Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор)

Цель настоящего обзора заключается в рассмотрении основных направлений модификации структуры и свойств металлических поверхностей путем интенсивной пластической деформации, приводящей к формированию наноструктурного состояния в поверхностной области. Рассмотрены результаты исследований изменения стр...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Успехи физики металлов
Дата:	2004
Автори:	Васильев, М.А., Прокопенко, Г.И., Филатова, В.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2004
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133319
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор) / М.А. Васильев, Г.И. Прокопенко, В.С. Филатова // Успехи физики металлов. — 2004. — Т. 5, № 3. — С. 345-399. — Бібліогр.: 60 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-133319
record_format	dspace
spelling	Васильев, М.А. Прокопенко, Г.И. Филатова, В.С. 2018-05-23T16:58:35Z 2018-05-23T16:58:35Z 2004 Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор) / М.А. Васильев, Г.И. Прокопенко, В.С. Филатова // Успехи физики металлов. — 2004. — Т. 5, № 3. — С. 345-399. — Бібліогр.: 60 назв. — рос. 1608-1021 PACS: 68.65.-k, 81.20.Ev, 81.20.Wk, 81.40.Ef, 81.65.Ps, 81.70.Cv DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.05.03.345 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133319 Цель настоящего обзора заключается в рассмотрении основных направлений модификации структуры и свойств металлических поверхностей путем интенсивной пластической деформации, приводящей к формированию наноструктурного состояния в поверхностной области. Рассмотрены результаты исследований изменения структуры и свойств поверхностных слоев, как чистых металлов, так и различных сплавов после таких способов интенсивной механической обработки, как вибрационный наклеп шариками, пескоструйная обработка, обработка металлической щеткой, многократная прокатка, трение, ультразвуковая ударная обработка. Особое внимание в обзоре уделяется также механизмам формирования наноструктурного состояния по глубине модифицированного поверхностного слоя в результате таких обработок. Мета цього огляду полягає в розгляді основних напрямків модифікації структури і властивостей металевих поверхонь шляхом інтенсивної пластичної деформації, що призводить до формування наноструктурного стану в поверхневих шарах. Були розглянуті результати досліджень зміни структури і властивостей поверхні як чистих металів, так і різних сплавів після таких способів інтенсивної механічної обробки, як вібраційний наклеп кульками, піскоструминна обробка, обробка металевою щіткою, багаторазове плющення, тертя, ультразвукова ударна обробка. Особлива увага в огляді надається також механізмам формування наноструктурного стану по глибині модифікованого поверхневого шару в результаті таких обробок. The paper reviews the principal paths of modification of the structure and properties of the metallic surfaces by the intense plastic deformation leading to the formation of nanostructure states in the near-surface region. The outcomes of investigations of modified structure and properties of surface layers are considered for both pure metals and different alloys after such ways of intense machining treatment as a vibrational cold-work hardening by globules, sandblasting, processing by the metal hog, repeated rolling, friction, ultrasonic impact processing. The special attention is also given to mechanisms of fabrication of nanoscale structures in depth of modified surface layer as a result of such processings. Работа выполнена в рамках проекта УНТЦ № 2469 ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Успехи физики металлов Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор) Нанокристалізація металевих поверхонь методами інтенсивної пластичної деформації (огляд) Nanocrystallization of Metallic Surfaces with Using the Methods of Intense Plastic Deformation (Review) Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор)
spellingShingle	Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор) Васильев, М.А. Прокопенко, Г.И. Филатова, В.С.
title_short	Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор)
title_full	Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор)
title_fullStr	Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор)
title_full_unstemmed	Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор)
title_sort	нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор)
author	Васильев, М.А. Прокопенко, Г.И. Филатова, В.С.
author_facet	Васильев, М.А. Прокопенко, Г.И. Филатова, В.С.
publishDate	2004
language	Russian
container_title	Успехи физики металлов
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
format	Article
title_alt	Нанокристалізація металевих поверхонь методами інтенсивної пластичної деформації (огляд) Nanocrystallization of Metallic Surfaces with Using the Methods of Intense Plastic Deformation (Review)
description	Цель настоящего обзора заключается в рассмотрении основных направлений модификации структуры и свойств металлических поверхностей путем интенсивной пластической деформации, приводящей к формированию наноструктурного состояния в поверхностной области. Рассмотрены результаты исследований изменения структуры и свойств поверхностных слоев, как чистых металлов, так и различных сплавов после таких способов интенсивной механической обработки, как вибрационный наклеп шариками, пескоструйная обработка, обработка металлической щеткой, многократная прокатка, трение, ультразвуковая ударная обработка. Особое внимание в обзоре уделяется также механизмам формирования наноструктурного состояния по глубине модифицированного поверхностного слоя в результате таких обработок. Мета цього огляду полягає в розгляді основних напрямків модифікації структури і властивостей металевих поверхонь шляхом інтенсивної пластичної деформації, що призводить до формування наноструктурного стану в поверхневих шарах. Були розглянуті результати досліджень зміни структури і властивостей поверхні як чистих металів, так і різних сплавів після таких способів інтенсивної механічної обробки, як вібраційний наклеп кульками, піскоструминна обробка, обробка металевою щіткою, багаторазове плющення, тертя, ультразвукова ударна обробка. Особлива увага в огляді надається також механізмам формування наноструктурного стану по глибині модифікованого поверхневого шару в результаті таких обробок. The paper reviews the principal paths of modification of the structure and properties of the metallic surfaces by the intense plastic deformation leading to the formation of nanostructure states in the near-surface region. The outcomes of investigations of modified structure and properties of surface layers are considered for both pure metals and different alloys after such ways of intense machining treatment as a vibrational cold-work hardening by globules, sandblasting, processing by the metal hog, repeated rolling, friction, ultrasonic impact processing. The special attention is also given to mechanisms of fabrication of nanoscale structures in depth of modified surface layer as a result of such processings.
issn	1608-1021
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133319
citation_txt	Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор) / М.А. Васильев, Г.И. Прокопенко, В.С. Филатова // Успехи физики металлов. — 2004. — Т. 5, № 3. — С. 345-399. — Бібліогр.: 60 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT vasilʹevma nanokristallizaciâmetalličeskihpoverhnosteimetodamiintensivnoiplastičeskoideformaciiobzor AT prokopenkogi nanokristallizaciâmetalličeskihpoverhnosteimetodamiintensivnoiplastičeskoideformaciiobzor AT filatovavs nanokristallizaciâmetalličeskihpoverhnosteimetodamiintensivnoiplastičeskoideformaciiobzor AT vasilʹevma nanokristalízacíâmetalevihpoverhonʹmetodamiíntensivnoíplastičnoídeformacííoglâd AT prokopenkogi nanokristalízacíâmetalevihpoverhonʹmetodamiíntensivnoíplastičnoídeformacííoglâd AT filatovavs nanokristalízacíâmetalevihpoverhonʹmetodamiíntensivnoíplastičnoídeformacííoglâd AT vasilʹevma nanocrystallizationofmetallicsurfaceswithusingthemethodsofintenseplasticdeformationreview AT prokopenkogi nanocrystallizationofmetallicsurfaceswithusingthemethodsofintenseplasticdeformationreview AT filatovavs nanocrystallizationofmetallicsurfaceswithusingthemethodsofintenseplasticdeformationreview
first_indexed	2025-11-27T08:37:18Z
last_indexed	2025-11-27T08:37:18Z
_version_	1850806253965541376
