CC BY
10
УДК 669.017:621.73 DOI: 10.30977/BUL.2219-5548.2018.82.0.20
ВПЛИВ СТАНУ ПОВЕРХН1 НА ДЕФОРМАЦ1ЙНУ ПОВЕД1НКУ ВИРОБ1В ТА ПОКРАЩЕННЯ ШТАМПОВАНОСТ1 АВТОЛИСТОВОГО ПРОКАТУ
Дощечкша 1.В., Татарк1на 1.С., Озарк1в В.В., ХНАДУ
Анотаця. Проанал1зовано вплыв р1зних способ1в поверхневог обробки на повед1нку вироб1в при розтяганм та гх мехатчт властивост1. Запропоновано новий споаб тдвищення техноло-г1чног пластичност1 та покращення штампування холоднокатаних автолистових сталей.
Ключов1 слова: поверхня, цементащя, азотування, ¡онне бомбардування, деформащя роз-тягуванням, мщтстъ, пластичшстъ, штамповамстъ.
Вступ
Одшею з важливих проблем сучасного матерiалознавства е виявлення ролi впливу особливостей поверхневого стану на мехаш-ко-технолопчш властивосп виробу. В наш час використання поверхневих обробок е дуже поширеним методом покращення екс-плуатацшних характеристик виробiв. На ос-новi теоретичних та експериментальних дос-лiджень у галузi фiзичного матерiалознавства доведено, що поверхневий шар у твердого тша, яке деформуеться, е «самостшною фун-кцiональною шдсистемою i радикально впливае на масштабш рiвнi локалiзащ! пластично! течи та руйнування матерiалу в цшо-му» [1, 2].
Поверхня - це особлива, нерiвновiсна зона, в якш вiдбуваються рiзнi явища та ефек-ти, що впливають на весь об'ем твердого ть ла. Вiдомо, що поверхневий стан здатний у значнш мiрi визначати деформацшну поведь нку та мехашчш властивостi всього виробу.
Стан поверхш можна змiнити рiзними способами: поверхневим загартуванням, хь мiко-термiчною обробкою, штенсивною пластичною деформацiею, ультразвуковим i ра-дiацiйним впливом, нанесенням покритпв.
Iонно-плазмовi покриття широко викори-стовуються у сучаснiй промисловостi для отримання спещальних експлуатацiйних вла-стивостей поверхш (зносостшкосп, жаро-стiйкостi, зменшення коефщента тертя). В технологи вакуумно-дугового осадження (метод К1Б) обов'язковою попередньою опе-рацiею е iонне бомбардування (1Б) поверхнi з метою И очищення i полiпшення адгезiйно! взаемодп покриття з тдкладкою. Однак вь домо, що саме 1Б змiнюе тонку структуру поверхневого шару, шорсткiсть i напружений стан поверхнi. Це дозволило нам розглядати 1Б як самостшну операцiю, яка може iстотно
змшити експлуатацiйнi властивостi виробiв з конструкцшних сталей.
Розширення та поглиблення дослщжень ролi стану поверхнi пiсля рiзних методiв у деформацiйнiй поведiнцi та формуванш ме-ханiчних характеристик виробiв е актуаль-ним, бо дае можливють керувати властивос-тями як поверхш, так i всього об'ему.
Особливо щкавим i важливим е питання визначення впливу поверхневого стану на технолопчш властивостi матерiалу та заготовок, яке до цього часу взагалi не розгляда-лося.
Анал1з публжацш
Автори [1] стверджують, що поверхня вь дiграе визначну роль у характера мiсцi та чаш руйнування твердого тша. В робой [2] вiдмiчаються вщмшносп поведшки при де-формацп та мехашчних властивостей повер-хневих та внутршшх шарiв виробу.
Значний вплив обробки поверхш на дiаг-раму «напруження-деформащя» показано в роботi [3].
Про можливють змши властивостей заготовки тд впливом механiчноl обробки зазначае автор [4].
Дослщники [5, 6] показали, що обробка поверхш концентрованими потоками енергп приводить до структурно-фазових перетво-рень i змши властивостей виробу.
