Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 1 2019 102 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ницах и в объеме отдельных включений. Ввиду малой длины таких трещин и их равномерного распределения в объеме композита они не при- водят к разупрочнению образца. Смена стадии интегрального деформационного упрочнения стадией разупрочнения обусловлена объедине- нием локальных трещин в расположенных рядом частицах TiC посредством их распространения через прослойки матрицы NiCr. Локализация этого процесса приводит к формированию ма- гистральной трещины. Указанная последова- тельность разрушения образцов демонстрирует качественное сходство с последовательностью разрушения представительных микрообъемов модельного металлокерамического материала в исходном состоянии. Результаты моделирования позволили объяс- нить существование предпочтительного диапазо- на отношений линейных размеров (высоты к ос- нованию) столбчатых включений TiC, в котором, как свидетельствуют экспериментальные данные [22], достигаются максимальные значения микро- твердости, прочности и износостойкости модифи- цированных поверхностных слоев. Уменьшение величины отношения линейных размеров включе- ний сопровождается сменой характера простран- ственного распределения сдвиговых напряжений в поверхностном слое. Так, при больших значениях этого отношения распределение сдвиговых напря- жений можно охарактеризовать как «каркасное». В качестве несущего каркаса здесь выступают про- тяженные включения TiC, при этом концентрация напряжений в них возрастает по мере увеличения отношения высоты к основанию. Это определя- ет возрастание коэффициента деформационного упрочнения модифицированного поверхностного слоя, однако сопровождается снижением значения предельной деформации образцов, при которой формируется магистральная трещина. Отметим, что разрушение таких поверхностных слоев носит хрупкий характер. При малых значениях отноше- ния высоты к основанию включений TiC возрас- тает работа разрушения модифицированного слоя, однако значительно снижается величина коэффи- циента деформационного упрочнения. Как свиде- тельствуют данные различных исследований, сни- жение деформационного упрочнения материалов сопровождается снижением его твердости [41,42], что является негативным фактором для рассматри- ваемого поверхностного слоя. Результаты модели- рования показали, что переход от «каркасного» к дисперсному характеру распределения сдвиговых напряжений происходит при снижении величи- ны отношения линейных размеров включений ниже трех. Это определяет нижнюю границу диа- пазона отношений линейных размеров столбчатых включений TiC, обеспечивающих повышение ком- плекса механических характеристик модифици- рованного поверхностного слоя. Верхняя граница этого диапазона определяется требованиями к оп- тимальному балансу этих характеристик. Заключение Результаты моделирования показали, что ключевыми факторами, которые определяют ме- ханические свойства наноструктурированных поверхностных слоев металлокерамических композитов, являются геометрические размеры, форма и упаковка керамических/упрочняющих включений. Создание столбчатой регулярной структуры на основе вторичных керамических частиц приводит к принципиальной смене рас- пределения внутренних напряжений в поверх- ностных слоях от дисперсного к каркасному. Основными несущими элементами в этом слу- чае является не матрица, а столбчатые включе- ния. Концентрация напряжений и механические свойства поверхностных слоев зависят от сте- пени неравноосности этих включений. Суще- ствует оптимум этого соотношения размеров, соответствующий балансу прочности и вязко- сти разрушения. Проведенный компьютерный анализ позволил выявить роль указанных фак- торов в повышении ключевых механических ха- рактеристик поверхностных слоев. Полученные результаты могут служить основой для прогно- зирования механических свойств нанострукту- рированных поверхностных слоев металлоке- рамических композитов с заданной внутренней структурой, а также для проектирования вну- тренней структуры, обеспечивающей требуемые механические свойства (в том числе сочетание значений прочности и вязкости разрушения). Список литературы 1. Mortensen A., Llorca J. Metal matrix com- posites // Annual Review of Materials Research. – 2010. – Vol. 40. – P. 243–270. – doi: 10.1146/annurev- matsci-070909-104511.