Файл: Постников В.И. Исследование и контроль износа машин методом поверхностной активации.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 66
Скачиваний: 0
ми, а при наличии специальных устройств и при непрерывном вращении.
Разработанная МВТУ им. Н. Э. Баумана совместно с НИИЯФ МГУ вакуумная камера позволяет вести активацию непосредственно в вакууме, без вывода пучка на воздух.
Узел Л
Пучок заряженных' частиц
Узел Л
Место установки
i |
диадзрагмы |
/ / / / / / / / / / / |
Рис. I. Схема активации цилиндра двигателя внутреннего сгорания пучком заряженных частиц, выведенных на воздух:
/ — цилиндр; 2 — наконечник с диафрагмой; 3 — активированное пятно.
§ 2. АКТИВАЦИЯ МЕТАЛЛОВ УСКОРЕННЫМИ ЗАРЯЖЕННЫМИ ЧАСТИЦАМИ
Исследования, связанные с подтверждением теоретических расчетов глубины активации различными ускоренными заря женными частицами с неодинаковой энергией, а также иденти фикация образующихся радиоактивных изотопов и исследование их распределения по глубине поставили вопрос о разработке методики эталонирования на образцах, что и было положено в дальнейшем в основу разработанного метода.
Исследования, начатые в 1959 г. по активации твердых спла вов, продолжаются и в настоящее время, ведутся на различных металлах не только на образцах, но и на разных деталях (зуб чатых колесах, цилиндровых втулках, подшипниках и т. п.) и на инструменте.
Исследования по активации образцов и различных деталей проводятся по методике, разработанной под руководством ав тора.
9
1. Некоторые методические положения активации
Методику активации ускоренными заряженными частицами разрабатывали в процессе проводимых исследований, она вклю чала первоначально исследования, связанные с активацией от дельных образцов, на которых изучали действие на металлы различных заряженных частиц и величину наведенной актив ности.
Первые исследования, показавшие возможность проводить активацию металлов без каких-либо существенных изменений свойств (твердости, структуры, режущих свойств), а также под твердившие получение активностей, которые могут быть заре гистрированы существующей аппаратурой, позволили перейти к исследованиям, связанным с проверкой теоретических поло жений, изложенных в настоящей главе.
Исследования |
вели по |
следующим |
основным |
направлениям: |
|||||||
а) |
разработка |
мишеней |
для |
активации образцов; |
|||||||
б) |
активация |
образцов |
из |
различных |
металлов |
протонами, |
|||||
дейтронами и а-частицами |
с |
различными |
энергиями; |
||||||||
в) |
исследование изменения |
скорости |
счета в |
процессе исти |
|||||||
рания; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г) |
истирание |
образцов |
и |
определение |
глубины |
активации; |
|||||
д) |
идентификация |
радиоактивных |
изотопов |
(по эталонам |
|||||||
распада |
и спектроскопией); |
|
|
|
|
|
|
||||
е) |
исследование распределения радиоактивных |
изотопов по |
|||||||||
глубине |
(путем истирания |
и спектроскопии); |
|
|
|||||||
ж) исследование влияния бомбардировки заряженными ча |
|||||||||||
стицами |
на свойства |
металлов и др. |
|
|
|
|
|||||
Исследования, |
проведенные |
на образцах, „позволили перейти |
|||||||||
к активации непосредственно |
деталей |
машин |
и |
механизмов. |
|||||||
Одна из первых активированных деталей (если не считать первых исследований износа пластин твердых сплавов, которые рассмотрены в работе [2])—вставка цилиндровой втулки дви гателя 5ДКРН-74/160, активированная одновременно с кольцом, которое использовали как эталонный образец распада и обра зец для моделирования (эталонирования).
Дальнейшие разработки позволили создать устройства и приспособления для активации цилиндров двигателей внутрен него сгорания различных размеров, зубчатых колес, крыльчаток, различных втулок, шариков и колец шарикоподшипников и дру гих деталей. Наиболее сложный вопрос, решенный в последнее время, — равномерная активация кольца шарикоподшипника по периметру на заданную площадь при заданной глубине и актив ности.
Исследования по активации образцов и деталей проводили при их бомбардировке заряженными частицами в вакууме и на воздухе.
