год издания — 2000, кол-во страниц — 425, ISBN — 5-02-031528-1, тираж — 572, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7БЦ, масса книги — 500 гр., издательство — Наука. Новосибирск

серия — Низкотемпературная плазма

цена: 1000.00 руб

Р е ц е н з е н т ы:
д-р тех. наук, проф. В. И. Терехов
д-р тех. наук А. Н. Тимошевский

Утверждено к печати Учёным советом Института теоретической и прикладной механики СО РАН

Формат 60x90 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная

В монографии изложены научные основы и перспективы практического применения таких важных для практики современных процессов обработки материалов, как лазерная обработка, плазменное нанесение покрытий, высокочастотная импульсная закалка стальных изделий, комбинированная обработка материалов, заключающаяся в быстром нагреве поверхности и её ультразвуковой обработке, вопросы создания мощных генераторов электронных пучков и разработки ряда технологий с их применением, особенности нового метода холодного газодинамического напыления покрытий. По каждому из указанных процессов рассмотрены их специфика, особенности современного аппаратурного оформления, приведены примеры практических приложений в машиностроении, электротехнике, прикладной химии и пр.

Книга представляет интерес для научных работников, инженеров и других специалистов в области высокоэнергетических процессов и технологий обработки материалов, а также аспирантов и студентов, специализирующихся в данном направлении.

Ил. 191. Табл. 26. Библиогр.: 401 назв.

В настоящее время область применения высокоэнергетических технологий обработки материалов непрерывно расширяется. Нанесение высокоэффективных покрытий, упрочнение деталей машин, резка, наплавка, газо- и водоочистка, утилизация отходов, полимеризация — далеко не полный перечень областей их практического применения. Дальнейшее расширение этих технологий невозможно без развития научных основ разрабатываемых процессов, создания современной аппаратуры для их надёжной технологической отработки. Этим проблемам и посвящена данная книга.

В процессах лазерной обработки становятся актуальными вопросы механизма сверхбыстрого нагрева и закалки поверхностных слоёв металла, особенности закалённых структур как доэвтектоидных, так и заэвтектоидных сталей, лазерная закалка отожжённых и предварительно закалённых сталей. Лазерные технологии начинают применяться для легирования, плакирования и порошковой наплавки (гл. 1).

Развитие процессов плазмоструйного напыления порошковых покрытий и их эффективное внедрение представлено разработкой более совершенного многоцелевого плазмотрона для напыления и оплавления покрытий, экспертной системой для сквозного вычислительного эксперимента в технологиях плазменного напыления и диагностическим комплексом для исследования и оптимизации режимов плазменного напыления. Детально рассматриваются проблемы формирования переходных слоёв в системе покрытие-подложка, динамика соударения капель расплава с подложкой, особенности формирования сплэтов, управление прочностью сцепления покрытия с подложкой.

Даются перспективные, по мнению авторов, технологические процессы плазмоструйного нанесения различных покрытий (гл. 2).

Расширение области практического применения процесса скоростной высокочастотной импульсной обработки сталей в мощных ВЧ полях делает необходимым изучение динамики быстрого нагрева и закалки, понимание специфики структурных и фазовых превращений в слое, в том числе с его подплавлением. Обсуждаются возможности совмещения процесса высокочастотной обработки с введением в слой упрочняющих добавок (цементация, борирование), а также ряд технологий импульсной ВЧ закалки стальных изделий (гл. 3).

Большие перспективы имеют комбинированные методы высокоэнергетической обработки материалов. В монографии изложены основы такого подхода и приведены результаты детального изучения процесса на примере плазменно-дугового нагрева поверхности металла с последующей упрочняюще-отделочной ультразвуковой обработкой (гл. 4).

Разработанные в последнее время более совершенные промышленные ускорители электронов стимулировали резкое расширение областей их применения. Наиболее перспективные из них — процессы модифицирования, вулканизации, отверждения полимеров, стерилизации, утилизации отходов, очистки сточных вод и отходящих газов, а также сварки и закалки металлов (гл. 5).

Развитие нового метода холодного газодинамического напыления порошковых покрытий с применением сверхзвуковых газовых струй потребовало исследования особенностей течения газа в плоских сверхзвуковых прямоугольных соплах, натекания на преграду сверхзвуковой струи, теплообмена на границе контакта, механизма деформации частиц при высокоскоростном ударе и их адгезионного соединения с подложкой. Даны перспективные технологии использования данного метода, в том числе для напыления токопроводяших коррозионно-стойких покрытий, а также нанесения защитных покрытий на внутреннюю поверхность труб и др.