fulltext	Óñïåõè ôèç. ìåò. / Usp. Fiz. Met. 2004, ò. 5, ññ. 345–399 Îòòèñêè äîñòóïíû íåïîñðåäñòâåííî îò èçäàòåëÿ Ôîòîêîïèðîâàíèå ðàçðåøåíî òîëüêî â ñîîòâåòñòâèè ñ ëèöåíçèåé  2004 ÈÌÔ (Èíñòèòóò ìåòàëëîôèçèêè èì. Ã. Â. Êóðäþìîâà ÍÀÍ Óêðàèíû) Íàïå÷àòàíî â Óêðàèíå. PACSnumbers:68.65.-k,81.20.Ev,81.20.Wk,81.40.Ef,81.65.Ps,81.70.Cv Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé ìåòîäàìè èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè (îáçîð) Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Èíñòèòóò ìåòàëëîôèçèêè èì. Ã. Â. Êóðäþìîâà ÍÀÍ Óêðàèíû, áóëüâ. Àêàä. Âåðíàäñêîãî, 36, 03680, ÃÑÏ, Êèåâ-142, Óêðàèíà Öåëü íàñòîÿùåãî îáçîðà çàêëþ÷àåòñÿ â ðàññìîòðåíèè îñíîâíûõ íàïðàâëåíèé ìîäèôèêàöèè ñòðóêòóðû è ñâîéñòâ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé ïóòåì èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè, ïðèâî- äÿùåé ê ôîðìèðîâàíèþ íàíîñòðóêòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ â ïîâåðõíîñòíîé îáëàñòè. Ðàññìîòðåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé èçìåíåíèÿ ñòðóêòóðû è ñâîéñòâ ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ, êàê ÷èñòûõ ìåòàëëîâ, òàê è ðàçëè÷íûõ ñïëàâîâ ïîñëå òàêèõ ñïîñîáîâ èíòåíñèâíîé ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè, êàê âèáðàöèîííûé íàêëåï øàðèêàìè, ïåñêîñòðóéíàÿ îáðàáîòêà, îáðàáîòêà ìåòàëëè÷åñêîé ùåòêîé, ìíîãîêðàòíàÿ ïðîêàòêà, òðåíèå, óëüòðàçâóêîâàÿ óäàðíàÿ îáðàáîòêà. Îñîáîå âíèìàíèå â îáçîðå óäåëÿåòñÿ òàêæå ìåõàíèç- ìàì ôîðìèðîâàíèÿ íàíîñòðóêòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ ïî ãëóáèíå ìîäèôèöè- ðîâàííîãî ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ â ðåçóëüòàòå òàêèõ îáðàáîòîê. Ìåòà öüîãî îãëÿäó ïîëÿãàº â ðîçãëÿä³ îñíîâíèõ íàïðÿìê³â ìîäèô³êàö³¿ ñòðóêòóðè ³ âëàñòèâîñòåé ìåòàëåâèõ ïîâåðõîíü øëÿõîì ³íòåíñèâíî¿ ïëà- ñòè÷íî¿ äåôîðìàö³¿, ùî ïðèçâîäèòü äî ôîðìóâàííÿ íàíîñòðóêòóðíîãî ñòàíó â ïîâåðõíåâèõ øàðàõ. Ðîçãëÿíóòî ðåçóëüòàòè äîñë³äæåíü çì³íè ñòðóêòóðè ³ âëàñòèâîñòåé ïîâåðõí³ ÿê ÷èñòèõ ìåòàë³â, òàê ³ ð³çíèõ ñïëàâ³â ï³ñëÿ òàêèõ ñïîñîá³â ³íòåíñèâíî¿ ìåõàí³÷íî¿ îáðîáêè, ÿê â³áðàö³éíèé íàêëåï êóëüêàìè, ï³ñêîñòðóìèííà îáðîáêà, îáðîáêà ìåòàëå- âîþ ù³òêîþ, áàãàòîðàçîâå ïëþùåííÿ, òåðòÿ, óëüòðàçâóêîâà óäàðíà îá- ðîáêà. Îñîáëèâà óâàãà â îãëÿä³ íàäàºòüñÿ òàêîæ ìåõàí³çìàì ôîðìóâàí- íÿ íàíîñòðóêòóðíîãî ñòàíó ïî ãëèáèí³ ìîäèô³êîâàíîãî ïîâåðõíåâîãî øà- ðó â ðåçóëüòàò³ òàêèõ îáðîáîê. The paper reviews the principal paths of modification of the structure and properties of the metallic surfaces by the intense plastic deformation lead- ing to the formation of nanostructure states in the near-surface region. The outcomes of investigations of modified structure and properties of surface layers are considered for both pure metals and different alloys after such 345 346 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà ways of intense machining treatment as a vibrational cold-work hardening by globules, sandblasting, processing by the metal hog, repeated rolling, friction, ultrasonic impact processing. The special attention is also given to mechanisms of fabrication of nanoscale structures in depth of modified sur- face layer as a result of such processings. Êëþ÷åâûå ñëîâà: íàíîñòðóêòóðà, ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ, âèáðàöèîí- íûé íàêëåï øàðèêàìè, ïåñêîñòðóéíàÿ îáðàáîòêà, òðåíèå, óëüòðàçâóêî- âàÿ óäàðíàÿ îáðàáîòêà. (Ïîëó÷åíî 8 ñåíòÿáðÿ 2004 ã.) 1. ÂÂÅÄÅÍÈÅ Õîðîøî èçâåñòíî, ÷òî ìíîãèå ýêñïëóàòàöèîííûå ñâîéñòâà ìåòàë- ëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, òàêèå, êàê óñòàëîñòíàÿ ïðî÷íîñòü, ôðèò- òèíã-ðàçðóøåíèå, òðåíèå, èçíîñ è êîððîçèÿ, çàâèñÿò îò ñòðóêòó- ðû è ñâîéñòâ ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ìàòåðèàëà. ×àñòî ðàçðóøåíèå èçäåëèé íà÷èíàåòñÿ ñ ïîâåðõíîñòíûõ òðåùèí, îáðàçîâàíèå êîòî- ðûõ çàâèñèò îò ñòðóêòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ êàê ñàìûõ âåðõíèõ, òàê è áîëåå ãëóáîêèõ ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ ìàòåðèàëà. Ïîýòîìó îïòè- ìèçàöèÿ ïîâåðõíîñòíîé ñòðóêòóðû èìååò áîëüøîå çíà÷åíèå äëÿ óëó÷øåíèÿ ñðîêà ñëóæáû ìàòåðèàëîâ. Â ýòîé ñâÿçè áîëüøîé èí- òåðåñ ïðåäñòàâëÿþò íîâûå òåõíîëîãèè îáðàáîòêè ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé, îñíîâàííûå íà ñîçäàíèè íàíîêðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ. Â ïîñëåäíèå íåñêîëüêî ëåò ìàòåðèàëû ñ ðàçìåðàìè çåðåí â äè- àïàçîíå îò äåñÿòêîâ äî íåñêîëüêèõ ñîòåí íàíîìåòðîâ ÿâëÿþòñÿ îáúåêòàìè ïîâûøåííîãî èíòåðåñà ó èññëåäîâàòåëåé è ïðàêòèêîâ [1–6]. Ñîçäàíèå ìèêðîñòðóêòóðû ïóòåì óïðàâëÿåìîãî èçìåíåíèÿ ðàçìåðîâ çåðåí â íàíîìåòðîâîì äèàïàçîíå (< 100íì) ÿâèëîñü ìîù- íûì ñðåäñòâîì êîíñòðóèðîâàíèÿ íîâûõ ôóíêöèîíàëüíûõ ìàòåðè- àëîâ ñ óíèêàëüíûìè ñâîéñòâàì è ýêñïëóàòàöèîííûìè õàðàêòåðè- ñòèêàìè. Âñåñòîðîííèå èññëåäîâàíèÿ íàíîêðèñòàëëè÷åñêèõ (ÍÊ) ìàòåðèàëîâ ïîêàçàëè, ÷òî ìíîãèå èç èõ ñâîéñòâ ñóùåñòâåííî îò- ëè÷àþòñÿ îò ñâîéñòâ ñîîòâåòñòâóþùèõ êðóïíîêðèñòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, ÷òî îáóñëîâëåíî èõ ñïåöèôè÷åñêîé ìèêðîñòðóêòó- ðîé. Ê ÍÊ ìåòàëëàì è ñïëàâàì ïðèíÿòî îòíîñèòü ïîëèêðèñòàëëè- ÷åñêèå ìàòåðèàëû ñ ðàçìåðàìè çåðåí ìåíåå 100 íì, ê óëüòðàòîí- êèì (ÓÒ) — â ïðåäåëàõ 100–1000 íì, à ê ìèêðîêðèñòàëëè÷åñêèì (ÌÊ) — ñ ðàçìåðàìè çåðåí ïîðÿäêà ìèêðîìåòðà è áîëåå. ÍÊ ìå- òàëëû è ñïëàâû õàðàêòåðèçóþòñÿ áîëåå âûñîêèì ïðåäåëîì ïðî÷- íîñòè è òåêó÷åñòè, áîëåå âûñîêèì ñîïðîòèâëåíèåì èçíîñó è ëó÷- øèì ôîðìîîáðàçîâàíèåì ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ïî ñðàâíåíèþ ñ èõ ÌÊ àíàëîãàìè. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 347 Èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè â çàâèñèìî- ñòè îò ñðåäíåãî ðàçìåðà çåðåí â äèàïàçîíå îò íàíî- äî ìèêðîìåò- ðîâîé âåëè÷èíû ñõåìàòè÷åñêè ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 1 [5]. Óñòàíîâëåíî òàêæå, ÷òî â ÍÊ ìàòåðèàëàõ ìîãóò áûòü èçìåíåíû äàæå ôóíäàìåíòàëüíûå, îáû÷íî ñòðóêòóðíî-íå÷óâñòâèòåëüíûå õà- ðàêòåðèñòèêè, òàêèå, êàê òåìïåðàòóðû Êþðè, Äåáàÿ, óïðóãèå ìîäó- ëè, íàìàãíè÷åííîñòü íàñûùåíèÿ è äðóãèå. Òàêèì îáðàçîì, ÍÊ ìå- òàëëû ÿâëÿþòñÿ íîâûì êëàññîì ìàòåðèàëîâ, ïðåäñòàâëÿþùèõ îã- ðîìíûé èíòåðåñ äëÿ ñîâðåìåííîãî èíæåíåðíîãî ìàòåðèàëîâåäåíèÿ. Ñîçäàíèå ìàññèâíûõ ÍÊ ìàòåðèàëîâ ñòàëêèâàåòñÿ ñ ñóùåñòâåí- íûìè òåõíîëîãè÷åñêèìè òðóäíîñòÿìè [7–11]. Â ýòîé ñâÿçè â ïîñ- ëåäíèå ãîäû ïîëó÷èëè ðàçâèòèå ñïîñîáû ñîçäàíèÿ ÍÊ ñîñòîÿíèÿ â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ ìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ. Îäíèì èç íàèáîëåå èçâåñòíûõ ñïîñîáîâ ôîðìèðîâàíèÿ íàíîêðèñòàëëè÷åñ- êèõ ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ (ÍÊÏÑ) ÿâëÿåòñÿ íàíåñåíèå ðàçëè÷íûõ ïîêðûòèé, íàïðèìåð, ìåòîäàìè PVD è CVD. Àëüòåðíàòèâíûì ñïîñîáîì ñîçäàíèÿ ÍÊÏÑ ÿâëÿåòñÿ èçìåëü÷åíèå çåðåí â ïîâåðõíî- ñòíîì ñëîå ìàññèâíîãî ìàòåðèàëà äî íàíîìåòðîâîãî ðàçìåðà. Íå- äàâíèå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ÍÊÏÑ ìîæíî ñôîðìèðîâàòü, â ÷àñòíîñòè, ñ ïîìîùüþ èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ïîâåðõíîñòè, íàïðèìåð, ìåõàíè÷åñêèì èñòèðàíèåì, òðåíèåì â êîíòðîëèðóåìîé ñðåäå, äðîáåñòðóéíûì, ïåñêîñòðóéíûì èëè óäàð- íûì íàêëåïîì, ïðîêàòêîé, ëàçåðíîé îáðàáîòêîé [12–14]. Îäíèì èç ñïîñîáîâ ïîâåðõíîñòíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ÿâëÿåòñÿ óëüòðàçâóêîâàÿ óäàðíàÿ îáðàáîòêà (ÓÇÓÎ). Åå ýôôåê- Ðèñ. 1. Ñõåìà çàâèñèìîñòè ïðåäåëà òåêó÷åñòè îò ðàçìåðà çåðåí ðàçëè÷- íîãî ìàñøòàáà [5]. 348 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà òèâíîñòü ñâÿçàíà ñ ìíîãîêðàòíûì óäàðíûì íàãðóæåíèåì ìåòàë- ëîâ è ñ ïðîòåêàþùèìè ïðè ýòîì ðàçëè÷íûìè ôèçè÷åñêèìè ïðî- öåññàìè. Íàèáîëåå âàæíûìè èç íèõ ÿâëÿþòñÿ ñíèæåíèå äåôîðìè- ðóþùèõ óñèëèé ïðè ïðîõîæäåíèè óëüòðàçâóêîâûõ êîëåáàíèé è âûñîêî÷àñòîòíûõ óäàðíûõ íàãðóçîê è ñóùåñòâåííîå ïîâûøåíèå ïîäâèæíîñòè àòîìîâ, ÷òî ïðèâîäèò ê àíîìàëüíîìó ìàññîïåðåíîñó. Âûñîêàÿ ñòåïåíü ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ïðè ÓÇÓÎ ëîêàëèçó- åòñÿ â òîíêèõ ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ, ÷òî â ñîâîêóïíîñòè ñ ïîâû- øåíèåì òåìïåðàòóðû ïðè óäàðå ñïîñîáñòâóåò ïðîòåêàíèþ ðàçëè÷- íûõ ñòðóêòóðíî-ôàçîâûõ ïðåâðàùåíèé â ìåòàëëàõ è ñïëàâàõ. Èçó÷åíèå âëèÿíèÿ óëüòðàçâóêà áîëüøîé èíòåíñèâíîñòè, â òîì ÷è- ñëå è ÓÇÓÎ íà ñòðóêòóðó ìåòàëëîâ íà÷àëîñü â 60-õ ãîäàõ ïðîøëî- ãî âåêà. Øèðîêî èçâåñòíû ðàáîòû â ýòîì íàïðàâëåíèè çàðóáåæ- íûõ è îòâåòñòâåííûõ ó÷åíûõ Á. Ëàíãåíåêêåðà, Á. Âàéñà, À. Â. Êóëåìèíà, À. È. Ìàðêîâà, Î. Â. Àáðàìîâà, Ì. Ñ. Íåðóáàÿ è äðó- ãèõ. Ñ ïîìîùüþ óëüòðàçâóêà óäàëîñü äîáèòüñÿ ñóùåñòâåííîãî ïî- âûøåíèÿ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ, îñîáåííî óñòàëîñòíîé ïðî÷íîñòè è èçíîñîñòîéêîñòè. Ýòî äàëî âîç- ìîæíîñòü èñïîëüçîâàòü óëüòðàçâóêîâûå òåõíîëîãèè â ïðîìûø- ëåííîñòè â òàêèõ ïðîöåññàõ êàê óëüòðàçâóêîâàÿ ôèíèøíàÿ îáðà- áîòêà ðàáî÷èõ ïîâåðõíîñòåé äåòàëåé, óëüòðàçâóêîâàÿ óäàðíàÿ îá- ðàáîòêà ñâàðíûõ ñîåäèíåíèé, ìåõàíî-óëüòðàçâóêîâàÿ îáðàáîòêà ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ òàê íàçûâàåìûõ áåëûõ ñëîåâ, óëüòðàçâóêîâàÿ îáðàáîòêà ñâîáîäíûìè øàðèêàìè ëîïàòîê òóðáèí è äðóãèå. Â ïî- äàâëÿþùåì áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ óëüòðàçâóê äàâàë âîçìîæíîñòü ïîëó÷èòü íàèëó÷øèå ðåçóëüòàòû, ÷òî áåçóñëîâíî áûëî ñâÿçàíî ñ îñîáûìè ñâîéñòâàìè ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ è ñ âûñîêèì óðîâíåì îñòàòî÷íûõ ñæèìàþùèõ íàïðÿæåíèé. Îäíàêî äåòàëüíûå ñòðóê- òóðíûå èññëåäîâàíèÿ òîíêèõ (äî 25 ìêì) ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ ïðàêòè÷åñêè íå ïðîâîäèëèñü. Òîëüêî â ïîñëåäíåå âðåìÿ â ñâÿçè ñ ïîâûøåííûì èíòåðåñîì ê íàíîòåõíîëîãèÿì ïîÿâèëèñü ðàáîòû ïî íàíîñòðóêòóðèðîâàíèþ ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ ñ ïîìîùüþ âûñîêî- ÷àñòîòíîãî âèáðîíàêëåïà ñâîáîäíûìè øàðèêàìè [14, 15, 23]. Ïðåèìóùåñòâî ìåõàíè÷åñêîé íàíîêðèñòàëëèçàöèè ïî ñðàâíå- íèþ ñ íàíåñåíèåì ïîêðûòèé ñîñòîèò â îòñóòñòâèè ïðîáëåìû ôîð- ìèðîâàíèÿ ïëàâíîãî ïåðåõîäà ìèêðîñòðóêòóðû è ñâîéñòâ ìåæäó ïîâåðõíîñòíûì ñëîåì è îáúåìîì ìàòåðèàëà, ò. å. â ýòîì ñëó÷àå îò- ñóòñòâóåò ïðîáëåìà àäãåçèè, ÿâëÿþùàÿñÿ âàæíåéøèì ôàêòîðîì ýêñïëóàòàöèîííûõ ñâîéñòâ çàùèòíûõ ïîêðûòèé. Êðîìå òîãî, ìå- õàíèçì íàíîêðèñòàëëèçàöèè ñ ïîìîùüþ ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè íå ñâÿçàí ñ èçìåíåíèåì õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà èñõîäíîãî ìàòåðèà- ëà. Â ðÿäå ñëó÷àåâ ïîñëå èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå âîçìîæåí íå òîëüêî ïðîöåññ èçìåëü÷åíèÿ çåðåí, íî è ôîðìèðîâàíèå äðóãîãî ôàçîâîãî ñîñòàâà, ÷òî òàêæå ñïîñîáñòâóåò óïðî÷íåíèþ ýòîãî ñëîÿ. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 349 Öåëü íàñòîÿùåãî îáçîðà çàêëþ÷àåòñÿ â ðàññìîòðåíèè îñíîâíûõ íàïðàâëåíèé ìîäèôèêàöèè ñòðóêòóðû è ñâîéñòâ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé ïóòåì èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè, ðàç- âèâàåìûõ â ïîñëåäíèå ãîäû. Îñîáîå âíèìàíèå â îáçîðå óäåëÿåòñÿ òàêæå ìåõàíèçìàì ôîðìèðîâàíèÿ íàíîñòðóêòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ ïî ãëóáèíå ìîäèôèöèðîâàííîãî ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ â ðåçóëüòàòå òà- êîé îáðàáîòêè. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ âûïîëíåíû èññëåäîâàíèÿ èçìåíåíèÿ ñòðóê- òóðû è ñâîéñòâ ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ, êàê ÷èñòûõ ìåòàëëîâ, òàê è ñïëàâîâ ïîñëå òàêèõ ñïîñîáîâ èíòåíñèâíîé ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîò- êè ïîâåðõíîñòè, êàê âèáðàöèîííûé íàêëåï øàðèêàìè, ïåñêîñò- ðóéíàÿ îáðàáîòêà, îáðàáîòêà ìåòàëëè÷åñêîé ùåòêîé, ìíîãîêðàò- íàÿ ïðîêàòêà, òðåíèå. 