Obrabotka Metallov 2012 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (54) 2012 43 ТЕХНОЛОГИЯ сле комбинированного воздействия в структуре зоны I включения графита отсутствуют (рис. 4), свидетельствует о том, что ультразвуковое де- формирование вносит изменения в структуру графитной фазы. В исходном состоянии вклю- чения графита пластинчатой формы представ- ляют собой монокристаллы с гексагональной решеткой [6]. В работе [7] показано, что при движении дислокаций через строй частиц, име- ющих пластинчатую форму, обход этих частиц затруднен тем больше, чем меньше межпла- стинчатое расстояние. Вследствие нагроможде- ния дислокаций у пластинчатых частиц растут напряжения, которые сначала приводят к воз- никновению в них дислокационной структуры, а затем к дроблению и разориентировке отдель- ных моноблоков. В этом случае первоначально крупные монокристаллы разбиваются на мел- кие монокристаллики размером 100…200 Å с взаимной разориентировкой, достигающей в зависимости от деформации десятка граду- сов. Такая структура оказывает еще большее сопротивление прохождению дислокаций и приводит к дальнейшему росту напряжений вследствие нагромождения дислокаций у пре- пятствий. Структура деформированного слоя (рис. 2) подтверждает соответствие поведения пластинчатого цементита при ультразвуковом воздействии этой схеме. Включения графита можно рассматривать как более крупные пластинки с большим меж- пластинчатым расстоянием. Развитие деформа- ционных процессов в матрице должно привести к возникновению дислокационных структур в графитных пластинах, к их раздроблению и при дальнейшем нагружении разориентировке от- дельных блоков. Отсутствие включений графи- та в структуре зоны I после комбинированного воздействия в этом случае можно объяснить тем, что в результате ультразвукового деформи- рования происходит дробление монокристаллов графита, увеличивающее поверхность сопри- косновения матрицы с графитом до уровня, до- статочного для диффузионного растворения гра- фитных включений в условиях последующего скоростного нагрева. Повышение твердости поверхностного слоя после комбинированной обработки (см. рис. 1) указывает не только на изменение кинетики фа- зовых превращений, но и на образование струк- тур с повышенным содержанием углерода. Уве- личению количества углерода, содержащегося в матрице серого чугуна, будет способствовать, во-первых, ускорение фазовых превращений при скоростном нагреве за счет повышения дисперс- ности структуры материала при ультразвуковом воздействии; во-вторых, развитие диффузион- ных процессов непосредственно при пластиче- ской деформации. При импульсном механическом нагруже- нии железа со скоростью деформации 20 с –1 наблюдается резкое увеличение подвижности атомов углерода, которая превосходит скорость диффузии углерода как в стационарных изо- термических условиях, так и в жидком металле [8]. При ультразвуковом нагружении с частотой f = 20 кГц время контакта деформатора не пре- вышает τ = 5 ⋅ 10 –5 с, поэтому даже при интенсив- ности деформации ε = 0,002, принятой за грани- цу глубины распространения очага деформации [3], скорость деформации составляет величину не менее 0,002/(5 ⋅ 10 –5 ) = 40 с –1 > 20 с –1 . Таким образом, в пределах очага деформации, создавае- мого при ультразвуковом воздействии, создают- ся условия для развития процессов аномального ускорения диффузии углерода как из цементит- ных пластин, так и из включений графита. Выводы Анализ процессов формирования структу- ры поверхностного слоя при комбинирован- ной обработке показывает, что ультразвуковое деформирование обеспечивает возможность формирования микрогеометрии поверхности и изменения кинетики фазовых превращений при скоростном нагреве за счет структурной подготовки материала, заключающейся в по- вышении дисперсности структурных элемен- тов, увеличении уровня внутренней энергии феррито-карбидной смеси, насыщении матри- цы углеродом в результате аномального ускоре- ния диффузии. Список литературы 1. Высокоэнергетические процессы обработ- ки материалов / О.П. Солоненко, Х.М. Рахимянов, А.П. Алхимов, В.В. Марусин и др. – Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. – 425 с. – (Низкотемпературная плазма. – Т. 18).