Подготовленная рядом ведущих специалистов Сибирского отделения РАН книга содержит достаточно много оригинального материала, публикуемого впервые. Безусловно, она будет полезна как научно-техническим специалистам, так и студентам и аспирантам, специализирующимся в этом быстро развивающемся направлении науки и техники.

ПРЕДИСЛОВИЕ
член-корр. РАН В. М. Фомин

ПРЕДИСЛОВИЕ	5

Г Л А В А 1
ТЕХНОЛОГИЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ	7

1.1. Введение	7
1.2. Взаимодействие лазерного излучения с металлом	10
1.2.1. Поглощение лазерного излучения	10
1.2.2. Нагрев металла без изменения фазового состояния	15
1.2.3. Нагрев металла с изменением фазового состояния	22
1.2.4. Превращения стали при нагреве и охлаждении. Компоненты
и фазы в сплавах железа с углеродом	23
1.3. Поверхностное термоупрочнение	29
1.3.1. Расчёт упрочнения железоуглеродистых сплавов излучением
CO₂-лазеров непрерывного действия	33
1.3.2. Лазерная обработка отожжённых сталей	36
1.3.3. Лазерная обработка предварительно закалённых сталей	41
1.4. Поверхностное плавление. Легирование и плакирование	48
1.5. Лазерно-порошковая наплавка на поверхность и создание
биметаллических материалов	49
1.6. Практическое применение лазерной обработки поверхности
в машиностроении	56

Г Л А В А 2
ПЛАЗМОСТРУЙНОЕ НАПЫЛЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ	63

2.1. Введение	63
2.2. Фундаментальные проблемы плазменного напыления	66
2.3. Многоцелевой плазмотрон с МЭВ для напыления и оплавления
покрытий	69
2.4. Экспертная система для сквозного вычислительного эксперимента
в технологии плазменного напыления	80
2.4.1. Концепция обратной связи в ГТН	81
2.4.2. Диалоговый моделирующий комплекс
«плазмотрон-струя-покрытие»	85
2.5. Диагностика дисперсных частиц в запылённых потоках плазмы	88
2.6. Формирование внутренних границ раздела в покрытиях	99
2.7. Соударение капли расплава с основой: теория и модельный
эксперимент	102
2.8. Некоторые практические следствия теории	123
2.8.1. Другие представления для толщины и диаметра сплэта	123
2.8.2. Критерии получения сплэтов заданной толщины	124
2.8.3. Критические условия стабильного формирования сплэтов в
условиях ГТН	126
2.8.4. Анализ чувствительности характеристик сплэтов к изменению
КФП	128
2.8.5. Управление прочностью сцепления напыляемых покрытий	130
2.9. Интеллектуальная интегрированная плазменная лаборатория для
комплексных исследований процессов формирования покрытий	135
2.10. Некоторые перспективные технологии плазмоструйного нанесения
покрытий	141
2.10.1. Абразивно-, коррозионно- и кавитационностойкие покрытия
на винтах судов	142
2.10.2. К вопросу создания экологически чистого дизельного
двигателя	145
2.10.3. Износостойкие, теплозащитные и электроизоляционные
покрытия из оксида алюминия	150
2.10.4. Плазменные покрытия в катализе	151
2.10.5. Плазменная обработка и напыление металлокерамических
покрытий с высокодисперсной внутренней структурой	155

Г Л А В А 3
ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ	163

3.1. Введение	163
3.2. Динамика нагрева и охлаждения ПС при ВИЗ	166
3.3. Структурно-фазовые превращения в стали при ВИЗ	169
3.4. Нагрев и охлаждение поверхностного слоя стали при ВИЗ	175
3.5. Нагрев и охлаждение стали при ВИЗ с подплавом	185
3.6. Кинетика гомогенизации аустенита при ВИЗ	196
3.7. Экспериментальное изучение процесса ВИЗ	202

Г Л А В А 4
КОМБИНИРОВАННАЯ УПРОЧНЯЮЩЕ-ОТДЕЛОЧНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ НА БАЗЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ	217

