CC BY
30
П
о
Физико-математические науки
УДК 621.961.2
Абашкин Роман Евгеньевич Roman Abashkin
Алтухов Александр Юрьевич Alexander Altukhov
СВОЙСТВА И НАПРЯЖЕНИЯ ЖАРОПРОЧНЫХ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
PROPERTIES AND TENSION OF HEAT RESISTING ELECTRO-ACOUSTIC COVERINGS
В статье величину внутренних напряжений и глубину их распространения определяли по методу М.М. Северина путем автоматической записи кривой деформации. Установлено, что максимальные остаточные напряжения растяжения наблюдаются в поверхностных или приповерхностных зонах. Защитные свойства электроакустических покрытий оценивали по величине стационарного потенциала коррозии системы «покрытие-подложка».
Ключевые слова: внутренние напряжения, сплав, выглаживание, потенциал
In this article the size of internal tension and depth of their distribution were determined by Severin M. M. method by automatic recording of curve deformation. It is established that the maximum residual tension of stretching is observed in superficial or near-surface zones. Protective properties of electro-acoustic coverings were estimated in size of stationary potential of corrosion of covering substrate system.
Key words: internal tension, alloy, vyglazhivaniye, potential
По методу М.М. Северина для определения напряжений пластинчатый образец толщиной 2 мм помещается в установку для исследования внутренних напряжений. Предварительно образец (пластинка-композит) промывается ацетоном и просушивается. Поверхность образца, не подлежащую исследованию, защищают от травления двумя слоями перхлорвинило-вого лака. Толщина пленки лака незначительна, она эластична. В связи с этим ее наличие на образце не влияет на точность измерения внутренних напряжений.
Нижний конец образца закрепляется в контактном устройстве, верхний имеет воз-
можность свободно перемещаться. Контактное устройство с образцом устанавливается в ванну с ментольным электролитом. Ванна для электрохимического растворения образца устанавливается на предметный столик микротвердомера ПТМ-3, при помощи микроскопа осуществляется наблюдение за перемещением свободного конца образца и фиксируется величина этого перемещения.
На рисунке представлено изменение остаточных напряжений в металлопокрытии, полученное методом электроакустического нанесения покрытий (ЭЛАНП) электродом из жаропрочного сплава типа ЖС с добавками редкоземельных металлов
(РЗМ) после выглаживания минералоке-рамикой при оптимальном режиме. Подложкой служил спеченный жаропрочный сплав ЭП202 после термической обработки. Выглаживание снижает общий уровень растягивающих напряжений в покрытии за счет наведения сжимающих напряжений, что благоприятно влияет на усталостную прочность.
Так, в покрытиях, полученных методом ЭЛАНП, уже после 4...6 проходов наблюдается сеть трещин и очаги разрушения. Таким образом, экспериментальные данные показывают, что через определенный промежуток времени электроакустического напыления (ЭН) начинается разрушение уже сформированного слоя, которое зависит от режимов обработки, свойств материала электродов, межэлектродной среды и некоторых технологических приемов. Разрушение слоя происходит только в период воздействия разряда и обусловлено совместным влиянием предшествующего напряженно-деформированного состояния и импульсными термическими напряжениями.
Известно, что величина термических напряжений увеличивается с ростом энергии импульса и пропорциональна в первом приближении коэффициенту термического расширения и модулю сдвига, причем эта величина в слоях, прилегающих к поверхности зоны воздействия разряда, может превосходить пределы текучести и прочности металла. Поэтому в поверхностных и приповерхностных слоях наблюдаются зоны пластического течения и хрупкого разрушения.
С ростом длительности импульса тока при постоянных параметрах УЗК (ультразвуковых колебаний) и при постоянной мощности источника тепла термические напряжения увеличиваются, что приводит к расширению зоны, охваченной напряжениями.
Варьируя факторами, влияющими на величину остаточных напряжений, можно управлять динамикой привеса и формировать более толстые слои. Анализ данных по эрозии электрода от технологических параметров установки «ЭЛАН-3» показывает,
что периодическое пластическое деформирование позволяет увеличить удельное время обработки до наступления классического для (ЭН) максимума на кривой привеса, причем величина удельного привеса колеблется около определенного установившегося значения и не падает до 0, как обычно.
Рассматривая поведение внутренних напряжений, возникающих в электроакустических покрытиях, видно, что с увеличением толщины в нем формируются растягивающие напряжения, которые при дальнейшем росте его толщины имеют максимум (см. рисунок).
Установлено, что максимальные остаточные напряжения растяжения наблюдаются в поверхностных или приповерхностных зонах сформированных слоев, и их абсолютная величина довольно значительна: 300...700 МПа. В целом, анализируя изменения остаточных напряжений по глубине слоя, динамику роста электроискровых покрытий, можно сделать вывод, что она вписывается в общую физическую концепцию формирования напряженно-деформированного состояния поверхностных слоев, полученных по другим технологиям.
