Микротвердость поверхности

Статьи, заключенные в данный сборник, содержат результаты исследований, выполненных за последние годы в области изучения микроструктурных особенностей деформационных процессов и разрушения в поликристаллических металлических материалах (в том числе композиционных) в условиях теплового и механического воздействия. При проведении исследований использованы методы качественной и количественной тепловой микроскопии в сочетании с другими физическими методами. В ряде работ содержатся сведения о методиках и аппаратуре, применяемых для получения прямых экспериментальных данных об изменениях микростроения и уровня механических свойств изучаемых материалов. Значительное внимание в сборнике уделено изучению микроструктурных особенностей развития пластической деформации сталей и сплавов, биметаллических композиций и сварных соединений при тепловом воздействии в условиях статического и циклического нагружения.

Изучение микроструктурных особенностей длительного деформационного старения проводилось на аустенитных сталях ОХ18Н10Ш и Х18Н10Т стандартного состава при температуре 650° С. Цилиндрические образцы диаметром 15 мм и высотой 5 мм подвергали сжатию при комнатной температуре на испытательной машине ИМ-12А со скоростью 100 мм/ч до деформации 0,2; 1,0 и 5%. Для исследования была применена комплексная методика, сочетающая использование металлографического анализа, просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа.

Исследование микроструктурных особенностей строения биметалла Ст. 3+медь, полученного методом сварки взрывом [1], проводилось методами высокотемпературной металлографии на модернизированной установке ИМАШ-20-69, а также на сканирующем электронном микроскопе. Степень наклепа составляющих биметалл Ст. 3+медь после сварки взрывом оценивалась методом измерения микротвердости на приборе ПМТ-3 при нагрузке 20 гс.

5. Изучение микроструктурных особенностей разупрочнения и разрушения армированных композиций в условиях одностороннего нагрева и механического нагружения 262

В Центральном котлотурбинном институте им. Ползунова Б. М. Гуге-левым с сотрудниками выполнена модернизация установки ИМАШ-5С-65 применительно к исследованию микроструктурных особенностей процессов деформации при испытаниях материала на термическую усталость [52].

Ниже приводятся некоторые результаты комплексного исследования микроструктурных особенностей деформационного старения нержавеющих аустенитных сталей ОХ18Н10Ш и Х18Н10Т при повышенной температуре, проведенного с помощью методов высокотемпературной металлографии, измерения микротвердости, просвечивающей электронной микроскопии, рент-геноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов.

5. ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ РАЗУПРОЧНЕНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ КОМПОЗИЦИЙ В УСЛОВИЯХ ОДНОСТОРОННЕГО НАГРЕВА И МЕХАНИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ

Однако, как показал опыт, рациональное применение низко- и высокотемпературной металлографии, например при изучении закономерностей деформации и разрушения однородных и композиционных материалов, дает возможность не только оценивать влияние микроструктурных особенностей на ПРОЧНОСТЬ, но и выбирать пути повышения работоспособности широкого круга материалов и прогнозировать их НОЬСАСПП^ D nun^.^j^^n^^ по результатам лабораторных испытаний образцов.

по метрологическим, силовым и температурным параметрам, связанные с необходимостью измерений деформационных характеристик при сложных условиях нагружения (выдержки с нагревом под нагрузкой, двухчастотность, программирование усилий и температуры и др.), а также исследований микроструктурных особенностей образования и развития трещин с ростом поврежденности материала.

С целью изучения микроструктурных особенностей, наблюдаемых при развитии деформаций и разрушения металлов и сплавов в условиях высокотемпературного нагрева, автором была спроектирована и изготовлена вакуумная камера к установкам типа УМЭ-10т для малоцикловых испытаний [31, 32].

Для исследования микроструктурных особенностей деформации и разрушения образца на крышке вакуумной камеры размещен металлографический микроскоп типа МВТ [33]. Наблюдение за поверхностью образца производится через кварцевое стекло в крышке камеры. Для фотографирования микроструктуры используется микрофотонасадка типа МФН-12 или МФН-1.

