ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 184 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Подготовка микрошлифа для проведения металлографических исследований проводилась в соответствии с методикой, определенной ГОСТ. Для выявления всей микроструктуры выполнялось травление шлифа раствором ниталя (4%-го спиртового раствора HNO3) в течение одной минуты. Качество травления контролировалось с помощью металлографического микроскопа ММН-2. С помощью этого же микроскопа были получены фотографии микроструктуры шлифов поперечного среза колец (рис. 2, 3). Рентгеноструктурные исследования при комнатной температуре проводились на дифрактометре «Дрон-3М». Съемка дифракционных профилей велась по геометрии Брэгга – Брентано на CuKα-излучении с длиной волны 1,5406 Å (среднее значение длины волны K-α1,2 меди, обычно используемое для обработки рентгенограмм) в интервале углов 20° < 2θ < 90° с шагом сканирования 0,02° и временем набора импульсов в каждой точке t = 2 с. Дифракционные профили компрессионных колец обрабатывались с помощью компьютерной программы PowderCell версии 2.3, для анализа и уточнения структурных характеристик использовалась база данных ICSD. Отметим, что значительный фон на рентгенограммах связан с флуоресценцией железа при возбуждении его атомов излучением K-α меди. Определены параметры решетки, размеры областей когерентного рассеяния на поверхностях образцов, а также микроискажения (микродеформации) решетки и плотность дислокаций. Для оценки эффективных размеров D областей когерентного рассеяния (блоков мозаики) использовалась формула Селякова – Шеррера [23]: cos k D λ = β θ, (1) где k – коэффициент, зависящий от формы частиц и близкий к единице; λ – длина волны излучения; β – полуширина дифракционного отражения; θ – угол дифракции. Плотность дислокаций D ρ [24] была рассчитана по эффективным размерам кристаллитов согласно формуле 2 3 D D − ρ = . (2) Оценка размеров областей когерентного рассеяния D проводилась по наиболее интенсивному дифракционному отражению 110, лежащему в области небольших углов 2θ. Для него можно не учитывать уширение отражений, вызванное дублетом Kα1-Kα2, существенное на больших углах дифракции. Вклад в уширение дифракционных линий изза микродеформаций также присутствует; относительную деформацию решетки d d Δ [25] определяли по формуле tg 4 d d Δ β = θ . (3) Проведенное разделение вкладов микронапряжений и измельчения кристаллитов в уширение дифракционных отражений показало, что основное влияние на уширение отражений оказывают микродеформации. Результаты и их обсуждение Микроструктура недеформированных колец, не подвергшихся эксплуатации (рис. 2, а), состоит из включений графита и перлитной матрицы. Кроме этого, на микроструктуре видно небольшое количество зерен феррита, но их количество невелико – около 5 %. Фотографии микроструктуры (рис. 2, б и 3) поперечных шлифов отработавших эксплуатационный срок компрессионных колец указывают на соответствие мелкопластинчатой перлитной основы чугуна с незначительным (не более 5 %) включением ферритных зёрен [6, 9, 11]. Это отвечает международным стандартам для комперссионных колец. Схемы допустимых для материала компрессионных колец структур подбирались согласно ГОСТ 3443–87 (Межгосударственный стандарт «Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры») [6]. Первая фотография представляет микроструктуру верхнего компрессионного кольца и показывает наличие пластинчатого цементита: основой является мелкопластинчатый перлит с незначительным включением ферритных зерен; наличие некоторого количества элементов цементита говорит об увеличенной хрупкости этого материала. Измеренная твердость материала кольца по Бринелю составляет HB135 (регламентируемая для компрессионных колец судовых ДВС данного размера – 92…102). Увеличение твердости сопровождается большей хрупкостью
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1