Obrabotka Metallov. 2017 no. 2(75)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (75) 2017 40 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ где R – радиус трека [мм]; А – площадь попереч- ного сечения канавки износа [мм 2 ]; F – величина приложенной нагрузки [Н]; L – пройденная ша- риком контртела дистанция [м]. Результаты и их обсуждение При термомеханическом упрочнении балки в поверхностном слое формируется морфологически сложная структура, состоящая из α-фазы, γ-фазы и карбида железа [17]. Основной фазой является α-фаза, пред- ставленная зернами структурно-свобод- ного феррита (т. е. зернами феррита, не со- держащими в объеме частиц цементита), сформировавшимися в результате диффузионного γ → α превращения; зернами феррита, в объеме которых присутствуют частицы карбида железа преиму- щественно глобулярной формы (далее зерна «псевдоперлита»). В объеме зерен могут присутство- вать кристаллы пластинчатого или пакетного мартенсита, а также «бес- карбидного» бейнита. Пластины «бескарбидного» бейнита распо- ложены параллельно друг другу и образуют пакеты, по морфологи- ческому признаку напоминающие пакетный мартенсит. Поперечные размеры пластин изменяются в пре- делах от 200 до 400 нм. При реализации технологии ускоренного ох- лаждения двутавровой балки в формировании структуры стали задействованы следующие ме- ханизмы  →  превращения: 1) механизм диф- фузионного  →  превращения, приводящий к образованию зерен структурно-свободного феррита, зерен феррита, содержащих хаотиче- ски распределенные частицы цементита и зе- рен перлита; 2) при реализации промежуточно- го механизма  →  превращения формируется бейнитная структура; 3) сдвиговый механизм  →  превращения приводит к формированию мартенситной структуры. Поперечные размеры пластин изменяются в пределах от 100 нм до 1,8 мкм. При анализе субструктуры кристаллов мартенсита вы- является крапчатый контраст. Наличие данного контраста свидетельствует о высокой плотности дислокаций, формирующих сетчатую структуру. Последующий «самоотпуск» стали под дей- ствием остаточного тепла объема заготовки со- провождается релаксацией дислокационной структуры, выражающейся в снижении скалярной плотности дислокаций, разрушении малоугловых границ кристаллов мартенсита, выделении на дислокациях в объеме кристаллов мартенсита (рис. 1, а ) и по границам кристаллов (рис. 1, б ) частиц карбидной фазы. Размеры ча- стиц, расположенных на дислокациях, изменя- ются в пределах 5…10 нм, расположенных на границах в пределах 10…30 нм. Рис 1 . Микроструктура упрочненного слоя полки двутавра: а – светлопольное изображение; б – темное поле, полученное в рефлексе Fe 3 C, стрелками указаны частицы цементита; в – микроэлектронограмма, стрелкой указан рефлекс, в котором получено темное поле Формирующиеся в поверхностном слое сложные структурно-фазовые состояния долж- ны отвечать за прочностные и трибологические свойства. В табл. 2 приведены значения нанотвердо- сти и модуля Юнга стали 09Г2С в нетермоме- ханически упрочненном и термомеханически упрочненном состоянии. Отчетливо видно, что упрочнение стали сопровождается увеличением нанотвердости поверхностного слоя в ≈ 1,22 раза при одновременном снижении модуля Юнга в ≈ 1,18 раза. Термоупрочнение стали существенным об- разом изменяет трибологические характери- стики стали, а именно приводит к увеличе- нию износостойкости поверхностного слоя в ≈1,83 раза и увеличению коэффициента трения в ≈1,36 (табл. 3).