У робой [7] доведено, що 1Б шдвищуе тимчасовий ошр ов на 17 %, а умовну грани-цю мщносп Оо,2 на 34 %, при цьому вщносне подовження 5 збертаеться на достатньому рiвнi, а вщносне звуження у значно зростае. Автори зазначають, що таке унiкальне тдвищення конструктивно! мщносп зумовлене утворенням у тонкому поверхневому шарi комб^овано^' субмiкро- та нанокристалiчно! структури, яка, зпдно iз сучасними уявлен-
нями [8, 9], суттево зменшуе окрихчення ви-робу.
Крiм того, юнують роботи, в яких вщмш-нiсть у поведiнцi поверхневих i внутрiшнiх шарiв матерiалу не рееструеться [10].
Треба зазначити, що бшьшють дослiджень виконанi на чистих i пластичних моно - та полiкристалiчних металах. Випробуванням пiдлягали мiкрозразки у виглядi дроту i тонких с^чок. Дослiджень масивних об'ектiв iз конструкцiйних матерiалiв, якi е основним матерiалом в багатьох галузях народного го-сподарства, дуже мало i результати 1х неод-нозначнi.
Особливий штерес мае вивчення впливу 1Б на технологiчну пластичнiсть холоднокатано! листово! сталi. Еволюцiя дизайну кузова автомобшя, всезростаючi вимоги до зни-ження його маси i пiдвищення економiчностi диктують необхiднiсть покращення якостi та зниження вартостi сталевого листа для еле-ментiв автомобшя, що виготовляються методами холодного штампування
Мета i постановка завдання
Метою роботи е можливють пiдвищення мiцностi виробiв при збережент !х пластич-ностi, а також технолопчних характеристик матерiалу цих виробiв шляхом змiни стану поверхш.
Для вирiшення цих питань були поставле-нi такi задачi: 1 - дослщити вплив рiзних ви-дiв хiмiко-термiчноl обробки та юнного бо-мбардування на деформацiйну поведшку при розтягуваннi масивних зразкiв iз конструк-цiйних сталей; 2 - вивчити вплив стану пове-рхневого шару на деформiвнiсть матерiалу виробу, який тдлягае холоднiй обробцi тис-ком.
Дослщження впливу рiзних способiв
поверхневоТ обробки на деформацiйну поведшку виробiв
Х1М1ко-терм1чна обробка-цементащя
Газову цементащю зразкiв (ё =10 мм) зi сталi 20 здiйснювали за температури 930 (± 10) °С. Температура наступного гартуван-ня - 820 (± 10) °С, витримка 25 хв, охоло-дження у вод^ вiдпуск 200 °С, 1,5 години. За рахунок змши часу витримки одержували цементован шари товщиною 0,5; 1,0; 1,5 i
2 мм. За вихщний стан приймали гартування
3 низьким вiдпуском (Г + Н.В.)
Кривi розтягання зразкiв iз рiзним станом поверхнi наведенi на рис. 1, а !х механiчнi властивостi зведенi в табл. 1.
60000
1 з
50000 . 1
40000 " V 5 - - 7
У / 6
10000 -
Рис. 1. Кривi розтягання зразюв сталi 20: 1 -тсля Г+ Н.В.; 2 - цементащя на глибину 0,5 мм; 3 - 1,0 мм; 4 - 1,5 мм; 5 - 2,0 мм; 6 - тсля зняття шару цементацп
Як видно з рис. 1, тсля Г + Н.В. (без цементацп) зразки мають низьку мщтсть i ви-соку пластичтсть (крива 1), бо у стат мало ( ~ 0,2 % ) вуглецю.
Цементацiя з наступним Г + Н.В. радикально змшюе поведшку зразюв - рiзко окрих-чуе !х (кривi 2-5). При цьому чим бшьша то-вщина цементованого шару, тим нижчi як мщтсть, так i пластичнiсть (кривi 4 та 5). Пюля механiчного зняття цементованого шару (крива 6) поведшка зразка не в^^зняеть-ся поведшкою вiд того, який не тдлягав цементацп. Цей факт свщчить, що цементацiя не змшюе властивостей самого матерiалу, а лише його деформацшну поведiнку при роз-тяганнi. Це пiдтверджуеться випробуваннями на ударну в'язюсть, яка зi збшьшенням тов-щини цементованого шару с^мко зменшу-еться, але пiсля його зняття вщновлюеться до вихiдного стану (табл. 1).
