ФОРМИРОВАНИЕ НАНОСЛОЕВ ЗА СЧЕТ РАЗВИТИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ НЕУСТОЙЧИВОСТЕЙ ПРИ ВНЕШНИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-10-679-687
Аннотация
С единых позиций интерпретируются экспериментально установленные закономерности формирования упрочняющих поверхностных наноструктур при различных внешних энергетических воздействиях (электровзрывном легировании, электронно-пучковой обработке, термомеханическом упрочнении проката по режиму ускоренного охлаждения, интенсивных механических воздействиях при длительной эксплуатации рельсов). Выполнено математическое моделирование формирования наноструктурных образований в результате развития неустойчивостей равновесных состояний в поверхностных слоях (неустойчивости Кельвина–Гельмгольца и Марангони), проанализированы соответствующие дисперсионные уравнения и получены аналитические зависимости декремента (α) от длины волны (λ) в микро- и нанодиапазонах. Отмечено соответствие числовых значений наблюдаемых максимумов зависимости α(λ) экспериментальным значениям параметров наноструктур и дана его физическая интерпретация.
Ключевые слова
Об авторах
В. Д. Сарычев
Сибирский государственный индустриальный университет (654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42)
Россия
к.т.н., доцент кафедры физики им. В.М. Финкеля
Россия
к.т.н., доцент кафедры физики им. В.М. Финкеля
В. Е. Громов
Сибирский государственный индустриальный университет (654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42)
Россия
д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой физики им. В.М. Финкеля
Россия
д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой физики им. В.М. Финкеля
С. А. Невский
Сибирский государственный индустриальный университет (654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42)
Россия
к.т.н., доцент кафедры физики им. В.М. Финкеля
Россия
к.т.н., доцент кафедры физики им. В.М. Финкеля
А. И. Низовский
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (630090, Россия, Новосибирск, ул. Лаврентьева, 5)
Россия
к.х.н., старший научный сотрудник
Россия
к.х.н., старший научный сотрудник
С. В. Коновалов
Сибирский государственный индустриальный университет (654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42)
Россия
д.т.н., доцент, профессор кафедры физики им. В.М. Финкеля
Россия
д.т.н., доцент, профессор кафедры физики им. В.М. Финкеля
Список литературы
1. Наноматериалы: структура, свойства и применение / А.М. Глезер, В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, Ю.П. Шаркеев. – Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2012. – 423 с.
2. Soskova N.A., Budovskikh E.A., Gromov V.E., Raikov S.V., Ivanov Y.F. Formation of dislocation-free nanostructures in metals on electroexplosive alloying // Steel in Translation. 2012. Vol. 42. No. 12. P. 820 – 822.
3. Efi mov O.Y., Yur’ev A.B., Ivanov Y.F., Gromov V.E., Piskalenko V.V. Evolution of the structural and phase states in a plasmahardened iron roller // Steel in Translation. 2012. Vol. 42. No. 6. P. 489 – 494.
4. Gromov V.E., Yur’ev A.B., Morozov K.V., Ivanov Yu.F. Microstructure of quenched rails. – Cambridge: CISP, 2016. – 225 p.
5. Шахпазов Е.Х., Глезер А.М. Перспективы применения наноматериалов в черной металлургии // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2007. № 1. С. 66 – 69.
6. Глезер А.М., Громов В.Е. Наноматериалы, созданные путем экстремальных воздействий. – Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2010. – 171 с.
7. Многофункциональные конструкционные материалы нового поколения / Под ред. В.Е. Громова. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2015. – 298 с.
8. Валиев Р.З., Еникеев Н.А., Мурашкин М.Ю., Утяшев Ф.З. Использование интенсивных пластических деформаций для получения объемных наноструктурных металлических материалов // Известия РАН. Механика твердого тела. 2012. № 4. С. 106 – 119.
9. Валиев Р.З., Рааб Г.И., Боткин А.В., Дубинина С.В. Получение ультрамелкозернистых металлов и сплавов методами интенсивной пластической деформации: новые подходы к разработке технологий // Изв. вуз. Черная металлургия. 2012. № 8. С. 44 – 47.