Полученные результаты (см. рисунок) свидетельствуют о том, что с увеличением длительности процесса (толщины покрытия) уровень растягивающих напряжений в формируемых слоях увеличивается. В отдельных случаях ближе к поверхности наблюдается снижение остаточных напряжений. Это связано с тем, что процессы переноса и роста покрытия на катоде еще продолжаются, поверхностные слои уже охрупчиваются за счет образования мелкокристаллической структуры и возникновения хрупких фаз при взаимодействии материала электродов с окружающей средой. Появляющиеся микротрещины способствуют разрушению части сформированного поверхностного слоя. Максимальная величина растягивающих напряжений достигает в покрытиях, полученных ЭЛАНП, при толщине 150... 170 мкм: 680...700 МПа. Поскольку покрытие достаточно пористо, скорость охлаждения его с увеличением толщины уменьшается. Поэтому, когда
внешняя корка покрытия уже остыла, середина его еще горячая. При остывании она действует на наружные холодные слои напряжениями сжатия, что ведет к уменьшению общего уровня растягивающих напряжений. Исследования внутренних напряжений в ЛЭН покрытий после выглаживания ( см. рисунок) выявили более пологое изменение растягивающих остаточных напряжений по толщине покрытия за счет наведения остаточных напряжений сжатия. Наклеп и остаточные напряже-
ния сжатия, достигающие 140... 160 МПа в поверхностных слоях покрытия, после выглаживания повышают коррозионно-ус-талостную прочность композита. Это обусловлено тем, что поверхностные дефекты закрываются и становятся недосягаемыми для проникновения в них коррозионной среды и развития там адсорбционных и коррозионных процессов. Трещины усталости, развивающиеся под упрочненным слоем, также недосягаемы для воздействия агрессивной среды.
I
1 ^
2 / /
§
О
50
100
150
а, МПа
720 с, §
600 % Ш | 360 |
И7 | О
Толщина покрытий Ь, мкм
Схема изменения остаточных напряжений в покрытии, полученном ЭЛАНП на подложке сплава ЭП202:
1 - электроакустическое покрытие; полученное электродом
из сплава типа ЖС с добавками РЗМ;
2 - то же покрытие с выглаживанием минералокерамикой
Защитные свойства электроакустических покрытий, нанесенных на жаропрочный сплав ЭП202, оценивали по величине стационарного потенциала коррозии системы «покрытие-подложка» в 3 %-ном растворе ^С1. Потенциал фиксировали с помощью потенциостата П-5848. Анализ поведения величины стационарного потенциала смещения от технологических режимов установки «ЭЛАН-3» позволяет заключить, что основными факторами,
влияющими на электрохимическое и коррозионное поведение системы «покрытие-подложка», являются толщина и качество покрытия, а также его фазовый состав. Установлено, что наибольший сдвиг значений потенциала коррозии в положительную сторону соответствует четырем проходам при оптимальном режиме ЭЛАНП. Выглаживание покрытий положительно влияет на их антикоррозионные свойства.
Literatura_
1. Svistunova T.V. Korrozionno-stojkie splavy dlya sred osobo vysokoj agressivnosti // Metallovede-nie i termicheskaya obrabotka metallov. 2005. № 8. M. S. 25-28.
2. Zherebtsov S.N. Opredelenie parametrov tem-peraturno-vremennoj obrabotki zharoprochnyh nikele-vyh splavov / S.N. Zherebtsov // Tehnologiya mashi-nostroeniya. 2005. № 12. S. 5-6.
3. Zherebtsov S.N. Vliyanie dobavok legirujush-hih jelementov na strukturu, svojstva i fazovyj sostav nikelevogo splava // Litejshhik Rossii. 2006. № 4. S. 30-32.
4. Kuleshova E.A., Glezer G.M., Petrushin N.V. Vliyanie parametrov struktury na sluzhebnye harakte-ristiki litejnyh vysokozharoprochnyh nikelevyh splavov // Nauchnye idei S.T. Kishkina i sovremennoe materia-lovedenie. Sb.: VIAM. 2006. S. 200-211.
5. Kutsenko A.I., Gurdin V.I., S.N. Zherebtsov i dr. Vliyanie struktury nikelevogo splava na mehaniche-skie svojstva izdelij // Tehnologiya mashinostroeniya. 2008. № 1. S. 5-6.
6. Kuznetsov V.P., Lesnikov V.P., Moroz E.V. i dr. Struktura zharoprochnogo nikelevogo splava ZhS36VI dlya monokristallicheskih lopatok TVD // MITOM. 2008. № 4. S. 26-29.