4.1. Принципы комбинирования термодеформационных процессов в
поверхностной обработке	218
4.2. Моделирование теплофизических процессов при воздействии
теплового источника	224
4.2.1. Постановка теплофизической задачи	224
4.2.2. Численные методы решения уравнения теплопроводности	227
4.2.3. Исследование температурных полей в зоне обработки	230
4.2.4. Оценка температурно-временного критерия в комбинировании
процессов	233
4.3. Моделирование диффузионных процессов при высокоскоростном
нагреве углеродистых сталей	235
4.3.1. Постановка диффузионной задачи	236
4.3.2. Численные методы решения уравнения Фика	240
4.3.3. Исследование процессов аустенитизации	246
4.4. Разработка модели ультразвукового пластического деформирования
по схеме УЗО	248
4.5. Моделирование теплового процесса при ультразвуковом
пластическом деформировании	253
4.5.1. Постановка теплофизической задачи	254
4.5.2. Исследование температурного поля от УЗО в базовых схемах
комбинирования	257
4.6. Напряжённо-деформированное состояние поверхностного слоя	260
4.6.1. Постановка математической задачи	261
4.6.2. Исследование напряжённо-деформированного состояния
поверхностного слоя при комбинировании термодеформационных
процессов	266
4.7. Разработка и экспериментальное исследование
плазменно-ультразвукового способа комбинированной обработки	269
4.7.1. Разработка способа упрочняюще-отделочной комбинированной
обработки	269
4.7.2. Экспериментальное исследование комбинированной обработки	276
4.7.3. Точность и производительность обработки	283
4.7.4. Эксплуатационные свойства поверхностного слоя	284

Г Л А В А 5
РАДИАЦИОННАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ (ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ)	287

Введение	287
5.1. Источники ионизирующего излучения, применяемые в радиационных
технологиях	289
5.1.1. Ядерные реакторы	289
5.1.2. Источники гамма-излучения	289
5.1.3. Ускорители электронов	290
5.2. Взаимодействие излучения с веществом	305
5.2.1. Взаимодействие рентгеновского и γ-излучения с веществом	305
5.2.2. Взаимодействие электронов с веществом	306
5.3. Радиационно-химические технологические процессы	310
5.3.1. Радиационное модифицирование полимерных изделий	312
5.3.2. Производство композитных материалов	316
5.3.3. Радиационная вулканизация эластомеров	316
5.3.4. Радиационное отверждение лакокрасочных покрытий	318
5.3.5. Радиационная стерилизация медицинской продукции	319
5.3.6. Радиационная обработка пищевых продуктов	321
5.3.7. Другие процессы на основе радиационной обработки
материалов	322
5.4. Прикладные аспекты выведенного в атмосферу интенсивного
концентрированного электронного пучка	323
5.4.1. Металлообработка	325
5.4.2. Радиационно-термические процессы в неорганической химии	330
5.5. Экологические аспекты радиационной химии	338
5.5.1. Радиационная очистка сточных вод и выбросных газов	339
5.5.2. Радиационная утилизация отходов. Уничтожение
высокотоксичных отходов и трудно разлагаемых материалов	346

Г Л А В А 6
ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ И ТЕХНОЛОГИИ	349

6.1. Движение чистого газа	350
6.1.1. Течение газа в плоском сверхзвуковом сопле	350
6.1.2. Исследование струи, истекающей из прямоугольного сопла	352
6.1.3. Исследование натекания на преграду сверхзвуковых струй,
истекающих из прямоугольного сопла	356
6.1.4. Исследование пристенной струи	357
6.1.5. Теплообмен струи с преградой. Температура поверхности	360
6.2. Ускорение частиц	365
6.3. Деформация микрочастиц при высокоскоростном ударе	369
6.4. Уточнение физико-математической модели соединения микрочастиц
с поверхностью при высокоскоростном ударе	375
6.4.1. Форма деформируемой частицы	376
6.4.2. Температура в контакте частица-подложка	377
6.4.3. Тепловыделение при ударе	379
6.4.4. Распределение температуры в частице и подложке в зоне
контакта	381
6.4.5. Температура в плоскости контакта	382
6.5. Технологии на основе ХГН	389
6.5.1. Нанесение токопроводящих коррозионно-стойких покрытий	390
6.5.2. Напыление на внутреннюю поверхность труб	392
6.5.3. Напыление с возможностью возбуждения реакций синтеза	394

