Obrabotka Metallov 2020 Vol. 22 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 22 № 1 2020 122 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ стального материала и образуются слоистые об - ласти 2 , обогащенные сталью ( рис . 4, б – д ). При этом области необработанного материала 3 рез - ко контрастируют с областями , прошедшими обработку ( рис . 4, б , в ). В областях со слоистым строением происходит чередование слоев стали и слоев ультрамелкодисперсных смесей из зерен меди и γ - железа ( 5–7 , рис . 4, б - д ). В зоне перемешивания при этом отсутствуют внедрения крупных объемов стали , которые на - блюдались по ее краям ( 1 , рис . 4). В структуре зоны перемешивания наблюдается чередование слоев с различным размером частиц стали в мед - ной матрице ( рис . 5). С наступающей стороны можно выделить по контуру зоны перемешива - ния материалов также крупные объемы стали , располагающиеся от нижних стальных слоев до верхних слоев с наступающей стороны под плечами инструмента ( рис . 5, а ). В центре зоны перемешивания чередование слоев с различной структурой и размером осуществляется в по - следовательности слоев с крупными частицами и слоев с мелкими частицами ( рис . 5, б , в ). На - личие более крупных частиц стали 1 характерно для всех типов слоев : и с мелкодисперсным стро - ением 2 , 5 , 6 , и с грубодисперсной структурой 4 . В слоях с крупным размером зерна ( рис . 5, е ) раз - мер частиц стали в медной матрице может до - стигать в среднем 3 мкм и более , в то время как в слоях с мелкодисперсной структурой ( рис . 5, г , д ) средний размер частиц стали в меди может достигать 0,5…1 мкм и меньше . Различие в размере частиц стали в медной матрице внутри слоев связано , прежде всего , с физической природой процесса фрикционной перемешивающей обработки . Часть переме - шиваемого материала имеет контакт непосред - ственно с инструментом для фрикционной об - работки и испытывает большую пластическую деформацию , чем материал , увлекаемый за счет когезионных сил и разницы давлений ( спере - ди и сзади пина ) за инструментом . Вследствие этого формируется структура с более мелкоди - сперсными частицами в одних слоях и с более крупными – в других . При более детальном рас - смотрении частиц по размеру можно выделить слои с бимодальным или тримодальным распре - делением . Крупные частицы стали ( 3 , рис . 6, а ) и сред - ние частицы 2 в структуре медной матрицы 1 необработанного материала при фрикционной перемешивающей обработке деформируются , фрагментируются и разрушаются ( рис . 6, б – г ). В материале после обработки в большом коли - честве имеются частицы 4 , 7 , 8 , которые разру - шились под действием интенсивной пластиче - ской деформации . Причем более интенсивное разрушение частиц наблюдается в слоях с мел - кодисперсной структурой 6 , чем в слоях с гру - бодисперсной 5 . Частицы в стадии разрушения ( рис . 6, в ) хорошо иллюстрируют процесс дефор - мации и фрагментации при обработке , приводя - щей на заключитальном этапе к формированию мелкодисперсной структуры 8 с более равномер - ным распределением стали и меди . Из проведен - ных исследований можно предположить , что вы - полнение многопроходных обработок позволит еще больше повысить степень деформации и разрушения крупных частиц стали и увеличить равномерность распределения компонентов по - лиметалла . Химический анализ методом микрорентге - носпектрального анализа на растровом элек - тронном микроскопе полиметаллических об - разцов системы « сталь - медь » до обработки ( рис . 7, а – д ) и после обработки ( рис . 7, е – к ) показывает , что в материалах , полученных аддитивным методом , распределение меди и железа четко контрастируют между собой ( рис . 7, б , д ). Железо и хром демонстрируют равномерное распределение ( рис . 7, г , д ). Рас - пределение никеля ( рис . 7, в ) за исключением крупных частиц достаточно равномерно по причине хорошей взаимной растворимости меди и никеля . Распределение никеля в материале после об - работки аналогично : в крупных частицах содер - жание никеля существенно выше , в областях с мелкодисперсным строением распределение нике - ля более равномерно ( рис . 7, з ). Распределение же - леза и хрома также идентично ( рис . 7, и , к ). Изме - няется закономерность в распределении меди и железа ( рис . 7, ж , к ). В слоях с грубодисперсной структурой медь и железо также четко контра - стируют , но в слоях с мелкодисперсной струк - турой распределение меди и железа становится настолько однородным , что данные элементы становятся слабо различимыми . При анализе структуры и химического со - става необработанного ( рис . 8, а , г ) и обработан -