Виявлено, що РВЕ чутлива до стану і типу структуриповерхневого шару і може використовуватися при вивченні явищ контактноївзаємодії металів. Послідовне шліфування металевої поверхні наждаковими шкуркамирізної зернистості приводить до циклічних змін в енергетичному розподілі РВЕ поповерхні. Для усіх видів шліфувань спостерігається граничне значення РВЕ. Іззменшенням параметра шорсткості РВЕ зростає. Величина градієнта РВЕ по поверхнізалежить від ступеня локальної залишкової деформації. З часом енергетичнийрельєф релаксує. Виявлено вплив окисного процесу при деформуванні металевихповерхонь; із збільшенням товщини окисних плівок спостерігається ріст РВЕ.Потенційний рельєф поверхні обумовлений нерівномірністю розподілу залишковихнапружень в матеріалі, а також товщиною і складом поверхневих плівок.
9.Розроблено новий метод, що полягає у швидкій оцінці відносної зносостійкостіметалів на основі проведення економічних, екологічно чистих і простих повиконанню випробувань на тертя з наступним виміром розподілу РВЕ вздовж доріжоктертя. Розподіл РВЕ по поверхні безпосередньо пов'язаний з розподіломповерхневої енергії. Вимірювання РВЕ може бути використане для дослідженняфізичних закономірностей опору металів тертю і зносу.
10.Встановлено, що електроімпульсна обробка приводить до збільшення довговічностіметалів при випробуваннях на багатоциклову втому. Вплив обробки імпульснимструмом проявляється у зниженні рівня залишкових макронапружень у приповерхневомушарі, зменшенні блоків мозаїки і росту мікронапружень. Вплив імпульсної обробкина структуру проявляється значної мірою для більш розвинутої дефектноїструктури.
11.У рамках молекулярно-динамічного моделювання показано, що термічний пік навітьз не дуже високою максимальною температурою (~1000 0К) здатний “заліковувати”області кристала з дефектами типу вакансія — міжвузловий атом. Термічніколивання атомів активують процес рекомбінації дефектів, в той час якнаправлено-орієнтуючий вплив здійснюється пружним полем, обумовленим дефектами.Імовірність переміщення міжвузлових атомів у напрямку до вакансій прирекомбінації відповідних дефектів у значній мірі визначається пружними полями ітому слабко змінюється з ростом температури. Зменшення кількості дефектів можедосягатися короткочасними (~10-12–10-11 с) просторово локальними (порядкунанорозмірних) тепловими впливами (піками) з максимальною миттєвою температурою~1000 0К і випадковим розподілом напрямків швидкостей атомів у тепловому піку.При цьому навколишні області атомних структур залишаються неушкодженими, тодіяк при максимальних миттєвих температурах ~2000 0К спостерігається утвореннянових дефектів, особливо поблизу вільної поверхні модельного кристала.
12.Розроблено оригінальні експериментальні установки для випробувань на одновіснерозтягування, втому, кінетичне індентування, для випробувань на тертя і знос.Здійснені пристрої, що призначені для зміцнення поверхні металевих тіл звикористанням електроімпульсного впливу і магнітно-абразивної обробки.Удосконалено методику виміру КРП, на основі аналізу залежності контактноїрізниці потенціалів від напруги компенсації з використанням одночаснокомп'ютерної обробки результатів вимірів.
Література
1.Лоскутов С.В., Левитин В.В., Серпецкий Б.А. О влиянии поверхностныхорганических плёнок на результаты рентгенодифрактометрического анализанапряжений в металлах // Нові матеріали і технології в металургії тамашинобудуванні.– 1997.– № 1–2.– С.72 – 74.
2.Левитин В. В., Лоскутов С. В., Серпецкий Б. А. Исследование замковых соединенийлопаток и дисков газотурбинных двигателей с применением резистометрии // Новіматеріали і технології в металургії та машинобудуванні.- 1997.- № 1-2.- С.70-72.
3.Лоскутов С. В., Левитин В. В. О кинетике энергетического состоянияметаллической поверхности в процессе усталостного деформирования // Новыеконструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надёжности идолговечности. — Сб. научн. тр. ЗГТУ. — Запорожье, 1998.- С. 37 — 38.
4.Серпецкий Б. А., Лоскутов С. В., Левитин В. В., Манько В. К. Повышение точностии производительности рентгенодифрактометрических измерений макроскопическихнапряжений // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. Физические методыисследования и контроля. – 1998. – 3. – С. 28 –30.
5.Лоскутов С. В. Влияние пластической деформации на работу выхода электронов валюминии // Физика металлов и металловедение. – 1998.– 86, № 2.– С. 61 – 66.
6.Лоскутов С. В. Закономерности распределения работы выхода электрона по деформированнойповерхности металла // Известия вузов. Физика. – 1998. – 6.– С. 59 – 63.
7.Лоскутов С. В., Левитин В. В., Серпецкий Б. А. О физическом механизме развития.