Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

Морозов А.П, Смыслов В.А.

Самарский государственный технический университет, Россия

Анализ параметров поверхностного слоя алюминиевых образцов после пневмодробеструйной обработки и термоэкспозиции

Основными задачами современного автомобилестроения и авиадвигателестроения является повышение срока службы и надежности изделий с одновременным снижением (или хотя бы не увеличением) их массы. Конструктивные методы повышения прочности при переменных нагрузках приводят, как правило, к увеличению массы конструкций и числа комплектующих, усложнению технологии изготовления, ухудшают унификацию и стандартизацию.

Одним из основных резервов повышения сопротивления усталости деталей с концентраторами напряжений является применение современных поверхностно упрочняющих технологий, при этом не происходит изменений ни геометрических параметров детали, ни ее массы. Увеличение предела сопротивления усталости после поверхностного пластического деформирования детали связано с изменением физико-механического состояния поверхностного слоя и наличием в нем сжимающих остаточных напряжений. Поэтому исследование шероховатости поверхности, ее микротвердости и глубины деформационного упрочнения, величины остаточных напряжений и многих физических параметров, связанных с искажением кристаллической решетки, плотностью дислокаций, является актуальной задачей.

В работе рассмотрено влияние режимов пневмодробеструйной обработки (ПДО) и пневмодробеструйной обработки + термоэкспозиции (ПДО+ТЭ) на изменение физико-механического состояния поверхностного слоя, а также на структуру и свойства по глубине исследуемых образцов из алюминиевых сплавов В95, Д16Т.

Анализировались цилиндрические образцы как после ПДО, так и после пневмодробеструйной обработки с последующей термоэкспозицией в течение 100 ч при температуре 125^оС. ПДО осуществлялась на пневмодробеструйной установке при давлении воздуха 0,25 МПа стальными шариками радиусом 2 мм. В дальнейшем были проведены усталостные испытания.

Установлено, что ПДО значительно влияет на рост микротвердости (в особенности на образцах из сплава В95), где значения микротвердости по Кнуппу возрастают на 1000-3000 единиц по сравнению с исходной структурой. Термоэкспозиция, проведенная на образцах после ПДО, заметно снижает значения микротвердости в обоих рассмотренных сплавах. Практически во всех образцах происходит падение микротвердости до исходного состояния. Наиболее резкое снижение микротвердости заметно у сплава В95, что объясняется его малой теплостойкостью. На расстоянии 700-900 мкм от зоны разрушения после усталостных испытаний сказывается влияние пластической деформация, которая приводит к сильному скачку микротвердости.

Выявлено, что ПДО значительно искажает рельеф образцов и способствует сильному росту шероховатости. Так R_z с исходного значения 5 мкм возрастает до 19-27 мкм для сплава В95 и до 21-24 мкм для сплава Д16Т; значения R_q для обоих сплавов возрастают с 1 мкм до 4-6 мкм. Установлено, что термоэкспозиция не влияет на изменение шероховатости поверхности.

Микроструктурный анализ поперечного сечения образцов выявляет наличие трех ярко выраженных зон:

- сильно наклепанный темно-травящийся поверхностный слой (глубиной 540 мкм для сплава В95 и 480 мкм - для Д16Т);

- основная, протяженность которой составляет порядка 40 мм. Это зона, в которой имеется также большое количество дефектов, которые в основном сконцентрированы по границам зерен. Зерна имеют вытянутую форму по образующей цилиндрического образца, приобретенную вследствие упрочнения;

- глубинная, в которую плавно переходит основная зона. Это область характеризуется сравнительно небольшим количеством дефектов. Здесь зерна имеют форму, сформированную в ходе получения прессованного полуфабриката, из которого изготовлены образцы.

ТЭ приводит к частичному уменьшению признаков наклепанной структуры. Установлено, что при травлении поверхностная зона становится более светлой, так как нагрев до 125^оС в течение 100 ч приводит к уменьшению числа дефектов в структуре: устраняются точечные и линейные несовершенства. В основной зоне уменьшается травимость границ зерен, что связано с уменьшением их дефектности.

Таким образом, в данной работе был проведен анализ влияния пневмодробеструйной обработки и термической экспозиции на изменение физико-механических показателей поверхностного слоя алюминиевых образцов.