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: 67
Скачиваний: 0
лей машин или механизмов предварительно активировали и истирали образцы для проверки указанной зависимости — отно шения скорости счета от истираемого образца N к его первона чальной активности N0.
На рис. 3 представлены результаты исследования глубины активированного слоя при активации различных металлов дей тронами энергией 13,4 Мэв.
Анализ приведенных данных и данных, представленных в ра ботах [4, 5], позволяет сделать вывод о соответствии теоретиче ских данных и результатов экспериментальных исследований, представленных в табл. 2, что также подтверждается результа тами моделирования на многих других материалах.
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
2 |
|
Сопоставление результатов теоретических расчетов и экспериментальных |
|
|||||
|
исследований |
глубины |
активации |
|
|
|
|
|
|
Глубина |
активированного |
слоя |
|
Активирующие |
Энергия частиц, |
|
|
мкм |
|
|
Материал |
|
|
|
|
||
частицы |
Мэв |
|
|
эксперимен |
||
|
|
|
теоретическая |
|||
|
|
|
тальная |
|||
Протоны |
6,7 |
Сталь |
126 |
|
122 |
|
|
|
Чугун |
126 |
|
120 |
|
|
|
Бронза |
ПО |
|
105 |
|
Дейтроны |
13,4 |
Сталь |
269 |
|
252 |
|
|
|
Чугун |
269 |
|
250 |
|
|
|
Бронза |
230 |
|
220 |
|
а-Частицы |
26,8 |
Сталь |
130 |
|
125 |
|
|
|
Чугун |
130 |
|
120 |
|
|
|
Бронза |
100 |
|
95 |
|
Некоторое отклонение результатов эксперимента от теорети ческих данных, как правило, в сторону несколько меньшей глу бины активированного слоя объясняется значительным сниже нием активности в последних активированных слоях, где она доходит практически до нуля и не может быть зарегистрирована существующей аппаратурой.
2. Анализ методов получения заданных глубин активации
Сопоставление теоретических и экспериментальных данных (см. табл. 2) касается активации ускоренными заряженными ча стицами в вакууме.
Рис. 3. Зависимость относительной скорости счета от глубины |
снятого слоя |
при активации различных металлов дейтронами с энергией |
13,4 Мэв. |
15
Изменить глубину активации |
можно |
различными |
методами, |
|||||
и в первую очередь изменив энергию заряженных |
частиц. |
|
||||||
Как показывают |
исследования, |
проведенные |
на |
циклотроне |
||||
с энергией |
дейтронов 21 Мэв, глубину |
активации |
дейтронами |
|||||
указанной |
энергии |
можно довести |
до |
0,6—0,7 мм. |
Если |
для |
||
увеличения |
энергии |
заряженных |
частиц требуется |
создание |
спе- |
300,
1
0,5 1,0 1,5 2,0 |
2,53,03,54,0 4,5 5,05,5 6,0 6,5 Ер |
|||||
1 |
2 3 4 5 |
6 |
7 |
8 |
5, |
10 11 12 13 Ed |
' ' ' ' |
' |
i |
i |
i i |
i i i |
i i f i i i |
1 234567891011121314151617181920 22 24 Ел Энергия частиц,Мэв
Рис. 4. Уменьшение энергии ускоренных за ряженных частиц (протонов Ер, дейтронов Ed, а-частиц Еа) при прохождении через алюминиевую диафрагму.
циальных ускорителей, то снизить энергию заряженных частиц значительно проще.
Основной путь снижения энергии частиц — изменение режима работы циклотрона. Но если учесть,' что облучаемые детали имеют различные размеры и многие из них могут не поместиться
вшлюз циклотрона, то облучать их надо на воздухе, что связано
спотерей энергии частицами.
Пучок заряженных частиц выводить на воздух можно толь ко через диафрагму, исключающую возможность попадания в вакуумную камеру воздуха. Таким образом, имеется возмож ность за счет изменения толщины диафрагмы изменять энергию заряженных частиц (рис. 4).
Глубину активации можно уменьшить, изменив угол наклона облучаемых деталей по отношению к пучку заряженных частиц. Такой метод активации разработан для облучения внутренних
16
поверхностей различных цилиндрических деталей (цилиндровых втулок, колец и т. п.).
3. Исследование различных условий активации стальных
ичугунных образцов
Впроцессе исследования активировали различные виды чугунов и сталей, используя различные энергии заряженных ча стиц и неодинаковые условия активации.
Рассмотрим только основные случаи, так как детально этот вопрос рассмотрен в работе [6] и при исследовании моделиро вания (см. гл. 2).
В процессе исследования наиболее изучено применение дей тронов, хотя они и дают особенно сложный радиоизотопный со став. Глубина активации при использовании дейтронов с энер гией 10—14 Мэв соответствует основным работам, проводимым по контролю износа цилиндровых втулок двигателей, зубчатых колес и некоторых других деталей.
На рис. 5 представлены зависимость выхода радиоактивных изотопов от энергии дейтронов, ускоренных до 21 Мэв, и глу бина активации (в мг/см2 и мкм).
Дискриминация энергий позволила получить раздельно кри вые по составляющим изотопам Со5 6 и Со5 7 . Однако использо вать для исследования Со 5 7 практически невозможно, так как энергия у-квантов Со5 7 составляет 0,123 Мэв и при контроле из носа через стенки корпусов они полностью поглощаются.
Как видно из рис. 5, наиболее целесообразен для использо вания участок энергий 21 —12 Мэв по Со5 6 , имеющий пропорцио нальную зависимость между активностью, энергией и глубиной активации.