10. Андриевский Р.А. Металлические нано- и микростекла: новые подходы в наноструктурном материаловедении // Успехи физических наук. 2013. № 3. С. 277 – 285.
11. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 6. Гидродинамика. – М.: Наука, 1986. – 736 с.
12. Физические основы электровзрывного легирования металлов и сплавов / А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2007. – 307 с.
13. Ivanov Y.F., Budovskikh E.A., Gromov V.E., Bashchenko L.P., Soskova N.A., Raikov S.V. Formation of nanocomposite layers at the surface of VT1-0 titanium in electroexplosive carburization and electron-beam treatment // Steel in Translation. 2012. Vol. 42. No. 6. P. 499 – 501.
14. Sizov V.V., Gromov V.E., Vorob’ev S.V., Konovalov S.V., Ivanov Y.F. Fatigue failure of stainless steel after electron-beam treatment // Steel in Translation. 2012. Vol. 42. No. 6. P. 486 – 488.
15. Бащенко Л.П., Соскова Н.А., Иванов Ю.Ф. и др. Влияние электронно-пучковой обработки на структуру и микротвердость поверхности технически чистого титана ВТ1-0 после электровзрывного науглероживания // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2012. Т. 9. № 1. С. 15 – 22.
16. Будовских Е.А., Иванов Ю.Ф., Громов В.Е. и др. Структура и микротвердость поверхностных слоев технически чистого титана ВТ1-0 после электровзрывного науглероживания и последующей электронно-пучковой обработки // Авиационная промышленность. 2012. № 2. С. 44 – 48.
17. Romanov D.A., Budovskikh E.A., Zhmakin Y.D., Gromov V.E. Surface modifi cation by the EVU 60/10 electroexplosive system // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 6. P. 464 – 468.
18. Karpii S.V., Morozov M.M., Ivanov Y.F., Budovskikh E.A., Gromov V.E. Formation of nanophases in electroexplosive alloying with aluminum and boron and electron-beam treatment of titanium surfaces // Steel in Translation. 2010. Vol. 40. No. 8. P. 723 – 728.
19. Иванов Ю.Ф., Будовских Е.А., Громов В.Е. и др. Формирование градиентной структуры поверхностных слоев технически чистого титана ВТ1-0 при электровзрывном науглероживании и последующей электронно-пучковой обработке // Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. № 1. С. 59 – 63.
20. Бащенко Л.П., Иванов Ю.Ф., Будовских Е.А. Модификация структуры поверхностных слоев титана ВТ1-0 при электровзрывном карбоборировании и электронно-пучковой обработке // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. № 3. С. 68 – 70.
21. Молотков С.Г., Бащенко Л.П., Будовских Е.А., Громов В.Е. Моделирование нагрева поверхности металла при электровзрывном легировании с учетом формы теплового импульса // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. № 6. С. 44 – 46.
22. Молотков С.Г., Бащенко Л.П., Будовских Е.А., Громов В.Е. Моделирование нагрева поверхности металла, подвергнутого электровзрывному легированию, при последующей электронно-пучковой обработке // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. № 8. С. 43 – 45.
23. Сарычев В.Д., Ващук Е.С., Будовских Е.А., Громов В.Е. Образование наноразмерных структур в металлах при воздействии импульсных плазменных струй электрического взрыва // Письма в Журнал технической физики. 2010. № 14. С. 41 – 48.
24. Сарычев В.Д., Мочалов С.П., Будовских Е.А. и др. Математическое моделирование и исследование формирования конвективных структур в металлах и сплавах при воздействии импульсных многофазных плазменных струй // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 6. С. 44 – 49.
25. Молотков С.Г., Ващук Е.С., Будовских Е.А., Громов В.Е. Математическая модель формирования границы зоны электровзрывного легирования с основой металла // Изв. вуз. Черная металлургия. 2012. № 4. С. 53 – 56.
26. Грановский А.Ю., Сарычев В.Д., Громов В.Е. Модель формирования внутренних нанослоев при сдвиговых течениях материалов // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. Вып. 10. С. 155 – 158.
27. Сарычев В.Д., Грановский А.Ю., Черемушкина Е.В., Громов В.Е. Модель перемешивания слоев, созданных при электровзрывной обработке // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2013. № 4. С. 558 – 562.
