Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 1 2019 93 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Исследование структурных факторов, обеспечивающих повышение механических свойств поверхностных слоев, модифицированных импульсным электронно-пучковым облучением Игорь Коноваленко 1, 2, a, * , Евгений Шилько 1, 3, b , Владимир Овчаренко 1, c , Сергей Псахье 1, d 1 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия 2 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, г. Томск, 634050, Россия 3 Национальный исследовательский Томский государственный университет, пр. Ленина, 36, г. Томск, 634050, Россия a https://orcid.org/0000-0001-9396-0219, igkon@ispms.tsc.ru, b http://orcid.org/0000-0002-8381-061X , shilko@ispms.ru , c http://orcid.org/0000-0003-1776-1212, ove45@mail.ru , d http://orcid.org/0000-0002-3447-0487, sp@ispms.tsc.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2019 Том 21 № 1 с. 93–107 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.1-93-107 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение В настоящее время режущие элементы об- рабатывающего оборудования изготавливаются из металлокерамических композиционных ма- териалов, синтезируемых методами порошковой ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 539.422.5; 539.5; 539.3 История статьи : Поступила: 09 ноября 2018 Рецензирование: 24 января 2019 Принята к печати: 29 января 2019 Доступно онлайн: 15 марта 2019 Ключевые слова : Импульсное электронно-пучковое облучение Наноструктурированные слои Повышение механических свойств TiC-NiCr Численное моделирование Метод подвижных клеточных автоматов Финансирование Работа выполнена в рамках про- граммы фундаментальных иссле- дований Российской академии наук на 2013–2020 гг. (приоритетное на- правление III.23). АННОТАЦИЯ Введение . В настоящее время значительная часть режущих элементов обрабатывающего оборудования производится из композиционных материалов на основе металлической матрицы с дисперсными керамическими включениями. Как правило, такие композиты синтезируют методами порошковой металлургии из смеси порошков с характерным размером частиц от нескольких единиц микрометров до нескольких десятков микрометров. Известно, что механические свойства (прочность, твердость и вязкость разрушения) поверхностных слоев таких композиционных материалов, определяющие ресурс работы всего элемента, существенно уступают свойствам этих же материалов с характерными размерами армирующих керамических частиц десятки-сотни нанометров. Одним из успешных путей решения данной проблемы является модификация структуры поверхностных слоев уже готового композита с микроразмерными керамическими включениями методом высокоэнергетического импульсного электронно-пучкового облучения в плазме инертных газов. В предшествующих работах авторами показано, что такая обработка приводит к многократному измельчению структуры и ее качественному изменению – смене стохастической упаковки частиц на регулярную столбчатую с преимущественной ориентацией керамических элементов по нормали к поверхности. Изменение этих параметров внутренней структуры определяет существенное изменение комплекса механических свойств поверхностных слоев и требует детального параметрического изучения. Целью работы являлось численное исследование влияния ключевых структурных параметров модифицированного поверхностного слоя, а именно типа упаковки, размеров и неравноосности керамических частиц, на его прочность и вязкость разрушения. Результаты и обсуждение . Проведенный численный анализ показал, что ключевыми факторами, определяющими повышение комплекса механических свойств модифицированных поверхностных слоев, являются упаковка и геометрия керамических включений. Многократное уменьшение размеров включений, изменение их формы от равноосной к существенно неравноосной и регулярная упаковка с преимущественной ориентацией включений по нормали к поверхности приводят к изменению характера распределения напряжений в условиях сжатия (от дисперсного к «каркасному»), усложнению траектории роста трещин и увеличению пути их распространения. Следствием этого является увеличение прочности, предела текучести и коэффициента деформационного упрочнения поверхностных слоев. Показано, что управлением степенью неравноосности керамических включений в поверхностном слое можно добиться баланса таких конкурирующих характеристик, как прочность и вязкость разрушения. Для цитирования: Исследование структурных факторов, обеспечивающих повышение механических свойств поверхностных слоев, модифицированных импульсным электронно-пучковым облучением / И.С. Коноваленко, Е.В. Шилько, В.Е. Овчаренко, С.Г. Псахье // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 1. – С. 93–107. – doi:10.17212/1994-6309-2019- 21.1-93-107. ______ *Адрес для переписки Коноваленко Игорь Сергеевич , канд. физ.-мат. наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН пр. Академический, 2/4, 634055, г. Томск, Россия, Тел.: 8 (3822) 286-975, e-mail: igkon@ispms.tsc.ru