Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении.

Д.ф.-м.н. Радченко В.П., Морозов А.П.

Самарский государственный технический университет, Россия

Изменение структуры и физико-механических характеристик поверхностного слоя под влиянием пневмодробеструйной обработки и термоэкспозиции

Целью данной работы является изучение влияния режимов пневмодробеструйной обработки (ПДО) и пневмодробеструйной обработки + термоэкспозиции (ПДО+ТЭ) на характеристики шероховатости, микротвердости поверхностного слоя, а также на изменение структуры и свойств по глубине. Исследованию подвергались образцы, внешний вид которых указан на рис.1, изготовленные из алюминиевых сплавов В95 и Д16Т.

Зона 2

Зона 1

Рис. 1. Внешний вид разрушенных образцов

В работе 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.

Измерение микротвердости по Кнуппу (в испытываемый образец вдавливается индентор в виде алмазной пирамидки с соотношением продольной и поперечной диагонали 7:1) проводилось в зонах 1 и 2. Выявлено, что микротвердость в зоне 1 (рис. 1) имеет практически однородный характер. Значения HK для сплава В95 составляют 200-280 НК, а для Д16Т – 150-250 НК.

Установлено, что ПДО значительно влияет на рост микротвердости (в особенности на образцах из сплава В95), где значения микротвердости возрастают на 1000-3000 единиц по сравнению с исходной структурой. Термоэкспозиция, проведенная на образцах после ПДО, заметно снижает значения микротвердости в обоих рассмотренных сплавах. 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 величины R_z и R_q на неупрочненных образцах имеют сравнительно небольшие значения. Пневмодробеструйная обработка 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.

Металлографический анализ, проведенный в поперечном сечении для образцов сплава В95 и Д16Т показывает, что образцы после ПДО имеют 3 характерные зоны (рис. 2):

а	б	в
Рис. 2. Зоны в поперечном сечении образа сплава Д16Т после ПДО. х400

1) поверхностная (рис. 2, а), которая представляет собой темно-травящийся слой. Здесь структура очень дефектна за счет высокой степени наклепа. Сплав В95 имеет более темную поверхностную зону (это связано с большим значением микротвердости в этом сплаве). Глубина этого слоя составляет примерно 540 мкм для сплава В95 (рис. 3) и 480 мкм для сплава Д16Т (рис. 4);

2) основная (рис. 2, б), 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;

3) глубинная (рис. 2, в), в которую плавно переходит основная зона. Эта область характеризуется сравнительно небольшим количеством дефектов. Здесь зерна имеют форму, сформированную в ходе получения прессованного полуфабриката из которого изготовлены образцы.

Рис. 3. Распределение микротвердости по глубине поперечного шлифа в образце В95 (ПДО)	Рис. 4. Распределение микротвердости по глубине поперечного шлифа в образце Д16Т (ПДО)

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 рассмотрено изменение физико-механических показателей поверхностного слоя алюминиевых образцов после ПДО и ПДО+ТЭ.