Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 4

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 4 2019 121 MATERIAL SCIENCE Разница в количестве резов составляет более чем в 2,5 раза (рис. 7). С увеличением нагрузки на испытуемые образцы до 40 Н разница в коли- честве резов сокращается до 1,5 раза. Дальнейшее увеличение нагрузки на испы- туемый образец приводит к противоположному результату. Углеродистые инструментальные стали типа У15А показывают на 30 % большее число резов по сравнению с булатными сталями типа Ds15P при увеличении усилия реза от 60 до 120 Н (рис. 7). Известно, что в процессе эксплуатации кли- нок может испытывать знакопеременные нагруз- ки. Необходимо считаться с наличием дефектов типа микротрещин. В старинных клинках, от- работавших большую часть своего ресурса, вероятность наличия скрытых микротрещин резко возрастает. В процессе эксплуатации ми- кротрещина способна вырасти до магистраль- ной трещины, создавая условия для хрупкого разрушения. Склонность к торможению роста микротрещин является одной из важнейших характеристик материала. Уменьшая скорость роста микротрещин, можно существенно по- высить срок службы и надежность клинка при эксплуатации. В связи с этим особое значение приобретает изучение живучести клинков как с гомогенной структурой, так и со слоистой струк- турой. На графике распределения роста усталост- ной трещины видно, что в слоистой структуре булатной стали усталостная микротрещина за- рождается в два раза быстрее по сравнению с Рис. 8. График распределения роста усталостной трещины от числа циклов нагружения Fig. 8. Graph of distribution of fatigue crack growth on the number of loading cycles образцами из стали У15А (рис. 8). Зарожде- ние усталостной трещины зависит от дефектов структуры, в частности, от ослабленных меж- слойных границ. Рост усталостной трещины до критического значения в гомогенной структуре стали У15А происходит за меньшее число циклов (рис. 8). На пути роста трещины нет существенных пре- пятствий. Это означает, что в образцах с гомо- генной структурой неконтролируемое хрупкое разрушение будет происходить при меньшей критической длине трещины. Таким образом, от момента зарождения усталостной трещины (око- ло 1,0 мм) до разрушения образцов с гомогенной структурой потребовалось 2,7 ∙ 10 7 циклов, а до разрушения образцов со слоистой структурой необходимо 6,2 ∙ 10 7 циклов. Можно сказать, что в клинке из булатной стали (Ds15P) по показате- лям усталостной долговечности, почти в два раза больше ресурс эксплуатации, чем в клинке из со- временной углеродистой инструментальной ста- ли (У15А). Полученные результаты объясняются благоприятным влиянием слоистой структуры булатной стали. В этой структуре обязательно присутствуют напряженные участки, располо- женные на межслойных границах. Накопление дефектов приводит к локальным расслоениям вдоль межслойных границ, запуская механизм торможения микротрещин. Как правило, микро- трещины ветвятся вдоль карбидных и троостит- ных слоев, снижающих энергию магистральной трещины за счет разделения ее фронта. В резуль- тате реализуется механизм «локального рассло- ения» [26], который заставляет трещину продвигаться в каждом отдельном слое. Потери в режущей способности ком- пенсируются увеличением надежности (живучести) клинка при многократных усталостных нагрузках в процессе экс- плуатации. Выводы 1. Карбидные слои в булатной ста- ли состоят из избыточного цементита продолговатой формы. Продолговатые избыточные карбиды по морфологиче- скому признаку напоминают овал с утол- щением в средней части. Размер карби- дов в поперечном сечении составляет