Калашников М.П. 1 и Панин В.Е. 1,2

Власов И.В. 1,2, Панин С.В. 1,2, Сергеев В.П. 1, Сунгатулин А.Р. 1,

1Томский политехнический университет, Томск, Россия,

2Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, Россия,

[email protected]

Проблема изучения и прогнозирования усталостного разрушения сохраняет актуальность и содержит ряд нерешенных научных и практических задач. Эффек- тивным путём повышения прочности деталей машин является наноструктурирова- ние поверхностного слоя. Целью работы являлось исследование влияния наност- руктурирования поверхностного слоя теплостойкой стали 12Х1МФ ионами Zr + на повышение ее усталостной долговечности.

Выбор материала исследований обусловлен тем, что данная сталь является теплостойкой и не испытывает структурных изменений при температуре, при ко- торой происходит процесс наноструктурирования поверхностного слоя ионным пучком. Поверхностное упрочнение образцов стали 12Х1МФ проводили с помо- щью сильноточного вакуумно-дугового источника металлических ионов на уста- новке УВН-0.2 «Квант».

Испытаний на статическое растяжения показали, что в результате нанострук- турирования поверхностного слоя относительное удлинение снизилось на 19 %, а предел прочности повысился на 20%. Выявлено, что наноструктурирование пуч- ком ионом Zr+ обусловливает повышение нанотвёрдости в 1.5 раза; одновременно в 2 раза снижается модуль упругости. Результаты испытания на циклическое рас- тяжение образцов без обработки и после наноструктурирования поверхностного слоя показавшие, что количество циклов до разрушения образцов с модифициро- ванным поверхностным слоем повысилось в 2–3 раза.

При циклическом растяжении наноструктурированному поверхностному слою удаётся длительное время сдерживает развитие интенсивной пластической деформации на поверхности, в то время как в необработанном образце формирует- ся грубый деформационный рельеф. Именно последний обусловливает более ран- нее зарождение (микро)трещин в поверхностном слое и снижение усталостной прочности. Разрушение же наноструктурированного поверхностного слоя характе- ризуется мелким множественным растрескиванием и не сопровождается макроло- кализацией деформации. Причина повышения усталостной прочности связанна, прежде всего, с задержкой возникновения магистральной трещины.

При циклическом изгибе усталостная трещина зарождается одновременно в обоих типах образцов. Однако в наноструктурированном образце поверхность яв- ляется более гладкой, а деформационный рельеф более равномерно сформирован на поверхности. Это позволяет снизить скорость роста трещины и повысить уста- лостную долговечность образца.

Дата добавления: 2017-01-14