CC BY
30
УДК 539.3
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ И ИСПЫТАНИЙ НА ПОЛЗУЧЕСТЬ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ АЛЮМИНИЯ АД-1
© В.П. Радченко, А.П. Морозов
Ключевые слова: цилиндрические образцы; технически чистый алюминий АД-1; упругопластическое нагружение; ступенчатое нагружение на ползучесть; макроструктура; микротвердость по Кнуппу; шероховатость. Проведен сравнительный анализ влияния режимов упругопластического нагружения и испытаний на ползучесть на характеристики поверхностного слоя образцов, изготовленных из технически чистого алюминия АД1.
Заготовкой образцов служил прессованный пруток, из которого вырезались цилиндрические одноосные образцы как в продольном, так и в поперечном к оси заготовки направлениях. В процессе исследований было проанализировано 29 образцов (как разрушенных, так и не доведенных до разрушения). Для выявления характера распределения остаточной деформации по длине образца на его боковой поверхности с помощью конусообразного индентора наносились контрольные лунки, отстоящие друг от друга на расстоянии ~2 мм. В ходе проводимых испытаний измерение расстояний между контрольными лунками проводилось на большом инструментальном микроскопе БМИ-1Ц. Возможности испытательной установки позволяли производить мгновенную разгрузку образца в любой точке диаграммы растяжения или кривой ползучести и тем самым зафиксировать достигнутую на данный момент неупругую деформацию (при этом на каждом образце подобную процедуру можно повторять многократно, вплоть до его разрушения).
В ходе исследований были проведены следующие программы испытаний для одномерных образцов:
1) упругопластическое нагружение до разрушения ступенями до накопленной деформации 1-2 % на каждой ступени с последующей разгрузкой и замером локального поля пластических деформаций;
2) ступенчатое нагружение на ползучесть вплоть до разрушения при постоянном напряжении до значения накопленной деформации 1-2 % на каждой ступени с последующей разгрузкой и замером поля деформации ползучести по длине образца;
3) комбинированное нагружение с чередованием упругопластического деформирования и деформирования при постоянном напряжении во времени на ползучесть до значения накопленной деформации 1-2 % на каждой ступени нагружения с последующей разгрузкой и замером локального поля остаточных деформаций.
В данной работе на испытанных образцах были выполнены экспериментальные исследования и анализ по некоторым параметрам поверхностного слоя.
Первый этап работы заключался в проведении мак-роструктурного анализа. Основная задача состояла в визуальном определении различий поверхности образцов, испытанных в режиме пластичности и ползучести.
Выявлено, что наиболее гладкая поверхность характерна для образцов, вырезанных в продольном направлении заготовки. Испытания на ползучесть дают более гладкую поверхность, чем испытания в области пластичности. Рис. 1 иллюстрирует этот факт.
в)
г)
Рис. 1. Поверхность образцов при увеличении х32: а) образец изготовлен в продольном направлении к оси заготовки и испытан на ползучесть; б) образец изготовлен в продольном направлении к оси заготовки и испытан на пластичность; в) образец изготовлен в поперечном направлении к оси заготовки и испытан на ползучесть; г) образец изготовлен в поперечном направлении к оси заготовки и испытан на пластичность
Визуальные данные были в дальнейшем подтверждены результатами, полученными при измерении шероховатости. Так, величина среднего арифметического отклонения профиля Ка для образцов, вырезанных вдоль, измеряется от 1 до 6 мкм. Для образцов, вырезанных поперек заготовки, значение Ка достигает
1823
9-10 мкм для обоих режимов испытаний. Аналогичные результаты наблюдаются для величины среднего квадратичного отклонения профиля Кд.
Табл. 1 содержит полную информацию о значениях показателей шероховатости Яа, Яд, Ку (наибольшая высота профиля) и Кг (высота неровности профиля по 10 точкам) для всех образцов.