2. ÂÈÁÐÀÖÈÎÍÍÛÉ ÍÀÊËÅÏ ØÀÐÈÊÀÌÈ Îñíîâíîé ïóòü ðåàëèçàöèè ïîâåðõíîñòíîé ñàìî-íàíîêðèñòàëëèçà- öèè çàêëþ÷àåòñÿ â ñîçäàíèè â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå áîëüøîãî êî- ëè÷åñòâà äåôåêòîâ è ãðàíèö ðàçäåëà, êîòîðûå íåîáõîäèìû äëÿ ïå- ðåõîäà èñõîäíîé ìèêðîñòðóêòóðû â ñòðóêòóðó ñ íàíîðàçìåðíûìè êðèñòàëëèòàìè. Ïðè ýòîì êðóïíîçåðíèñòàÿ ñòðóêòóðà â îáúåìå ìàòåðèàëà äîëæíà îñòàâàòüñÿ íåèçìåííîé. Îäíèì èç âîçìîæíûõ ñïîñîáîâ ðåàëèçàöèè òàêîãî ïðåâðàùåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ìåõàíè÷åñêîå èñòèðàíèå ïîâåðõíîñòè â ðåçóëüòàòå âèáðàöèîííîãî íàêëåïà øà- ðèêàìè (ÂÍØ) [13, 15, 16]. Ñóòü òàêîé îáðàáîòêè çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì. Íà ðèñ. 2, à Ðèñ. 2. Ñõåìà âèáðàöèîííîé óñòàíîâêè (à) è ïîâåðõíîñòíîé äåôîðìàöèè (á) [17]. 1 — âèáðàöèîííûé ãåíåðàòîð; 2 — âàêóóìíàÿ êàìåðà; 3 — îáðàçåö; 4 — ê íàñîñó. 350 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà ñõåìàòè÷íî ïîêàçàíà ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ñîîòâåòñòâóþùåé óñ- òàíîâêè. Â âàêóóìíóþ êàìåðó (2), îñíàùåííóþ âèáðàöèîííûì ãå- íåðàòîðîì (1), ïîìåùàþòñÿ îáðàáàòûâàåìûé îáðàçåö (3) è ñòàëü- íûå øàðèêè (îáû÷íî èç íåðæàâåþùåé ñòàëè) ñ ãëàäêîé ïîâåðõíî- ñòüþ (5). Øàðèêè èìåþò ðàçìåðû â äèàïàçîíå 1–10 ìì â çàâèñè- ìîñòè îò îáðàáàòûâàåìîãî ìàòåðèàëà. ×àñòîòà âèáðàöèè êàìåðû ìîæåò èçìåíÿòñÿ â ïðåäåëàõ îò 20 Ãö äî 20 êÃö. Â ïðîöåññå îáðà- áîòêè ïîâåðõíîñòè øàðèêè ðåçîíèðóþò è óäàðÿþòñÿ î ïîâåðõ- íîñòü çà î÷åíü êîðîòêèé ïðîìåæóòîê âðåìåíè. Ñêîðîñòü øàðèêîâ çàâèñèò îò ÷àñòîòû ãåíåðàòîðà, ðàññòîÿíèÿ ìåæäó øàðèêîì è ïî- âåðõíîñòü îáðàçöà, à òàêæå ðàçìåðà øàðèêà, è ìîæåò èçìåíÿòüñÿ îò 1 äî 20 ì/ñ. Íàïðàâëåíèÿ óäàðà øàðèêîâ î ïîâåðõíîñòü ÿâëÿ- þòñÿ ñëó÷àéíûìè, ïîñêîëüêó íàïðàâëåíèÿ èõ ïîëåòà â âèáðàöè- îííîé êàìåðå íîñÿò òàêæå ñëó÷àéíûé õàðàêòåð. Êàæäûé óäàð øàðèêà âûçûâàåò ïëàñòè÷åñêóþ äåôîðìàöèþ ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ äåôîðìàöèè (ðèñ. 2, á). Êàê ñëåäñòâèå, ïîâòîðÿþùèåñÿ óäàðû ïîä ðàçëè÷íûìè óãëàìè îòíîñèòåëüíî ïî- âåðõíîñòè, ïðèâîäÿò ê èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè, îáóñëàâëèâàþùåé ïðîöåññ èçìåëü÷åíèÿ ìèêðîêðèñòàëëè÷åñêèõ çåðåí äî íàíîìåòðîâîãî ðàçìåðà â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå îïðåäåëåí- íîé òîëùèíû. Ïðè ýòîì ìîæåò ïðîèñõîäèò è íàãðåâ ýòîãî ñëîÿ äî òåìïåðàòóð îò 50 äî 100°Ñ â çàâèñèìîñòè îò èíòåíñèâíîñòè óäà- ðîâ è ñâîéñòâ îáðàáàòûâàåìîãî ìàòåðèàëà. Ìåòîä ÂÍØ èìååò íåêîòîðûå îòëè÷èÿ îò èçâåñòíîãî ïðîöåññà óïðî÷íåíèÿ ïîâåðõíîñòè, â îñíîâå êîòîðîãî ëåæèò äðîáåñòðóéíûé íàêëåï. Â ïîñëåäíåì ñëó÷àå èñïîëüçóþòñÿ áîëåå ìåëêèå øàðèêè (äèàìåòðîì 0,2–1 ìì), ÷åì â ìåòîäå ÂÍØ (íåñêîëüêî ìèëëèìåò- ðîâ). Êðîìå òîãî, â ìåòîäå ÂÍØ øàðèêè äîëæíû èìåòü ïîëèðî- âàííóþ ïîâåðõíîñòü. Ïðè äðîáåñòðóéíîì íàêëåïå øàðèêè èìåþò áîëåå øåðîõîâàòóþ ïîâåðõíîñòü, ÷òî ïðèâîäèò ê èçíîñó è ðàçðó- øåíèþ íàíîñòðóêòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå â ïðî- öåññå åå îáðàáîòêè. Ïðè óêàçàííîé îáðàáîòêå ñêîðîñòü ïîëåòà øà- ðèêîâ ñóùåñòâåííî âûøå (îêîëî 100 ì/ñ), ÷åì ïðè ÂÍØ. Â îòëè- ÷èå îò ÂÍØ, ïðè îáû÷íîé äðîáåñòðóéíîé îáðàáîòêå íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ ïîòîêà øàðèêîâ ê ïîâåðõíîñòè ïðàêòè÷åñêè ôèêñèðî- âàíî è, âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ, áëèçêî ê 90°. Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, èìåííî õàîòè÷åñêîå ðàñïðåäåëåíèå íàïðàâëåíèé óäàðîâ øàðèêîâ î ïîâåðõíîñòü ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìûì óñëîâèåì ïðîòåêàíèÿ ïðî- öåññà ñàìî-íàíîêðèñòàëëèçàöèè. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ èññëåäóþòñÿ âîçìîæíîñòè äâóõ âàðèàíòîâ ìåòîäà ÂÍØ: íèçêî÷àñòîòíûé (äî 50 Ãö) [17–22, 16] è âûñîêî÷à- ñòîòíûé (äî 20 êÃö) [14, 15, 23, 24]. Ðàññìîòðèì áîëåå ïîäðîáíî ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ íàíîêðè- ñòàëëèçàöèè ðàçëè÷íûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, îáðàáîòàí- íûõ íèçêî- è âûñîêî÷àñòîòíûì ìåòîäàìè ÂÍØ. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 351 2.1 ÍÈÇÊÎ×ÀÑÒÎÒÍÛÉ ÂÍØ 2.1.1. Fe Â ðàáîòå [17] èññëåäîâàëñÿ îáðàçåö ÷èñòîãî æåëåçà (99,95%), îòîæ- æåííîãî â âàêóóìå ïðè 1223 Ê 120 ìèí è èìåþùåãî ñðåäíèé ðàç- ìåð çåðåí â ïðåäåëàõ 100–150 ìêì. Ïåðåä ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîò- êîé ïîâåðõíîñòü îáðàçöà ïîëèðîâàëàñü àáðàçèâíîé áóìàãîé íà îñ- íîâå ïîðîøêà SiC. ×àñòîòà âèáðàöèè âàêóóìíîé êàìåðû ñîñòàâëÿ- ëà 50 Ãö, ðàçìåð øàðèêîâ èç íåðæàâåþùåé ñòàëè ðàâåí 8 ìì, ìå- õàíè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ïðîâîäèëàñü â òå÷åíèå 60 ìèí. Ïîñëå îáðà- áîòêè ïîâåðõíîñòü ñòàíîâèëàñü áîëåå ãëàäêîé ïî ñðàâíåíèþ ñ èñ- õîäíûì îáðàçöîì. Àíàëèç ïîâåðõíîñòè ìåòîäîì ïîçèòðîííîé àí- íèãèëÿöèè ïîêàçàë îòñóòñòâèå â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå ïîð. Ñðåä- íèé ðàçìåð çåðåí ïîñëå îáðàáîòêè îïðåäåëÿëñÿ ïî óøèðåíèþ ðåí- òãåíîâñêèõ äèôðàêöèîííûõ ðåôëåêñîâ äëÿ ÎÖÊ-Fe (110), (200), (211), (220), (310) è (222). Ñ ïîìîùüþ ÐÝÌ óñòàíîâëåíî, ÷òî ìîðôîëîãèÿ ñòðóêòóðû èçìå- íÿåòñÿ ïîñëå îáðàáîòêè íà ãëóáèíå äî ∼60 ìêì. Ýòî ñâèäåòåëüñò- âóåò î íåîäíîðîäíîñòè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ïî òîëùèíå ïî- âåðõíîñòíîé çîíû, ò. å. ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ èìååò ãåòåðî- ãåííûé õàðàêòåð. Ïî äàííûì ðåíòãåíîñòðóêòóðíîãî àíàëèçà ñðåä- íèé ðàçìåð çåðåí íà ãëóáèíå äî 5 ìêì ñîñòàâëÿåò 12 íì; ìèêðî- íàïðÿæåíèÿ ðàâíû 0,12%. Íà ðèñ. 3 ïðèâåäåíî èçîáðàæåíèå ïîïåðå÷íîãî øëèôà â ïðîñâå- ÷èâàþùåì ýëåêòðîííîì ìèêðîñêîïå (ÏÝÌ) ïîñëå îáðàáîòêè ñëîÿ òîëùèíîé, ïðèáëèçèòåëüíî, 1 ìêì. Ìèêðîñòðóêòóðà õàðàêòåðèçó- åòñÿ óëüòðàòîíêèìè ðàâíîîñíûìè çåðíàìè ñ õàîòè÷åñêîé êðè- ñòàëëîãðàôè÷åñêîé îðèåíòàöèåé. Ïî äàííûì ìèêðîýëåêòðîííîé äèôðàêöèè ñðåäíèé ðàçìåð çåðåí ðàâåí îêîëî 7 íì è åäèíñòâåí- íîé ôàçîé â îáðàçöå ÿâëÿåòñÿ ÎÖÊ-Fe. Èçìåíåíèå ðàçìåðà çåðåí ïîñëå ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè ïî äàííûì ðàçëè÷íûõ ìåòîäîâ Ðèñ. 3. Ñâåòëîïîëüíîå (à) è òåìíîïîëüíîå (á) èçîáðàæåíèÿ ïîñëå ìåõàíè- ÷åñêîé îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè Fe [17]. 352 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà ïðèâåäåíî íà ðèñ. 4. Ìîæíî âûäåëèòü ÷åòûðå îáëàñòè ñ ðàçëè÷- íûì ðàçìåðîì çåðåí: íàíîñòðóêòóðíàÿ îáëàñòü (0–15 íì); ñóáìè- êðîííàÿ îáëàñòü (15–40 ìêì); ìèêðîìåòðîâàÿ îáëàñòü (40–60 ìêì) è èñõîäíàÿ îáúåìíàÿ ñòðóêòóðà ñ ÷àñòè÷íî äåôîðìèðîâàí- íûìè ñëîÿìè (60–110 ìêì). Áîëåå ïîäðîáíûå äàííûå îá îñîáåííîñòÿõ ñòðóêòóðíîãî ñòðîå- íèÿ äåôîðìèðîâàííîãî ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ïîëó÷åíû ñ ïîìîùüþ ÏÝÌ, â ÷àñòíîñòè â îáëàñòÿõ ñ ðàçëè÷íûìè îñòàòî÷íûìè íàïðÿ- æåíèÿìè. Àâòîðàìè ðàáîòû [17] âûÿâëåíû ñëåäóþùèå ñòðóêòóð- íûå îñîáåííîñòè, îáóñëîâëåííûå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèåé: 1. Îáíàðóæåíû îäíîðîäíî ðàñïðåäåëåííûå äèñëîêàöèîííûå ëè- íèè â ïëîñêîñòÿõ ñêîëüæåíèÿ {110} {112} {123} â çàâèñèìîñòè îò îðèåíòàöèè çåðåí. Ïëîòíîñòü äèñëîêàöèîííûõ ëèíèé ñíèæàåòñÿ ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò ñàìîãî âåðõíåãî ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ â ãëóáü îáðàçöà. 2. Âíóòðè íåêîòîðûõ çåðåí ñôîðìèðîâàíû ïàðàëëåëüíûå äèñëî- êàöèîííûå ñòåíêè âäîëü {110} ïëîñêîñòåé, ðàçäåëåííûå îäíîðîä- íûì ïðîñòðàíñòâîì. Â çàâèñèìîñòè îò îðèåíòàöèè çåðíà ðàññòîÿ- íèå ìåæäó íèìè ìåíÿåòñÿ îò ìèêðîíà äî íåñêîëüêèõ ìèêðîíîâ. Ôîðìèðîâàíèå äèñëîêàöèîííûõ ñòåíîê îáóñëîâëåíî àêêóìóëÿöè- åé äèñëîêàöèé, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ìèíèìèçàöèþ ïîëíîé ñâîáîäíîé Ðèñ. 4. Ðàñïðåäåëåíèå â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå ðàçìåðà çåðåí/ÿ÷ååê è ìèêðîíàïðÿæåíèé: ο — ñðåäíèå çíà÷åíèÿ ìèêðîíàïðÿæåíèé (ÐÄÀ); � — ðàçìåð çåðíà/ÿ÷åéêè (ÏÝÌ); � — ðàçìåð ÿ÷åéêè (êîðîòêàÿ îñü, ÏÝÌ); � — ðàçìåð ÿ÷åéêè (äëèííàÿ îñü, ÏÝÌ); � — ðàçìåð ÿ÷åéêè (ÐÝÌ) [17]. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 353 Ðèñ. 5. Èçîáðàæåíèå â ÏÝÌ ïëîòíûõ äèñëîêàöèîííûõ ñòåíîê â {110} ïëîñêîñòÿõ [17]. Ðèñ. 6. Èçîáðàæåíèÿ â ÏÝÌ: ëàìèíàðíûå íàíîêðèñòàëëû (à); ðàâíîîñ- íûå íàíîêðèñòàëëû ñ ìàëûì óãëîì ðàçîðèåíòàöèè (á) [17]. 354 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà ýíåðãèè. Íàáëþäàåòñÿ òàêæå ïðåñå÷åíèå äèñëîêàöèîííûõ ëèíèé âäîëü {112} ïëîñêîñòåé ñ äèñëîêàöèîííûìè ñòåíêàìè â {110} ïëîñ- êîñòÿõ. Â íåêîòîðûõ çåðíàõ íàáëþäàåòñÿ òàêæå ïåðåñå÷åíèå äèñ- ëîêàöèîííûõ ñòåíîê, ïðè óñëîâèè èõ îäíîâðåìåííîãî ôîðìèðîâà- íèÿ â ðàçëè÷íûõ ïëîñêîñòÿõ ñêîëüæåíèÿ. 3. Â òåõ çåðíàõ, ãäå ïëîòíîñòü äèñëîêàöèé ÷ðåçâû÷àéíî âûñî- êà, âîçìîæíî îáðàçîâàíèå äèñëîêàöèîííûõ ïåòåëü, íå ñâÿçàííûõ ñ îïðåäåëåííûìè ïëîñêîñòÿìè ñêîëüæåíèÿ è èõ ðàñïðåäåëåíèå íîñèò ñëó÷àéíûé õàðàêòåð. Â ìèêðîðàçìåðíîé ïðèïîâåðõíîñòíîé îáëàñòè (íà ãëóáèíå 40–60 ìêì) áîëüøèíñòâî ïåðâè÷íûõ çåðåí ñîñòîÿò èç ðàâíîîñíûõ ÿ÷ååê (áëîêîâ) ìèêðîííîãî ðàçìåðà. Íà ðèñ. 5 ïîêàçàíî èçîáðàæå- íèå â ÏÝÌ ÿ÷åéêè ñ ðåãóëÿðíîé ôîðìîé â âèäå ïàðàëëåëîãðàììà, ðàçäåëåííûå äèñëîêàöèîííûìè ñòåíêàìè â {110} ïëîñêîñòÿõ. Òà- êèå ñòåíêè ðàçäåëÿþò èñõîäíîå çåðíî íà ìèêðîáëîêè, ìåæäó êî- òîðûìè åñòü íåáîëüøàÿ ðàçîðèåíòàöèÿ (ìåíåå 1°). ß÷åèñòàÿ ñòðó- êòóðà ëàìèíàðíîé ôîðìû èìååò øèðèíó 400–1000 íì è äëèíó íå- ñêîëüêî ìèêðîí. Ëàìèíàðíûå ÿ÷åéêè ðàçäåëåíû ÷åòêèìè ãðàíè- öàìè (ñóáãðàíèöàìè) âäîëü äëèííîé îñè (âäîëü {110} ïëîñêîñòè). Ýòè ãðàíèöû áîëåå ðåçêèå è óæå, ÷åì äèñëîêàöèîííûå ñòåíêè. Êðîìå òîãî, îíè õàðàêòåðèçóþòñÿ áîëüøåé ñòåïåíüþ ðàçîðèåíòà- öèè (íåñêîëüêî ãðàäóñîâ) ïî ñðàâíåíèþ ñ äèñëîêàöèîííûìè ñòåí- êàìè. Óêàçàííûå ñóáãðàíèöû ðàçâèâàþòñÿ èç èñõîäíûõ äèñëîêà- öèîííûõ ñòåíîê, áëàãîäàðÿ àêêóìóëÿöèè è àííèãèëÿöèè áîëüøî- ãî êîëè÷åñòâà äèñëîêàöèé. Ïîãëîùàÿ âñå áîëüøå è áîëüøå äèñëî- êàöèé, äèñëîêàöèîííûå ñòåíêè òðàíñôîðìèðóþòñÿ â ñóáãðàíèöû (ò. å. â ìàëîóãëîâûå ãðàíèöû) ñ áîëüøåé ðàçîðèåíòàöèåé. Íàíîðàçìåðíàÿ ñòðóêòóðà íàáëþäàåòñÿ íà ãëóáèíå äî, ïðèìåð- íî, 15 ìêì. Íà ðèñ. 6 ïðèâåäåíû òèïè÷íûå ñòðóêòóðû, õàðàêòåð- íûå äëÿ ýòîé ïðèïîâåðõíîñòíîé îáëàñòè. Êàê âèäíî èç ðèñ. 6, à ëàìèíàðíûå çåðíà èìåþò äëèíó 50–100 íì è òîëùèíó 10–50 íì. Âíóòðè ëàìèíàðíûõ íàíîêðèñòàëëèêîâ ñóùåñòâóþò ìåíüøèå ðàâ- íîîñíûå íàíîçåðíà. Íà ðèñ. 6, á âèäíî, ÷òî ðàçìåð òàêèõ çåðåí ñî- ñòàâëÿåò 30 íì. Ìèêðîýëåêòðîííàÿ äèôðàêöèÿ ïîêàçûâàåò íàëè- ÷èå íåáîëüøîé ðàçîðèåíòàöèè ñðåäè ýòèõ çåðåí. Î÷åâèäíî, ÷òî íàíîðàçìåðíûå ëàìèíàðíûå çåðíà îáðàçóþòñÿ â ðåçóëüòàòå àêêó- ìóëÿöèè äèñëîêàöèé è ðàçâèòèÿ ñóáãðàíèö, êàê ýòî ïðîèñõîäèò â ìèêðîìåòðîâîé îáëàñòè. Ñ óâåëè÷åíèåì äåôîðìàöèè ðàçîðèåíòà- öèÿ ìåæäó íàíîçåðíàìè ïîñòåïåííî óâåëè÷èâàåòñÿ. 