Таблиця 1 - Мехашчш характеристики зразк1в з1 стал1 20 тсля цементацп на р1зну глибину
Товщина Ов, О0,2, 5, кси,
шару, мм МПа МПа % % Дж /см2
Г+Н.В. 560 480 19 46 52
0,5 840 600 - - 29
1,0 785 - - - 14
1,5 640 - - - 9
2,0 590 - - - 5
Знятий
шар 565 485 19 47 52
Слiд звернуту увагу, що за глибини цементацп 0,5 мм дуже суттево зростае мщтсть (на 33 %), але пластичтсть вже не реестру-
сться i майже в 2 рази зменшусться ударна в'язкiсть. Тобто зразок стае крихким.
Х1М1ко-терм1чна обробка - азотування
Стандартт розривт зразки 0 5 i 10 мм зi сталi 40Х пiсля покращення (гартування в оливi вiд 860 °С з наступним вiдпуском при 650 °С з витримкою 1,5 г) тддавали подаль-шому азотуванню за рiзних режимах для одержання глибини змщненого шару 0,08, 0,25 i 0,35 мм. Кривi розтягання зразюв наве-денi на рис. 2.
Рис. 2. Кривi розтягання зразюв зi сталi 40Х: 1 - З + ВО; 2 - азотований шар 0,08 мм; 3 - 0,25 мм; 4 - 0,35 мм; 5 - знятий шар
З рис. 2 випливае, що азотування на малу глибину (0,08 мм) тдвищуе мщтсть без па-дшня пластичносп (крива 2). Збшьшення азотованого шару (кривi 3 та 4) призводить до окрихчення зразюв при падшт мщносп. Пiсля зняття азотованого шару характер криво! розтягання 5 повтстю вщповщае кривiй 1 (зразок без цементацп). Статисти-чно оброблеш данi механiчних властивостей зразкiв наведет в табл. 2.
Таблиця 2 - Мехашчш характеристики зразк1в з1 стал1 40Х тсля азотування на р1зну глибину
Товщина шару, мм Ов, ®0,2, 8,
МПа МПа % %
Г + Н.В. 705 435 19 52
0,08 780 465 19 49
0,25 535 - - -
0,35 475 - - -
Знятий шар 710 430 19 51
З таблицi видно, що збiльшення глибини азотованого шару призводить до падшня мь цност при повнiй втратi пластичностi. Так, за умов азотування на глибину 0,25 мм ов
зменшуеться на 25 %, о0,2 вже не рееструеть-ся i пластичнiсть падае до нуля. Пюля зняття азотованого шару властивосп повертаються до вихщних. Цей факт пiдтверджуе ранiше зроблений висновок, що вiдрiзнення мехат-чних властивостей зумовлеш виключно впливом поверхневого шару на поведшку зразка при деформацп. Аналогiчнi данi отри-мат i для зразкв, дiаметром 10 мм.
Обробка низькоенергетичними гонами титану
Були проведет випробування на розтягання плоских сталевих зразюв (200^20^1,2 мм) iз вiдпалено! сталi 20, якi тддавалися 1Б на установцi «Булат-3т» за наступним режимом: и = 900 В, I = 95А, т = 30 с. Енерпя ю-нiв не перевищувала 3 кеВ. Матерiалом катоду був титан.
На рис. 3 наведено кривi розтягання зраз-кiв, з яких видно, що тсля 1Б змiнюеться характер деформацiйно! поведшки зразкiв -одночасно зростають i мiцнiсть, i пластич-нiсть, при цьому зростання пластично е дуже значним.
р,н
6000 -
4000 -
2000
__-
А \ О
I
1
20
А1, мм
Рис. 3. Кривi розтягання плоских зразюв зi сталi 20: 1 - до 1Б; 2 - тсля 1Б
Механiчнi властивостi зразюв у рiзному станi наведенi у табл. 3.