Ю
2. Основные параметры активации на циклотроне
Основные исследования, связанные с активацией образцов, проводили на циклотроне университетской серии Р-7, установ ленном в НИИЯФ МГУ, и циклотроне ФЭИ. Циклотрон НИИЯФ МГУ имеет диаметр полюсов электромагнита 120 см и ускоряет протоны, дейтроны и а-частицы до энергий соответст-'
венно 6,7; 13,4 и 26,8 Мэв |
(с 'отклонением ±0,2 Мэв). |
|
|||||||||
При предварительных пробных активациях в вакууме уста |
|||||||||||
новили, что пучок дейтронов, попадая на образец (диаметр |
акти |
||||||||||
вированного участка |
16 мм) и на надетое на него кольцо |
(диа |
|||||||||
метр 26 мм), создает |
активность кольца, отличающуюся по вели |
||||||||||
чине |
от |
активности |
образца, |
что |
требует |
соответствующего |
|||||
подхода |
и при исследовании. Для предохранения |
мишени от |
|||||||||
перегрева ток пучка дейтронов |
приняли равным 1 мка. |
|
|||||||||
В |
предварительных |
экспериментах |
также |
установили, что |
|||||||
для |
получения заданной |
активности |
|
необходимо, |
чтобы |
доза |
|||||
дейтронов, активирующих |
образец, составила |
0,5—0,67 мка-ч (в |
|||||||||
зависимости от интервала |
между окончаниями |
активации и про |
|||||||||
веркой |
активности). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Активацию можно |
проводить как в вакууме на |
выведенном |
|||||||||
из камеры циклотрона |
пучке в третьем |
иоиопроводе, обычно ис |
|||||||||
пользуемом для подвода пучка заряженных |
частиц к измери |
||||||||||
тельным |
приборам, так и на воздухе, выводя пучок через диаф |
||||||||||
рагму. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В иоиопроводе образец и кольцо укрепляют на специальной |
|||||||||||
мишени, |
после чего |
мишень вводят |
в ионопровод |
через |
шлюз. |
||||||
К мишени прикрепляют два изолированных провода — один для замера силы тока пучка дейтронов, бомбардирующих образец, и другой для замера силы тока пучка дейтронов, бомбардирую щих кольцо и мишень. Ток замеряют двумя микроамперметра-
ми. Качество изоляции образца |
и мишени от земли, а вставки |
|||
от мишени проверяют |
омметром. |
|
||
Вакуум |
в камере |
циклотрона |
и иоиопроводе при активации |
|
составляет |
в среднем 2,0 • 10- 5 |
мм рт. ст. |
||
До начала бомбардировки |
мишени проверяют ток по проб |
|||
нику, установленному за магнитными линзами. Ток на пробнике составляет 7,5 мка. Ток пучка (для дейтронов) на образце со ставляет 0,95—1,0 мка, на кольце и мишени 6,5 мка.
Основные показатели, характеризующие активацию дейтро нами, приведены в табл. 1.
После окончания активации необходимо выдерживать ми шень для снижения уровня наведенной активности в экспери ментальном зале, в котором проводили активацию (выдержи вают около 60 мин).
После выдержки мишень через шлюз выводят из ионопровода, образец и деталь снимают с мишени и смазывают маслом, чтобы предохранить от коррозии.
1.1
Т а б л н ц а 1
Основные данные по активации в вакууме образцов на циклотроне Р-7
|
Образец |
Средний ток |
Продолжитель |
Доза дейтронов, |
|
пучка дейтронов, |
ность активации, |
мкач |
|
|
|
мка |
ч |
|
|
|
|
||
Образец А: |
|
1,0 |
0,67 |
|
первый |
вариант |
0,67 |
||
второй |
вариант |
1,0 |
0,50 |
0,50 |
Образец Б: |
|
0,97 |
|
|
первый |
вариант |
0,69 |
0,67 |
|
второй |
вариант |
1,0 |
0,50 |
0,50 |
П р и м е ч а н и е . Средний ток пучка дейтронов на мишени н кольце 6,5 мка. Приведен ные данные соответствуют параметрам активации вставок и колец двигателя 5ДКРН-74/161-.
После измерения активности и составления паспорта образ цы и детали доставляют к месту исследования в соответствии с «Методикой», утвержденной Государственной союзной са нитарной инспекцией, в обычном порядке.
Аналогично проводят активацию деталей выведенным на воздух пучком заряженных частиц. (Типовые схемы активации: рассмотрены в гл. 5.)
