Obrabotka Metallov. 2017 no. 2(75)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (75) 2017 68 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ инициатором процесса часто выступают неме- таллические включения и внутренние дефекты структуры [2,3,4]. Появление трещин вблизи включений может быть обусловлено различны- ми факторами: концентрацией напряжений из-за различий в жесткости материала основы и вклю- чения; фазовым наклепом и изменением хими- ческого состава материала в граничных областях и т. д. Проведенные ранее на кафедре материало- ведения в машиностроении НГТУ исследования показали, что в условиях циклического нагруже- ния ударными импульсами сжатия зарубежные стали с низкой загрязненностью неметалличе- скими включениями по показателю усталостной долговечности более чем в три раза превосходят стали российского производства (при аналогич- ном химическом составе и сопоставимых проч- ностных характеристиках) [5, 6, 19]. Однако в условиях массового производства применение дорогостоящих сталей с высокой степенью чи- стоты является экономически нерациональным. Наиболее целесообразно использование сталей с такой степенью загрязненности включения- ми, при которой будут обеспечены требуемые технологические и эксплуатационные свойства деталей. Существуют различные точки зрения о сте- пени влияния морфологии, размера, формы и распределения неметаллических включений на показатели сопротивления стали усталостно- му разрушению. В ряде научных работ утвер- ждается, что наибольшее влияние на процесс разрушения оказывает тип включений [7, 8]. Другая группа исследователей считает, что в наибольшей степени на свойства стали оказыва- ет форма и распределение включений, а морфо- логия включений играет второстепенную роль [9, 10, 11]. Наличие полярных точек зрения обу- словлено тем, что на усталостные свойства стали влияет большое количество факторов: свойства включений и их адгезия с матрицей, характер нагружения, прочностные характеристики ос- новного материала и т. д. Традиционный подход к оценке влияния включений на свойства стали требует подготовки значительного количества экспериментальных образцов и предполагает выплавку сталей заданного уровня загрязненно- сти, что является сложной технологической за- дачей. Одним из наиболее перспективных науч- ных методов оценки влияния неметаллических включений является математическое моделиро- вание. Исследования, выполненные Y. Murakami, T. Endo, А. Заславским , В. Финкелем, М. Штре- мелем и другими исследователями [11–18], свидетельствуют, что при воздействии растяги- вающих напряжений зарождение трещин, как правило, происходит на границе включения и матричного материала или в самом материале включения. Затем трещины распространяются в материал основы, после чего происходит оконча- тельное разрушение. Прочность границы вклю- чения и матрицы обычно значительно ниже, чем прочность включений и самой матрицы. Таким образом, при приложении внешней растягиваю- щей нагрузки, превышающей прочность гранич- ного слоя, включение становится механически эквивалентным поре или трещине. Данный на- учный подход экспериментально подтвержден в работах [11, 12]. Однако вышеуказанный прин- цип не может быть применен для анализа вли- яния неметаллических включений в условиях действия поля сжимающих напряжений. Даже при условии низкой прочности граничного слоя включение транслирует действие сжимающей силы в основной объем материала, поэтому ха- рактер распределения напряжений в граничных с включением областях существенным образом отличается от поля напряжений, создаваемых порой. В научной литературе аспекты влияния неметаллических включений на свойства стали при сжатии в основном оценены во взаимосвя- зи с технологическими процессами горячей об- работки металлов давлением, при этом вопросы усталостного разрушения сталей при цикличе- ском нагружении сжимающими напряжениями, не превышающими предел текучести стали, остаются слабо изученной областью. Цель ис- следований заключалась в оценке поля интен- сивности напряжений вблизи неметаллических включений в условиях воздействия цикличе- ских сжимающих напряжений и разработке ре- комендаций по применению сталей различной загрязненности для изготовления деталей удар- ных механизмов. Материалы и методы исследования Оценку влияния неметаллических включе- ний на механические свойства стали в услови-