Таблиця 3 - Результати випробувань плоских зразшв на розтягання
Стан ®0,2, Ов, 8, 8р, V, НV5,
МПа МПа % % % МПа
Без 1Б 220 390 13 11 15 130 -
133
Шсля 250 425 24 20 39 129 -
1Б 133
Кшьюсш характеристики, якi наведенi в табл. 3, свщчать, що за тдвищення ов на 14 % 5 зростае майже на 80 %, а у - бшьш тж у 2 рази. При цьому рiвномiрне подов-ження 5р збiльшилося на 82 %. Треба тдкре-слити, що твердiсть листа тсля 1Б залишила-ся на вихщному рiвнi, i, значить змша влас-тивостей пов'язана не з матерiалом, а зумов-лена його шшою поведiнкою при деформаци. Це добре шюструють кривi розтягування зразюв.
Таке значне збiльшення пластичностi, а саме 5р, неодмiнно мае позначитися на тех-нологiчнiй пластичностi у процес виготов-лення виробiв методами обробки тиском.
Для з'ясування цього питання були проведет дослiдження впливу 1Б на штампо-ванiсть холоднокатано! автолистово! сталi 08кп.
Сталь призначена для виготовлення способом холодно! пластично! деформаци виро-бiв з вельми глибоким витягуванням (ВГ). Згщно з ГОСТ 9045-93 категорда ВГ для ста-лi 08кп з товщиною листа 0,5 мм забезпечуе глибина сферично! лунки 9,0 мм, яку отри-мують у процес випробувань на видавлю-вання за методом Ериксена. Здатнють до особливо складного витягування (ОСВ) та вельми особливо складного витягування (ВОСВ) передбачена для бшьш пластично! стат 08Ю з глибиною лунки 9,4 та 9,7 мм вщповщно.
Було проведене односторонне та двосто-ронне бомбардування листа зi стат 08кп товщиною 0,5 мм iонами Т в атмосферi аргону. Результати випробувань на видавлю-вання за Ериксеном наведет в табл. 4.
Таблиця 4 - Результати випробувань на видавлювання
Стан Глибина Здатшсть до
лунки, витягування
мм
До обробки 9,05 ВГ
1Б односторонне 10,7 ВОСВ*
1Б з обох стор1н 10,9 ВОСВ*
Примтка. *- д1аметр лунки перевищуе вимоги ГОСТ за здатшстю до ВОСВ.
З таблиц видно, що плазмова обробка (1Б) поверхнi холоднокатаного листа зi стат 08кп суттево збiльшуе технологiчну пластичнють та змiнюе здатнiсть до втягування стат 08кп з категорi! ВГ до ВОСВ.
Загальний вигляд зразюв без 1Б (а) та тсля 1Б (б), якi пiдлягали випробуванням на видавлювання лунки, показаний на рис. 4.
Пюля 1Б глибина лунки набагато перевищуе вимоги стандарту для категори видавлювання ВОСВ (9,7 мм).
А
а б
Рис. 4. Зразки тсля випробувань на видавлювання: а - вихщний до 1Б; 2 - тсля 1Б
iз двох сторш
№яка термiчна обробка не забезпечить такого ефекту покращення штампуемосп готового холоднокатаного листа.
Висновки
1. Експериментально доведено, що саме стан поверхт визначае поведiнку виробу при деформаци, що призводить до змш його вла-стивостей, в той час як мехашчш характеристики серцевини залишаються незмшними.
2. Цементащя з наступним Г + Н.В. зав-жди рiзко окрихчуе зразки при розтягант, незважаючи на збереження в'язко! та пластично! серцевини.
3. При азотувант на малу глибину (~ 0,8 мм) пiдвищуеться мiцнiсть при збере-женнi високо! пластичностi. Збшьшення гли-бини азотованого шару призводить до окри-хчення виробу, як i при цементацi!, що мож-на пояснити збiльшенням спiввiдношення площi змiцненого шару до площi перерiзу виробу.
4. 1Б е ефективним способом тдвищення конструктивно! мщносп та надшносп виро-бiв. Пiсля 1Б плоских розривних зразкiв зi стат 20 пiдвищилася мiцнiсть за значного зростання пластичносп (5 та 5р ~ в 2 рази, а у - бшьш тж у 2 рази! ). Тако! високо! пластичносп в поеднаннi з тдвищеною мiцнiстю не можна досягти тякою об'емною обробкою.