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	401

Книги на ту же тему

Основы лазерной обработки материалов, Григорьянц А. Г., 1989
Вакуумно-плазменное и плазменно-растворное модифицирование полимерных материалов, Кутепов A. M., Захаров А. Г., Максимов А. И., 2004
Генераторы низкотемпературной плазмы: Труды III Всесоюзной научно-технической конференции по генераторам низкотемпературной плазмы, Лыков А. В., ред., 1969
Взаимодействие лазерного излучения сверхвысокой интенсивности с плазмой, Коробкин В. В., ред., 1995
Действие лазерного излучения на поглощающие среды, Гарнов С. В., Самохин А. А., ред., 2004
Плазменные и высокочастотные процессы получения и обработки материалов в ядерном топливном цикле: настоящее и будущее, Туманов Ю. Н., 2003
Основы физики процессов в устройствах с низкотемпературной плазмой, Недоспасов А. В., Хаит В. Д., 1991
Генераторы плазменных струй и сильноточные дуги, Рутберг Ф. Г., ред., 1973
Низкотемпературная плазма. Т. 17: Электродуговые генераторы термической плазмы, Жуков М. Ф., Засыпкин И. М., Тимошевский А. Н., Михайлов Б. И., Десятков Г. А., 1999
Теория электрической дуги в условиях вынужденного теплообмена, Жуков М. Ф., ред., 1977
Физика и химия газовых разрядов в пучках СВЧ-волн, Коврижных Л. М., ред., 1994
Введение в физику поверхности, Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А., Зотов А. В., Катаяма М., 2006
Компьютерное моделирование взаимодействия частиц с поверхностью твёрдого тела, Экштайн В., 1995
Химия плазмы. Вып. 1, Смирнов Б. М., ред., 1974
Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме, Полак Л. С., ред., 1965
Химия плазмы. Вып. 17, Смирнов Б. М., ред., 1993
Природа шаровой молнии, Сингер С., 1973
Физика СВЧ вакуумно-плазменных нанотехнологий, Яфаров Р. К., 2009
Плазмохимические реакции и процессы, Полак Л. С., ред., 1977
Химия плазмы. Вып. 11, Смирнов Б. М., ред., 1984
Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 3, Шафранов В. Д., ред., 1982
Физика химически активной плазмы, Русанов В. Д., Фридман А. А., 1984
Введение в физику плазмы, Смирнов Б. М., 1975
Электродинамика плотных электронных пучков в плазме, Кузелев М. В., Рухадзе А. А., 1990
Эховые явления в плазме и плазмоподобных средах, Павленко В. Н., Ситенко А. Г., 1988
Пучки убегающих электронов и разряды на основе волны размножения электронов фона в плотных газах, Яковленко С. И., ред., 2007
Статистическая теория плазменно-молекулярных систем, Климонтович Ю. Л., Вильхельмссон X., Якименко И. П., Загородний А. Г., 1990
Коллективные явления в плазме. — 2-е изд., испр. и доп., Кадомцев Б. Б., 1988
Труды ФИАН; Т. 203. Рентгеновская диагностика лазерной термоядерной плазмы, Склизков Г. В., ред., 1990
Математическое моделирование плазмы. — 2-е изд., перераб. и доп., Днестровский Ю. Н., Костомаров Д. П., 1993
Взаимодействие сильных электромагнитных полей с плазмой, Геккер И. Р., 1978
Процессы переноса в пристеночных слоях плазмы, Котельников В. А., Ульданов С. В., Котельников М. В., 2004
Физика плазмы (стационарные процессы в частично ионизованном газе): Учебное пособие для вузов, Синкевич О. А., Стаханов И. П., 1991
Введение в физику плазмы, Чен Ф., 1987
Элементарные процессы в плазме щелочных металлов, Ключарев А. Н., Янсон М. Л., 1988
Неравновесная колебательная кинетика, Капителли М., ред., 1989
Химические лазеры, Гросс Р., Ботт Д., ред., 1980
Диэлектрики и радиация: Кн. 5: Диэлектрические свойства полимеров в полях ионизирующих излучений, Тютнев А. П., Саенко B. C., Пожидаев Е. Д., Костюков Н. С., 2005
Вопросы теории плазмы. Выпуск 18, Кадомцев Б. Б., ред., 1990

elapsed time 0.018 sec

/Наука и Техника/Физика

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему