книги из ГПНТБ / Филяев А.Т. Исследование износостойкости сталей, упрочненных наклепом

ром была равна 291 °К. Антикоррозионная стойкость по­ верхности оценивалась визуально и по изменению веса образцов:

где Р0 — вес образца до испытаний, г; Р х— вес образца после испытаний, г; 5 — площадь поверхности, и 2.

Эксперименты показали, что образцы, находившиеся в масляной ванне, следов общей коррозии не имели. Как обкатанная поверхность (независимо от режима обкат­ ки), так и шлифованная имели одинаковую антикоррози­ онную стойкость. Было отмечено, что в данном случае холодная пластическая деформация стали с содержанием углерода от 0,15 до 0,45% не ведет к снижению ее анти­ коррозиоиноft стойкости.

Поверхность обезжиренных образцов, находившихся в комнатной атмосфере, имела различную антикоррозион­ ную стойкость в зависимости от вида обработки поверх­ ности и в несколько меньшей степени от величины накле­ па. За время опыта обкатанная поверхность вместо ярко­ го металлического блеска приобрела слабый матовый оттенок. В некоторых местах появились небольшие очаги коррозии. Число таких очагов росло с увеличением на­ клепа и содержания углерода в стали. Шлифованная по­ верхность оказалась менее устойчивой против общей коррозии. Участки, пораженные коррозией, по площади были в 2 —3 раза больше, чем у обкатанных образцов.

Эксперименты показали, что тонкая обработка поверх­ ности деталей особенно важна в случае хранения их в атмосферных условиях. Было отмечено, что на грубо об­ работанной поверхности, а также на поверхности после шлифования очаги коррозионного разрушения возникают раньше, чем на обкатанной. С повышением температуры и влажности среды коррозионный процесс значительно интенсифицируется. Сказанное выше относится ко всем исследуемым сталям. Марганец в стали 45Г2 не оказыва­ ет заметного влияния на ее антикоррозионные свойства. Он лишь придает окисной пленке ярко выраженный крас­ ный оттенок.

Пары концентрированной соляной кислоты в воздухе ускоряют процесс общей коррозии стали. При этом ме­ нее стойкими оказались образцы со шлифованной поверх-

8 0

Т а б л и ц а 13

Влияние наклепа на антикоррозионные свойства поверхности

ностыо. По мере увеличения наклепа свыше оптимальных значений и повышения содержания углерода в стали ее антикоррозионные свойства снижаются (табл. 13).

Марганец несколько повышает коррозионную стой­ кость наклепанных образцов. Вероятно, это объясняется разным потенциалом марганца и феррита (1,05— у пер­ вого и 0,44— у второго).

Глава IV

ВЛИЯНИЕ НАКЛЕПА НА ИЗМЕНЕНИЕ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ

1. Микроструктура сталей, упрочненных наклепом

Микроструктура металла и его свойства неразрывны. В процессе обкатывания стальных детален роликом по­ верхностные слои претерпевают значительные изменения. Вместе с изменением качественных характеристик микро­ структуры металл приобретает новые физико-механи­ ческие свойства (табл. 14) [94].

После термической обработки (нормализации) заго­ товок из исследуемых сталей их микроструктура состояла из явно выраженных перлита и феррита (рис. 21). У ста­ ли 15 зерна феррита покрывают большую часть площади видимой части шлифа. С увеличением в стали углерода структура становится более мелкозернистой. У сталей 45 и 35 структурные составляющие распределены равно­ мерно и в равном количестве. Эти марки по величине зерна мало отличаются друг от друга. У стали 45Г2 зер­ на несколько мельче, небольшое количество свободных

Т а б л и ц а 14

Влияние наклепа на механические свойства малоуглеродистой стали (0,06%)

карбидов благоприятно влияет на ее структуру, твердость и пластические свойства.

Поверхностный слой детален после обкатывания получил наклеп. В сталях произошли структурные изменения, которые характеризуются видимой дефор­ мацией зерен, потерявших свою обычную форму. Зерна вытянуты в направлении осевой подачи инструмента, отдельные их части сдвинуты относительно друг друга.

Рис. 21. Микроструктура сталеі'і, Х200: о — сталь 45; п — сталь 35; а — сталь 15; с — сталь 45Г2

Поверхностный слой имеет волокнистую структуру (рис. 22). Изменение формы зерен происходит в результате смещения отдельных участков по плоскости скольжения и некоторого поворота этих плоскостей под действием внеш­ них сил в направлении деформации. Процессы сдвига происходят посредством однородного скольжения. Это вызывает измельчение зерен первоначальной структуры. У обкатанных деталей наблюдается увеличение количест­ ва зерен перлита, твердой структурной составляющей сталей, которые под действием усилия обкатывания, вы­ тесняя зерна феррита, перемещаются к поверхности.

