Микроструктурные исследования

В процессе пластической деформации в металле поверхностного слоя происходит дробление зерен на фрагменты и блоки с угловой разориентировкой их (образование субструктуры). Микроструктура поверхностного слоя образуется измельчением и дроблением зерен с ориентацией их в направлении усилия деформирования.

Фиг. 53. Микроструктура поверхностного слоя изношенного

Фиг. 55. Микроструктура поверхностного слоя изношенного образца из стали 20 с отпечатками пирамиды, полученными на

Рис. Ц Микроструктура поверхностного Рис. 12. Видманштеттова структура стали обезуглероженного слоя. X 200 (0,37% С). X 250

Микроструктура поверхностного слоя после закалки цианированных деталей состоит из нитроаустенита пли нитромартенсита в поверхностной зоне и мартенсита или троосто-мар-тенсита в последующей зоне.

Микроструктура поверхностного слоя определялась на боковой поверхности образца (без наплавления в сплав Вуда).

Рис. 33. Микроструктура поверхностного слоя образцов из армко-железа, полученных в формах из различных материалов (ХЮО) :

Зона I — зона наиболее интенсивной деформации. Напряженно-деформированное состояние в ней возникает вследствие «перетекания» деформированного материала из зоны среза, дополнительного снятия материала округленной режущей кромкой и деформирования его силами трения при контактировании с задней поверхностью инструмента. Зерна металла максимально удлиняются, сжимаются, поворачиваются и перемещаются. Образуется четкая текстура, имеющая разный характер по толщине зоны. Верхнюю границу этой зоны можно определить по микрошлифу корня стружки или по искажению координатной сетки. Расположение верхней границы зависит от скорости резания, длины контакта, толщины срезаемого слоя и свойств обрабатываемого металла. На рис. 80, б показана микроструктура поверхностного слоя обточенного образца. Кристаллиты имеют вытянутый характер, а феррит как более мягкая составляющая структуры вытеснен на поверхность. Напряженно-деформированное состояние материала в этой зоне характеризуется наличием значительных (конечных) пластических деформаций, уменьшением скорости деформации г\, увеличением интенсивности деформации Е2 и напряжений а. Величина деформаций в некоторых случаях достигает 100—150%. На поверхности этой зоны образуется тонкая пленка окислов.

Следует отметить, что обработка сглаживанием тонких и длинных образцов с галтелями представляет известные трудности. Поэтому был сконструирован специальный подвижный люнет, который укрепляют на суппорте с электрической изоляцией от него. Кроме того, при сглаживании галтелей использовалось приспособление, предназначенное для обработки прерывистых поверхностей, и применялась пластинка с малым радиусом закругления (R = 4,5...5 мм). Режим обработки выбирался из условия минимального нагрева длинного тонкого образца. Однако, несмотря на малые радиусы пластины и образца и, следовательно, небольшую поверхность контакта, а также низкую скорость сглаживания, при указанном выше режиме достигалась достаточно высокая плотность тока и соответственно температура нагрева. Об этом свидетельствует высокая поверхностная микротвердость (5460 МПа) и светлая микроструктура поверхностного слоя сглаженного образца. Наибольшее напряжение изгиба определялось по формуле

Микроструктура поверхностного слоя восстановленных пружин глубиной 0,2 мм представляет собой мелкодисперсный бесструктурный мартенсит с повышенной плотностью дислокаций. Микроструктура сердцевины пружины — сорбит отпуска.

Рис. 90. Микроструктура поверхностного слоя сплава

Изучение характера распространения трещин показало, что они развиваются хрупко от внешней поверхности трубы с вязким доломом на ее внутренней поверхности [23, 29]. В сечении стенки трубы часто наблюдалось ветвление трещин. Следует отметить, что они развиваются в направлении, перпендикулярном плоскости действия кольцевых растягивающих напряжений, являющихся максимальными в сложном напряженном состоянии трубы под действием внутреннего давления. Микроструктурные исследования характера распространения трещин показывают, что зарождающаяся микротрещина имеет меж- или транскристаллитный характер развития. То же самое наблюдается и в местах их ветвлений. В процессе своего развития характер распространения трещин трансформируется. Фрактографическими исследованиями установлено, что трещина развивается в три этапа: 1) меж- или транскристаллитно на стадии зарождения и дискретного подрастания; 2) коррозионное растворение металла в полости зародившейся

4.2.16. При невозможности вырезки заготовок из сосуда допускается определение механических свойств по измерениям твердости. При этом микроструктурные исследования следует проводить с применением метода слепок (реплик).

