強(qiáng)流脈沖電子束輻照材料表面溫度場(chǎng)和熔坑形成模擬.pdf

1、本文采用有限元模擬的方法對(duì)強(qiáng)流脈沖電子束輻照過(guò)程中樣品的溫度場(chǎng)變化進(jìn)行了計(jì)算,并對(duì)40Cr和45＃鋼進(jìn)行了輻照處理,使用掃描電鏡、金相顯微鏡對(duì)輻照處理后樣品的表面形貌和截面重熔層的厚度進(jìn)行了觀察和分析,和模擬結(jié)果進(jìn)行了比較,并且通過(guò)對(duì)含有碳化物顆粒模型的模擬結(jié)果研究了熔坑形成的機(jī)理。
　　通過(guò)對(duì)純Fe輻照后溫度場(chǎng)的模擬可以得知,能量密度為5J/cm2時(shí),熔化層的厚度約為2.1μm,表層處于熔化狀態(tài)的時(shí)間約為2.7μs,升溫降溫速率

2、基本都在107-109℃/s,最大溫度梯度均能達(dá)到108℃/m這個(gè)數(shù)量級(jí)。在輻照的過(guò)程中,材料輻射率對(duì)模擬結(jié)果影響不大。
　　為了研究熱物性對(duì)溫度場(chǎng)的影響,變化材料的比熱容、熱導(dǎo)率和密度,結(jié)果發(fā)現(xiàn)三者對(duì)樣品溫度場(chǎng)分布、表面升溫降溫速率、溫度梯度和熱流密度均有較大的影響。對(duì)比40Cr和45＃鋼的模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在加速電壓較低時(shí),模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合;在加速電壓較大時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往大于模擬結(jié)果。
　　經(jīng)過(guò)電子束輻照后,

3、40Cr、45＃和1Cr13鋼的表面出現(xiàn)了很多火山坑狀的熔坑缺陷,直徑約為50μm,并且不同的材料,其熔坑的數(shù)量密度也不相同,而同樣條件下,純銀表面沒(méi)有出現(xiàn)熔坑,只有一些形狀不規(guī)則的晶界形貌。通過(guò)對(duì)熔坑底部的凸起物分析得知,其主要成分為碳化物。建立了純Fe試樣表層夾雜Fe3C的模型,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在Fe3C第二相和表層間區(qū)域能量聚集,模型的最大溫度點(diǎn)出現(xiàn)在第二相的正上方表層。模擬結(jié)果顯示,熔坑來(lái)源于熱導(dǎo)率較低的第二相顆粒表層的爆發(fā)。當(dāng)基體中包