Для сталей со средним содержанием углерода и для стали 45Г2 характерны более четкие границы деформа-

84

дни. Вытянутые параллельно оси детали зерна видны на небольшой глубине. С дальнейшим увеличением до опре­ деленных значении усилии обкатывания ориентация от­ дельных зерен становится более четкой (рис. 23).

Малоуглеродистая сталь 15, наоборот, получила зна­ чительное проникновение пластической деформации в глубь детали. Из-за дробления зерен поверхностный слой после обкатывания приобрел мелкозернистую структуру,. На шлифах хорошо видно, что наклеп ведет к уп-

Рис. 23. .Микроструктура поверхностного слоя стали 45Г2 после об­ катывания с усилием 19,6 кН, Х200

лотненшо металла, устраняет пористость, завальцовывает трещины. Однако при наклепе свыше оптимальных значений нарушается однородность пластической дефор­ мации (рис. 24), происходит разрыхление металла и раз­ рушение поверхности. В этом случае границы зерен искривлены, осколки разрушенных зерен разбросаны хао­ тично, их периметр имеет зубчатую конфигурацию. В ме­ талле появляются сосредоточенные области ослабления. Затрачиваемая энергия деформации, вероятно, расходу­ ется на процесс развития микротрещин. Непосредственно перед разрушением поверхности наступает разупрочне­ ние стали, уменьшение твердости (см. табл. 14). Выска­ зывается мнение, что у материала обкатываемой детали, контактирующего с инструментом, происходят значи­ тельные изменения, приводящие к потере крнсталлн-

8 6

ческого строения и свойств, характерных для таких тел 1112, ИЗ, 133]. Электронная микроскопия позволяет не­ сколько глубже изучить структуру и механизм упрочне­ ния наклепанных сталей. С этой целью проведены иссле­ дования микроструктуры в электронном микроскопе ЭМ-3. Использован косвенный способ исследования мик­ роструктуры, заключающийся в исследовании не самого объекта, а копии (реплики), снятой с рельефа поверх­ ности. Материалом для реплик может служить ряд ве­ ществ: коллодий, поливинил-формальдегид, кварц, золо­ то, бериллий, уголь, лак и т. д. В данном случае был при­ менен прозрачный лак.

Косвенный способ применяется в том случае, когда необходимо изучить структуру поверхности без связи с внутренней структурой объекта и если по характеру по­ верхности (по ее рельефу) приходится судить о структуре материала. В первом случае необходимо получить лишь копию рельефа исследуемой поверхности, во втором — перед получением реплики требуется тщательная подго­ товка поверхности путем воздействия на нее соответству­ ющими реактивами, позволяющими выявить внутреннюю структуру материала. В задачу данных исследований входило изучение внутренней структуры наклепанных об­ разцов. Приготовление образцов и реплик включало: под­ готовку поверхности образцов, нанесение реплики на ис­ следуемую поверхность, отделение ее от поверхности объ­ екта, вылавливание реплик на объективные сетки и изуче­ ние их в электронном микроскопе.

Из исследуемых сталей были подготовлены микрошлифы, очищенная поверхность которых подвергалась травлению 4%-ным раствором азотной кислоты, промыв­ ке в бидистиллированной воде и сушке в шкафу.

Прозрачный лак, нанесенный на поверхность микро­ шлифа, разливаясь, копировал микрорельеф шлифа. Пос­ ле высыхания лаковая пленка отделялась от поверхности образца. Для этой цели на высохшую лаковую пленку наносился 2 0 %-ный подогретый раствор жидкого жела­

тина. При высыхании желатин, сжимаясь, отделял лако­ вую пленку от поверхности шлифа. Двойная пленка (лак—желатин) помещалась в теплую дистиллированную воду, где находилась до полного растворения желатина, после чего промывалась в горячей дистиллированной во­ де и сушилась на воздухе.

8 8

Полученные лаковые реплики даже при минимальной их толщине не обеспечивали достаточной контрастности изображения. Чтобы повысить контрастность, рельеф по­ верхности оттенялся хромом. Реплика помещалась под колоколом вакуумной установки, где находился специаль­ но смонтированный испаритель из вольфрамовой прово­ локи. При достижении под колоколом остаточного давле­ ния 1 0 мм рт. ст. и работе испарителя атомы наносимого

металла, попадая на поверхность реплики, оттеняли ее

рельеф. После этого реплики монтировались для просмот­ ра в электронном микроскопе, лучшие из них фотографи­ ровались.

Электронно-микроскопические исследования позво­ лили выявить характерные изменения в строении сталей, происходящие при поверхностном пластическом деформи­ ровании.

На рис. 21, 25 представлена микроструктура сталей 45, 35, 15 и 45Г2 при разном увеличении. Можно на­

8 »