Obrabotka Metallov 2020 Vol. 22 No. 1

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 22 No. 1 2020 91 MATERIAL SCIENCE стики поверхности под нагрузкой могут менять - ся , что часто имеет негативные последствия для деталей машин , так как шероховатость поверхно - сти влияет на отражательные , адгезионные и дру - гие эксплуатационные свойства , а также может способствовать зарождению трещин . Существу - ют работы , которые показывают , что благодаря оценке морфологии поверхности можно судить о внутреннем состоянии материала [1–10] и про - гнозировать ресурс работы деталей машин [11]. Кроме того , сегодня в промышленности ис - пользуются материалы в различном структур - ном состоянии . Микроструктурные параметры такие , как размер зерна , кристаллографическая ориентация , текстура , сложное напряженно - деформированное состояние , вызванное вну - тренней структурой , влияют на морфологию и шероховатость поверхности в процессе нагру - жения [2, 12–13]. Особенно перспективными на сегодняшний день выглядят материалы с ультра - мелкозернистой структурой ( УМЗ ). Деформаци - онное поведение УМЗ сплавов обычно характе - ризуется повышением их прочностных свойств и снижением пластичности . Ряд работ сообща - ют о положительном влиянии интенсивной пла - стической деформации на свойства материалов [14–17], но вместе с тем есть сведения и о ее от - рицательном влиянии [18, 19]. Таким образом , интересно было бы проследить влияние исходной внутренней структуры металла на эволюцию морфологии поверхности в процессе нагружения и провести количественную и каче - ственную оценку деформационного рельефа . Целью работы является исследование и коли - чественная оценка влияния структуры материа - ла на морфологию деформированной поверх - ности , в том числе рассмотрение возможности применения трехмерных параметров шерохова - тости для выявления различий в деформацион - ных механизмах материалов с разной структу - рой ( моно -, поликристаллы и материалы в УМЗ состоянии ), а также потенциальных концентра - торов напряжений на поверхности . Методика экспериментального исследования Для того чтобы проследить влияние вну - тренней структуры на морфологию деформи - рованной поверхности , в качестве объекта ис - следования был выбран никель в различном структурном состоянии : монокристаллы никеля ( чистота 99,99 %) с ориентацией осей сжатия в углах стереографического треугольника ; поли - кристаллический никель марки НП 1 ( отжиг при 800 ° С в течение одного часа ) с размером зерна 170 ± 23 мкм . Образцы в УМЗ - состоянии полу - чены равноканальным угловым прессованием ( РКУП ) с поворотом заготовки на угол в 90° от - носительно продольной оси перед каждым по - следующим циклом прессования ( схема Вс , во - семь проходов ). Деформацию сжатием проводили на испыта - тельной машине Instron ElektroPuls E10000 при скорости 1,4 ∙ 10 –3 с –1 . Картину деформацион - ного рельефа снимали на конфокальном лазер - ном сканирующем микроскопе Olympus LEXT OLS4100. Размер сканированного участка в каждом отдельном случае составлял 0,066 мм 2 (0,256×0,256 мм ). Разрешение по глубине – 0,06 мкм . Исследования проведены в интервале деформации 1,5…32 %. Для описания морфологии деформирован - ной поверхности использовали трехмерные параметры шероховатости ( расчет по всей ска - нируемой поверхности ), нормированные соглас - но стандарту [20]. В настоящей статье были ис - пользовали количественные параметры : Sq – среднее квадратичное значение высо - ты поверхности ограниченного масштаба (root mean square height of the scale-limited surface). Ssk – асимметрия поверхности ограниченно - го масштаба (skewness of the scalelimited surface). Дополнительно для количественной оцен - ки развития деформационного рельефа был ис - пользован безразмерный параметр Fr ( интен - сивность деформационного рельефа / фактор шероховатости ), который представляет собой отношение площади реальной поверхности к площади проекции : Fr = ( Sd / Sp ) – 1, где Sd – площадь поверхности после деформа - ции ( истинная площадь поверхности ); Sp – пло - щадь горизонтальной проекции поверхности ( геометрическая площадь поверхности ) [21, 22]. Физический смысл параметра Fr заключает - ся в том , что он оценивает степень развитости деформационного рельефа на поверхности . Па - раметр Fr не стандартизирован .