Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 3

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 20 No. 3 2018 101 MATERIAL SCIENCE тора. Видно, что в результате тангенциального движения индентора происходит снижение ис- ходной шероховатости поверхности моделируе- мого кристаллита, что с учетом выбранных раз- меров рассматриваемого фрагмента имитирует реальный технологический процесс поверхност- ной пластической обработки на нанометровом масштабе. Анализ структуры показал, что пластическая деформация реализуется за счет формирования в области контакта образца и индентора мно- жества дислокаций, распространяющихся при дальнейшем нагружении в объем материала. Образовавшиеся краевые дислокации могут за счет периодических граничных условий прохо- дить через весь моделируемый образец, форми- ровать замкнутые дислокационные петли либо выходить на свободные поверхности. По мере прохождения индентора по поверхности обра- батываемого материала число дефектов растет и они образуют сложную систему переплетенных кривых (рис. 2, г ). Образование большого количества взаим- но пересекающихся дефектов может приво- дить к формированию субзеренной структуры. Действительно, исследование структуры моно- кристалла α-железа показало, что результатом обработки поверхности поверхностным пласти- ческим деформированием является нанострук- турирование тонкого поверхностного слоя. На рис. 3 показан фрагмент моделируемого кристаллита в момент времени t = 7,8 нс, что соответствует конечному этапу повторного про- хождения индентора по поверхности обрабаты- ваемого материала. Анализ атомной структу- ры показал, что субзерна (наноблоки) связаны между собой промежуточным слоем, структура которого за счет взаимного влияния наноблоков отличается от атомной конфигурации идеальной решетки. Таким образом, результатом локально- го сдвигового нагружения тангенциально дви- жущимся индентором по поверхности исходно бездефектного кристаллита может являться фор- мирование в поверхностном слое материала ра- зориентированных субзерен, разделенных меж- ду собой интерфейсными слоями. Выявленные механизмы объясняют процесс модификации поверхностного слоя изделий, обрабатываемых различными современными методами поверх- ностного пластического деформирования, на- пример, наноструктурирующим выглаживани- ем, когда нанофрагментация поверхностного слоя изделия существенно улучшает его трибо- технические характеристики [8, 9]. Сдвиговая деформация наноразмерного поликристалла Как было установлено в ходе первого этапа исследований, результатом локального сдвиго- вого нагружения исходно бездефектного кри- сталла может являться формирование в поверх- ностном слое структуры разориентированных наноблоков с размерами до нескольких десятков нанометров. Очевидно, что этот процесс будет еще более выражен, если структура нагружаемо- го материала будет исходно содержать систему зерен, разделенных между собой межзеренными границами. С этой целью на следующем этапе исследований было рассмотрено механическое поведение наноразмерного поликристалла в ус- ловиях сдвиговой деформации. На рис. 4 изображены три последователь- ных снимка структуры нанокристаллического ОЦК-железа, полученной в ходе сдвиговой де- формации. Для лучшей визуализации изменений внутренней структуры показаны только атомы с локальной конфигурацией, отличной от ОЦК. Результаты анализа структуры позволили опре- делить, что пластическая деформация в образце Рис. 3. Фрагмент моделируемого кристаллита по- сле формирования субзеренной структуры. Серым цветом отмечены атомы со структурой, отличной от ОЦК Fig. 3 . Fragment of the simulated crystallite after the formation of the subgrain structure. Gray color indicates atoms with a structure different to bcc