2.1.2. Al-ñïëàâû Â ðàáîòå [18] èññëåäîâàëñÿ Al-ñïëàâ 7075, èìåþùèé ñîñòàâ: (â âåñ.%) 2,5Mn; 5,6Zn; 2,2Cu; 0,23Cr, îñòàëüíîå Al. Èñõîäíûé ðàç- ìåð çåðíà ñîñòàâëÿë îêîëî 80 ìêì. Îáðàáîòêà ïîâåðõíîñòè îáðàç- Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 355 öîâ ïðîèçâîäèëàñü â âàêóóìíîé âèáðèðóþùåé êàìåðå, çàïîëíåí- íîé øàðèêàìè äèìåòðîì 7,5 ìì èç íåðæàâåþùåé ñòàëè. Îáðàáîò- êà îñóùåñòâëÿëàñü â òå÷åíèå 5, 10 è 15 ìèí, ñîîòâåòñòâåííî. Íà ðèñ. 7 ïðèâåäåíû ÏÝÌ èçîáðàæåíèÿ è ìèêðîäèôðàêöèîí- íûå êàðòèíû äëÿ îáðàçöà, îáðàáîòàííîãî â òå÷åíèå 15 ìèí. Íà ýòèõ ðèñóíêàõ âèäíà ýâîëþöèÿ ìèêðîñòðóêòóðû ïî ãëóáèíå, îáó- Ðèñ. 7. Ìèêðîñòðóêòóðà Al-ñïëàâà 7075 íà ðàçëè÷íûõ ãëóáèíàõ: à — èñ- òî÷íèê äèñëîêàöèé; á — äèñëîêàöèîííûå ïåòëè è ÿ÷åéêè; â — ìèêðî- çîíû âûòÿíóòûõ ñóáçåðåí; ã — ðàçáèåíèå çåðåí; ä — ñóáçåðíà; å — íà- íîçåðíà [18]. 356 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Ðèñ. 8. Ðàñïðåäåëåíèå ðàçìåðà çåðåí ïî ãëóáèíå â çàâèñèìîñòè îò âðåìå- íè îáðàáîòêè: 1 — 15 ìèí, 2 — 10 ìèí, 3 — 5 ìèí. � — ðàâíîîñíûå çåðíà; � — êîðîòêàÿ îñü; � — äëèííàÿ îñü [18]. Ðèñ. 9. Ðàñïðåäåëåíèå ìèêðîòâåðäîñòè ïî ãëóáèíå äëÿ ðàçíîãî âðåìåíè îáðàáîòêè: 1 — 15 ìèí, 2 — 10 ìèí, 3 — 5 ìèí [18]. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 357 ñëîâëåííàÿ èçìåíåíèåì ñòåïåíè äåôîðìàöèè è óðîâíåì îñòàòî÷- íûõ íàïðÿæåíèé ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò ñàìîãî âåðõíåãî ïîâåðõíîñò- íîãî ñëîÿ îáðàçöà. Íà ãëóáèíå îêîëî 65 ìêì ñòðóêòóðà õàðàêòå- ðèçóåò ìàòðèöó (îáúåì), â êîòîðîé îòñóòñòâóþò äåôîðìàöèîííûå íàïðÿæåíèÿ. Ñëåäóþùàÿ îáëàñòü èìååò íèçêèé óðîâåíü íàïðÿæå- íèé (ðèñ. 7, à). ×àñòèöû äèñïåðñíîé ôàçû Al2Cu ÿâëÿþòñÿ èñòî÷- íèêîì áîëüøîãî êîëè÷åñòâà äèñëîêàöèé, êîòîðûå ïðè áîëüøåì óâåëè÷åíèèâèäíûââèäå äèñëîêàöèîííûõñåòîêèïåòåëü (ðèñ. 7, á). Íà ãëóáèíå îêîëî 59 ìêì îò ïîâåðõíîñòè (ñ áîëüøèì óðîâíåì íàïðÿæåíèé) íàáëþäàþòñÿ ëàìèíàðíûå ìèêðîçîíû âûòÿíóòûõ ñóáçåðåí. Ýòè çîíû èìåþò øèðèíó äî 0,4–1,0 ìêì è äëèíó 3–15 ìêì è õàðàêòåðèçóþòñÿ ðàçëè÷íîé îðèåíòàöèåé, çàâèñÿùåé îò íàïðàâëåíèÿ äåôîðìàöèè. Ïðèâåäåííûå ìèêðîýëåêòðîííûå äèô- ðàêöèîííûå êàðòèíû ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî ìèêðîçîíû ñî- äåðæàò ìàëîóãëîâûå ðàçîðèåíòèðîâêè. Íà ãëóáèíå äî 50 ìêì ïðîèñõîäèò äåëåíèå èñõîäíûõ çåðåí íà ñóáçåðíà è íàáëþäàåòñÿ ýâîëþöèÿ ðàçîðèåíòèðàöèè ãðàíèö âíóò- ðè áîëüøèõ çåðåí (ðèñ. 7). Â ïðèïîâåðõíîñòíîé îáëàñòè ñ áîëåå âûñîêèì óðîâíåì íàïðÿæåíèé (ãëóáèíà äî 35 ìêì) âèäíû ðàâíî- îñíûå ñóáìèêðîííûå çåðíà. Âíóòðè áîëüøèõ çåðåí (äî 300 íì) âèäíû ìåíüøèå ñóáçåðíà ðàçìåðîì äî 100 íì (ðèñ. 7, å). Áîëü- øèíñòâî ãðàíèö çåðåí íå èìåþò ÷åòêîãî èçîáðàæåíèÿ èç-çà âûñî- êîãî óðîâíÿ âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé. Äèôðàêöèîííûå êàðòèíû ñâèäåòåëüñòâóþò î ñóùåñòâîâàíèè áîëüøîãî ÷èñëà ìåëêèõ çåðåí ñ âûñîêîé ðàçîðèåíòàöèåé ãðàíèö. Íà ðèñ. 7, æ ïðèâåäåíî èçîáðà- æåíèå íàèáîëåå áëèçêîé ê ïîâåðõíîñòè îáëàñòè (äî 5 ìêì), ãäå âèäíû ðàâíîîñíûå íàíîçåðíà ñ âûñîêîé ðàçîðèåíòàöèåé ãðàíèö. Íà ðèñ. 8 ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè ðàçìåðà çåðåí îò âðåìåíè ìå- õàíè÷åñêîé îáðàáîòêè. Èç ýòîãî ðèñóíêà âèäíî, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì âðåìåíè ðàñòåò òîëùèíà ìîäèôèöèðîâàííîãî ñëîÿ è óìåíüøàåòñÿ ðàçìåð çåðåí. Èçìåíåíèå ìèêðîòâåðäîñòè â çàâèñèìîñòè îò òîëùè- íû ñëîÿ ïîêàçàíî íà ðèñ. 9. Ñ óâåëè÷åíèåì âðåìåíè îáðàáîòêè îò- ìå÷àåòñÿ ñóùåñòâåííûé ðîñò òâåðäîñòè íà áîëüøåé ãëóáèíå. 2.1.3. Íåðæàâåþùàÿ ñòàëü AISI 304 Èññëåäîâàíèþ ìåõàíèçìà èçìåëü÷åíèÿ çåðåí â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå ìàòåðèàëà ñ î÷åíü íèçêîé ýíåðãèåé äåôåêòà óïàêîâêè (16,8 ìÄæ/ì2), ê êîòîðîìó îòíîñèòñÿ ñåðèéíàÿ íåðæàâåþùàÿ ñòàëü AISI 304, ïîñâÿùåíà ðàáîòà [19]. Ýòî çíà÷åíèå ýíåðãèè äåôåêòà óïàêîâêè çíà÷èòåëüíî íèæå ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè ÃÖÊ-ìåòàë- ëàìè, íàïðèìåð, Al (166 ìÄæ/ì2), Ni (128 ìÄæ/ì2), Cu (78 ìÄæ/ì2). Èñõîäíàÿ ñòðóêòóðà îòîææåííîé ñòàëè ñîñòîèò èç çåðåí ðàçìåðàìè 100–200 ìêì è äâîéíèêîâ îòæèãà â íåêîòîðûõ çåðíàõ. Ïîäðîáíîñòè ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè îïèñàíû â ðàáîòå [17]. Îá- 358 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Ðèñ. 10. Èçîáðàæåíèÿ â ÏÝÌ íà ðàçíûõ ðàññòîÿíèÿõ îò ïîâåðõíîñòè ñòà- ëè AISI 304: à — âåðõíèé ïîâåðõíîñòíûé ñëîé; á — íà ãëóáèíå 15 ìêì; â — íà ãëóáèíå 30 ìêì [19]. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 359 ðàçöû èç íåðæàâåþùåé ñòàëè îáðàáàòûâàëèñü â âàêóóìå ïðè ÷àñ- òîòå âèáðàöèè ðàáî÷åé êàìåðû 50 Ãö â òå÷åíèå 15 ìèí. Ðåíòãåíîñòðóêòóðíûé àíàëèç ïîêàçàë ïðèñóòñòâèå â îòîææåí- íûõ îáðàçöàõ òîëüêî àóñòåíèòíîé ÃÖÊ-ôàçû ñ ïàðàìåòðîì ðåøåò- êè 0,361 íì, à ïîñëå îáðàáîòêè â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå îáðàçóåòñÿ ÎÖÊ-ìàðòåíñèòíàÿ ôàçà ñ ïàðàìåòðîì ðåøåòêè 0,2865. Â ïîñëåä- íåì ñëó÷àå îáðàáîòêà ðåíòãåíîãðàìì äàåò ñðåäíèé ðàçìåð çåðåí îêîëî 11 íì è íåçíà÷èòåëüíûé óðîâåíü îñòàòî÷íûõ âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé. Ïî äàííûì ÏÝÌ ìèêðîñòðóêòóðà âåðõíèõ ñëîåâ ñîñòîèò èç ðàâ- íîìåðíî ðàñïðåäåëåííûõ íàíîêðèñòàëëè÷åñêèõ çåðåí (ðèñ. 10). Ýëåêòðîííàÿ ìèêðîäèôðàêöèÿ îáíàðóæèâàåò ïðèñóòñòâèå òîëüêî ìàðòåíñèòíûõ çåðåí ñî ñëó÷àéíîé îðèåíòàöèåé. Ãèñòîãðàììà ðàñ- ïðåäåëåíèÿ çåðåí ïî ðàçìåðàì íîñèò íîðìàëüíûé ëîãàðèôìè÷åñ- êèé õàðàêòåð ñ äèàïàçîíîì îò 8 äî 60 íì â íàèáîëåå óçêîé çîíå ðàñïðåäåëåíèÿ. Ñðåäíèé ðàçìåð çåðíà ñîñòàâëÿåò, ïðèáëèçèòåëü- íî, 10 íì, ÷òî áëèçêî ê ðåçóëüòàòàì ðåíòãåíîñòðóêòóðíîãî àíàëè- çà. Íà ðèñ. 10 ïðèâåäåíà ñòðóêòóðà áîëåå ãëóáîêîé ïðèïîâåðõíî- ñòíîé îáëàñòè (äî 15 ìêì ãëóáèíû). Â ýòîé îáëàñòè çåðíà èìåþò çíà÷èòåëüíî áîëüøèé ðàçìåð ïî ñðàâíåíèþ ñ âåðõíåé ïðèïîâåðõ- íîñòíîé çîíîé. Ýëåêòðîííàÿ ìèêðîäèôðàêöèÿ ïîêàçûâàåò ïðèñóò- ñòâèå êàê àóñòåíèòíîé, òàê è ìàðòåíñèòíîé ôàçû. Ãèñòîãðàììà ðàñïðåäåëåíèÿ çåðåí ïî ðàçìåðàì äåìîíñòðèðóåò äîâîëüíî øèðî- êèé äèàïàçîí âåëè÷èíû çåðåí (îò 8 äî 140 íì) ñî ñðåäíèì ðàçìå- ðîì ∼30 íì. Íà ãëóáèíå îêîëî 30 ìêì (ðèñ. 10, ñ) ñðåäíèé ðàçìåð çåðíà ñîñòàâëÿåò óæå 60 ìêì. Â ñòðóêòóðå íà ýòîé ãëóáèíå îáíà- ðóæåíû àóñòåíèòíûå è ìàðòåíñèòíûå çåðíà ñ íåáîëüøîé ðàçîðè- åíòàöèåé. Òàêèì îáðàçîì, ïîñëå èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå âîçìîæåí íå òîëüêî ïðîöåññ èçìåëü÷åíèÿ çå- ðåí, íî è ôîðìèðîâàíèå äðóãîãî ôàçîâîãî ñîñòàâà, ÷òî òàêæå ñïî- ñîáñòâóåò óïðî÷íåíèþ ýòîãî ñëîÿ. Òàê ïðè îáðàáîòêå íåðæàâåþ- ùåé ñòàëè àóñòåíèòíîãî êëàññà âîçíèêàåò ñòðóêòóðà ìàðòåíñèòà, ïîÿâëåíèå êîòîðîé âûçâàíî íàïðÿæåíèÿìè ïðè ïëàñòè÷åñêîé äå- ôîðìàöèè. Áîëåå ïîäðîáíî ìåõàíèçì ôîðìèðîâàíèÿ òàêîé ñòðóê- òóðû â íåðæàâåþùåé ñòàëè AISI 304 èçó÷åí â ðàáîòå [24]. Íåðæàâåþùàÿ ñòàëü ìàðêè AISI 304 (0,049 C, 19,20Cr, 8,64Ni, 1,04 Mn, 0,021 Si, Fe-ñòàëüíîå, ìàñ.%) èìåëà â èñõîäíîì ñîñòîÿ- íèè â îñíîâíîì ÃÖÊ-àóñòåíèòíóþ ôàçó ñ ðàçìåðàìè çåðåí â äèà- ïàçîíå îò 20 äî 150 ìêì. Îñíîâíûìè òåõíîëîãè÷åñêèìè ïàðàìåò- ðàìè òàêîé îáðàáîòêè áûëè ñëåäóþùèå: ÷àñòîòà âèáðàöèè êàìå- ðû 50 Ãö; äèìåòð øàðèêîâ èç íåðæàâåþùåé ñòàëè AISI 304 ðàâåí 8 ìì; âðåìÿ îáðàáîòêè ñîñòàâëÿëî 5, 15, 30 è 60 ìèí [13]. Ì¸ññáàóýðîâñêèå ñïåêòðû áûëè çàïèñàíû ïðè êîìíàòíîé òåì- ïåðàòóðå â ãåîìåòðèè îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì 57Ñî 360 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Ðèñ. 11. Ì¸ññáàóýðîâñêèå ñïåêòðû äëÿ ðàçíûõ âðåìåí îáðàáîòêè ïîâåðõ- íîñòè: à — èñõîäíûé ñïåêòð; á — 5 ìèí; â — 15 ìèí; ã — 30 ìèí; ä — 60 ìèí [24]. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 361 èñòî÷íèêà. Èíôîðìàöèÿ î ñòðóêòóðíîì ñîñòîÿíèè ñ ïîìîùüþ äàííîãî ìåòîäà ìîãëà áûòü ïîëó÷åíà òîëüêî äëÿ òîëùèíû ïîâåðõ- íîñòíîãî ñëîÿ áîëåå 10 íì. Â ïðîöåññå îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòü îáðàçöà èñïûòûâàåò èíòåí- ñèâíóþ ïëàñòè÷åñêóþ äåôîðìàöèþ çà ñ÷åò íåïðåðûâíûõ óäàðîâ øàðèêîâ. Â ðåçóëüòàòå âîçíèêíîâåíèÿ âûñîêèõ íàïðÿæåíèé â ïî- âåðõíîñòíîì ñëîå ïðîèñõîäèò ïðåâðàùåíèå àóñòåíèòà â ìàðòåí- ñèòíóþ ôàçó. Íà ðèñ. 11 ïðèâåäåíû ìåññáàóýðîâñêèå ñïåêòðû, ïî- ëó÷åííûå äî è ïîñëå îáðàáîòêè. Íà ðèñ. 11, à ñïåêòð ïîêàçàí â âèäå ñèíãëåòà è ñåêñòåòà. Èçîìåðíûé ñäâèã äëÿ ñèíãëåòà ñîîòâåò- ñòâóåò ÃÖÊ-àóñòåíèòíîé ôàçå [25]. Ñåêñòåò îòíîñèòñÿ ê ìàðòåí- ñèòíîé ôàçå, èçíà÷àëüíî ïðèñóòñòâóþùåé â îáðàçöå èç-çà íåäîñ- òàòî÷íîãî îòæèãà. Ïî ìåðå ïîâûøåíèÿ âðåìåíè îáðàáîòêè íàáëþ- äàþòñÿ çíà÷èòåëüíûå èçìåíåíèÿ â ñïåêòðàõ (ðèñ. 11, á–å). Àíàëèç ðàçëè÷èé â ñâåðõòîíêèõ ìàãíèòíûõ ïîëÿõ (ÑÒÌÏ) Âhf(Ò) ïîêàçàë ïðèñóòñòâèå äâóõ òèïîâ ìàðòåíñèòíîé ôàçû (ÌÔ). Ñåêñòåò À è ñåêñòåò Â ïðèíàäëåæàò ê ïåðâîé è âòîðîé ÌÔ, ñîîòâåòñòâåííî. Ñåêñòåò À õàðàêòåðèçóåò ñìåñü èñõîäíîãî ìàðòåíñèòà è ìàðòåíñè- òà, âîçíèêøåãî ïîñëå îáðàáîòêè. Cî âðåìåíåì îáðàáîòêè íàáëþäà- åòñÿ íåçíà÷èòåëüíîå ïîâûøåíèå âåëè÷èíû Âhf(Ò), êîòîðàÿ ðàâíà 29,9 Ò ïîñëå 60 ìèí îáðàáîòêè. ÑÒÌÏ äëÿ ñåêñòåòà Â îñòàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè íåèçìåííûì (25,0 Ò) ñ ðîñòîì âðåìåíè îáðàáîòêè. Îáðàçîâàíèå îáîèõ òèïîâ ìàðòåíñèòà ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì âûñî- êèõ âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé, âûçâàííûõ èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷å- ñêîé äåôîðìàöèåé. Ðàñïðåäåëåíèå è óøèðåíèå ñåêñòåòîâ îáóñëîâ- ëåíî âàðèàöèÿìè â êîîðäèíàöèîííîì îêðóæåíèè èçîòîïà 57Fe â îáîèõ òèïàõ ìàðòåíñèòà. Ñèíãëåòíûé ïèê íå ïðåòåðïåâàåò èçìå- íåíèå â ðåçóëüòàòå îáðàáîòêè, òàê êàê îí ïðèíàäëåæèò ÃÖÊ- àóñòåíèòó. Ïàðàìàãíèòíûé äóáëåò, íàáëþäàåìûé â îáðàáîòàííîì îáðàçöå, ïðèíàäëåæèò îêñèäó æåëåçà, êîòîðûé îáðàçóåòñÿ ïðè ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêå [26]. Ðåíòãåíîâñêàÿ äèôðàêòîãðàììà ïîêàçàíà íà ðèñ. 12. Ðåôëåêñû äëÿ íåîáðàáîòàííîãî îáðàçöà ïîêàçûâàþò ïðèñóòñòâèå â îáðàçöå ÃÖÊ-àóñòåíèòà è íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî ÎÖÊ-ìàðòåíñèòà. Óøèðå- íèå ðåôëåêñîâ ïîñëå îáðàáîòêè îáóñëîâëåíû âîçíèêíîâåíèåì ìèê- ðîíàïðÿæåíèé è óìåíüøåíèåì ðàçìåðà çåðåí. Ïîñëå 15 ìèí îáðà- áîòêè ðåôëåêñ îò ìàðòåíñèòíîé ôàçû äîñòèãàåò ìàêñèìàëüíîé èí- òåíñèâíîñòè. Àíàëèç ðåíòãåíîãðàìì ïîêàçûâàåò, ÷òî ñðåäíèé ðàç- ìåð çåðåí ïîñëå 15 ìèí îáðàáîòêè äëÿ àóñòåíèòà è ìàðòåíñèòà ðà- âåí îêîëî 20 è 10 íì, ñîîòâåòñòâåííî. Òàêèì îáðàçîì, îáðàçîâà- íèå ìàðòåíñèòíîé ôàçû ÿâëÿåòñÿ âàæíûì ôàêòîðîì â ïðîöåññå èçìåëü÷åíèÿ çåðåí. Èçìåíåíèå êîëè÷åñòâà ìàðòåíñèòà â çàâèñè- ìîñòè îò âðåìåíè îáðàáîòêè ïî äàííûì äâóõ ìåòîäîâ ïîêàçàíî íà ðèñ. 13. ×åðåç 15 ìèí îáðàáîòêè êîëè÷åñòâî ýòîé ôàçû äîñòèãàåò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ (91%) è ïðè äàëüíåéøåé îáðàáîòêå îò- 362 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Ðèñ. 12. Ðåíòãåíîãðàììû äëÿ ðàçëè÷íûõ âðåìåí îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè: 1 — èñõîäíîå ñîñòîÿíèå; 2 — 5 ìèí; 3 — 15 ìèí; 4 — 30 ìèí; 5 — 60 ìèí [24]. Ðèñ. 13. Çàâèñèìîñòü êîëè÷åñòâà ìàðòåíñèòà îò âðåìåíè îáðàáîòêè ïî- âåðõíîñòè: 1 — ìàðòåíñèò âòîðîãî òèïà; 2 — ìàðòåíñèò ïåðâîãî òèïà; 3 — îáùåå êîëè÷åñòâî ìàðòåíñèòíîé ôàçû; 4 — îáùåå êîëè÷åñòâî ìàð- òåíñèòà ïî äàííûì ÐÄÀ [24]. