Технические науки/ 1. Металлургия

Трефилова Н.В.

Самарский государственный технический университет, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ИНДЕНТИРОВАНИЯ ДЛЯ ДЕФОРМИРУЕМЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ КАК СПОСОБА ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЛЯ КАЧЕСТВЕННОГО НАНЕСЕНИЯ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ

Для деформируемых алюминиевых сплавов наиболее важными, с точки зрения получения качественных ионно-плазменных покрытий, являются вопросы структурной однородности поверхности и ее шероховатость. Первое обеспечивает однородность свойств покрытий по поверхности изделия, а минимальная шероховатость – адгезионную прочность, стойкость при окислении и абразивном износе. Вместе с тем, при одинаковом значении шероховатости микрогеометрия поверхности после таких финишных операций как шлифование и полирование будет зависеть от ее твердости. При механической обработке при низкой твердости поверхности доля процессов срезания микровыступов будет меньше, чем доля их пластической деформации. Соответственно будет происходить загиб микровыступов от пластической деформации, а не их срезание. При загибе микровыступов под ними остаются различные загрязнения даже после тщательной очистки поверхности перед нанесением покрытий. Это объясняет снижение качества ионно─плазменных покрытий и наличие микродуг на поверхности после их нанесения. В этой связи, при нанесении декоративных ионно─плазменных покрытий на деформируемые алюминиевые сплавы важными являются вопросы обеспечения однородности структуры поверхности сплавов и повышение ее твердости. Это может быть решено с помощью подбора режимов деформирования изделий, а также за счет их термического упрочнения.

Пластическая деформация алюминиевых сплавов является не только формообразующим, но и структурообрузующим способом обработки. Метод индентирования является важным методом исследования упругопластических свойств материалов на всех уровнях ниже макроскопического. В литературе описана возможность определения различных прочностных характеристик материала путем обработки эксперементальных диаграмм вдавливания.

Для исследования использовались образцы сплава 1160 в виде пластин толщиной 5 мм. Образцы нагревались в электрической печи до температуры 500˚С и затем локально деформировались стальным коническим индентором. При этом реализованы различные схемы подстуживания и деформирования образцов. Схемы отличались друг от друга, как скоростью охлаждения после деформации, так и длительностью подстуживания до и после деформации. Изменялось также и направление измерения твердости на образцах (варьировался угол θ). Твердость определяли по методу Виккерса при нагрузке 50 Н. После измерения твердости в деформированном состоянии, образцы подвергались термической обработке: закалке с различным временем выдержки и естественному старению.

Относительно области внедрения индентора, выделим четыре зоны его деформационного воздействия.

Зона I – на расстоянии 0мм (прилегающая к поверхности области внедрения индентора) – зона максимальной деформации;

зона II ─ на расстоянии 5 мм от поверхности области внедрения индентора – зона промежуточного деформационного воздействия;

зона III ─ на расстоянии 10 мм от поверхности области внедрения индентора – зона минимального деформационного воздействия;

зона IV ─ на расстоянии 15 мм – зона отсутствия деформационного воздействия.

Из анализа полученных данных, установлено следующее. В случае, когда термическая обработка образцов отсутствует, охлаждение после деформации на воздухе без подстуживания позволяет получить в I зоне деформационного воздействия твердость выше, чем в IV зоне (на 110 – 250 МПа), при этом максимальная твердость наблюдается при θ = 90 градусов (1250 МПа). Также выявлено влияние подстуживания в отсутствии термической обработки: эффект упрочнения от деформации снижается при времени подстуживания 5 сек: до 30 – 80 МПа, а при θ = 90 градусов до 0. При времени подстуживания 25 сек – упрочнение от деформации при большинстве θ отсутствуют.

При отсутствии термической обработки с охлаждением образца после деформации в воду, выявлено, что твердость в I зоне по сравнению с IVвыше на 25 – 100 МПа, при этом максимально высокие значения зафиксированы при θ = 55 ─ 90 градусов.

Твердость в I зоне также возросла, по сравнению с охлаждением на воздухе на 50 – 300 МПа и максимальное значение наблюдается при θ = 55 ─ 90 градусов

При введении подстуживания после деформации на воздухе перед охлаждением в воде, замечено, что в I зоне при времени подстуживания 10 сек твердость снижается на 30 – 250 МПа, причем максимальное снижение установлено при θ = 55 ─ 90 градусов в сравнении с подстуживанием до деформации. При этом в IV зоне при времени подстуживания 10 сек твердость снижается на 232 – 237 МПа при сравнении с подстуживанием до деформации. При увеличении времени подстуживания до 60 сек твердость либо не изменяется, либо незначительно снижается (I зона, при сравнении с отсутствием подстуживания и θ = 15-90 градусов).

Таким образом, твердость сплава 1160 может варьироваться в достаточно широких пределах в зависимости от режимов деформационно─термической обработки. В связи с этим следует ожидать, что различный уровень твердости создает неидентичные условия шлифования и полирования поверхности, что предопределяет разброс и по качеству ионно─плазменных покрытий.