MODELING OF NONLINEAR CHANGE OF RADIATION-MECHANICAL CHARACTERISTICS OF STEEL 45ХН2МФА AT TECHNOLOGICAL IRRADIATION WITH RELATIVISTIC ELECTRONS
Abstract
A technique for processing experimental data (modeling of individual sections of the dose dependence using MathCAD and OriginPRO) was proposed for a clear description and prediction of the possibility of technological application of a flow of relativistic electrons with an energy of 5 MeV to increase the impact strength (KCU) of 45KhN2MFA. It was shown that the change in the radiation-mechanical properties is essentially nonlinear. With an increase in the radiation dose, several areas of change in the physical (radiation-mechanical) properties of rolled metal was observed.The obtained results were explained using generally accepted theoretical concepts. At radiation doses Фе ≤ 5·1014 cm-2 no significant changes in the physical properties of steel were observed. In the range 5·1014 < Фе ≤ 3·1015 см-2 the numerical value of σ0,2 was growing and KCU was decreasing, the rates of their change are opposite (have different signs with practical equality of amplitudes). The σB change rate in this interval was insignificant. At 4·1015 < Фе ≤ 4,5·1015 cm-2 the process of the impact strength reducing of the metal with an increase in its strength was expressed especially clearly. It seems that the process of KCU, σ0,2, σT change is associated with the interaction of point radiation defects (vacancies, prevailing in the conditions of thermal equilibrium) and impurity atmospheres of dislocations. Near the dislocation, there is a cluster of impurity atoms, fixed (segregated) on dislocations, forming the Cottrell atmosphere. Reducing the concentration of interstitial carbon surrounding the dislocation allows vacancies accumulating during irradiation to "dissolve" segregated impurities (not only carbon, but also alloying). The "explosive" nature of the KCU change at Фе 5·1015 см-2 and corresponding rapid change of σ0,2, σT suggest the separation of dislocations from the impurity atmosphere and the creation of conditions for the growth of toughness with an increase in the radiation dose.
References
2. Бабинец А.А. Материалы для индивидуальной бронезащиты : обзор / А.А. Бабинец, И.А. Рябцев, А.И. Панфилов. Автоматическая сварка. 2018. № 8. С. 45–50. DOI: http://dx.doi.org/10.15407/as2018.08.07
3. Алексенцева С.Е. Ударно-волновые процессы взаимодействия высокоскоростных эле-ментов с конденсированными средами : дис. … доктора технических наук. Специальность : 01.04.17 – «Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества» / Самарский государственный технический университет. Самара, 2015.
4. Поболь И.Л. Методы высокоэнергетической обработки материалов. Опыт освоения в промышленности. Вестник Брестского государственного технического университета. 2018. № 4. С. 64–68
5. Бобровский, Н.М. Инновационные технологии механической обработки деталей машин поверхностно-пластическим деформированием : учеб. пособие / Н.М. Бобровский, И.Н. Бобровский. Тольятти : Изд-во ТГУ, 2013. 80 с.
6. Морев А.А. Способы объёмного упрочнения породоразрушающего инструмента и оценка перспективности их дальнейших исследований / А.А. Морев, С.Я. Рябчиков. Горный информационно-аналитический бюллетень : научно-технический журнал. 2014. С. 96–101. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/sposoby-obemnogouprochneniya-porodorazrushayuschego-instrumenta-i-otsenka-perspektivnosti-ih-dalneyshihissledovaniy-1
7. Industrial Radiation with Electron Beams and X-rays. International Irradiation Association. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://iiaglobal.com/uploads/documents/Industrial_Radiation_eBeam_Xray.pdf
8. Industrial Accelerators and Their Applications / edited by Robert W. Hamm and Marianne E. Hamm. California, USA : R&M Technical Enterprises, 2012. Chapt. 7. Рр. 311.
9. Биткін С.В. Фізико-технологічні проблеми впровадження радіаційних процесів в металургійне виробництво / С.В. Биткін, С.Є. Донець, О.О. Ісаєнко, В.В. Литвиненко, П.О. Фролов. Журнал фізики та інженерії поверхні. 2017, Т. 2, № 4, С. 254–260.
10. Влияние радиационно-технологической обработки низкоуглеродистых сталей на их физико-механические свойства / С.В. Быткин, А.А. Исаенко, В.В. Литвиненко, М.В. Авраменко. Металургія. 2017. Вип. 1(37). С. 59–65.
11. Ходырев А.И. Компьютерное моделирование работы оборудования с применением пакета MathCAD : учебное пособие по дисциплине «Основы компьютерного моделирования». М. : РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2017. 139 с.
12. Кирсанов В.В. Радиационные дефекты и связанные с ними эффекты. Соросовский образовательный журнал. 2001. Т. 7. № 10, С. 88–93.
13. Конструкционные материалы для транспортных средств специального назначения : учеб. пособие / О.В. Чудина, М.П. Малиновский. М. : МАДИ, 2020. 232 с.
14. Чудина, О.В. Выбор материалов и методов упрочнения деталей транспортного машиностроения : учеб. пособие / О.В. Чудина, Г.В. Гладова. М. : МАДИ, 2015. 120 с.
15. Пашаев А.М. Авиационное материаловедение : учебник для вузов / А.М. Пашаев, А.Х. Джанахмедов, Т.Г. Джаббаров. Баку : АПОСТРОФФ, 2016. 656 с.
16. Зоря И.В. Взаимодействие примесных атомов лёгких элементов (C, N, O, H) с дефектами кристаллической решётки в ГЦК металлах на примере Ni, Ag, Al : дис. … доктора физико-математических наук : спец. 01.04.07 – физика конденсированного состояния / Алтайский гос. технич. университет им. И.И. Ползунова, Сибирский гос. индустриальный университет. Барнаул, 2020.
17. Бараз, В.Р. Физические основы упрочнения и разрушения материалов : учебное пособие / В.Р. Бараз, М.А. Филиппов. Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. 192 с.
18. Veiga R.G.A., Goldenstein H., Perezb M., Becquart C.S.. Monte Carlo and molecular dynamics simulations of screw dislocation locking by Cottrell atmospheres in low carbon Fe-C alloys. Scripta Materialia. 2015. Vol. 108. Рр. 19–22.
ISSN 
