книги из ГПНТБ / Постников В.И. Исследование и контроль износа машин методом поверхностной активации

При облучении в вакууме энергия частиц изменяется в за­ висимости от регулировки циклотрона и колеблется в незначи­ тельных пределах (для дейтронов 13,4±0,3 Мэв); при облучении на воздухе энергия частиц меняется в зависимости от толщины фольги, через которую выводятся частицы (см. рис. 4).

Изменения глубины активации и распределения радиоактив­ ных изотопов по глубине зависят от угла наклона мишени к пучку заряженных частиц, вне зависимости от того, в каких ус­

скорости счета от глубины снятого слоя, позволяет сделать вы­ вод о применимости активации твердых сплавов для исследова­ ния износа режущего инструмента в определенных пределах. Так, например, при активации дейтронами и протонами глубина активации, которая может быть использована для исследова­ ния, находится в пределах 100 мкм, для а-частиц при активации под углом 90° — 40 мкм, а при активации под углом 20° — не бо­ лее 25—30 мкм.

20

Использование для исследования активированных участков, лежащих на большой глубине, связано со значительным увели­ чением времени измерения и повышением чувствительности используемой аппаратуры, что обусловлено изменением харак­ тера кривой, угол наклона которой нельзя получить с доста­ точной точностью из-за малых скоростей счета.

100

£90

£SO

Величина снятого слоя,мкм

Рис. 7. Изменение относительной скорости счета при истирании образцов из твердых сплавов, активированных дейтронами (изме­ рение по В-излучению).

Рассмотрим несколько более подробно влияние других факторов на глубину активации и распределение по глубине радиоактивных изотопов (изменение относительной скорости счета).

При работах с режущим инструментом регистрация излу­ чения в отличие от работ с деталями машин и механизмами, находящимися обычно в закрытых корпусах, ведется непосред­ ственно у активированной пластинки, т. е. регистрацию износа можно вести не только по у - , но и по ^-излучению.

На рис. 7 показаны примерная глубина активированного слоя и распределение по глубине радиоактивных изотопов, яв­ ляющихся р-излучателями и полученных в результате актива­ ции дейтронами твердых сплавов ВК8, Т15К6 и Т30К4.

Несмотря на то что истирание образцов проведено в раз­ личные сроки после облучения и облучению были, подвергнуты различные по составу твердые сплавы, характер зависимости

21.

для исследования режущих свойств твердосплавных пластинок, активируя их дейтронами на глубину 40 мкм.

100

Рис. 8. Изменение относительной скорости счета при истирании образцов из твердых сплавов, активированных дейтронами (из­ мерение по ^-излучению).

Недостаток исследования режущих свойств с использова­ нием (3-излучения — возможность самопоглощения р-частиц в образующихся на поверхностях режущего инструмента налипах обрабатываемого металла. Указанный недостаток можно устра­ нить при использовании у-излучения образующихся при акти­ вации радиоактивных изотопов [10].

На рис. 8 представлена зависимость изменения относитель­ ной скорости счета от глубины снятого слоя твердого сплава ВК8 и Т15К6, облученных дейтронами. Измерение проводили через разные отрезки времени после активации.

Вотличие от зависимости, полученной при регистрации р-частиц, регистрация у-излучения не дает пропорциональной зависимости по всей глубине активированного слоя и характер

Однако на участке до 50—60 мкм сохраняется пропорцио­ нальная зависимость, что подтверждают математические ис­ следования, приведенные в гл. 3.

22

На неравномерность также влияет наличие в составе твердого сплава карбидов титана.

В связи с тем что влияние времени начала исследования и присутствие в твердых сплавах карбидов титана незначительно

Рис. 9. Изменение относительной скорости счета от величины снятого слоя и условий активации образцов из сплава Т15К6, облученных:

указанными отклонениями при работе на рабочем месте можно пренебречь (что также подтверждено математическим исследо­

ха в каналы циклотрона при активации на выведенном пучке. Подтверждение данного типа исследований, проведенных на различных металлах, получено и при активации твердых сплавов.

23

На рис. 9 представлены кривые, полученные при исследова­ нии истирания различных образцов из твердого сплава Т15К6, облученных дейтронами под различными углами наклона к пучку частиц. Измерение вели по р- и у-излучению. Анализ ре­ зультатов облучения показывает, что изменение угла наклона позволяет снизить глубину активации до необходимых преде­ лов, связанных с точностными и другими показателями.

а

Характер кривых, как и в рассмотренных ранее случаях, сохраняется, т. е. при измерении по р-излучению удается полу­ чить наиболее стабильную пропорциональную зависимость по глубине.

Облучение а-частицами как под углом, так и при использо­ вании различных диафрагм позволило также подтвердить воз­ можность их применения для проведения исследования износо­ стойкости резцов из твердых сплавов.

На рис. 10 представлены зависимости изменения относитель­ ной скорости счета от величины снятого слоя при активации твердого сплава Т15К6 а-частицами при различных углах на­ клона образцов к пучку частиц (см. рис. 10, и) и при различ­ ной толщине алюминиевого экрана (см. рис. 10, б).