5. 1Б значно покращуе технологiчну плас-тичтсть холоднокатано! автолистово! сталi, призначено! для виготовлення виробiв методами холодно! пластично! деформаци. За тдвищено! мщносп забезпечуеться здатнiсть до витягування стат 08кп вище вимог кате-гори ВОСВ, яка передбачена для бшьш
чисто! за хiмiчним складом та пластично! стал 08Ю.
6. В наш час близько 60 % автомобшьних та 40 % тракторних деталей виготовляються i3 холоднокатаних листових сталей холодним штампуванням i покращення !х технологiчно! пластичностi дозволить зменшити кiлькiсть бракованих iз причин погано! деформiвностi виробiв. Крiм того, з'являсться можливiсть скоротити кiлькiсть переходiв при штампу-ваннi, знизити витрати штампового шстру-мента, пiдвищити продуктивнiсть пращ.
7. У практищ машинобудiвних тдпри-емств та в iнших галузях промисловосп (бу-дiвництвi, енергетицi, в галузi сшьсько-господарсько! та побутово! технiки) часто спостерiгаеться недостатня штампованють листових заготовок, що призводить до вщчу-тних економiчних втрат. До сих тр не юну-вало методiв пiдвищення здатностi до глибо-кого витягування вже готового листа.
Лтратура
1. Панин В.Е. Эффект поверхностного слоя в де-
формируемом твердом теле / В.Е. Панин,
A.В. Панин // Физическая мезомеханика. -2005. - Т. 8. - № 5. - С. 7-15.
2. Panin V. E. Multilevel wave model of a deformed
solid in physical mesomechanics / Panin V. E., Grinyaev Yu. V., Panin A. V., Panin S. V. // Proceedings of the Sixth International Conference for Mesomechanics «Multiscaling in Applied Science and Emerging Technlogy. Fundamentals and Applications in Mesomechanics». - 2004. -P. 335 - 342.
3. Andrade E. Surface Effects with Single Crystal Wires of Cadmium / E. Andrade, R. Randall // Nature. -1948. - Vol. 162. - P. 890 - 892.
4. Мухин В.С. Инженерия поверхности деталей машин / В.С. Мухин, А.М. Смыслов // Вестник УГАТУ. - 2009, Т. 12. - №4(33). - С. 106 -112.
5. Дощечкина И.В. Влияние низкоэнергетической
ионной бомбардировки на структуру поверхности и деформируемость тонколистовых низкоуглеродистых сталей / И.В. Дощечкина, И.С. Татаркина, Ю.А. Сысоев // Матерiали Мiжнародноi науково-практично!' конферен-ци «1нновацшш ресурсозбережт матерiали та змщнювальш технологи», 2012 р., Марiу-поль. - С. 202-222.
6. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности
поверхностных слоев материалов / Алехин
B.П. - М.: Наука,1983. - 280 с.
7. Дяченко С.С. Пвдвищення конструктивно! мщ-носп виробiв та деформiвностi сталей юнним бомбардуванням / С.С. Дяченко, 1.В. Дощечш-на, 1.В. Пономаренко, 1.С. Татарина // Вюник нацюнального утверситету «Львiвська поль техшка». - 2011. - № 713. - С. 166-170.
8. Андриевский Р.А., Глезер А.М. Прочность наноструктур // Успехи физических наук. - 2009. - Т. 179. - № 4. - С. 337-358.
9. Y.F. Shen, L. Lu, Q.H. Lu, Z.H. Jin, K. Lu, Ten-
sile properties of copper with nano-scale twins, Scripta Materialia, 2005, 52, 989-994.
10. Gilman J. Surface Effects in the Slip and Twinning of Metal Monocrystals / J. Gilman // Transactions of the American Institute of Mining and Metallurgical Engineers. - 1952. - Vol. 194. -Р. 875-883.
References
1. Panin V.Ye., Panin A.V.(2005). Effekt poverkh-nostnogo sloya v deformiruyemom tverdom tele [The effect of the surface layer in a deformable solid]. Fizicheskaya mezomekhanika. T. 8, 5, 7-15 [in Russian].
