Obrabotka Metallov 2015 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (69) 2015 85 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Т а б л и ц а 1 Результаты микроиндентирования при максимальной нагрузке на индентор 0,245 Н образцов из стали 12Х18Н10Т после различных обработок Обработка h max , мкм h p , мкм HM , ГПа H IT , ГПа E * , ГПа W e , 10  3 , мкДж W t , 10  3 , мкДж Закалка (электрополировка) 1,97  0,09 1,74  0,08 2,5  0,2 2,9  0,3 199,2  7,1 18,9  1,4 161,4  5,2 Фрикционная обработка 1,21  0,06 0,91  0,13 5,8  0,6 8,0  0,9 196,2  8,2 32,3  1,7 106,1  5,6 ционного механизма деформации посредством относительных разворотов фрагментов. Это приводит к формированию их большеугловых границ и уменьшению многих кристаллитов до наноразмеров (менее 100 нм). В табл. 1 приведены данные кинетического микроиндентирования, из которых следует, что наноструктурирующая фрикционная обработка поверхности стали 12Х18Н10Т снижает значе- ния максимальной и остаточной глубины вдав- ливания индентора h max и h p , повышает значения твердости по Мартенсу HM , учитывающей не только пластическую, но и упругую деформа- цию, и твердости вдавливания при максималь- ной нагрузке H IT . Возрастает также работа об- ратной упругой деформации вдавливания W e , что свидетельствует о повышенной способности наноструктурированного слоя деформироваться лишь в упругой области. Напротив, общая механическая работа вдав- ливания W t , состоящая из работы пластической деформации и работы упругого восстановления, после фрикционной обработки снижается, так как менее пластичный упрочненный поверх- ностный слой меньше деформируется под ин- дентором. Также наблюдается приблизительное равенство величин контактного модуля упруго- сти E * у наноструктурированного слоя и круп- нокристаллической стали. Модули упругости металлических материалов одного химического состава являются структурно малочувствитель- ными свойствами. В табл. 2 приведены рассчитанные по дан- ным микроиндентирования параметры, исполь- зуемые для оценки способности поверхностных слоев сопротивляться механическому контакт- ному воздействию. Видно, что в результате на- ноструктурирующей фрикционной обработ- ки в 2-3 раза возрастают отношение твердости вдавливания к контактному модулю упруго- сти Н IT / Е * [21] и упругое восстановление % R = = (( h max − h p )/ h max )100 % [22, 23] (табл. 2), кото- рые характеризуют упругую деформацию (долю упругой деформации в общей деформации) и соответственно способность стали сопротив- ляться воздействию без пластического дефор- мирования. Еще более существенно (на поря- док) возрастает после фрикционной обработки отношение Н 3 / Е *2 (см. табл. 2), которое при- нято считать характеристикой сопротивления пластической деформации, поскольку указан- ному отношению пропорционально напряже- ние течения P y материала [24]. Следовательно, наноструктурирующая фрикционная обработка существенно повышает способность поверхно- сти стали 12Х18Н10Т выдерживать контактные нагрузки без пластического деформирования и последующего разрушения. Т а б л и ц а 2 Зависимости упругого восстановления R е , отношений H IT / E * , H IT 3 / E *2 от вида обработки образцов из стали 12Х18Н10Т Обработка R е , % H IT / E * H IT 3 /E * 2 , ГПа Закалка (электрополировка) 11,4 0,014 0,001 Фрикционная обработка 24,8 0,041 0,013