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 363 ìå÷àåòñÿ íåáîëüøîå ñíèæåíèå åå êîëè÷åñòâà. Àíàëîãè÷íûé ýô- ôåêò íàáëþäàëñÿ è â ðàáîòå [27]. Â äàííîé ðàáîòå îáíàðóæåíû äâà òèïà ìàðòåíñèòà ñ ðàçëè÷íûìè çíà÷åíèÿìè ñâåðõòîíêèõ ïîëåé. Ñ öåëüþ îáúÿñíåíèÿ ýòîãî ýôôåêòà áûë ïðîâåäåí òåîðåòè÷åñêèé àíàëèç êîîðäèíàöèîííîãî îêðóæåíèÿ èçîòîïà 57Fe â ìàðòåíñèòå. Ïî äàííûì ðàáîò [28, 29] ðàñïðåäåëåíèå ÑÒÌÏ îáóñëîâëåíî èçìå- íåíèåì ñïèíîâîé ïëîòíîñòè, âûçâàííîé ðàçëè÷íûì êîîðäèíàöè- îííûì ðàñïðåäåëåíèåì ïðèìåñåé. ÑÒÌÏ ïðîïîðöèîíàëüíû ÷èñëó áëèæàéøèõ ñîñåäåé ïðèìåñíûõ àòîìîâ è ñâåðõòîíêèå ïîëÿ óìåíüøàþòñÿ â ñëó÷àå, åñëè êîîðäèíàöèîííîå ÷èñëî äëÿ íèõ óâå- ëè÷èâàåòñÿ [30]. Àâòîðû ðàáîòû [24] ïðåäïîëàãàþò, ÷òî ïðèìåñ- íûå àòîìû ðàñïðåäåëåíû ñëó÷àéíûì îáðàçîì, à èçìåíåíèå ÑÒÌÏ ïðîèñõîäèò êàê çà ñ÷åò ýôôåêòà áëèæàéøèõ ñîñåäåé, òàê ñëåäóþ- ùèõ ñîñåäíèõ ïðèìåñíûõ àòîìîâ. Íà îñíîâàíèè ïîëó÷åííûõ ðå- çóëüòàòîâ ìîæíî çàêëþ÷èòü, ÷òî ìàðòåíñèò ïåðâîãî òèïà èìååò ìåíüøåå ÷èñëî áëèæàéøèõ ñîñåäåé èç íåìàãíèòíûõ àòîìîâ, ÷åì ìàðòåíñèò âòîðîãî òèïà è ïîäòâåðæäàþò íåîäíîðîäíûé õàðàêòåð ðàñïðåäåëåíèÿ íåìàãíèòíûõ àòîìîâ â ìàðòåíñèòíîé ôàçå. Ïðè÷è- íîé ïîñëåäíåãî ýôôåêòà ìîæåò ñëóæèòü ñåãðåãàöèÿ ýëåìåíòîâ íà ãðàíèöàõ âíîâü ôîðìèðóåìûõ ìàðòåíñèòíûõ çåðåí ïðè èíòåíñèâ- íîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ. 2.1.4. Ìàëîóãëåðîäèñòàÿ ñòàëü Â ðàáîòå [16] íàíîêðèñòàëëè÷åñêèé ïîâåðõíîñòíûé ñëîé ïîëó÷åí â íèçêîóãëåðîäèñòîé ñòàëè ìåòîäîì ÂÍØ. Îáðàçåö â âèäå ïëàñòè- íû òîëùèíîé 1,5 ìì ïîñëå îòæèãà ïðè 1193 Ê 30 ìèí ñîñòîÿë èç çåðåí ðàçìåðîì îêîëî 30 ìêì. Îáðàçöû îáðàáàòûâàëèñü ñòàëüíû- ìè çàêàëåííûìè øàðèêàìè (äèàìåòðîì 8 ìì) â êàìåðå, âèáðèðó- þùåé ñ ÷àñòîòîé 20 Ãö. Âðåìÿ îáðàáîòêè ñîñòàâëÿëî 30 ìèí. Øå- ðîõîâàòîñòü ïîâåðõíîñòè (Ra) äëÿ îòîææåííîãî è îáðàáîòàííîãî â êàìåðå îáðàçöà, áûëà ðàâíà 0,67 è 0,59 ìêì, ñîîòâåòñòâåííî. ÏîäàííûìÏÝÌèýëåêòðîííîéìèêðîäèôðàêöèè (ðèñ. 14)ìèêðî- ñòðóêòóðà ñàìîãî âåðõíåãî ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ îáðàáîòàííîãî îá- ðàçöà ñîñòîèò èç ðàâíîîñíûõ çåðåí ôåððèòà, èìåþùèõ ñëó÷àéíóþ îðèåíòàöèþ. Ðàçìåð çåðåí ðàñïðåäåëåí â äèàïàçîíå îò 10 äî 20 íì. Íà ãëóáèíå îêîëî 10 ìêì (ðèñ. 14, á) âìåñòå ñ ìåëêîçåðíè- ñòûì ôåððèòîì (ðàçìåð çåðåí îêîëî 150 íì) ïðèñóòñòâóþò èç- ìåëü÷åííûå çåðíà öåìåíòèòà. Ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî â ñàìîì âåðõíåì ñëîå öåìåíòèòíûå ÷àñòèöû ïîëíîñòüþ ðàñïàäàþòñÿ â ôåððèòíîé ìàòðèöå ïîä âëèÿíèåì èíòåíñèâíîé äåôîðìàöèè. Íà ðèñ. 15 ïðèâåäåíî ïîñëîéíîå ðàñïðåäåëåíèå ðàçìåðà çåðåí ïî äàí- íûì ÏÝÌ è ðåíòãåíîâñêîãî äèôðàêöèîííîãî àíàëèçà (ÐÄÀ). Óñëîâ- íî, ïðèïîâåðõíîñòíûé ñëîé ìîæíî ðàçáèòü íà òðè ðàçìåðíûõ îá- ëàñòè: íàíîñòðóêòóðíàÿ îáëàñòü, ñóáìèêðîííàÿ îáëàñòü è ìèêðî- 364 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Ðèñ. 15. Èçìåíåíèå ðàçìåðà çåðåí ïî ãëóáèíå: � — ÏÝÌ; � — îïòè÷åñ- êèé ìèêðîñêîï; � — ÐÄÀ [16]. Ðèñ. 14. Èçîáðàæåíèÿ â ÏÝÌ íàêëåïàííûõ ñëîåâ â ìàëîóãëåðîäèñòîé ñòà- ëè: à — òåìíîïîëüíîå èçîáðàæåíèå âåðõíåãî ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ; á — ñâåòëîïîëüíîå èçîáðàæåíèå äëÿ ãëóáèíû 10 ìêì îò ïîâåðõíîñòè [16]. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 365 ðàçìåðíàÿ îáëàñòü (îêîëî 10–20 ìêì). Èçìåíåíèå òâåðäîñòè ïî ãëóáèíå ïîëó÷åíî íà êîñûõ øëèôàõ. Íà ðèñ. 16 ïðèâåäåíî ïîñëîéíûå èçìåíåíèÿ ìèêðîòâåðäîñòè. Èç ýòîãî ðèñóíêà âèäíî, ÷òî òâåðäîñòü ïîñòåïåííî ñíèæàåòñÿ ïî ãëó- áèíå îò 3 äî 1,85 ÃÏà. Ïîâûøåíèå òâåðäîñòè â ðåçóëüòàòå ìåõà- íè÷åñêîé îáðàáîòêè ìîæíî ñâÿçàòü ñ ñóùåñòâåííûì èçìåëü÷åíè- åì çåðåí [31–33]. Èñïûòàíèÿ íà ñóõîå òðåíèå è èçíîñ ïðîâîäè- ëèñü â óñëîâèÿõ ëàáîðàòîðíîé ñðåäû (20°Ñ, âëàæíîñòü 45%). Ïðî- òèâîòåëîì ñëóæèë àëìàçíûé íàêîíå÷íèê ñ ðàäèóñîì 50 ìêì; ÷à- ñòîòà ïåðåìåùåíèÿ åãî ñîñòàâëÿëà 50 öèêëîâ/ìèí ïðè õîäå 15 ìì; íàãðóçêà ïðè èñòèðàíèè áûëà ðàâíà 2, 4, 6 è 8 Í; âðåìÿ èñ- ïûòàíèÿ 10–60 ìèí. Íà ðèñ. 17 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü êîýôôè- öèåíòà òðåíèÿ îò íàãðóçêè íà àëìàçíûé íàêîíå÷íèê. Âèäíî, ÷òî êîýôôèöèåíò òðåíèÿ äëÿ íàíîêðèñòàëëè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè ñó- ùåñòâåííî íèæå ïî ñðàâíåíèþ ñ íåîáðàáîòàííûì îáðàçöîì. Íà ðèñ. 18 ïîêàçàíî èçìåíåíèå ïîòåðè âåñà çà ñ÷åò èçíîñà ïðè òðå- íèè äëÿ èñõîäíîãî è îáðàáîòàííîãî îáðàçöîâ. Äëÿ îáîèõ îáðàçöîâ ïîòåðÿ âåñà ðàñòåò ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè, îäíàêî äëÿ íàíîñòðóê- òóðíîé ïîâåðõíîñòè îí ñóùåñòâåííî íèæå. Ïî ñðàâíåíèþ ñ èñõîä- íûì îáðàçöîì ñíèæåíèå êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ è óëó÷øåíèå ñîïðî- òèâëåíèÿ èçíîñó ïîñëå ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè îáúÿñ- íÿåòñÿ ïîâûøåíèåì òâåðäîñòè íàíîêðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû. Ðèñ. 16. Èçìåíåíèå ìèêðîòâåðäîñòè ïî ãëóáèíå [16]. 366 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Ðèñ. 17. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ îò íàãðóçêè: 1 — èñõîäíûé îáðàçåö; 2 — ïîñëå îáðàáîòêè [16]. Ðèñ. 18. Çàâèñèìîñòü ïîòåðè âåñà ïðè èñïûòàíèè íà èçíîñ îò íàãðóçêè: 1 — èñõîäíûé îáðàçåö; 2 — ïîñëå îáðàáîòêè [16]. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 367 2.2. ÂÛÑÎÊÎ×ÀÑÒÎÒÍÛÉ ÂÍØ 2.2.1. Íåðæàâåþùàÿ ñòàëü 316L Ñòðóêòóðíàÿ òðàíñôîðìàöèÿ â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ íåðæàâåþ- ùåé ñòàëè 316L ïîñëå âûñîêî÷àñòîòíîé ÂÍØ èññëåäîâàíà â ðàáî- òå [14]. Èñõîäíûå îáðàçöû èìåëè ÃÖÊ-ñòðóêòóðó àóñòåíèòà ñî ñðåäíèì ðàçìåðîì çåðåí 10–60 ìêì. Ïàðàìåòðû îáðàáîòêè: ÷àñòî- òà âèáðàöèè êàìåðû ñ øàðèêàìè 20 êÃö; äèàìåòð øàðèêîâ — 3 ìì; âðåìÿ îáðàáîòêè — 30, 90, 270 è 810 ñ. Ðåçóëüòàòû ðåíòãåíîñòðóêòóðíîãî àíàëèçà ïîêàçàëè, ÷òî ïîñëå îáðàáîòêè îáðàçöû èìåëè ÃÖÊ-ñòðóêòóðó áåç ñëåäîâ ìàðòåíñèò- íîé ôàçû. Ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî íàêëåï íå ñîçäàåò íàïðÿæå- íèé, äîñòàòî÷íûõ äëÿ ìàðòåíñèòíîãî ïðåâðàùåíèÿ. Ñðåäíèé ðàç- ìåð çåðåí îïðåäåëÿëñÿ ïî óøèðåíèþ ðåíòãåíîâñêèõ ðåôëåêñîâ (òàáë. 1). Â îáðàçöàõ, îáðàáîòàííûõ â òå÷åíèå 30 ìèí ðàçìåð çå- ðåí ðàâåí îêîëî 20 íì. Ñ óâåëè÷åíèåì âðåìåíè îáðàáîòêè ñðåä- íèé ðàçìåð çåðåí â âåðõíèõ ñëîÿõ íåñêîëüêî èçìåíÿëñÿ. Óðîâåíü ìèêðîíàïðÿæåíèé ïî äàííûì ðåíòãåíîñòðóêòóðíîãî àíàëèçà ñî- ñòàâëÿë îêîëî 0,18–0,24%. Ñ ó÷åòîì äëèíû ýêñòèíêöèè ðåíòãå- íîâñêîãî èçëó÷åíèÿ, ïðèâåäåííûå â òàáë. 1 äàííûå, ñîîòâåòñòâó- þò òîëùèíå ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ îêîëî 6 ìêì. Èçìåíåíèå ìîðôîëîãèè çåðåííîé ñòðóêòóðû èññëåäîâàëîñü ïó- òåì àíàëèçà ïîïåðå÷íûõ ñå÷åíèé â ðàñòðîâîì ýëåêòðîííîì ìèê- ðîñêîïå (ÐÝÌ). Ñëåäû âëèÿíèÿ äåôîðìàöèè ïîñëå îáðàáîòêè â òå- ÷åíèå 810 ñ îáíàðóæåíû íà ãëóáèíå îêîëî 100 ìêì. Îäíàêî ïëà- ñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ïî ãëóáèíå ÿâëÿåòñÿ íåîäíîðîäíîé (ðèñ. 19). Åñëè âáëèçè ïîâåðõíîñòè íàáëþäàþòñÿ ìíîãîêðàòíûå ñëåäû ñêîëüæåíèÿ, òî â áîëåå ãëóáîêèõ ñëîÿõ èìåþòñÿ òîëüêî åäèíè÷- íûå ñêîëüæåíèÿ (ðèñ. 19, à). Âáëèçè ïîâåðõíîñòè îáíàðóæåíû òàêæå ìèêðîçîíû øèðèíîé 100 íì, â êîòîðûõ íàáëþäàþòñÿ ìåíüøèå ñòðóêòóðíûå åäèíèöû (ðèñ. 19, á). Íà ðèñ. 19, ñ, â ìîæ- íî íàáëþäàòü ôîðìèðîâàíèå ìèêðîçîí íà ãëóáèíå îò 5 äî 30 ìêì. Ïî äàííûì ÐÝÌ íàèáîëåå ñèëüíàÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ è ïðîöåññ èçìåëü÷åíèÿ çåðåí ïðîèñõîäèò íà ãëóáèíå äî 30 ìêì. Íà <ε2>1/2, % 30 20 ± 4 0,231 ± 0,004 90 15 ± 4 0,235 ± 0,003 270 17 ± 3 0,182 ± 0,004 810 17 ± 4 0,238 ± 0,002 Âðåìÿ îáðàáîòêè, ñ Ðàçìåð çåðíà, D, íì ÒÀÁËÈÖÀ 1. Ñðåäíèé ðàçìåð çåðíà (D) è ñðåäíèå çíà÷åíèÿ ìèêðîíà- ïðÿæåíèé (ε) â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå ñòàëè 316L (ïî äàííûì ÐÄÀ) äëÿ ðàçíûõ âðåìåí îáðàáîòêè [14]. 368 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Ðèñ. 19. Èçîáðàæåíèÿ ïîâåðõíîñòè â ÐÝÌ íåðæàâåþùåé ñòàëè 316L: à — âðåìÿ îáðàáîòêè 810 ñ; á — ìèêðîçîíû â ïðèïîâåðõíîñòíîé îáëàñ- òè; â — ìíîãîêðàòíûå ñêîëüæåíèÿ â ïðèïîâåðõíîñòíîé îáëàñòè [14]. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 369 ðèñ. 20, à è á, ïðèâåäåíû ñíèìêè â ÏÝÌ ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ äî 5 ìêì, äëÿ îáðàçöîâ, îáðàáîòàííûõ â òå÷åíèå 30 è 810 ñ, ñîîòâåò- ñòâåííî. Íàíîêðèñòàëëè÷åñêèå çåðíà èìåþò ñëó÷àéíûå êðèñòàë- ëîãðàôè÷åñêèå îðèåíòàöèè, î ÷åì ñâèäåòåëüñòâóåò ìèêðîäèôðàê- öèîííûå êàðòèíû. Ñðåäíèé ðàçìåð çåðåí â ïðèïîâåðõíîñòíîé îá- ëàñòè ðàâåí 10 è 15 íì äëÿ îáðàçöîâ, îáðàáîòàííûõ 30 è 810 ñ, ñîîòâåòñòâåííî. Íåáîëüøîé ðîñò çåðåí ïðè áîëåå äëèòåëüíîé îáðà- áîòêå ñâÿçàí, ïî-âèäèìîìó, ñ âûäåëåíèåì òåïëà ïðè áîëåå èíòåí- ñèâíîé îáðàáîòêå, ò. å. ñ áîëüøèì ÷èñëîì ñòîëêíîâåíèé øàðèêîâ ñ îáðàçöîì. Â áîëåå ãëóáîêèõ ñëîÿõ (5–30 ìêì îò ïîâåðõíîñòè) ïîñëå 30 ñ îáðàáîòêè íå îáíàðóæåíî èçìåëü÷åíèå çåðåí. Ïðè óâå- ëè÷åíèè âðåìåíè äî 810 ñ íà ÏÝÌ ñíèìêàõ âèäíû ðàçëè÷íûå ýëå- ìåíòû ìèêðîñòðóêòóðû (ðèñ. 21). Òèïè÷íàÿ ìèêðîñòðóêòóðà âêëþ÷àåò â ñåáÿ ñóáçåðíà è çåðíà ðàçìåðàìè îò 10 äî 100 íì (ðèñ. 21, à è á). Ôîðìà çåðåí íîñèò íåðåãóëÿðíûé õàðàêòåð è ñîäåðæèò áîëüøîå êîëè÷åñòâî äèñëîêàöèé. Íàáëþäàþòñÿ òàêæå íàíîðàç- ìåðíûå îáëàñòè ñäâèãà è äâîéíèêè (ðèñ. 21, â è ã). ÂÍØ ïðèâî- äèò ê ìíîãîêðàòíûì è ðàçíîñíûì íàãðóçêàì ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ Ðèñ. 20. Òåìíîïîëüíîå èçîáðàæåíèå â ÏÝÌ ïîñëå ðàçëè÷íûõ âðåìåí îáðà- áîòêè ïîâåðõíîñòè: à — 30 ñ; á — 810 ñ [14]. 