Obrabotka Metallov 2012 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (54) 2012 42 ТЕХНОЛОГИЯ серого чугуна (перлитная матрица и включения пластинчатого графита). Используя данные работы [2], изменения в перлитной матрице серого чугуна при ультразвуковом деформи- ровании можно рассматривать с точки зре- ния общего механизма поведения перлитных структур при холодной пластической дефор- мации [3], в соответствии с которым холодная пластическая деформация металлов и сплавов сопровождается возникновением полей макро- скопических упругих напряжений (1-го рода), достигающих, как показывают расчеты [4], уровня предела текучести материала. Большие изменения при деформации претерпевает кар- бидная фаза. Цементитные пластины дефор- мируются, дробятся на сегменты, удлиняются в продольном и утончаются в поперечном на- правлении. Это может приводить к уменьше- нию в процессе деформации количества це- ментита за счет его частичного разрушения и перехода углерода в твердый раствор, где он образует сегрегации на дислокациях или весь- ма мелкие графитные выделения. Все эти ис- кажения структуры повышают внутреннюю свободную энергию сплава, избыток которой может достигать величины, сопоставимой со скрытой энергией фазового перехода перлит – аустенит [5]. Столь сильное энергетическое воздействие пластической деформации на сплав может вызвать в нем изменение кинети- ки процессов фазовых превращений. Выявленные отличия структуры поверх- ностного слоя после комбинированного воз- действия (рис. 4) от структур поверхностного слоя серого чугуна после одиночного плазмен- ного воздействия свидетельствуют об измене- нии кинетики фазовых превращений. Увеличе- ние размеров структурных зон при неизменном термическом цикле указывает на понижение температур критических точек фазовых пре- вращений, с одной стороны, и на увеличение скорости протекания процесса – с другой. По- вышение плотности дислокаций в результате ультразвукового пластического деформиро- вания [2] увеличивает число дефектных мест в решетке, на которых возможно зарождение аустенита, что приводит к уменьшению рабо- ты образования зародыша и может служить непосредственной причиной снижения темпе- ратурного интервала аустенитизации. Интен- сификация процесса может быть обусловлена также ускорением диффузии углерода по дис- локационным трубкам и увеличением скоро- сти зарождения аустенита вследствие резкого уменьшения работы образования зародыша при избытке свободной энергии (энергии на- клепа), которая повышает внутреннюю сво- бодную энергию феррито-карбидной смеси, вследствие чего может измениться положение точки фазового перехода А С 1 . Снижение тем- пературных интервалов аустенитизации яв- ляется также следствием ускорения кинетики превращения в результате измельчения струк- туры материала при деформации. Анализ влияния степени деформации на по- ложение критических точек при скоростном нагреве [5] показывает, что эффект относитель- ного снижения критической точки зависит от степени предварительной деформации. Глав- ным в эффекте ускорения процесса аустени- тизации в деформированном сплаве является не наличие дефектов – носителей избыточной энергии системы, а высвобождение энергии в процессе фазового превращения и ускорение зарождения и роста центров аустенита за счет избытка свободной энергии. С повышением степени деформации увеличивается общее ко- личество запасенной при деформации энергии и количество сохранившейся к началу фазовой перекристаллизации избыточной энергии. При- нимая во внимание экспоненциальный харак- тер распределения интенсивности деформации по глубине поверхностного слоя при ультра- звуковом деформировании [4], можно предпо- ложить, что связанный с ней уровень запасен- ной энергии будет иметь такой же характер распределения. В этом случае изменения, вно- симые пластической деформацией в структуру материала, будут убывать по мере удаления от поверхности. Этим можно объяснить разницу в интенсивности увеличения размеров струк- турных зон, полученных при комбинированном воздействии. Значительный вклад в формирование свойств серого чугуна вносят включения гра- фита. Исследования структуры поверхност- ного слоя после ультразвукового воздействия средствами оптической микроскопии (рис. 2) не выявили изменений в размерах и форме гра- фитных включений. Однако тот факт, что по-