Таблица 1 Результаты измерения шероховатости
микротвердости. Ширина каждого участка составляет примерно 200-400 мкм.
№
Ra, мкм
Ry, мкм
R„ мкм
Пластичность
Rq, мкм
101 4,55 32,00 21,13 5,48
102 1,41 11,46 9,52 1,75
108 2,11 14,51 9,93 2,55
111 1,19 10,45 7,70 1,48
112 5,66 32,24 23,37 6,71
113 6,89 51,97 32,46 8,16
114 7,97 48,92 42,66 9,77
115 1,24 8,66 7,65 1,53
203 9,86 67,50 47,42 11,84
204 6,86 45,69 37,80 8,39
206 6,69 46,18 32,19 7,93
210 6,35 41,95 34,28 7,82
211 1,88 13,20 11,14 2,29
212 1,61 13,91 9,76 2,05
Ползучесть
104 1,28 8,87 7,89 1,57
105 5,35 41,67 27,19 6,81
106 1,20 10,65 7,88 1,50
107 5,48 38,22 24,83 6,49
109 1,46 11,97 9,31 1,79
117 3,81 37,90 25,44 4,81
119 4,84 35,43 24,26 5,81
121 1,84 17,09 10,22 2,35
122 5,87 48,50 42,12 8,35
123 4,68 41,91 24,06 5,72
124 3,37 23,74 17,97 4,26
201 10,27 60,80 48,18 12,40
202 8,85 81,22 44,38 10,86
205 5,79 37,21 31,16 7,17
207 7,46 49,01 38,49 8,86
Образцы, номера которых начинаются с первой сотни, были вырезаны вдоль оси заготовки. Образцы, номера которых начинаются со второй сотни, были вырезаны поперек.
Рассмотрим результаты оценки влияния обоих видов испытаний на величину микротвердости. Выявлен значительный рост микротвердости (в 2-3 раза) в области образования шейки. Ширина зоны упрочнения составляет примерно 8-12 мм.
В результате измерений обнаружено, что значения микротвердости заметнее увеличиваются на образцах, подвергнутых испытаниям на ползучесть (рис. 2). Длина зоны упрочнения (в области разрушения) составляет 2-5 мм.
Образцы, испытанные на пластичность, имеют более низкое значение микротвердости в области разрушения (рис. 3). Для данных образцов характерно наличие участков выступов и впадин при общем снижении
Рис. 2. Распределение микротвердости на образце носле испытаний на ползучесть(образец N°121)
НК
800
600
400
200
0
L, ММ
Рис. 3. Распределение микротвердости на образце после испытаний на пластичность (образец N° 111)
Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы.
1. Наиболее гладкая поверхность наблюдается у образцов, вырезанных в продольном направлении к оси заготовки с последующими испытаниями на ползучесть. Это подтверждается как макроскопическими исследованиями, так и измерениями шероховатости.
2. Максимальная шероховатость достигается на образцах, вырезанных в поперечном направлении к оси заготовки. Программа испытаний оказывает незначительное влияние на изменение шероховатости.
3. На значения микротвердости не оказывает влияния методика изготовления образцов, а влияет программа испытаний.
4. Максимальный рост микротвердости наблюдается в зоне разрушения на образцах после испытаний на ползучесть. Длина этой зоны составляет 2-5 мм.
5. В образцах после испытаний на пластичность наблюдается наличие участков выступов и впадин. Ширина участка составляет примерно 200-400 мкм.
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Radchenko V.P., Morozov A.P. INFLUENCE OF ELASTIC AND PLASTIC LOADING REGIMES AND CREEP TESTS ON SURFACE LAYER PROPERTIES OF ALUMINUM SAMPLES
Comparative analysis of elastic and plastic loading and creeping loading regimes on the surface layer properties of commercially pure aluminum are conducted.
Key words: cylindrical samples; commercially pure aluminum AD-1; elastic and plastic loading; creeping loading; macrostructure; microhardness by Knupp; roughness.
1824
