А. Н. Смирнов, д-р техн. наук, профессор кафедры технологии машиностроения ФГБОУ ВПО КузГТУ им. Т. Ф. Горбачева,
А. С. Глинка, старший преподаватель кафедры технологии машиностроения ФГБОУ ВПО КузГТУ им. Т. Ф. Горбачева,
С. А. Рябов, канд. техн. наук, доцент кафедры металлорежущих станков и инструментов ФГБОУ ВПО КузГТУ им. Т. Ф. Горбачева
Оценка структурно-фазового состояния и локальных полей внутренних напряжений в стали 35хгс спектрально-акустическим методом для оптимизации режимов резания
Качество поверхностных слоев различных металлоконструкций и деталей машин оказывает значительное влияние на формирование эксплуатационных свойств изделий. При этом установлено, что изготовление деталей из одного и того же материала, но по различной технологии и с разными режимами обработки приводит к резкому изменению свойств поверхностного слоя, при этом долговечность таких деталей различна. В настоящее время преобладающая роль поверхностного слоя в обеспечении эксплуатационных свойств деталей машин является общепризнанной [1].
Отсюда исследование влияния различных технологий металлообработки на структурно-фазовое состояние поверхностных слоев изделий является актуальнейшей задачей.
В связи с вышеизложенным, цель настоящей работы заключалась в изучении влияния различных режимов резания (механо-термической обработки) на структурно-фазовое состояние и поля внутренних напряжений в поверхностных слоях изделий, выявление закономерностей изменения акустических характеристик в зависимости от параметров структуры и напряжений для разработки неразрушающего метода оценки качества поверхностных слоев.
Изучение структуры проводилось тремя основными методами: 1) растровой электронной микроскопией (РЭМ); 2) просвечивающей дифракционной электронной микроскопией на тонких фольгах (ПЭМ) и 3) рентгеноструктурным анализом (РСА). Все результаты исследований автоматически обрабатывались с помощью лицензионных компьютерных программ.
Акустические исследования проводили на базе портативной многофункциональной акустической системы «Астрон». В основу работы системы положен современный спектральный импульсный метод акустической структуроскопии [2].
На первом этапе исследовали структурные состояния, поля внутренних напряжений и акустические характеристики заготовки в состоянии поставки на расстояниях: 1,5 мм (обр. № 1) от поверхности, 1,0 мм (обр. № 2) от поверхности и строго на самой поверхности (обр. № 3).
Установлено, что поверхностный слой исследованной заготовки имеет полностью фрагментированную структуру, которая состоит из микрозеренной феррито-перлитной смеси. На глубине 1,5 мм от поверхности (рис. 1) структура состоит из 20 % феррита и 80 % несовершенного перлита (40 % пластинчатый, 20 % глобулярный и 20 % смешанный), а на глубине 1,0 мм - состоит из 30 % феррита и 70 % перлита, перлит становится несовершенным. Применение темнопольной методики ПЭМ позволило установить, что на границах фрагментов присутствуют мелкие (~10нм) наночастицы карбидной фазы - цементита.
На поверхности изделия содержится небольшое количество цементита, а именно: объемная доля частиц цементита, расположенных на границах фрагментов, размер которых составляет ~10 нм, равна 0,6 %, а объемная доля частиц цементита, расположенных в объеме материала случайным образом на порядок выше (~0,1 мкм), - 0,2 %. В исследованном металле образована градиентная структура [3]. Внутренние напряжения снижаются от наружной поверхности в глубину изделия (до 1,5 мм). К поверхности возрастает избыточная плотность дислокаций р±, в то время как скалярная плотность дислокаций р почти постоянна. Переход от внутренней части изделия к наружной влечет за собой изменение типа дислокационной структуры. Если внутри изделия (1,5 мм) дислокационная структура - хаотическая и ячеисто- сетчатая, то на поверхности - фрагментированная, т. е. существуют разориентировки, стыки фрагментов. Статистически запасенные дислокации отсутствуют на поверхности изделия (ps = 0) и накапливаются в глубину (до 1,5 мм). Геометрически необходимые дислокации напротив, pG = max на поверхности изделия, где фактически расположена градиентная структура, и pG =0 (геометрически необходимые дислокации, полностью отсутствуют) в исходном материале на глубине 1,5 мм. Время задержки поверхностных акустических волн (ПАВ) - ΔR изменялось от 90 до 100 нc на поверхности заготовки и до 20 нc на расстоянии 1,5 мм от поверхности (обр. № 1).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