2. Panin V. E., Grinyaev Yu. V., Panin A. V., Panin
S. V. (2004) Multilevel wave model of a deformed solid in physical // Proceedings of the Sixth International Conference for Mesomechanics «Multiscaling in Applied Science and Emerging Technlogy. Fundamentals and Applications in Mesomechanics», 335 - 342.
3. Andrade E., Randall R. (1948) Surface Effects with Single Crystal Wires of Cadmium // Nature, 162, 890-892.
4. Mukhin V.S., А.М. A.M. Smyslov ( 2009). In-zheneriya poverkhnosti detaley mashin [Surface Engineering of Machine Parts]. Vestnk UGATU, 12, 4(33), 106-112 [in Russian].
5. Doshchechkina I.V. Tatarkina, I.S., Sysoyev YU. A.(2012) Vliyaniye nizkoenergeticheskoy ion-noy bombardirovki na strukturu poverkhnosti i deformiruyemost tonkolistovykh nizkouglero-distykh staley [Influence of low-energy ion bombardment on the surface structure and deformabil-ity of thin-sheet low-carbon steels]. Materials of the Internationally Practical Scientific Conference 1.Innovation Resources-Saving Materials and Real-Time Technologies, Mariupol, 202-222 [in Russian].
6. Alekhin V. P. (1983) Fizika prochnosti i plastich-nosti poverkhnostnykh sloyev [Physics of strength and plasticity of the surface layers of materials]. Moskva: Nauka [in Russian].
7. Dyachenko S.S., Doshchekkina I.V., Ponomarenko
I.V.,Tatarkina I.S. (2011). Pidvischennya kon-struktivnoyi mitsnosti virobiv ta deformivnosti staley ionnim bombarduvannyam [Constructive constructions of tactics and steel deformations of bombardments]. News of National University "LvivPolitekhnika", 713,166-170 [in Ukrainian].
8. Andriyevskiy R.A., Glezer A.M. (2009). Prochnost
nanostruktur [Nanostructure strength]. Uspekhi fizicheskikh nauk, 179, 4, 337-358 [in Russian].
9. Shen Y.F., Lu L., Lu Q.H., Jin Z.H., Lu K., (2005) Tensile properties of copper with nano-scale twins, Scripta Materialia, 52, 989-994.
10. Gilman J. (1952) Surface Effects in the Slip and Twinning of Metal Monocrystals // Transactions
of the American Institute of Mining and Metallurgical Engineers, 194, 875-883.
Дощечкша 1рина Васитвна - к.т.н., доцент, кафедра технологи металiв та матерiалознавства, тел. +38 0951628250, [email protected]
Татаркша 1рина Сергпвна - к.т.н., асистент, кафедра технологи металiв та матерiалознавства, тел. +38 0967599535
Озаршв Влада Bлaдиcлaвiвнa - студент, тел. +38 0994801535,
[email protected] Харшвський нацiональний автомобшьно-дорожнiй унiверситет
INFLUENCE OF THE STATE OF THE SURFACE ON THE DEFORMATION BEHAVIOR OF PRODUCTS AND IMPROVEMENT OF
AUTO SHEET PRODUCTS FORMABILITY
Doschechkina I.V., Tatarkina I.S., Ozarkiv V.V., KhNAHU
Abstract. It is known that most of the destruction processes (wear, fatigue crack initiation, corrosion) start in the surface layer. This allows us to consider the surface of the loaded product as an independent subsystem, whose behavior in the deformation process differs from the inner layers and has a significant impact on the properties of the product as a whole. Basically, surface treatment serves as a way to improve special performance characteristics (wear resistance, fatigue strength, heat resistance, corrosion resistance, etc.). However, information on the effect of modifying thin surface layers on the behavior of the deformation and mechanical properties of products made of common structural steels is of undoubted interest. This work is devoted to studying the possibilities of solving the actual problem of increasing the strength of products while maintaining plasticity (structural strength), as well as improving the technological characteristics of their material by changing the surface state. To address this issue, the effect of cementation, nitrating and ion bombardment of the surface of steel samples (steel 20, 40X, 08кп) on their deformation behavior and change in tensile properties was investigated. In addition, the issue of the influence of the state of the surface layer on the technological plasticity of cold-rolled auto sheet steel 08кп, intended for the manufacture of products by the method of cold forging, was also studied. It has been established that cementation always embrittles the product while maintaining a viscous and plastic core. In nitrated specimens, the nature and magnitude of the effect of a change in tensile properties depend on the layer thickness. With a shallow depth of the layer (0.08 mm), the strength increases while maintaining high ductility. A layer thickness of 0.25 mm or more leads to a decrease in strength, loss of
ductility and brittle fracture. Ion bombardment is a very effective way to increase the structural strength and reliability of products - with increasing strength, an increase in plasticity of 2 or more times is provided. A significant improvement in the formability of 08кп cold-rolled steel was also found (the ГВ category, provided for it by GOST 9045-93, is increased to the requirements of the higher category of ВОСВ, recommended for more ductile and cleaner steel by 08U). The advantage is that an improvement in the ability to stretch is achieved not due to the softening of the sheet, but on the contrary, with increasing strength and resistance to destruction. Such effects cannot be obtained by any method of volume processing. It is important to conclude that changes in the deformation behavior and mechanical properties are not obtained by changing the material properties ofproducts, but under the influence of the state of the surface layer.