28. Модификация структуры и свойств эвтектического силумина электронно-ионно-плазменной обработкой / А.П. Ласковнев, Ю.Ф. Иванов, Е.А. Петрикова и др. – Минск: Белорусская наука, 2013. – 287 с.
29. Khaimzon B.B., Sarychev V.D., Soskova N.A., Gromov V.E. Tem perature distribution produced by pulsed energy fluxes, with evaporation of the target // Steel in Translation. 2013. Vol. 43. No. 2. P. 55 – 58.
30. Sarychev V.D., Mochalov S.P., Budovskikh E.A., Vashchuk E.S., Gromov V.E. Formation of convective structures in metals and alloys under the action of pulsed multiphase plasma jets // Steel in Translation. 2010. Vol. 40. No. 6. P. 531 – 536.
31. Lee P.D., Quested P.N., McLean M. Modelling of Marangoni effects in electron beam melting // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 1998. Vol. 356. P. 1027 – 1043.
32. Zen’kovskaya S.M. Long-wave oscillatory Marangoni instability in a horizontal liquid layer // J. Appl. Math. and Mech. 2007. Vol. 71. P. 755 – 761.
33. Sarychev V.D., Nevskii S.A., Konovalov S. V., Komissarova I. A., Cheremushkina E.V. Thermocapillary model of formation of surface nanostructure in metals at electron beam treatment // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 91. No. 012028 (9 p).
34. Grishunin V.A., Gromov V.E., Konovalov S.V., Ivanov Y.F., Teresov A.D. Evolution of the phase composition and defect substructure of rail steel subjected to high-intensity electron-beam treatment // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron techniques. 2013. Vol. 7. P. 990 – 995.
35. Ефимов О.Ю., Костерев В.Б., Громов В.Е. и др. Закономерности и механизмы формирования структурно-фазовых состояний и механических свойств балочного профиля из стали 09Г2С при термомеханическом упрочнении // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2010. № 3. С. 13 – 21.
36. Belov E.G., Efimov O.Y., Ivanov Y.F., Gromov V.E., Kolubaeva Y.A. Formation of the structural and phase states in hardened castiron rollers. Part 1 // Steel in Translation. 2010. Vol. 40. No. 4. P. 322 – 324.
37. Kosterev V.B., Efimov O.Y., Ivanov Y.F., Belov E.G., Gromov V.E. Formation of gradient structure-phase states in thermome chanical hardening // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 4. P. 283 – 286.
38. Efimov О.Yu., Ivanov Yu.F., Konovalov S.V., Gromov V.E. Gradient structural-phase states in the thermostrengthened low-carbon steel reinforcement // Materials and manufacturing processes. 2011. Vol. 26. P. 144 – 146.
39. Belov E.G., Efimov O.Y., Yur’ev A.B., Ivanov Y.F., Gromov V.E. Evolution of the structural-phase state of the surface of plasmahardened rollers // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 2. P. 102 – 104.
40. Belov E.G., Poltoratskii L.M., Efimov O.Y., Konovalov S.V., Gromov V.E. Formation of structure and mechanical properties in the accelerated cooling of An H beam // Steel in Translation. 2010. Vol. 40. No. 2. P. 114 – 118.
41. Belov E.G., Kopylov I.V., Dikan’ O.V., Gromov V.E. Production of DP155 I-beams for monorail tracks // Steel in Translation. 2010. Vol. 40. No. 10. P. 873 – 875.
42. Ефимов О.Ю., Чинокалов В.Я., Юрьев А.Б. и др. Закономерности формирования структурно-фазовых состояний и механических свойств при ускоренном охлаждении двутавра // Изв. вуз. Черная металлургия. 2011. № 4. С. 16 – 19.
43. Костерев В.Б., Ефимов О.Ю., Иванов Ю.Ф. и др. Формирование градиентных структурно-фазовых состояний при термомеханическом упрочнении // Изв. вуз. Черная металлургия. 2011. № 4. С. 24 – 27.
44. Сидоренко О.Г., Федорова И.П., Демченко Е.М. и др. Виды разрушений термомеханически упрочненной высокопрочной арматуры, подверженной водородному охрупчиванию. – В кн.: Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. – Киев: Наукова думка, 1995. С. 222 – 229.
