Obrabotka Metallov 2011 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (53) 2011 62 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ СО РАН по следующим режимам: ток пучка электронов I – 12 мА; скорость перемещения образца относительно электронного пучка V – 70 мм/с; расстояние от выпускного окна до образца H – 130 мм; энергия пучка Е – 1,4 МэВ. Структурные исследования сталей проводи- ли с использованием оптического микроскопа AxioObserver A1m и растрового электронно- го микроскопа Сarl Zeiss EVO50. Параметры усталостного разрушения определяли путем построения и анализа кинетических диаграмм усталостного разрушения. Результаты и их обсуждение Основными особенностями вневакуумной электронно-лучевой обработки являются вы- сокие скорости нагрева и охлаждения материа- ла. При встрече электронного луча с поверхно- стью металла в облучаемом объеме за короткое время выделяется столько тепловой энергии, что скорость локального нагрева может дости- гать сотен тысяч градусов в секунду. С другой стороны, локальность взаимодействия луча и металла означает, что после прохождения луча интенсивно нагретый участок оказыва- ется в окружении холодного металла, который обеспечивает очень быстрое его охлаждение. Скорость охлаждения материала за счет тепло- отвода составляет сотни тысяч градусов в се- кунду. Таким образом, закалка осуществляется в условиях охлаждения, во много раз превос- ходящего по скорости обычное, реализуемое в воде или в других закалочных средах. При этом нижележащие слои сохраняют исходную структуру. Трещиностойкость металлических мате- риалов в условиях циклического нагружения, является одним из важнейших показателей конструктивной прочности, определяющим долговечность изготовленных из них изделий. Кинетические диаграммы, соответствующие различным видам термической обработки, при- ведены на рис. 1. Анализ экспериментальных результатов по- зволяет сделать вывод о том, что поверхностно упрочненные образцы являются более надежны- ми по сравнению с образцами, подвергнутыми объемной закалке. Об этом свидетельствует тот факт, что кинетическая диаграмма, соответству- ющая стали, упрочненной методом вневакуум- ной поверхностной электронно-лучевой закалки, занимает промежуточное место и располагает- ся на указанном графике правее (и ниже), чем кривая, соответствующая объемно-упрочненной стали. Величина размаха коэффициента интен- сивности напряжений, обеспечивающая скорость распространения усталостной трещины dl / dN = = 10 –7 м/цикл, для поверхностно упрочненной стали составляет ~ 16 МПа·м 1/2 , для объемно за- каленной стали ~ 8,5 МПа ͽ м 1/2 . В то же время следует отметить, что по сравнению с образцами, подвергнутыми отжи- гу, поверхностно упрочненные образцы обла- дают более низким уровнем усталостной тре- щиностойкости. Объясняется этот факт тем, что поверхностный слой, имеющий мартен- ситную структуру, характеризуется по срав- нению с основным металлом более высоким уровнем твердости и внутренних напряжений. Таким образом, поверхностный слой интенси- фицирует разрушение, а основной металл пре- пятствует распространению усталостной тре- щины и соответственно выполняет функцию стабилизатора. Рис. 1. Кинетические диаграммы усталостного разрушения стали У8: 1 – закалка в масле, отпуск при 200 °С; 2 –вневакуумнаяэлектронно-лучеваязакалка; 3 – отжиг на грубопластинчатый перлит