CC BY
6качество поверхности
обработка металлов Суу|
перед фронтом падающей ударной волны. В случае регулярного режима взаимодействия падающей ударной волны в порошке с границей центрального тела возникновения ХПС не происходит. Показано, что ширина фронта ударной волны в порошке влияет на структуру пограничной зоны, только когда толщина последней сравнима с характерным размером частиц порошка.
Работа выполнена при поддержке гранта им. М.А. Лаврентьева для молодежных проектов СО РАН.
Список литературы
1. Киселев С.П., Бузюркин А.Е. Ударно-волновые процессы в металлических порошках // Физическая мезомеханика. - 2000. - Т.З. - №6. - С.51-63.
2. Лукьянов Я.Л. Особенности профиля массовой скорости на границе порошок - монолит при нагруже-
нии плоской УВ // Физика горения и взрыва. - 1994. - N1 -. С.133-134.
3. Киселев С.П., Фомин В.М. О модели пористого материала с учетом пластической зсны, возникающей в окрестности поры // ПМТФ. - 1993. - №6. - С. 125-133.
4. Май В.В., Кузьмин Г.Е., Яковлев И.В. Приближенная оценка параметров нагружения в композиционных материалах для случая сильных ударных волн Ц Физика горения и взрыва. - 1995. - Т.31, - №3. -С.124-130.
5. Высокоскоростное взаимодействие тел // Под ред. В.М. Фомина. Новосибирск: Издательство СО РАН, 1999.
в Уилкинс МЛ Расчет упругопгастических течений // Вычислительные методы в гидродинамике. М.: Мир, 1967.
ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ, УПРОЧНЕННЫХ ЭЛЕКТРОННЫМ ЛУЧКОМ, 0 УСЛОВИЯХ КОНТАКТНОГО НАГРУЖЕНИЯ'
Е.А. БАТАЕВА, аспирант, Л. И. ТУШИНСКИЙ, профессор, доктор техн. наук, НГТУ, г. Новосирск
Эксплуатация многих деталей машин предполагает возможность воздействия контактно-усталостных нагрузок Высокий уровень внутренних напряжений, образование усталостных трещин, термические явления, связанные с локальными нагревами в зоне взаимодействия контактирующих тел - все это приводит к снижению механических свсйств поверхностных слоев материалов [1-2]. Перспективным методом повышения уровня механических характеристик поверхностных слоев является вневакуумная электронно-лучевая обработка (ВЭ/10), позволяющая существенно изменять структурное состояние поверхностных слоев сталей, значительно повышая уровень конструктивной прочности деталей.
Цель работы заключается в выявлении влияния структуры поверхностного слоя стали, упрочненной методом вневакуумной электронно-лучевой обработки, на контактно-усталостную выносливость. Объектами исследования послужили углеродистая сталь У8, а также эвтектоидиая сталь с добавками титана и ниобия в количестве 0,06 и 0.10 %. Упрочнение стали осуществлялось методом вневакуумной электронно-лучевой обработки на промышленном ускорителе электронов, обеспечивающем возможность вывода электронного пучка в атмосферу. Обработка выполнялась по следу-
ющему режиму: расстояние от выпускного отверстия до образца - 130 мм, скорость перемещения образца относительно луча 70 мм/с, сила тока - 16 мА, энергия электронного гучка - 1,4 МэВ. Конта<тно-усталостные испытании проводились по схеме пульсирующего контакта. За кэитерий контактно-усталостной выносливости принимали количество ци<лов нагружения до начала интенсивного питтингообразования, характеризующегося резким увеличением диаметра пятна контакта.