Так же как и при облучении дейтронами, изменение угла наклона образца позволяет уменьшить глубину активации и

24

получить достаточно пропорциональное распределение радио­ активных изотопов практически по всей глубине.

Изменение толщины диафрагмы, или в данном случае облу­ чение а-частицами через алюминиевую фольгу толщиной 50 и 100 мкм, позволило уменьшить глубину активации, сохранив, примерно характер распределения радиоактивных изотопов по глубине.

В целом результаты исследований, проведенные на твердых сплавах, полностью подтвердили результаты, полученные на других металлах, и позволили сделать вывод о применимости ускоренных заряженных частиц для активации режущего инст­ румента, исследуемого на износостойкость в обычных произ­ водственных условиях.

§ 4. ИДЕНТИФИКАЦИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ

Данные по образующимся в процессе активации изотопам имеют основное значение при выборе аппаратуры и исследо­

исследовании его излучение полностью поглощается. Незначи­

Теоретические исследования могут быть подтверждены изу­ чением энергетических спектров, измерением распада на эта­ лонных образцах и в процессе контроля износа, а также облу­ ченных фольг с использованием дискриминации излучения.

Рассмотрим результаты исследований энергетических спек­ тров и измерение распада, проведенные на эталонных образ­ цах, облученных различными частицами в широком диапазоне энергий и условий облучения.

1. Исследование энергетических спектров

Энергетические спектры исследовали в основном на сцинтилляционном спеткрометре, состоящем из кристалла Nal(Tl),. спектрометрического ФЭУ и стоканального анализатора АИ-100 «Радуга». Спектрометр градуировали, используя «эта­ лонные» источники Со8 0 , Cs1 3 7 и др.

Исследование спектров позволило решить две основные задачи: определить стабильность образования данного радио­ изотопного состава и. его распределение по глубине.

25.

В процессе разработки метода сняли более 300 спектров на образцах и деталях. Наиболее полно исследованы энергетиче­ ские спектры различных металлов, активированных дейтро­ нами.

Исследование вели по поверхностным спектрам и по спек- •трам, полученным при истирании образцов на различные глу­ бины.

На рис. 11 приведены сравнительные данные по спектрам, снятым с активированных образцов из различных металлов (Ст. 3, легированная сталь, легированный чугун), имеющих в основе железо, причем часть из образцов истерта на различ­ ную глубину (2—50 и 3—150 мкм).

Анализ приведенных спектров позволяет установить радио­ активные изотопы, получаемые в результате активации стали и чугуна дейтронами с энергией 13—14 Мэв.

Как видно из спектров излучения, образовавшиеся радио­ активные изотопы дают два основных пика излучения — 0,511

и0,840 Мэв. Имеется также пик 1,240 Мэв.

Всоответствии с литературными данными интенсивный •^-переход с энергией 0,84 Мэв имеется у Со5 6 и Мп5 4 , а у Со5 8 переход составляет 0,8 Мэв, что в данных условиях может быть неразличимо.

Пик с энергией 0,511 Мэв может соответствовать интенсив­ ному р+-переходу Со5 6 , дающему аннигиляционную линию.

Пик с энергией 1,240 Мэв может также соответствовать Со5 6 , имеющему довольно интенсивный переход (70%) с энер­ гией 1,238 Мэв.

Указанные результаты полностью соответствуют и под­ тверждают теоретические исследования.

Не менее важным результатом спектроскопического анали­ за следует считать полученные результаты по глубине истира­ ния. Как видно из приведенных, да и из всех снятых спектров, изменения радиоизотопного состава по у-излучению по глубине не наблюдается, что позволяет работать с деталями, активиро­ ванными дейтронами, используя всю глубину активации.

2. Исследование распада на «эталонах»

Эталонирование распада проводили для решения таких во­ просов, как идентификация радиоактивных изотопов в вывод эмпирических зависимостей, обеспечивающих определение ко­ эффициентов распада для данных конкретных условий облуче­ ния без проведения эталонирования при повторных исследо­ ваниях.

Эталонами распада обычно были образцы, используемые для моделирования, а в отдельных случаях сами детали, облу­ чаемые в идентичных условиях. Одну деталь использовали в

27

исследованиях износа на агрегате, другую исследовали на распад.

В связи с изменением условий активации с использованием различных заряженных частиц необходимо рассмотреть наи­

Рис. 12. Зависимость распада изотопов от времени

представлен распад во времени радиоактивных изотопов, обра­

висимость lgAf3 T от t, использовали метод наименьших квад­ ратов. Расчеты на ЭВМ по специально разработанной програм­ ме вели по следующим зависимостям (данные по измерению скорости счета даны в табл. 4):

Sffi (/ lg AQ— SftSlgW

(»)2

28

В первом приближении закономерность уменьшения лога­ рифма скорости счета от времени совпадает с закономерностью уменьшения активности индивидуального радиоактивного изо­ топа.

Постоянную распада X предполагаемого радиоактивного изотопа можно определить из соотношения

МК = | t g a | с р .

29