Микроструктурные исследования поверхностей трения при скольжении образцов спеченных порошков (железографит) позволили установить, что степень металлического контакта и схватывание определяются структурой материала. Оптимальной является смесь мелких упорядоченных кристаллов феррита и цементита. Диффузионные процессы при схватывании имеют малое значение.

Микроструктурные исследования проводились как на исходной поверхности образца, так и в приповерхностных слоях. Оценка изменения размера зерна в процессе выделения сверхпластичной деформации велась по методу секущих [2]. Кроме подсчета среднего размера зерна для оценки неоднородности размеров зерен производили построение гистограмм с установлением функций распределения зерен по размерам.

новом переплаве [3]. В то же время разрушение металла шва с крупными выделениями второй фазы (ЭШС, АрДС — автоматическая) наступает для обоих материалов при меньшем конечном удлинении металла и меньшем пределе прочности, чем в случае мелкой фазы. Объяснение этому дали микроструктурные исследования поверхности деформируемых образцов. В металле шва сплава АМгб в процессе деформации наблюдалось возникновение трещин, которые проходят либо по фазе, представляющей в сплаве АМгб интерметаллид, либо по границе ее раздела с матрицей. С увеличением размера интерметаллидных фаз трещины появляются при меньших степенях деформации. В шве, выполненном электрошлаковой сваркой, первые трещины наблюдаются при удлинении менее 0,5. Преимущественное образование трещин по фазе, расположенной на границах зерен и в стыке трех зерен, свидетельствует о том, что их появление обусловлено неоднородным характером протекания деформации и образованием локальных концентраций напряжений около малопластичной второй фазы [4].

Существенный интерес представляет изучение влияния структурного состояния на низкотемпературную прочность материалов. Например, микроструктурные исследования механизмов низкотемпературной деформации в определенной степени объясняют устанавливаемые закономерности изменения механических свойств. При выполнении таких исследований важно рассматривать микроструктурные особенности материалов, учитывать тип их кристаллической решетки, фазовый состав, возможность протекания полиморфных превращений, мартенситных переходов и т. п. Известно, что многие конструкционные стали, имеющие, например, аустенитную структуру при комнатной температуре, становятся аустенито-мартенситными при низких температурах, что, в частности, отражается на характере механизма деформации и соответственно на уровне механических свойств исследуемых материалов.

Существенный интерес представляют установки, позволяющие проводить микроструктурные исследования процессов деформации и разрушения в диапазоне, охватывающем область высоких и низких температур. Одна из таких установок была разработана в Институте машиноведения и получила наименование ИМАШ-20-69 **. Схема рабочей камеры установки ИМАШ-20-69 показана на рис. 111. Цифрой / обозначен исследуемый обра-

криостйт можно размещать на предметном столике любого металлографического микроскопа (типа МИМ-7, МИМ-8, МИМ-9 и др.)- Микрокриостат позволяет проводить микроструктурные исследования материалов, в том числе в процессе низкотемпературного деформирования.

Микроструктурные исследования показали, что усталостное разрушение биметаллической композиции как при комнатной температуре, так и при 800° С имеет сложный характер — в отсутствие четко выраженного деформационного микрорельефа в науглероженной зоне стали Х18Н10Т, а также в обезуглероженной зоне основного металла интенсивное дробление зерен и разрыхление поверхности сопровождаются образованием многочисленных очагов разрушения. При этом дробление происходит раньше, чем начинается развитие главной транскристаллической или межкристаллической трещины, приводящей к потере несущей способности слоя стали СтЗ. Межслойная поверхность раздела служит эффективным барьером для усталостной трещины,, так как напряженное состояние в вершине движущейся трещины резко изменяется. Магистральная трещина распространяется в плакирующем слое, а при слиянии ее с трещиной материала основы образец ломается.

Микроструктурные исследования были выполнены в интервале температур от 1000 до —90° С при растяжении с постоянной скоростью перемещения захвата 600 мм/ч.

Микроструктурные исследования композиций: Ni — 2,5 об. % ТЮ2 и Ni — 2,5 об.% НЮ2 показали, что их экструдированное состояние характеризуется мелким зерном (1—2 мкм), ориентированным в направлении экструзии. При дальнейшей холодной или тепловой деформации образуется типичная волокнистая структура с размером волокон в поперечном сечении менее 1 мкм. Отжиг при температурах 1300—1400° С приводит к возникновению структурной неоднородности, характеризующейся, с одной стороны, образованием крупных зерен с характерными двойниками отжига и, с другой стороны, сохранением участков волокнистой структуры. Внутри мелких зерен наблюдаются плотные сплетения дислокаций и дислокационные субграницы различного типа, стыкующиеся с высокоугловыми границами зерен. В рассматриваемых материалах увеличивается температурный интервал существования полигональной структуры, и в этом состоит особенность их рекристаллизации [55].