7. 4
10" Ю'
Количество циклов нагружения
Рис. 1. Контактно-усталостная выносливость сталей после вневакуумной электронно-лучевой обработки: 1 - сталь У8 после ВЭ/10, 2 - сталь У8, легированная 0,1 % "П
'Статья подготовлена по результатам исследований по государственному контракту № 02.438.11.7025 в рамках программы 1.6 ФЦНТП
cjyi обработка металлов
Структура упрочненного слоя сталей, формируемая в процессе вневакуумной электронно-лучевой обработки, представляет собой мартенсит, обладающий высокой твердостью. Основной особенностью структуры поверхностного слоя стали У8 является увеличение дисперсности мартенситной структуры от поверхности в глубь упрочненной зоны. Обусловлено это тем, что поверхностные слои стали имеют наиболее высокую температуру, в результате чего аустенитные зерна успевают вырасти. Известно, что дисперсность мартенситных кристаллов определяется размером ау-стенитного зерна. Эффективным решением проблемы обеспечения мелкого зерна аустенита в поверхностных слоях стали, упрочненной методом электронно-лучевой обработки, является использование сталей, легированных микродобавками ниобия и титана, т.е. химическими элементами, обэазующими труднорастворимые
105 106 Количество циклов нагружения а
105 106 Количество циклов нагружения
6
Рис. 2. Контактно-усталостная выносливость сталей после
вневакуумной эгектронно-лучевой обработки: а) 1 - сталь У8, 2 - сталь У8 с 0,06% Т\, 3 - сталь У8 с 0,1 % Тг, б) 1 - сталь У8, 2 - стальУ8 с 0,06% ЫЬ, 3 - стальУЗ с 0,1% Г\1Ь
карбиды [3]. Проведенными исследованиями установлено, что особенности структуры поверхностных слоев сталей, упрочненных методом вневакуумной электронно-лучевой сбработки, отражаются на уровне контактно-усталостной выносливости. Прсцесс контактно-усталостного воздействия на материал сопровождается пластической деформацией поверхностных слоев, что приводит к постепенному упрочнению материала в зоне контакта. Деформационное упрочнение
26 з (32) 2006 ШШШШШШШШШШШШШШ
ШШШШШШШШШШШШШ качество поверхности
поверхностных слоев микролегированных сталей проявляется несколько раньше, чем в грубодисперсной мартенситной структуре поверхностного слоя стали У8. Измельчение кристаллов мартенсита в поверхностных слоях микролегированной стали способствует уменьшению диаметра пятна контакта (рис. 1 ).
В то же время следует отметить, что увеличение дисперсности мартенситных кристаллов в поверхностных слоях упрочняемых материалов способствует увеличению контактно-усталостной прочности. На рис. 2, а, б показано влияние легирующих элементов на показатели контактно-усталостной выносливости. Добавки титана в количестве 0,06 и 0,1 % обеспечивают увеличение контактно-усталостной выносливости на 18 и 27 % соответственно. Легирование стали ниобием в таких же количествах способствует увеличению контактно-уста-лостной выносливости на 15 и 35 % соответственно по сравнению с нелегированной сталью. Этот результат объясняется высокими прочностными свойствами микролегированных сталей, малым размером мартенситных кристаллов, более низким по сравнению с углеродистой сталью уровнем локальных напряжений в зоне воздействия индентора.
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что на уровень контактно-усталостной выносливости сталей, упрочненных методом вневакуумной электронно-лучевой обработки, оказывает влияние дисперсность структуры поверхностных слоев упрочненной зоны. Легирование стали титаном и ниобием способствует существенному уменьшению размеров мартенситных кристаллов в поверхностных слоях упрочненной зоны, что благоприятно отражается на уровне контактно-усталостной зыносливости стали.
Список литературы
1. Тушинский Л.И., Батаев A.A., Тихомирова Л.Б. Структура перлита и конструктивная прочность стали.
- Новосибирск: ВО «Наука», 1993. - 280 с.
2. Потапов В.М., Батаев В.А. Выносливость объемно- и поверхностно- упрочненной стали при контактно-усталостном нагружении / Межвуз. сб. науч. тр. «Объемное и поверхностное упрочнение деталей машин».
- Новосибирск. - 1987. - С. 18-25.
3. Батаева Е.А., Кручинин A.M., Батаев A.A., Буров В.Г., Веселов C.B. Влияние микролегирования на структуру поверхностного слоя стали при высокоэнергетическом воздействии // Обработка металлов. - 2005. -№3(28».-С. 20.