Key words: surface, cementation, nitriding, ion bombardment, tensile deformation, strength, ductility, stampability.
ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ
НА ДЕФОРМАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ И УЛУЧШЕНИЕ ШТАМПУЕМО-СТИ АВТОЛИСТОВОГО ПРОКАТА
Дощечкина И.В., Татаркина И.С., Озаркив В.В., ХНАДУ
Аннотация. Известно, что большинство процессов разрушения (износ, зарождение усталостной трещины, коррозия) начинаются именно в поверхностном слое. Это позволяет рассматривать поверхность нагруженного изделия как самостоятельную подсистему, поведение которой в процессе деформации отличается от внутренних слоёв и оказывает значительное влияние на свойства изделия в целом. В основном обработка поверхности служит способом повышения специальных эксплуатационных характеристик (износостойкости, усталостной прочности, жаропрочности, коррозиестойкости и др.). Однако несомненный интерес представляют сведения о влиянии модифицирования тонких поверхностных слоёв на поведение при деформации и механические свойства изделий из распространённых конструкционных сталей. Данная работа посвящена изучению возможностей решения актуальной проблемы повышения прочности изделий при сохранении пластичности (конструктивной прочности), а также улучшения технологических характеристик их материала путём изменения состояния поверхности. Для выяснения этого вопроса исследовали влияние цементации, азотирования и ионной бомбардировки поверхности стальных образцов (стали 20, 40Х, 08кп) на их деформационное поведение и изменение свойств при растяжении. Кроме того, изучался также вопрос о влиянии состояния поверхности на технологическую пластичность
автолистовой холоднокатанной стали 08кп, предназначенной для изготовления изделий методом холодной штамповки. Установлено, что цементация всегда охрупчивает изделие при сохранении вязкой и пластичной сердцевины. У азотированных образцов характер и величина эффекта изменения свойств при растяжении зависят от толщины слоя. При малой глубине слоя (0,08 мм) увеличивается прочность при сохранении высокой пластичности. Большая глубина азотированного слоя приводит как к снижению прочности, так и к существенной потере пластичности. Доказано, что ионная бомбардировка является очень эффективным способом повышения конструктивной прочности и надёжности изделий -при увеличении прочности обеспечивается рост пластичности в 2 и более раз. Достигнуто также значительное улучшение штампуемости холоднокатанной автолистовой стали 08кп (категория ГВ, предусмотренная для неё
ГОСТ 9045-93, повышается до требований выше категории ВОСВ, рекомендуемой для более пластичной и чистой по химсоставу стали 08Ю). Большим достоинством является то, что улучшение способности к вытяжке достигается не разупрочнением листа, а напротив, при увеличении прочности и при этом сохранении сопротивления хрупкому разрушению. Такого эффекта нельзя получить не при каком известном способе объёмной обработки деталей. Важно заключить, что изменения деформационного поведения и механических характеристик получены не за счёт изменения свойств материала изделий, а под влиянием состояния тонкого поверхностного слоя.
Ключевые слова: поверхность, цементация, азотирование, ионная бомбардировка, деформация растяжением, прочность, пластичность, штампуемость.