§ 3. ХАРАКТЕРИСТИКА ГЛУБИНЫ АКТИВАЦИИ
Теоретические исследования возможной глубины активации: для различного вида ускоренных заряженных частиц, имеющих
энергию в пределах 6—25 Мэв, подтверждены |
эксперименталь |
|||||||||||||
ными |
исследованиями, |
проведенными |
на образцах |
и |
|
деталях,, |
||||||||
активированных |
на циклотронах |
НИИЯФ МГУ и Физико-энер |
||||||||||||
гетического института (г. Обнинск). |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Глубину |
активированного слоя |
исследовали, |
активируя об |
|||||||||||
разцы |
из |
|
различных |
металлов, |
облученных |
в |
специально- |
|||||||
разработанных |
мишенях, и активируя |
набор |
|
металлических |
||||||||||
фольг, это позволило |
одновременно |
рассматривать |
вопросы рас |
|||||||||||
пределения радиоактивных изотопов по глубине |
и |
определять |
||||||||||||
величину |
их выхода. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Первые |
исследования (1959—1960 гг.), связанные |
с |
опреде |
|||||||||||
лением применимости для активации гальванических |
|
покрытий, |
||||||||||||
не дали |
положительных |
результатов; дальнейшие |
исследования |
|||||||||||
позволили |
окончательно |
остановиться |
на активации |
заряжен |
||||||||||
ными |
частицами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Подтверждением |
теоретических |
расчетов, |
рассмотренных в |
|||||||||||
работе |
[3], явились |
следующие |
экспериментальные |
исследова |
||||||||||
ния, проведенные в |
процессе разработки и внедрения |
метода. |
||||||||||||
12
1. Исследование глубины активации различных металлов
Одна из первых работ, связанных с определением |
примени |
||||||||||||||||
мости |
метода |
для |
исследования |
износа |
цилиндровых |
втулок |
|||||||||||
двигателей, — это |
работа |
по определению |
глубины |
активации |
|||||||||||||
различного вида чугунов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Дальнейшие исследования связаны с активацией следующих |
|||||||||||||||||
материалов: стали |
Ст. 3, легированных |
сталей |
38ХНЮА и 2X13, |
||||||||||||||
нескольких |
марок |
бронз, |
твер |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
дых |
сплавов |
|
ВК8, Т15К6 и |
|
|
2206 |
|
|
|
|
|||||||
Т30К.4 и некоторых |
пластиче |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ских |
масс. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50гц |
|
|
|
|
||
Активацию проводили непо |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
средственно |
в |
канале |
цикло |
|
|
|
|
|
° 7 |
|
|
||||||
трона |
в |
специально |
разрабо |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
о |
о |
о |
|
|
||||||||||
танной |
для |
данного |
случая |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
8 |
|
8 |
°о /Я^ |
|
О |
||||||||||
мишени |
и на воздухе, |
выводя |
|
|
|
|
|||||||||||
через алюминиевую |
диафрагму |
|
|
|
о |
|
о |
|
о |
||||||||
пучок заряженных |
частиц. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
На |
рис. 2 представлена об |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
щая схема |
измерения, |
исполь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
зованная |
при |
исследованиях |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
по определению глубины |
акти |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
вации образцов. Образцы исти |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
рали в камере, используя при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
тирочные пасты, там же образ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
цы промывали. Скорость |
счета |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
от истираемых |
образцов |
изме |
Рис. |
2. |
|
Схема |
измерения |
скорости |
|||||||||
ряли, |
используя |
ионизацион |
|
||||||||||||||
ные и сцинтилляционные |
счет |
счета |
от образцов в процессе |
их исти |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
рания: |
|
|
||||||||||
чики |
и пересчетные |
установки |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
/ — державка; |
2 — образец: |
3 — активиро |
|||||||||||||||
(Б-2, |
Б-2М, |
ПС-10000, ПП-8, |
ванное |
пятно; |
4 — блок БГС; 5 — счетчик; |
||||||||||||
ПП-12 и др.). |
|
|
|
|
|
6—защитная |
стенка: 7—пересчетная уста |
||||||||||
|
|
|
|
|
новка; |
8 — стабилизатор |
напряжения. |
||||||||||
Толщину |
снятого |
слоя А6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
измеряли различными мерительными устройствами чувствитель ностью до 0,1 мкм (интерферометрами, оптиметрами и др.).
В |
результате использования различной |
аппаратуры |
и прове- |
|
, дения |
исследований в неидентичных условиях были |
незначи |
||
тельные отклонения в характере кривых, |
что позволило полу |
|||
чить достаточно достоверные |
данные. |
|
|
|
В |
процессе исследования |
активировали |
и испытали |
на исти |
рание несколько сот образцов из различных материалов, данные по которым приводятся ниже. (Более подробно эти вопросы рас смотрены при исследованиях по моделированию на образцах.)
Определение зависимости |
— = /ЧД&) положено в основу |
всех |
|
"о |
|
исследований с применением |
разработанного метода и, как пра |
|
вило, перед началом работы |
по контролю износа любых |
дета- |
13