7. Gadalov V.N., Tutov N.D., Bojtsova A.S.Je-lektroiskrovoe legirovanie poverhnosti metallicheskih materialov // Sovremennye problemy svarochnoj na-uki i tehniki. Voronezh: VGASA. 1997. S. 131-132.
8. Kovenskij I.M., Povetkin V.V. Metallovedenie pokrytij. M.: SP Internet inzhiniring. 1999. 296 s.
9. Gadalov V.N., Roshhupkin V.M. Issledovanie kompozita s podlozhkoj iz slozhnolegirovannogo mate-riala na nikelevoj osnove s jelektrofizicheskimi pokryti-jami iz zharoprochnyh splavov tipa ZhS // Vestnik Vo-ronezhGTU. Ser. Materialovedenie. Voronezh. 2003. Vyp. 1.14. S. 65-73.
10. Bezborodov V.P., Zorin D.D., Muratov A.A. i dr.Struktura i svojstva pokrytij iz nikelevyh splavov / / Svarochnoe proizvodstvo. 2003. № 3. S. 22-27.
11. Prihodko V.M., Petrova L.G., Chudina O.V. Metallofizicheskie osnovy razrabotki uprochnyajushih tehnologij // M.: Mashinostroenie. 2003. 384 s.
Коротко об авторах_
Абашкин Р.Е., канд. техн. наук, доцент, каф. «Машиностроительные технологии и оборудование», Юго-Западный государственный университет abashkin1982@gmail.com
Научные интересы: жаростойкие сплавы, жаропрочные сплавы, самовосстанавливающиеся покрытия, керамические покрытия
_ Literature
1. Svistunov T.V.. Corrosion-resistant alloys for environments particularly high aggressiveness // metal science and thermal treatment of metals. 2005. № 8. M. P. 25-28.
2. Zherebtsov S.. Definition of the temperature-time processing parameters of heat-resistant Nickel alloys / S.. Stallions // machine-building technology.
2005. no. 12. P. 5-6.
3. Zherebtsov S.. Influence of alloying elements additives on the structure, properties and phase composition of Nickel alloy // foundry worker of Russia.
2006. № 4. P. 30-32.
4. Kuleshov A., Glaser G.M., Petrushin, NV. The influence of the structure on the service properties parameters of the casting high heat-resistant nickel alloys // Scientific ideas of S.T. Kishkina and modern materials science. Su.: VIAM. 2006. P. 200-211.
5. Kutsenko A.I., Gurdin V.I., S.N. Stallions and etc. The influence of nickel alloy structure on the mechanical properties of the products // machine-building technology. 2008. № 1. P. 5-6.
6. Kuznetsov, V.P. Foresters V.P., Frost E.V. and others. Structure of heat-resistant Nickel alloy ZhS36VI for single-crystal blades theatre // MITOM. 2008. № 4. P. 26-29.
7. Gadalov V.N., Tutov N.A., Boytsov A.C. Electric-spark alloying of metallic materials surface // Modern problems of welding science and technology. Voronezh: VGASA. 1997. P. 131-132.
8. Kovensky I.M., Povetkin V. Science of coatings. M.: JV Internet engineering. 1999. 296 p.
9. Gadalov V. Roshchupkin. The study of a composite with the substrate complex-alloyed material on a Nickel basis with electro-physical coverings made of heat-resistant alloys of ZhS type // Vestnik Voronezh-GTU. Ser. Science of materials. Voronezh. 2003. Vol. 1.14. P. 65-73.
10. Bezborodov V.P., Zorin D.D., Muratov A.A. and others. The structure and properties of coatings of nickel alloys // Welding production. 2003. № 3. P. 22-27.
11. Prihodko V.M., Petrova L.G., Chudina O.V. Metall-physical fundamentals of hardening technologies // M.: Mechanical engineering. 2003. 384 p.
_Briefly about the authors
R. Abashkin, Candidate of Engineering Sciences, associate professor, Machine-building technologies and equipment department, South-Western State University
Scientific interests: heat-resistant alloys, heat resisting alloys, self-repairing coverings, ceramic coverings
Алтухов А.Ю., канд. техн. наук, преподаватель, каф. «Машиностроительные технологии и оборудование», Юго-Западный государственный университет
a1t997@yandex.ru
А. Altukhov, Candidate of Engineering Sciences, professor, Machine-building technologies and equipment department, South-Western State University
Научные интересы: повышение эффективности производства и ремонта изделий машиностроительного назначения применением прогрессивных способов восстановления и механической обработки
Scientific interests: increase of production efficiency and repair of machine-building appointment products by application of progressive ways of restoration and machining
