Obrabotka Metallov. 2017 no. 2(75)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (75) 2017 71 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 1. Схема образца и внешний вид приспособле- ния для создания сжимающих напряжений и на испытательном комплексе Instron 3369 на- гружали сжимающим усилием 8000 Н (σ сж = = 105 МПа), которое фиксировали затяжкой упругих элементов. Измерение величины на- пряжений производилась по методу sin 2 ψ. [19, 20]. Для съемки рентгенограмм использовалась фокусировка по Брэггу–Брентано. Так как ме- тодика определения напряжений первого рода предполагает наклон и поворот анализируемой плоскости образца относительно оси гониоме- тра, для исключения дефокусировки на анали- зируемую поверхность образца наносили эта- лонный материал, обеспечивающий реперный рефлекс на рентгенограммах. В качестве эталона использовали отожженное сусальное золото, в котором отсутствовали остаточные напряжения. Съемку производили с использованием рент- геновской трубки с хромовым анодом (излуче- ние CrK α1/α2 [5]) при напряжении 40 кВ и токе 30 мА. Углы наклона образца ψ составили 0, 10, 15, 20, 30, 35, 40, 45 и 50,8°. Образец устанавли- вали таким образом, чтобы обеспечить измере- ние напряжений вдоль оси приложения нагрузки. Рентгенограммы, полученные при всех углах ψ, позволили определить знак и величину главных нормальных напряжений в плоскости образца. Шаг сканирования был равен 0,05°, время нако- пления в каждой позиции 60 с. Угловой диапазон съемки рентгенограммы 2θ составлял 150…162° и обеспечивал регистрацию рефлексов семейств плоскостей (211)  – железа и (222) золота. Ана- лизируемая область на образце представляла со- бой круг диаметром до 5 мм в непосредственной близости от моделируемого дефекта. После измерения внутренних напряжений в образцах без дефектов в их центральной части высверливали сквозное цилиндрическое от- верстие диаметром 2 мм, имитирующее пору. Образцы повторно нагружали в приспособле- нии сжимающей силой, проводили съемку на дифрактометре и определяли уровень внутрен- них напряжений в исследуемой области вблизи дефекта. На финальной стадии исследования внутрь отверстия без зазора и натяга помещали цилиндр из алюмооксидной керамики, свойства которой аналогичны свойствам твердых неме- таллических включений на основе шпинелей Al 2 O 3 , или цилиндр из меди марки М1, которая по своим свойствам близка к сульфиду марганца MnS. Это позволило моделировать напряженное состояние материала вблизи пустых пор, твер- дых хрупких или пластичных низкопрочных включений. Затем полученные результаты срав- нивали с расчетными данными, полученными в результате математического моделирования. Результаты исследования В связи с тем что процесс разрушения обыч- но инициируют наиболее крупные включения, на начальной стадии исследования были опре- делены максимальные показатели загрязненно- сти и размеры каждого типа включений в десяти плавках стали 45 (табл. 3). Результаты метал- лографического исследования показывают, что во всех анализируемых образцах присутствуют как точечные включения оксидов, нитридов и силикатов, так и строчечные включения сульфи- да марганца. Наибольшая степень загрязнения выявлена для включений на основе точечных оксидов и пластичных сульфидов (рис. 2). Раз- мер точечных неметаллических включений до- стигает 100 мкм. Длина пластичных включений может достигать 1 мм. Кроме включений сфери- ческих и строчечных включений в стали обна- ружены включения ромбической формы разме- ром до 50 мкм. Результаты микроспектрального анализа показали, что включения сферической формы могут состоять как из оксидов на основе алюминия, железа и магния, так и иметь в сво- ем составе преимущественно сульфид марганца. Включения ромбической формы обладают высо- кой твердостью и, как правило, имеют сложный химический состав, включающий в себя оксиды алюминия, титана и кальция, а также сульфид марганца. Пластичные вытянутые включения