При облучении на циклотроне университетской серии (см. рис. 3) при энергиях 13—14 Мэв пропорциональную зависимость можно получить на глубинах 20—100 мм.
Полученные данные по выходу Со 5 6 и Со 5 7 совпадают с тео ретическими и соответствуют литературным данным [8, 9].
Аналогично исследованиям активации дейтронами исследо вали изменение глубины активированного слоя при использова нии протонов и а-частиц в вакууме и при их выведении на воз дух через диафрагмы различной толщины.
Полученные данные соответствуют теоретическим расчетам
иисследованиям, проведенным с использованием фолы.
Впроцессе эталонирования более детально рассматривают результаты большого числа исследований, связанных с опреде лением глубины и распределения по глубине образующихся ра диоактивных изотопов.
Исходя из того, что дальнейшие исследования по примени мости настоящего метода касаются в П Р Н П В Н П М . П П Т П П Р И м я т щ и механизмов, проведенные исследования по акт ивац^йР-тВйбдаяиая
2 Зак. 2S9 |
«зиЗлиотька |
ф£ . СР |
|
ЭКЗЕМПЛЯР |
|
|
ЧИТАЛЬНОГО |
Д Л П Й |
сплавов мы рассматриваем только с точки зрения глубины акти вации в зависимости от различных условий и энергии заряжен ных частиц, чем подтверждается целесообразность применения метода поверхностной активации для исследования износа инст румента и построения диаграммы скорость — стойкость.
1
!
40
•СоS6
ЧЭ~ |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
.Со57 |
|
|
|
|
||
3 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
§ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 20 |
19 18 17 16 15 14 13 1211109 8 7 654321 |
|||||||
|
|
|
|
|
Энергия дейтронов, Мэв |
|
|||
|
0 |
50 |
100 150 200 250 |
300 |
350 400 450 |
||||
|
|
|
|
|
Пробег |
частиц,мг/см2 |
|
||
|
1 |
i |
I |
i |
I i |
I |
i ? l |
i i . |
i |
|
|
|
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
|
|
|
|
|
|
Глубина акти6ации}мкм |
|
Рис. 5. Зависимость изменения глубины акти вированного слоя от энергии заряженных ча стиц.
4. Исследование глубины активации заряженными частицами твердых сплавов
Одно из первых исследований, связанных с применимостью заряженных частиц для активации, — исследование по актива ции твердых сплавов. Работы, начатые в 1959 г. и продолжаю щиеся в настоящее время, показали возможность активации сплавов Т15К6, ВК-8 и целесообразность использования настоя
щего |
метода для проведения исследования износостойкости ре |
|
жущего инструмента в производственных условиях. |
|
|
Режущие пластины из сплава Т15К6 первоначально |
облучали |
|
протонами с энергией 6,7 и 6,25 Мэв и дейтронами с |
энергией |
|
12,5 |
Мэв. |
|
Для облучения режущих твердосплавных пластинок на цик лотронах сконструировали две мишени, которые вводили в ка-
18
меру через шлюз со стороны баков. Конструкция мишени позво ляет прочно закреплять твердосплавную пластину и активи ровать только заранее выбранные участки поверхности пластин ки.
Мишень — это полый |
медный |
цилиндр диаметром |
28 мм. |
|
С одного торца к мишени |
прижимали медными |
лапками твер |
||
досплавную пластину, а с другого — вваривали |
две |
медные |
||
трубки для подвода охлаждающей |
воды. Пучок протонов падал |
на графитовый и вольфрамовый экраны, в которых были сде ланы прорези, пропускавшие часть пучка на активируемую по верхность.
Данные о режимах активации и полученных активностях пластинок приведены в табл. 3.
Т а б л и ц а 3
Данные по активации пластин твердых сплавов
Бомбардирующие
частицы
Протоны
Протоны
Протоны
Протоны
Дейтроны а-Частицы
Энергия, Мэв |
Ток на мишени, мка |
Продолжитель ность активации, мин |
Доза на мишень, |
Интервал между облучением и определением активности, ч |
Активность перед началом испытаннП, мккюри |
Сечение пучка частиц, мм* |
6,25 |
50 |
30 |
25 |
50 |
1,2 |
0,4X0,7 |
6,7 |
53 |
60 |
53 |
115 |
0,05 |
1,5X4 |
6,7 |
20 |
20 |
7 |
25 |
7,3 |
1,5X4 |
6,7 |
25 |
60 |
25 |
23 |
1,2 |
0,65X0,8 |
12,5 |
12 |
60 |
12 |
23 |
6,4 |
1,5X4 |
— |
8 |
40 |
8 |
45 |
9,0 |
1,5X4 |
Дальнейшие исследования проводили по активации заряжен ными частицами в вакууме и на воздухе с использованием раз личных экранов перед выводом пучка. Исследовали также воз можность изменения глубины активации путем установки облу ченных пластин под различными углами.
Глубина активированного слоя в пластинах из твердого сплава, так же как и в предыдущих случаях, зависит от ряда факторов и в первую очередь от вида и энергии заряженных частиц.
Для определения возможности использования в практиче ских целях активации твердых сплавов ускоренными заряжен ными частицами исследовали распределение радиоактивных изотопов по глубине в зависимости от вида и энергии частиц, угла наклона облучаемой пластины к пучку заряженных частиц,
а также изменение характера наклона кривой вида — =/(Дб) при регистрации (3- и Y-излучений.
2* 19