После насыщения поверхность образцов имела равномерный светло-серый цвет. Толщина диффузионного покрытия при 1000° С составила 0.014 мм, а при 1100° С — 0.020 мм. Микротвердость поверхности достигала Нц100=1350—1400 кг/мм2. В соответствии с литературными данными [2J поверхностный слой состоит в этом случае из карбидной фазы Сг23С6. Под этим слоем находится смесь твердого раствора хрома в железе и карбида Сг23С6. Микротвердость этого слоя составляет 920 кг/мм2. Затем следует перлитная полоса, образующаяся в результате встречной диффузии углерода к диффузионному слою.

Поверхность образцов приобретала равномерный темно-серый цвет. Толщина слоя составляла около 0.030 мм, микротвердость поверхности — около 2600—2700 кг/мм2. На границе между диффузионным слоем и основой микротвердость резко уменьшалась (до 700—750 кг/мм2).

Рис. 44. Микротвердость поверхности образца стали 45 после испытания при температуре отпус-

В большинстве случаев след воздействия на поверхности состоял из двух зон — центральной (оплавленной) и периферийной (ЗТВ). Степень оплавления, ширина следа и общая глубина ЗТВ уменьшаются с увеличением скорости перемещения луча va, а микротвердость поверхности, наоборот, возрастает (рис. 69).

При шлифовании токопроводящими кругами процесс сопровождается искрением, ухудшающим качество поверхности и заставляющим вводить специальную доводку после шлифования; микротвердость поверхности снижается до 25%. Эти недостатки устраняются при шлифовании токонепроводящими кругами, причем производительность может достигать 2000—3000 мм3/мин, т. е. почти в 10 раз превышать ту, что имели в обычных условиях. Дело в том, что при работе токопроводящим кругом анодная пленка подчас не успевает образовываться за краткое время контакта круга с поверхностью

3—10 с при п — 450-7-600 об/мин; применяется СОЖ. В результате раскатки шероховатость поверхности улучшается на 3—4 класса, микротвердость поверхности повышается на 20—30%, некруглость и конусообразность отверстия уменьшаются на 1—3 мкм.

Принятые обозначения: R — радиус алмазного инструмента; ^аисх, Яисх — шероховатость и микротвердость поверхности перед выглаживанием; Нг, Я2 — микротвердость изолирующей прослойки перед выглаживанием и после него; ДЯ^ ЛЯ2 — отно-

Образцы, обработанные шлифованием, имели при температуре 20° С предел выносливости 43,4 кгс/мм2 и при температуре 400° С 39,8 кгс/мм2. Изменение предела выносливости при обработке резанием происходит в результате действия наклепа, остаточных напряжений, изменения микрогеометрии, структурных изменений и дефектов поверхностного слоя, характер и величина которых также зависят от метода и режимов обработки. Так, например, основным видом повреждения при грубых режимах шлифования и работе без охлаждения является прижог, который получается в виде характерных строчек. При этом снижаются твердость и микротвердость поверхности, а в поверхностном слое возникают значительные растягивающие остаточные напряжения. Дефекты, возникающие в результате шлифования цементованных образцов из стали 12Х2Н4А, снижают предел выносливости до 50%.

Микротвердость поверхности стекла сопоставима с таким же показателем для стали и меняется в широких пределах (в 2—3 раза), главным образом в зависимости от химической природы стекла — увеличивается для высококремнеземистых (кварцевого) или бесщелочных стекол и уменьшается для стекол щелочных составов и высокосвинцовых.

Изменение предела выносливости происходит в результате соответствующего действия глубины наклепа, остаточных напряжений, изменения микрогеометрии, структурных изменений и дефектов поверхностного слоя, характер и величина которых также зависят от метода и режимов обработки. Например, основным видом повреждения при грубых режимах шлифования и работе без охлаждения является прижог, который получается в виде характерных строчек. При этом снижается твердость и микротвердость поверхности, а в поверхностном слое наводятся значительные растягивающие остаточные напряжения. Дефектом шлифования следует считать также наведение остаточных растягивающих напряжений при отсутствии прижога. Шлифовочные повреждения цементованных образцов из стали 12Х2Н4А снижают усталостную прочность до 50%.

После ЭМС микротвердость поверхности увеличилась с 1570 до 4640 МПа, а микротвердость шлифованного образца хотя и повысилась на 420 МПа, но по глубине оказалась незначительной. Результаты сравнительных испытаний на износ показаны на рис. 36. ЭМС повышает износостойкость втулок примерно в 9,4 раза.