45. Сидоренко О.Г. Новые технологические решения процесса термомеханического упрочнения арматурной стали. – В кн.: Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. Вып. 3. – Киев: Наукова думка, 1999. С. 306 – 311.
46. Узлов И.Г., Сидоренко О.Г., Федорова И.П. и др. Новое в технологии управления процессом термического упрочнения арматурного проката // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2008. № 1. С. 89 – 91.
47. Большаков В.И. История развития термического упрочнения проката: монография. – Днепропетровск: ПГАСА, 2012. – 388 с.
48. Сарычев В.Д., Волошина М.С., Громов В.Е. Математическая модель генерации термоупругих волн при воздействии концентрированных потоков энергии на материалы // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2011. Т. 8. № 4. С. 71 – 77.
49. Морозов С.И., Погорелов А.И., Демченко Е.М. и др. Повышение стойкости против коррозионного растрескивания под напряжением термомеханически упрочненной арматурной стали // Сталь. 1994. № 6. С. 66 – 69.
50. Sarychev V.D., Granovskii A.Yu., Nevskii S.A., Gromov V.E. Model of formation of droplets during electric arc surfacing of functional coatings // AIP Conference Proceedings. 2016. Vol. 1698. No. 030013 (5 p).
51. Lojkowski W., Millman Y., Chugunova S.I., Goncharova I.V., Djahanbakhsh M., Bürkle G., Fecht H.-J. The mechanical properties of the nanocrystalline layer on the surface of railway tracks // Materials Science and Engineering: A. 2003. Vol. 303. No. 1-2. P. 209 – 215.
52. Ivanisenko Yu., Fecht H.J. Microstructure modifi cation in the Surface Layers of Railway Rails and Wheels: Effect of High Strain Rate Deformation // Steel tech. 2008. Vol. 3. No. 1. P. 19 – 23.
53. Ivanisenko Yu., Lojkowski W., Valiev R.Z., Fecht H.-J. The mechanism of formation of nanostructure and dissolution of cementite in a pearlitic steel during high pressure torsion // Acta Mater. 2003. Vol. 51. No. 18. P. 5555 – 5570.
54. Тарасов С.Ю., Рубцов В.Е. Сдвиговая неустойчивость в подповерхностном слое материала при трении // Физика твердого тела. 2011. Т. 53. № 2. С. 336 – 340.
55. Tarasov S., Rubtsov V., Kolubaev A. Subsurface shear instability and nanostructuring of metals in sliding // Wear. 2010. Vol. 268. No. 1. P. 59 – 66.
56. Sarychev V.D., Nevskii S.A., Granovskii A.Yu., Gromov V.E. Mathematical model of nanostructure formation in rail steel under high intensive mechanical loading // AIP Conf. Proc. 2015. Vol. 1683. No. 020200 (4 p).
57. Физические величины: Справочник / Под. ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.
58. Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Перегудов О.А. и др. Эволюция структурно-фазовых состояний рельсов при длительной эксплуатации // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. № 4. С. 262 – 266.
59. Громов В.Е., Перегудов О.А., Иванов Ю.Ф. и др. Эволюция структуры и свойств поверхностного слоя рельсов при длительной эксплуатации // Вопросы материаловедения. 2015. № 3 (83). С. 30 – 37.
Рецензия
Для цитирования:
Сарычев В.Д., Громов В.Е., Невский С.А., Низовский А.И., Коновалов С.В. ФОРМИРОВАНИЕ НАНОСЛОЕВ ЗА СЧЕТ РАЗВИТИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ НЕУСТОЙЧИВОСТЕЙ ПРИ ВНЕШНИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2016;59(10):679-687. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-10-679-687
For citation:
Sarychev V.D., Gromov V.E., Nevskii S.A., Nizovskii A.I., Konovalov S.V. NANOLAYERS FORMATION AT HYDRODYNAMIC INSTABILITY DEVELOPMENT UNDER THE EXTERNAL ENERGY EFFECTS. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2016;59(10):679-687. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-10-679-687
Просмотров:
585
Послать статью по эл. почте 