370 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå ìàòåðèàëà. Â ñàìûõ âåðõíèõ ñëîÿõ (äî ∼5 ìêì) èíòåíñèâíàÿ è áûñòðàÿ äåôîðìàöèÿ ïðèâîäèò ê ôîðìèðîâà- íèþ íàíîðàçìåðíûõ çåðåí. Â íèæåëåæàùèõ ñëîÿõ ýâîëþöèÿ ñòðóêòóðû îáóñëîâëåíà àêòèâíîñòüþ äèñëîêàöèé. Ïðè óâåëè÷å- íèè íàãðóçêè ãåíåðèðóþòñÿ âñå áîëüøåå è áîëüøåå êîëè÷åñòâî äèñëîêàöèé, êîòîðûå çàòåì àííèãèëèðóþò è ðåêîìáèíèðóþò â ìà- ëîóãëîâûå ãðàíèöû, ðàçäåëÿþùèå ñóáçåðíà. Òàêèå çåðíà åùå ñî- äåðæàò áîëüøîå êîëè÷åñòâî äèñëîêàöèé (ðèñ. 21, à) è ìîãóò â äàëüíåéøåì ñòàòü íàíîçåðíàìè. Îáìåí âíóòðåííèìè íàïðÿæåíè- ÿìè ìîæåò áûòü ïîëåçíûì äëÿ ïðåâðàùåíèÿ ñóáçåðåí â íàíî- êðèñòàëëè÷åñêèå çåðíà. Êðîìå òîãî, èçìåëü÷åíèå çåðåí ìîæåò áûòü ñâÿçàíî è ñ ïðîöåññîì ñäâèãîâîé äåôîðìàöèè, âûçâàííîé êîíöåíòðàöèåé ëîêàëüíûõ íàïðÿæåíèé. Â ýòîì ñëó÷àå íàíîçåðíà ìîãóò âîçíèêàòü â ïîëîñàõ ñêîëüæåíèÿ [14] (ðèñ. 21, â). Åñëè ïî- ëîñû ñäâèãà îáóñëîâëåíû äâîéíèêîâàíèåì, òî â ðåçóëüòàòå òàêîé îäíîðîäíîé ñäâèãîâîé äåôîðìàöèè íå íàáëþäàåòñÿ ñóùåñòâåííîãî Ðèñ. 21. Èçîáðàæåíèÿ â ÏÝÌ ïîñëå 810 ñ îáðàáîòêè: à, á — íàíîçåðíà ðàçìåðàìè îò 10 äî 100 íì, ñîîòâåòñòâåííî; â, ã — ïîëîñû ñäâèãà è äâîéíèêè [14]. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 371 èçìåëü÷åíèÿ çåðåí. Ñïîñîá ÂÍØ ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ â ïîâåðõíîñòíûõ ñëî- ÿõ ïîëÿ ñæèìàþùèõ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé. Òàêèå íàïðÿæåíèÿ îêàçûâàþò ñèëüíîå âëèÿíèå íà ñâîéñòâà ìàòåðèàëà, èìåþùåãî íà- íîêðèñòàëëè÷åñêóþ ñòðóêòóðó. Ïðèìåíåíèå òðàäèöèîííîãî ðåíò- ãåíîäèôðàêöèîííîãî ìåòîäà äëÿ èçìåðåíèÿ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæå- íèé â ñëó÷àå íàíîêðèñòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ñâÿçàíî ñ îïðåäå- ëåííûìè òðóäíîñòÿìè ïðè àíàëèçå äèôðàêöèîííûõ ïèêîâ. Ìåõà- íè÷åñêèå ìåòîäû îïðåäåëåíèÿ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé â íàíîê- ðèñòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëàõ ÿâëÿþòñÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ íàèáî- ëåå äîñòîâåðíûìè. Â ðàáîòå [17] áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî ìîäóëü Þíãà íå ïðåòåðïåâàåò èçìåíåíèÿ â ðåçóëüòàòå íàíîêðèñòàëëèçà- öèè. Â ðàáîòå [21] èñïîëüçîâàí ìåòîä îïòè÷åñêîé ìóàðîâîé èíòåð- ôåðîìåòðèè äëÿ èçìåðåíèÿ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé â íåðæàâåþ- ùåé ñòàëè AISI 316L. Ñ öåëüþ ðåëàêñàöèè îñòàòî÷íûõ íàïðÿæå- íèé ïðèìåíÿëè äâà ìåõàíè÷åñêèõ ñïîñîáà: îáðàáîòêà ðåçàíèåì è ñâåðëåíèå îòâåðñòèÿ. Ðåæèìû îáðàáîòêè: ÷àñòîòà âèáðàöèè êàìåðû 20 êÃö, äèàìåòð øàðèêîâ 2 ìì, âðåìÿ îáðàáîòêè 960 ñ. Òîëùèíà ìîäèôèöèðîâàí- íîãî ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ñîñòàâëÿëà îêîëî 15 ìêì. Ìîäóëü Þí- ãà ïî òîëùèíå ñëîÿ íå èçìåíÿëñÿ è áûë ðàâåí îáúåìíîìó çíà÷å- íèþ 193 ÃÏà. Íà ðèñ. 22 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü èçìåíåíèÿ îñòàòî÷íûõ íàïðÿ- æåíèé ïî òîëùèíå ïðèïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ, îïðåäåëåííàÿ ïî ìå- Ðèñ. 22. Ðàñïðåäåëåíèå îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé ïî ãëóáèíå [21]. 372 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà òîäó ñâåðëåíèÿ. Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ñæèìàþùèõ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé íàáëþäàþòñÿ äëÿ òîëùèíû äî 0,1 ìì, êîòîðàÿ âêëþ- ÷àåò â ñåáÿ êàê íàíîêðèñòàëëè÷åñêèé, òàê è ïðîìåæóòî÷íûé ñëîé. Ñðåäíåå çíà÷åíèå ñæèìàþùèõ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé ðàâ- íî 517 ÌÏà; çíàê åãî ìåíÿåòñÿ íà ãëóáèíå îêîëî 0,42 ìì. Âåëè- ÷èíà ðàñòÿãèâàþùèõ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé â îáúåìå ìàòåðèà- ëà ðàâíà, ïðèáëèçèòåëüíî, 100 ÌÏà. 2.2.2. Ìàëîóãëåðîäèñòàÿ ñòàëü Â ðàáîòå [15] èññëåäîâàëàñü íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå ìàëîóãëåðîäèñòîé ñòàëè ñ èñõîäíûì ðàçìåðîì çåðåí â ïðåäå- ëàõ 20–40 ìêì. Âûñîêî÷àñòîòíûé ÂÍØ îñóùåñòâëÿëñÿ ïðè ñëå- äóþùèõ ïàðàìåòðàõ: ðàçìåð ñòàëüíûõ øàðèêîâ 8 ìì, ÷àñòîòà âè- áðàöèè ðàáî÷åé êàìåðû 3 êÃö, âðåìÿ îáðàáîòêè 30, 60, 90 è 180 ìèí, ñîîòâåòñòâåííî. Ðàçìåð çåðåí ïîñëå îáðàáîòêè îïðåäåëÿëñÿ ïî óøèðåíèþ ðåíòãåíîâñêèõ ðåôëåêñîâ (200), (211), (220), (310) è (222). Â òàáë. 2 ïðèâåäåíû ñðåäíèå çíà÷åíèÿ ðàçìåðà çåðåí è íà- ïðÿæåíèé äëÿ ðàçíûõ âðåìåí îáðàáîòêè. Äëÿ íàèìåíüøåãî âðå- ìåíè ðàçìåð çåðåí ñîñòàâëÿë 30 íì; ñ ðîñòîì äëèòåëüíîñòè îáðà- áîòêè íàáëþäàåòñÿ íåçíà÷èòåëüíîå óâåëè÷åíèÿ ðàçìåðà çåðåí. Ñðåäíÿÿ âåëè÷èíà ìèêðîíàïðÿæåíèé ðàâíà 0,01–0,1%. Äëÿ ñòðóêòóðíîãî àíàëèçà áîëåå ãëóáîêèõ ñëîåâ ïðèìåíÿëè õè- ìè÷åñêîå òðàâëåíèå. Ðåçóëüòàòû äëÿ âðåìåíè îáðàáîòêè 180 ìèí ïðèâåäåíû â òàáë. 3. Íà ãëóáèíå êîëî 20 ìêì ñðåäíèé ðàçìåð çå- ðåí ðàâåí 46 íì è ïî ìåðå äàëüíåéøåãî óãëóáëåíèÿ îí áûñòðî äî- ñòèãàåò ìèêðîííûõ ðàçìåðîâ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ñðåäíåå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèé ðåçêî ïàäàåò íà ãëóáèíå 10–20 ìêì. Òàêèì îáðàçîì, ìîæíî çàêëþ÷èòü, ÷òî òîëùèíà íàíîñòðóêòóðíîãî ñëîÿ ñîñòàâëÿ- åò íå ìåíåå 20 ìêì. Îäíàêî òîëùèíà äåôîðìèðîâàííîãî ñëîÿ èìå- åò çíà÷èòåëüíî áîëüøóþ ïðîòÿæåííîñòü è äîñòèãàåò 50 ìêì. ÏÝÌ èçîáðàæåíèÿ ñàìîãî âåðõíåãî ñëîÿ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 23. Ñðåäíèé ðàçìåð çåðíà çäåñü ðàâåí 8 íì è îíè õàðàêòåðèçóþòñÿ ðàâíîîñíîé ôîðìîé. <ε2>1/2, % 30 33 ± 3 0,0085 ± 0,0021 60 28 ± 3 0,0860 ± 0,0027 90 23 ± 2 0,0684 ± 0,0039 I80 27 ± 3 0,0979 ± 0,0028 ÒÀÁËÈÖÀ 2. Ñðåäíèé ðàçìåð çåðíà (D) è ñðåäíèå çíà÷åíèÿ ìèêðîíà- ïðÿæåíèé (ε) â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå ìàëîóãëåðîäèñòîé ñòàëè ïîñëå îáðà- áîòêè (ïî äàííûì ÐÄÀ) â çàâèñèìîñòè îò âðåìåíè îáðàáîòêè [15]. Âðåìÿ îáðàáîòêè, ñ Ðàçìåð çåðíà, D, íì Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 373 Ðèñ. 23. Èçáðàæåíèå â ÏÝÌ ìàëîóãëåðîäèñòîé ñòàëè ïîñëå 180 ìèí îá- ðàáîòêè [15]. Ðèñ. 24. Çàâèñèìîñòü ïðåäåëà òåêó÷åñòè (�) è îòíîñèòåëüíîãî óäëèíåíèÿ (ο) îò âðåìåíè ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè [15]. 374 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Ïðî÷íîñòíûå ñâîéñòâà îáðàçöîâ äî è ïîñëå îáðàáîòêè ïðèâåäå- íû íà ðèñ. 24. Âèäíî, ÷òî ïðåäåë òåêó÷åñòè çàìåòíî ðàñòåò áåç ñó- ùåñòâåííîãî ñíèæåíèÿ îòíîñèòåëüíîãî óäëèíåíèÿ ïîñëå îáðàáîò- êè â òå÷åíèå 30 ìèí. Äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå âðåìåíè îáðàáîòêè íå ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ ïðî÷íîñòíûõ õàðàêòåðèñòèê. Ïðåäåë òåêó÷åñòè ïîâûøàåòñÿ íà ∼35% ïîñëå îáðàáîòêè, à óäëèíåíèå èç- ìåíÿåòñÿ îò 38,6 äî 34,6%. Ðîñò ïðî÷íîñòè ïîñëå îáðàáîòêè ñâÿ- çàí êàê ñ íàêëåïîì (äåôîðìàöèîííûì óïðî÷íåíèåì), òàê è íàíî- ñòðóêòóðèðîâàíèåì ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ, êîòîðûé ñîñòàâëÿåò òîëüêî 3% îò îáùåé òîëùèíû îáðàçöà. Òàêèì îáðàçîì, íàáëþäà- åòñÿ ñóùåñòâåííîå óâåëè÷åíèå ïðåäåëà òåêó÷åñòè áåç çíà÷èòåëü- íîãî ïàäåíèÿ ïëàñòè÷íîñòè è âÿçêîñòè. 2.2.3. Al-ñïëàâ Â ðàáîòå [23] èññëåäîâàíî èçìåíåíèå ìèêðîñòðóêòóðû ïîâåðõíîñò- íîãî ñëîÿ â Al-ñïëàâå 7075 â ðåçóëüòàòå âûñîêî÷àñòîòíîãî ÂÍØ ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííîé ïðîñâå÷èâàþùåé ìèêðîñêîïèè âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ. Ñîñòàâ èññëåäîâàííîãî ñïëàâà (âåñ.%): 2,5 Mg; 5,6% Zn; 2,2% Cu; Al — îñòàëüíîå. Èñõîäíûé ðàçìåð çåðåí ñîñòàâëÿë îêîëî 80 ìêì. Äëÿ îáðàáîòêè èñïîëüçîâàëèñü øàðèêè èç íåðæà- âåþùåé ñòàëè äèàìåòðîì 7,5 ìì; ÷àñòîòà âèáðàöèè âàêóóìíîé êà- ìåðû — 20 êÃö. Áîëåå ïîäðîáíî òåõíîëîãèÿ äàííîé îáðàáîòêè îïèñàíà â ðàáîòàõ [12, 35]. Èçìåíåíèå ðàçìåðà çåðåí ïî ãëóáèíå ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 25 Èçìåëü÷åíèå çåðåí äî ðàçìåðà < 100 íì íàáëþäàåòñÿ íà ãëóáèíå äî ∼22 ìêì. Äëÿ áîëåå ãëóáîêèõ ñëîåâ (äî ∼35 ìêì) õàðàêòåðíà ñóáìèêðîííàÿ ñòðóêòóðà çåðåí (0,1–1 ìêì). Ñëåäóþùèé ñëîé, ïðåäøåñòâóþùèé ñâîáîäíîé îò íàïðÿæåíèé ìàòðèöû, ïðåäñòàâ- ëÿåò ñîáîé ìèêðîçîíó, äëÿ êîòîðîé õàðàêòåðíû âûòÿíóòûå ñóá- çåðíà ñ ðàçìåðîì > 1 ìêì. Ïîëíàÿ òîëùèíà ìîäèôèöèðîâàííîé ïîâåðõíîñòè ðàâíà, ïðèáëèçèòåëüíî, 62 ìêì. Íà ðèñ. 26 ïðèâåäåíà ôîòîãðàôèÿ â ÏÝÌ, èëëþñòðèðóþùàÿ ïðèñóòñòâèå ðàâíîîñíûõ êðèñòàëëîâ â íàíîìåòðîâîé îáëàñòè. <ε2>1/2, % 5 32 ± 3 0,0877 ± 0,0026 10 36 ± 4 0,0826 ± 0,0032 20 46 ± 6 0,0290 ± 0,0069 40 > 1000 0,0002 ± 0,0001 ÒÀÁËÈÖÀ 3. Ñðåäíèé ðàçìåð çåðíà (D) è ñðåäíèå çíà÷åíèÿ ìèêðîíà- ïðÿæåíèé (ε) â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå ìàëîóãëåðîäèñòîé ñòàëè 316L ïî ãëóáèíå. Îáðàáîòêà 110 ìèí. [15]. Ãëóáèíà, ìêì Ðàçìåð çåðíà, D, íì Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 375 Ðèñ. 26. Íàíîêðèñòàëëè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà: èçîáðàæåíèå â ÏÝÌ [23]. Ðèñ. 25. Èçìåíåíèå ðàçìåðà çåðåí ïî ãëóáèíå â Al-ñïëàâå 7075: ÍÊ — íàíîêðèñòàëëû; ÑÌÊ — ñóáìèêðîêðèñòàëëû; ÌÇ — ìèêðîêðèñòàëëè÷å- ñêèå çîíû [23]. 376 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Ñíèìîê ñäåëàí äëÿ ãëóáèíû äî 8 ìêì. Ñðåäíèé ðàçìåð çåðåí ðàâåí îêîëî 47 íì. Ýëåêòðîííàÿ ìèêðîäèôðàêöèÿ ñâèäåòåëü- ñòâóåò î âûñîêîé ðàçîðèåíòàöèè ìåæçåðåííûõ ãðàíèö. Ìåòîä ÏÝÌ âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ ïîçâîëèë óñòàíîâèòü ôîðìè- ðîâàíèå â ðåçóëüòàòå èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè òðåõ ñòðóêòóðíûõ óðîâíåé â ïîâåðõíîñòíîé îáëàñòè ïðîòÿæåííîñòüþ äî ∼62 ìêì: 1) ïàðàëëåëüíûå è ïðîòÿæåííûå ìèêðîçîíû ñ âíóò- ðåííèìè óäëèíåííûìè ñóáçåðíàìè è ÿ÷åèñòûìè áëîêàìè; 2) ñòðó- êòóðà èç ðàâíîîñíûõ ñóáìèêðîííûõ çåðåí; 3) ñòðóêòóðà èç ðàâíî- îñíûõ íàíîçåðåí. ×åì áëèæå ê âåðõíåìó ïîâåðõíîñòíîìó ñëîþ, òåì çåðíà ñòàíîâÿòñÿ ìåëü÷å, áîëåå ðàâíîîñíûìè è áîëåå ðàâíî- ìåðíî ðàñïðåäåëåííûìè. 3. ÏÅÑÊÎÑÒÐÓÉÍÀß ÎÁÐÀÁÎÒÊÀ ÏÎÂÅÐÕÍÎÑÒÈ 3.1. Ëàòóíü Èññëåäîâàíèå âëèÿíèÿ ïåñêîñòðóéíîé îáðàáîòêè è ïîñëåäóþùåãî îòæèãà íà âîçíèêíîâåíèå íàíîðàçìåðíûõ çåðåí â ëàòóíè (Cu70Zn30) âïåðâûå ïðîâåäåíî â ðàáîòå [36]. Äëÿ ïåñêîñòðóéíîé îá- ðàáîòêè ïîâåðõíîñòè (ÏÎÏ) èñïîëüçîâàëñÿ ïîðîøîê SiC, êîòîðûé ïîäàâàëñÿ íà ïîâåðõíîñòü îáðàçöà ïîä äàâëåíèåì 300 êÏà â òå÷å- íèå 10 ìèí. Ñêîðîñòü ïåñ÷àíîãî ïîòîêà ñîñòàâëÿëà 5 ã/ñ. Ñðåäíÿÿ øåðîõîâàòîñòü îáðàáîòàííîé ïîâåðõíîñòè áûëà ïðèìåðíî 3 ìêì. Ïîñëå ÏÎÏ îáðàçöû îòæèãàëèñü ïðè òåìïåðàòóðàõ 150, 250, 350, 500 è 600°Ñ 1 ÷ ñ ïîñëåäóþùèì îõëàæäåíèåì íà âîçäóõå. Ïåðåä èññëåäîâàíèåì îáðàçöû ïîëèðîâàëèñü ïîðîøêîì îêñèäà àëþìè- íèÿ (0,05 ìêì) è ïðîòðàâëèâàëèñü â ðàñòâîðå FeCl +HCl. ×àñòü îá- ðàçöîâ ïîäâåðãàëàñü ïàññèâàöèè â ðàñòâîðå 3,5% NaCl 24 ÷, ïîñ- ëå êîòîðîé íà ïîâåðõíîñòè ëàòóíè ôîðìèðóåòñÿ ïàññèâèðóþùèé ñëîé èç ZnO, CuCl è Cu2O [37]. Ñ ïîìîùüþ îïòè÷åñêîãî ìèêðîñêîïà óñòàíîâëåíî, ÷òî òîëùèíà ìîäèôèöèðîâàííîãî ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ñîñòàâëÿåò îêîëî 25 ìêì. Îäíàêî ýòîò ìåòîä íå ïîçâîëèë îïðåäåëèòü ðàçìåð çåðåí â îáðàçöå, îòîææåííîì ïîñëå ÏÎÏ ïðè 150°Ñ. Ñ ýòîé öåëüþ áûëà èñïîëüçîâàíà ïðîñâå÷èâàþùàÿ ýëåêòðîííàÿ ìèêðîñêîïèÿ. Íà ðèñ. 27, à è á ïðèâåäåíû ñâåòëîïîëüíûå è òåìíîïîëüíûå èçîáðà- æåíèÿ â ÏÝÌ äëÿ ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïðèïîâåðõíîñòíîé îáëàñ- òè. Íà ýòèõ ñíèìêàõ âèäíû óëüòðàòîíêèå ðàâíîîñíûå çåðíà, ñðåä- íèé ðàçìåð êîòîðûõ ñîñòàâëÿë îêîëî 20 íì. Äàííûå ýëåêòðîííî- ãðàôè÷åñêîãî àíàëèçà ïîêàçûâàþò, ÷òî òàêèå çåðíà èìåþò ñëó- ÷àéíóþ îðèåíòàöèþ (ðèñ. 27, à). Ïîñëå îòæèãà ïðè 250, 350, 500 è 600°Ñ ðàçìåð çåðåí ñóùåñòâåííî óâåëè÷èâàåòñÿ (òàáë. 4). Ñðåä- íèé ðàçìåð çåðåí ðàâåí 0,5, 6, 30 è 80 ìêì, ñîîòâåòñòâåííî. Äëÿ ñðàâíåíèÿ îòìåòèì, ÷òî ñðåäíèé ðàçìåð çåðíà ó íåîáðàáîòàííîãî Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 377 Ðèñ. 27. Ñâåòëîïîëüíîå (à) è òåìíîïîëüíîå (á) èçîáðàæåíèÿ íàíî- êðèñòàëëè÷åñêîãî ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ëàòóíè [36]. HV ç , % 150 20 342,1 31,4 250 500 241,4 24,7 250 1200 232,9 23,1 350 6000 177,7 20,6 25000 154,2 17,9 500 30000 127,5 17,3 600 80000 115,1 16,1 ÒÀÁËÈÖÀ 4. Ñðåäíèé ðàçìåð çåðíà, ìèêðîòâåðäîñòü è êîýôôèöèåíò äëÿ ðàçíûõ òåìïåðàòóð îòæèãà [36]. Òåìïåðàòóðà îòæèãà, °Ñ Ðàçìåð çåðíà, íì (ïîâåðõíîñòü) (15 ìêì îò ïîâåðõíîñòè) Èñõîäíûé îáðàçåö 378 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà îáðàçöà ñîñòàâëÿåò 25 ìêì. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ ìèêðîòâåðäîñòè îáðàáîòàííîé ïîâåðõíî- ñòè ïðè íàãðóçêå 30 ìÍ ïðèâåäåíû â òàáë. 4. Êàê âèäíî èç ýòîé òàáëèöû, îáðàçöû ïîñëå ÏÎÏ èìåþò òâåðäîñòü â òðè ðàçà âûøå, ÷åì â èñõîäíûõ îáðàçöàõ. Îöåíêè HV â çàâèñèìîñòè îò ñðåäíåãî ðàçìåðà çåðíà d ïîêàçàëè, ÷òî ýòà çàâèñèìîñòü ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíîé äëÿ d−1/2, îäíàêî, êàê âèäíî èç ðèñ. 28, èìåþòñÿ äâà ÷åòêèõ ó÷à- ñòêà íà ãðàôèêå HV ∼ d−1/2 ñ ðàçëè÷íûì óãëîì íàêëîíà ïðè d = 1,2 ìêì. Íèæå ýòîãî êðèòè÷åñêîãî ðàçìåðà ýôôåêòèâíîñòü óïðî÷íå- íèÿ ñ ïîâûøåíèåì ïëîòíîñòè ìåæçåðåííûõ ãðàíèö ñòàíîâèòñÿ ñëàáåå. Äðóãèìè ñëîâàìè, íàêëîí íà ãðàôèêå HV ∼ d−1/2 â íàíîñò- ðóêòóðíîì ðåãèîíå óìåíüøàåòñÿ. Ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ýòîò ýôôåêò îáóñëîâëåí ïîâûøåíèåì âåðîÿòíîñòè ñêîëüæåíèÿ ïî ãðà- íèöàì çåðåí, êîãäà ðàçìåðû çåðåí ñíèæàþòñÿ äî íàíîðàçìåðíîé âåëè÷èíû. Êàê âèäíî èç òàáë. 4, íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå óâåëè÷èâàåò óïðóãóþ õàðàêòåðèñòèêó η (ðèñ. 29). Ýòî îáúÿñ- íÿåòñÿ òåì, ÷òî ïðåäåë óïðóãîñòè èëè ïðåäåë òåêó÷åñòè ïîâûøà- þòñÿ, òàê êàê ãðàíèöû íàíîçåðåí ÿâëÿþòñÿ ïðåïÿòñòâèÿìè äâè- æåíèþ äèñëîêàöèé. Âåëè÷èíà η ïîâûøàåòñÿ äëÿ îáðàçöà ñ çåðíà- ìè â 20 íì ïðàêòè÷åñêè â äâà ðàçà ïî ñðàâíåíèþ ñ îáðàçöîì, îòîææåííîì ïðè 600°Ñ è èìåþùèì çåðíà äî 80 ìêì. Èñïûòàíèÿ íà èçíîñîñòîéêîñòü ïðîâîäèëîñü ìåòîäîì öàðàïàíüÿ àëìàçíîé èãëîé ïðè ïîñòîÿííîé íàãðóçêå. Øèðèíà è ãëóáèíà îá- ðàçóþùèõñÿ êàíàâîê õàðàêòåðèçóþò èçíîñîñòîéêîñòü ïîâåðõíîñò- íîãî ñëîÿ. Ðåçóëüòàòû òàêèõ èñïûòàíèé ïîêàçàëè, ÷òî íàèáîëåå óçêèå è ðåçêèå êàíàâêè ïîëó÷åíû äëÿ îáðàçöà, îòîææåííîãî ïðè 150°Ñ, òîãäà êàê áîëåå øèðîêèå è ãëóáîêèå êàíàâêè ïîëó÷åíû ïî- ñëå îòæèãà ïðè 600°Ñ. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè óâåëè÷åíèè ðàçìåðà çå- ðåí îò 20 íì äî 80 ìêì èçíîñîñòîéêîñòü ïîâåðõíîñòè ñóùåñòâåííî ñíèæàåòñÿ. Â ðàáîòå [36] èññëåäîâàíû òàêæå êîððîçèîííûå õàðàêòåðèñòè- êè ëàòóíè ïîñëå ÏÎÏ. Â õëîðèäíîé ñðåäå ëàòóíü ïðèîáðåòàåò ïàñ- ñèâíóþ ïîâåðõíîñòíóþ ïëåíêó, ñîñòîÿùóþ èç CuCl, ZnO è Cu2O [37–39]. Äëÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ñïëàâîâ î÷åíü âàæíî, ÷òîáû òàêàÿ ïëåíêà áûëà óñòîé÷èâîé ïî îòíîøåíèþ ê ýëåêòðîõèìè÷åñêèì ðå- àêöèÿì. Íà ðèñ. 30 ïðèâåäåíû ïîëÿðèçàöèîííûå êðèâûå â ïðî- öåññå èñïûòàíèÿ â 3,5% ðàñòâîðå NaCl, ïîëó÷åííûå äëÿ ëàòóíè ïîñëå ÏÎÏ. Èç äàííîãî ðèñóíêà âèäíî, ÷òî ÏÎÏ è îòæèã ïðè 150°Ñ óëó÷øàþò ïîëÿðèçàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè, â ÷àñòíîñòè, ïîâûøàþò ïîòåíöèàë êîððîçèè (Ecorr) è ñäâèãàþò êàê êàòîäíûå, òàê è àíîäíûå òîêè êîððîçèè â ñòîðîíó áîëåå íèçêèõ çíà÷åíèé. Ýòè äàííûå ñâèäåòåëüñòâóþò î ôîðìèðîâàíèè ïîâåðõíîñòíîé ïëåíêè ñ ëó÷øèìè çàùèòíûìè ñâîéñòâàìè äëÿ íàíîêðèñòàëëè÷å- ñêîé ïîâåðõíîñòè. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 379 Ðèñ. 28. Çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè îò ðàçìåðà çåðíà [36]. Ðèñ. 29. Çàâèñèìîñòü îòíîøåíèÿ óïðóãîé äåôîðìàöèîííîé ýíåðãèè ê îáùåé äåôîðìàöèîííîé ýíåðãèè (η) îò ðàçìåðà çåðåí [36]. 380 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà 3.2. ÍÅÐÆÀÂÅÞÙÀß ÑÒÀËÜ 304 Â ðàáîòå [40] èññëåäîâàëè ïðîìûøëåííóþ íåðæàâåþùóþ ñòàëü AISI 304 (âåñ.%: Ñ 0,08; Mn 2,0; Si 1,0; P 0,04; Cr 19,0; Ni 9,0). Ïîñëå ìåõàíè÷åñêîé ïîëèðîâêè îáðàçöû ïîäâåðãàëèñü ÏÎÏ ïî- ðîøêîì îêñèäà êðåìíèÿ (50–70 ìêì) ïîä äàâëåíèåì 200 êÏà ïîä óãëîì 90° â òå÷åíèå 10 ìèí. Ïîñëå îáðàáîòêè îáðàçöû ïîëèðîâà- ëèñü ïîðîøêîì îêñèäà àëþìèíèÿ äëÿ ñíÿòèÿ øåðîõîâàòîñòåé îò ïåñêîñòðóéíîé îáðàáîòêè, ïîñëå ÷åãî îòæèãàëèñü ïðè 350°Ñ 60 ìèí. Òèïè÷íàÿ èñõîäíàÿ ìèêðîñòðóêòóðà îáðàáîòàííîé ïîâåðõíîñòè ïðèâåäåíà íà ðèñ. 31. Ïî äàííûì ÏÝÌ òàêàÿ ïîâåðõíîñòü ñîäåð- æèò áîëüøîå êîëè÷åñòâî äèñëîêàöèé. Ïîñëå îòæèãà ïåðâîíà÷àëü- íî ñôîðìèðîâàííûå äèñëîêàöèîííûå ñåòêè èëè òîí÷àéøèå ñóá- çåðíà (∼ 20 íì) èçìåíÿþòñÿ äî íàíîðàçìåðíûõ çåðåí ñ ðåçêèìè ìåæçåðåííûìè ãðàíèöàìè. Îòæèã íå èçìåíÿåò ñóùåñòâåííî ðàç- ìåð íàíîçåðåí, íî ñóùåñòâåííî ñíèæàåò ïëîòíîñòü äèñëîêàöèé â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå. Ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà àíàëèçèðîâàëè ìåòîäîì íàíîèäåíòà- öèè, ò. å. âäàâëèâàíèåì àëìàçíîé ïèðàìèäû ïðè ðàçíûõ íàãðóç- êàõ (500, 200 è 100 ìÍ). Ñîîòâåòñòâóþùèå êðèâûå «íàãðóç- êà–ãëóáèíà» ïðèâåäåíû íà ðèñ. 32. Îáùàÿ çàêîíîìåðíîñòü ñîñòî- Ðèñ. 30. Ïîëÿðèçàöèîííûå êðèâûå äëÿ îáðàçöîâ, îòîææåííûõ ïðè ðàç- ëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ: 1—150, 2—250, 3—350, 4—500, 5—500°Ñ [36]. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 381 èò â òîì, ÷òî ÷åì ìåíüøå íàãðóçêà, òåì áîëüøå âåëè÷èíà ìèêðî- òâåðäîñòè. Îòíîøåíèå (η) ýíåðãèè îáðàòèìîé äåôîðìàöèè ê îá- ùåé ýíåðãèè äåôîðìàöèè ÿâëÿåòñÿ âêëàäîì óïðóãîñòè â äåôîðìà- öèþ [41]. Ïëîùàäü ïîä êðèâîé ðàçãðóçêè è ìàêñèìàëüíàÿ ãëóáè- íà ñîîòâåòñòâóþò ýíåðãèè îáðàòèìîé äåôîðìàöèè, òîãäà êàê ïëî- ùàäü ïîä êðèâîé íàãðóæåíèÿ è ìàêñèìàëüíàÿ ãëóáèíà ïðåäñòàâ- ëÿþò îáùóþ ýíåðãèþ äåôîðìàöèè. ×åì áîëüøå êîýôôèöèåíò η, òåì áîëüøå óïðóãîñòü ìàòåðèàëà. Â òàáë. 5 ïðåäñòàâëåíû çíà÷å- íèÿ ìàêñèìàëüíîé ãëóáèíû, îòíîøåíèÿ η è ìèêðîòâåðäîñòè äëÿ ðàçëè÷íûõ ñîñòîÿíèé ïîâåðõíîñòè è ðàçëè÷íîé íàãðóçêè. Âèäíî, ÷òî îáðàçåö ïîñëå ïåñêîñòðóéíîé îáðàáîòêè õàðàêòåðèçóåòñÿ íàè- Ðèñ. 31. Èçîáðàæåíèÿ â ÏÝÌ íåðæàâåþùåé ñòàëè AISI 304: à — ñâåòëî- ïîëüíîå, á — òåìíîïîëüíîå; ñ — ýëåêòðîííàÿ ìèêðîäèôðàêöèÿ [40]. 382 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà ìåíüøåé ãëóáèíîé ïðîíèêíîâåíèÿ èíäåíòîðà è íàèáîëüøèì çíà- ÷åíèåì îòíîøåíèÿ η, ò. å. îáëàäàåò ëó÷øèìè ïðî÷íîñòíûìè ñâîé- ñòâàìè ïî ñðàâíåíèþ ñ èñõîäíûì îáðàçöîì. Èçìåðåíèå ìèêðî- òâåðäîñòè (ïðè íàãðóçêå 500 ìÍ) íà ïîïåðå÷íûõ øëèôàõ ïîçâîëè- ëî îïðåäåëèòü òîëùèíó ñëîÿ, ìîäèôèöèðîâàííîãî ïåñêîñòðóéíîé îáðàáîòêîé (ðèñ. 33). Ìîæíî îòìåòèòü çíà÷èòåëüíîå óâåëè÷åíèå Ðèñ. 32. Êðèâûå íàãðóçêà-ãëóáèíà äëÿ ðàçíûõ íàãðóçîê: 100, 200 è 500 ìÍ, ñîîòâåòñòâåííî. à — èñõîäíûé îáðàçåö; á — ïîñëå ïåñêîñòðóéíîé îáðàáîòêè; â — ïîñëå ïåñêîñòðóéíîé îáðàáîòêè è îòæèãà [40]. ? ????? ???? ???????,? ?? ? ????? ?????? ???????, ? ?? η, % HV 100 200 500 1,126 1,719 2,980 10,94 10,41 8,86 222,4 198,8 183,9 100 200 500 0,745 1,162 2,072 23,90 24,98 24,86 543,4 494,9 468,2 100 200 500 0,707 1,156 1,888 26,72 31,73 26,27 626,1 566,9 573,3 ÒÀÁËÈÖÀ 5. Èçìåíåíèå ìèêðîòâåðäîñòè è ïàðàìåòðà η â ðåçóëüòàòå ïåñêîñòðóéíîé îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè íåðæàâåþùåé ñòàëè 304SS [40]. Ñîñòîÿíèå îáðàçöà Ìàêñèìàëüíàÿ íàãðóçêà, ìÍ Ìàêñèìàëüíàÿ ãëóáèíà, ìêì Äî îáðàáîòêè Ïîñëå ÏÎÏ Ïîñëå ÏÎÏ è îòæèãà Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 383 ìèêðîòâåðäîñòè â âåðõíèõ ñëîÿõ. Òîëùèíà ìîäèôèöèðîâàííîãî ñëîÿ ñîñòàâëÿåò, ïðèáëèçèòåëüíî, 70 ìêì. Êàê óæå îòìå÷àëîñü ðàíåå [42] èíòåíñèâíàÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äå- ôîðìàöèÿ àóñòåíèòíîé ñòàëè ìîæåò âûçâàòü ìàðòåíñèòíîå ïðå- âðàùåíèå, ÷òî îêàçûâàåò âëèÿíèå íà èçìåíåíèå ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ. Îäíàêî ïðè ýòîì òâåðäîñòü èçìåíÿåòñÿ îò 88–96 HB (àóñòå- íèò) äî 95–97 HB (ìàðòåíñèò). Ïîýòîìó íàáëþäàåìûé ðîñò ìèê- ðîòâåðäîñòè è îòíîøåíèÿ η ïîñëå ïåñêîñòðóéíîé îáðàáîòêè ìîæåò áûòü ñâÿçàí ñ ôîðìèðîâàíèåì íàíîêðèñòàëëè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ. Ñèëüíî ðàçâèòûå ãðàíèöû çåðåí áëîêèðóþò äâèæåíèå äèñëîêàöèé è ïîâûøàþò ïðåäåë òåêó÷åñòè. Îäíàêî ïîñëå òàêîé îáðàáîòêè áåç ïîñëåäóþùåãî îòæèãà îáðàçóþòñÿ òîëüêî äèñëîêàöèîííûå ñåòêè, ïðèâîäÿùèå ê ôîðìèðîâàíèþ ñóáçåðåí ñ äèôôóçíûìè ãðàíèöàìè. Â òàêîì ñîñòîÿíèè ìàòåðèàë åùå íå îáëàäàåò ìàêñèìàëüíûìè ìå- õàíè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè. Ïîñëåäíèå äîñòèãàþòñÿ òîëüêî ïîñëå îòæèãà, êîòîðûé ñïîñîáñòâóåò àííèãèëÿöèè äèñëîêàöèé è îáðàçî- âàíèþ áîëåå ðåçêèõ ìåæçåðåííûõ ãðàíèö è çíà÷èòåëüíîé ðàçîðè- åíòàöèè ìåæäó ñîñåäíèìè çåðíàìè. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ îêàçûâàåò âëèÿíèå íå òîëüêî íà óëó÷øåíèå ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê, íî è ñïî- ñîáñòâóåò ðîñòó êîððîçèîííîé ñòîéêîñòè. Íà ðèñ. 34 ïðèâåäåíû ïîòåíöèîñòàòè÷åñêèå ïîëÿðèçàöèîííûå êðèâûå â ðàñòâîðå 3,5% NaCl, ïîëó÷åííûå äëÿ èñõîäíîãî è îáðàáîòàííûõ îáðàçöîâ. Èç ýòèõ äàííûõ ñëåäóåò, ÷òî íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ è îòæèã ñóùåñò- Ðèñ. 33. Ïîñëîéíîå èçìåíåíèå ìèêðîòâåðäîñòè [40]. 384 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà âåííî óëó÷øàþò ïîëÿðèçàöèîííûå êðèâûå, î ÷åì ñâèäåòåëüñòâóåò ïîâûøåíèå ïîòåíöèàëà êîððîçèè è ñíèæåíèå êðèòè÷åñêîãî òîêà êîððîçèè. Óëó÷øåíèå êîððîçèîííûõ õàðàêòåðèñòèê ìîæíî ñâÿ- çàòü ñ äèôôóçèåé õðîìà ïî ðàçâèòûì ìåæçåðåííûì ãðàíèöàì â íàíîêðèñòàëëè÷åñêîì ñëîå, ÷òî ïðèâîäèò ê ôîðìèðîâàíèþ áîëåå áîãàòîãî õðîìîì ïàññèâèðóþùåãî ñëîÿ. Õàðàêòåðèñòèêè èçíîñà îïðåäåëÿëèñü ïóòåì öàðàïàíüÿ ïîâåðõ- íîñòè ïðè ðàçëè÷íûõ íàãðóçêàõ è îïðåäåëåíèè ïîòåðè âåñà ïîñëå ýòîãî. Â òàáë. 6 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû òàêèõ èñïûòàíèé. Èç ýòèõ äàííûõ âèäíî, ÷òî íàèëó÷øåå ñîïðîòèâëåíèå èçíîñó èìåþò îáðàç- öû, îòîææåííûå ïîñëå ïåñêîñòðóéíîé îáðàáîòêè. Ðèñ. 34. Ïîëÿðèçàöèîííûå êðèâûå äëÿ ðàçíûõ ñîñòîÿíèé îáðàçöîâ: 1 — îáðàáîòàííàÿ ïîâåðõíîñòü; 2 — èñõîäíîå ñîñòîÿíèå; 3 — îáðàáîòêà è îò- æèã [40]. ? ???????, ? ? ? ?????? ? ??????? ? ? ? ? ? ? ? ??? ?? 20 6,35 6,42 4,47 30 7,99 7,23 5,26 50 16,99 13,42 9,25 ÒÀÁËÈÖÀ 6. Ïîòåðÿ âåñà (×106 íì3) ïðè òðåíèè äî è ïîñëå ïîâåðõíîñò- íîé îáðàáîòêè íåðæàâåþùåé ñòàëè 304SS [40]. Íàãðóçêà, ìã Èñõîäíûé îáðàçåö ÏÎÏ ÏÎÏ è îòæèã Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 385 4. ÎÁÐÀÁÎÒÊÀ ÌÅÒÀËËÈ×ÅÑÊÎÉ ÙÅÒÊÎÉ Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ïóòåì îáðàáîòêè ïîâåðõ- íîñòè ìåòàëëè÷åñêîé ùåòêîé áûëà èññëåäîâàíà äëÿ ñëåäóþùèõ ìà- òåðèàëîâ [43, 44]: íèçêîóãëåðîäèñòàÿ ñòàëü ñ äîáàâêîé òèòàíà (õî- ëîäíîêàòàíàÿ è îòîææåííàÿ); íåðæàâåþùàÿ ñòàëü (JIS-SUS304, ïîñëå îòæèãà); àëþìèíèé 99,99% (õîëîäíîêàòàíûé); àëþìèíèé 99,5%(JIS-À1050-Í24); àëþìèíèé99%(JIS-À1100-Î); Al–4,5% Mg ñïëàâ (JIS-À5083-Î); Al–4% Cu ñïëàâ (õîëîäíîêàòàíûé); Cu–Zn ñïëàâ (JIS-Ñ2600-1/2Í) è Pb–1,5% Sn ñïëàâ (õîëîäíîêàòàíûé). Èñ- õîäíûé ðàçìåð çåðåí äëÿ ýòèõ ìàòåðèàëîâ ðàâåí 18, 15, 17, 17, 10, 15, 4, è 6 ìêì, ñîîòâåòñòâåííî. Îáðàáîòêà ïîâåðõíîñòåé ïðîèçâîäè- ëàñü âðàùàþùåéñÿ ìåòàëëè÷åñêîé ùåòêîé ñî ñêîðîñòüþ 12000 îáîð./ñ. ×èñëî ïðîâîëîê äèìåòðîì 0,3 ìì è äëèíîé 14 ìì ðàâíî 2500. Ùåòêà ïåðåìåùàëàñü âäîëü äâóõ ïðîäîëüíûõ íàïðàâëåíèé ñî ñêîðîñòüþ 18–35 ìì/ñ äëÿ âñåõ ìàòåðèàëîâ. Ïðèëîæåííîå äàâëå- íèå íà ùåòêó ñîñòàâëÿëî 3–5 êãñ äëÿ ñòàëè è ìåäíîãî ñïëàâà, 1–3 êãñ äëÿ àëþìèíèåâûõ ñïëàâîâ è 0,5 êãñ äëÿ Pb-ñïëàâà. ÏÝÌ èçîáðàæåíèÿ è ìèêðîäèôðàêöèîííûå êàðòèíû îáðàáîòàí- íîé ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ èç ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëîâ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 35. Âî âñåõ ñëó÷àÿõ íàáëþäàåòñÿ îáðàçîâàíèå ðàâíîîñíûõ íà- íîêðèñòàëëîâ. Ïî äàííûì ýëåêòðîííîé ìèêðîäèôðàêöèè íàíîêðè- ñòàëëû ÿâëÿþòñÿ ñèëüíî ðàçîðèåíòèðîâàíûìè îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà. Íà ðèñ. 36 ïðèâåäåíû ãèñòîãðàììû ðàñïðåäåëåíèÿ ðàçìåðà çåðåí â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå îáðàáîòàííûõ îáðàçöîâ. Êàê âèäíî èç ýòèõ äàííûõ, ðàçìåð çåðåí èçìåíÿåòñÿ îò 30 äî 400 íì â çàâèñè- ìîñòè îò ìàòåðèàëà. Áîëåå óçêèé äèàïàçîí òàêîãî ðàñïðåäåëåíèÿ õàðàêòåðåí äëÿ SUS304, 5083Al-O, Al–4% Cu è Cu–Zn ñïëàâà. Äëÿ 5-òè àëþìèíèåâûõ ñïëàâîâ ðàçíîãî ñîñòàâà ðàçìåð çåðåí óâåëè÷è- âàåòñÿ â ñëó÷àå áîëåå ÷èñòûõ ìåòàëëîâ. Ïî äàííûì ÏÝÌ òîëùèíà ìîäèôèöèðîâàííîãî ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ðàâíà îêîëî 20 ìêì. Íà áîëüøåé ãëóáèíå íàáëþäàåòñÿ îáû÷íàÿ êðóïíîçåðíèñòàÿ ìèêðî- ñòðóêòóðà, âêëþ÷àþùàÿ äèñëîêàöèîííóþ ñóáñòðóêòóðó. Ñ öåëüþ èñïûòàíèÿ ïðî÷íîñòíûõ õàðàêòåðèñòèê îáðàáîòêå ïîäâåðãàëèñü îáå ñòîðîíû ëåíòû è ðåãèñòðèðîâàëèñü êðèâûå çàâèñèìîñòè «äå- ôîðìàöèÿ–íàïðÿæåíèå» äëÿ ìàðêè 1100 Al. Àíàëèç ýòèõ êðèâûõ ïîêàçàë, ÷òî ïðåäåë ïðî÷íîñòè îáðàáîòàííîãî îáðàçöà ñîñòàâèë 53 ÌÏà, òîãäà êàê äëÿ èñõîäíîãî îáðàçöà ýòà âåëè÷èíà ðàâíà 36 ÌÏà. Åñëè ó÷åñòü, ÷òî îáúåì ìîäèôèöèðîâàííîé ïîâåðõíîñòíîé îáëàñòè (ïðè äâóõñòîðîííåé îáðàáîòêå) ñîñòàâëÿåò âñåãî 3% îò îá- ùåãî îáúåìà îáðàçöà, òî îöåíêà ïðåäåëà ïðî÷íîñòè ýòîé îáëàñòè äàåò âåëè÷èíó 602 ÌÏà. Äàííûå îöåíêè ñäåëàíû äëÿ óðîâíÿ äå- ôîðìàöèè 0,2%. Òàêèì îáðàçîì, îáðàáîòêà ïîâåðõíîñòè ùåòêàìè îáåñïå÷èâàåò ñóùåñòâåííîå óâåëè÷åíèå ïðî÷íîñòè êàê ïîâåðõíîñò- íîãî ñëîÿ, òàê è, áëàãîäàðÿ ýòîìó, âñåãî ìàòåðèàëà. 386 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Ðèñ. 35. Èçîáðàæåíèÿ â ÏÝÌ îáðàáîòàííîé ïîâåðõíîñòè ðàçëè÷íûõ ìà- òåðèàëîâ: à — IF ñòàëü; á — íåðæàâåþùàÿ ñòàëü AISI 304; â — 99,99% Al; ã — 1050 Al–Í24; ä — 1100 Al–Î; å — 5083 Al–Î; æ — Al–4%Cu; ç — OFHC–Cu–0,5 H; è — Cu–Zn–0,5 H; ê — Pb–1,5% Sn [43]. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 387 Ðèñ. 36. Ãèñòîãðàììà ðàñïðåäåëåíèÿ çåðåí ïî ðàçìåðàì äëÿ ðàçíûõ ìà- òåðèàëîâ: à — IF ñòàëü; á — 99,99% Al; â — 1050 Al–Î; ã — Al–4% Cu; ä — Cu–Zn–0,5 H [43]. 388 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà 5. ÏÎÂÅÐÕÍÎÑÒÍÀß ÍÀÍÎÊÐÈÑÒÀËËÈÇÀÖÈß ÆÅËÅÇÍÎÄÎÐÎÆÍÛÕ ÐÅËÜÑ Ïðè âçàèìîäåéñòâèè êîëåñ ñâåðõñêîðîñòíîãî ïîåçäà ñ ðåëüñàìè âîçíèêàåò ìíîãîêðàòíîå ëîêàëüíîå äàâëåíèå äî 1 ÃÏà. Â ðåçóëü- òàòå òðåíèÿ è ñäâèãîâûõ ñèë, à òàêæå ëîêàëüíîãî íàãðåâà, ïðîèñ- õîäèò çíà÷èòåëüíàÿ ñòðóêòóðíàÿ ïåðåñòðîéêà ìàòåðèàëà ðåëüñ è îáðàçóåòñÿ âîëíèñòàÿ êîíôèãóðàöèÿ ïîâåðõíîñòè æåëåçíîäîðîæ- íîãî ïîëîòíà ïðè äëèòåëüíîé ýêñïëóàòàöèè. Â ðàáîòå [45] âïåðâûå ñäåëàíà ïîïûòêà èññëåäîâàòü ìèêðîñòðó- êòóðó îáðàçöîâ, âûðåçàííûõ èç ðåëüñîâ ïîñëå èõ ýêñïëóàòàöèè â òå÷åíèå òðåõ ëåò. Ìàòåðèàëîì ðåëüñ ñëóæèëà ñòàëü ñ ñîäåðæà- íèåì óãëåðîäà îò 0,6 äî 0,8 âåñ.%, ëåãèðîâàííàÿ Mn (0,8–1,7 âåñ.%). Ïðåäåë ïðî÷íîñòè íà ðàçðûâ äëÿ äàííîãî ìàòåðèàëà áûë íå õóæå 880 ÌÏà/ìì2. Õàðàêòåðíîé îñîáåííîñòüþ ìàêðîðåëüåôà îòðàáîòàííîé ðåëüñû ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå âîëíèñòîé ìàêðîïîâåðõíîñòè. Òèïè÷íàÿ äëèíà âîëíû è åå àìïëèòóäà ñîñòàâëÿëè 32 ìì è 100 ìêì, ñîîòâåòñòâåí- íî. Íà ãðåáíå âîëíû ìàòåðèàë ïðåäñòàâëÿë ñîáîé, òàê íàçûâà- åìûé, ìåòàëëîãðàôè÷åñêèé áåëûé ñëîé òîëùèíîé äî 100 ìêì. Òà- êèå ñëîè õàðàêòåðèçóþòñÿ âûñîêîé òâåðäîñòüþ, õðóïêîñòüþ, ñêëîííîñòüþ ê òðåùèíîîáðàçîâàíèþ è îòñëàèâàíèþ [46–48]. Äîë- ãîå âðåìÿ ýòè ñëîè ñ÷èòàëèñü àìîðôíûìè, ïîñêîëüêó èñïîëüçóå- ìûå äëÿ èõ àíàëèçà ìåòîäû íå áûëè äîñòàòî÷íî ñòðóêòóðíî-÷óâ- ñòâèòåëüíûìè. Äî ñèõ ïîð ïðè÷èíîé ñòðóêòóðíûõ èçìåíåíèé â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ ðåëüñ â ïðîöåññå èõ ýêñïëóàòàöèè ñ÷èòàþò- ñÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíûå ôàçîâûå ïðåâðàùåíèÿ, ïðîòåêàþùèå â ðåçóëüòàòå èíòåíñèâíîãî ñêîëüæåíèÿ è òðåíèÿ ìåæäó êîëåñàìè è ðåëüñàìè. Ïðè íàãðåâå âûøå 700°Ñ â ìåñòå êîíòàêòà âîçìîæíî ôîðìèðîâàíèå àóñòåíèòà è ðàñòâîðåíèå êàðáèäîâ. Çàòåì, ïðè îò- ñóòñòâèè êîíòàêòà ìåæäó êîëåñîì è ðåëüñîì â ðåçóëüòàòå áûñòðî- ãî îõëàæäåíèÿ â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå èìååò ìåñòî ìàðòåíñèòíîå ïðåâðàùåíèå [46–48]. Îäíàêî â ðàáîòàõ [7, 50] îñïàðèâàåòñÿ âîç- ìîæíîñòü ïðîòåêàíèÿ ðàññìàòðèâàåìîãî ôàçîâîãî ïðåâðàùåíèÿ è ïðèâîäÿòñÿ äîêàçàòåëüñòâà òîãî, ÷òî îñíîâíîé ïðè÷èíîé ñèëüíîãî èçìåíåíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ ñâîéñòâ ìàòåðèàëà ðåëüñ ÿâëÿåòñÿ ôîð- ìèðîâàíèå òâåðäûõ íàíîñòðóêòóðíûõ ñëîåâ. Îïòè÷åñêàÿ ìèêðîñêîïèÿ ïîïåðå÷íûõ øëèôîâ ïîêàçûâàåò ïðèñóòñòâèå òðåõ ñòðóêòóðíûõ îáðàçîâàíèé ïî òîëùèíå îáðàçöà: 1) «áåëûé» ñëîé (äî 15 ìêì); 2) «êîðè÷íåâûé» ñëîé (äî 50 ìêì) è 3) èñõîäíàÿ ìàòðè÷íàÿ ìèêðîñòðóêòóðà â âèäå ïåðëèòà ñ ðàçëè- ÷íîé ñòåïåíüþ äåôîðìàöèè (äî 200 ìêì). Ïî äàííûì ÏÝÌ ñòðóêòóðà ñëîÿ òîëùèíîé äî 50 ìêì ïðåäñòà- âëÿåò ñîáîé ñèëüíîäåôîðìèðîâàííûé ïåðëèò ñ âûñîêîé ïëîòíî- ñòüþ äèñëîêàöèé. Ïîñëåäíèå ïî ãëóáèíå îáðàçöà èìåþò ñëåäóþ- Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 389 ùèå ïëîòíîñòè: 1,75×1012 ñì−2 (3000 ìêì); 8,25×1012 ñì−2 (500–1000 ìêì); 1013 ñì−2 (50 ìêì). Ñþäà íå âõîäÿò äèñëîêàöèè, ðàñïîëîæåííûå íà èíòåðôåéñå ïåðëèò–öåìåíòèò, à òàêæå äèñëî- êàöèîííûå îáëàêà, ôîðìèðóþùèå ñòåíêè ÿ÷åå÷íîé ñòðóêòóðû. Íà ãëóáèíå 50 ìêì äèñëîêàöèè ôîðìèðóþò ÿ÷åå÷íóþ ñòðóêòóðó ñ ðàññòîÿíèÿìè, ñðàâíèìûìè ñ ïðîìåæóòêàìè ìåæäó öåìåíòèòíû- ìè ïëàñòèíàìè, ò. å ïîðÿäêà 200–300 íì, è âûñîêîé ðàçîðèåíòà- öèåé ìåæäó ÿ÷åéêàìè (äî 100). Íà ðèñ. 37 ïðèâåäåíî èçîáðàæå- íèè â ÏÝÌ «áåëîãî» ñëîÿ äî 1 ìêì îò ïîâåðõíîñòè. Èçîáðàæåíèÿ êàê â áåëîì, òàê è â òåìíîì ñâåòå ïîêàçûâàþò íàëè÷èå íåîäíî- ðîäíîé ìèêðîñòðóêòóðû. Íàáëþäàþòñÿ îáëàñòè ñ ïîñòîÿííîé îðè- åíòàöèåé ðàçìåðàìè îò 20 äî 500 íì. Ãðàíèöû çåðåí èìåþò íåîä- íîðîäíûå ôîðìû è îêðóæåíû îáëàêîì äèñëîêàöèé. Ýëåêòðîííàÿ ìèêðîäèôðàêöèîííàÿ êàðòèíà ñîîòâåòñòâóåò îòðàæåíèÿì îò α-Fe è ñèëüíîé ðàçîðèåíòàöèè ìåæäó íàíîçåðíàìè. Êàðáèäíûå âûäå- ëåíèÿ íà äàííîé ãëóáèíå íå îáíàðóæåíû. Ïî äàííûì ðåíòãåíîñò- ðóêòóðíîãî àíàëèçà ðàçìåð íàíîçåðåí ðàâåí îêîëî 25 íì. Ñòðóêòóðíûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî òîëùèíà äåôîðìèðî- âàííîãî ñëîÿ ðåëüñ ñîñòàâëÿåò äî 3 ìì. Íàèáîëåå ñèëüíàÿ ïëàñòè- ÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ íàáëþäàåòñÿ ïî ãëóáèíå äî 500 ìêì îò ïî- âåðõíîñòè, ÷òî ñîïðîâîæäàåòñÿ îáðàçîâàíèåì ÿ÷åèñòîé äèñëîêà- öèîííîé ñòðóêòóðû. Íà ãëóáèíå áîëåå 50 ìêì ìèêðîñòðóêòóðà ïðåäñòàâëÿåò èç ñåáÿ ñèëüíî äåôîðìèðîâàííûé ïåðëèò ñ âûñîêîé ïëîòíîñòüþ äèñëîêàöèé íà èíòåðôåéñå ìåæäó ïåðëèòíûìè ïëà- ñòèíàìè è ìàòðèöåé. Ìèêðîñòðóêòóðà «áåëîãî» ñëîÿ ÿâëÿåòñÿ íå- îäíîðîäíîé ñ ðàçìåðîì çåðåí îò 25 äî 500 íì. Ãðàíèöû çåðåí ÿâ- ëÿþòñÿ íåðåãóëÿðíûìè è îêðóæåíû îáëàêàìè äèñëîêàöèé. Öå- ìåíòèòíûå ïëàñòèíû íå îáíàðóæåíû. Íàíîêðèñòàëëè÷åñêàÿ ôàçà èìååò áîëüøèé ïàðàìåòð ðåøåòêè, ñîîòâåòñòâóþùèé êîíöåíòðàöèè óãëåðîäà 0,26 âåñ.%. Îñòàâøàÿñÿ ÷àñòü óãëåðîäà (0,3%), âîçìîæíî, ñåãðåãèðîâàíà íà ãðàíèöàõ çå- ðåí è íà ÿäðàõ äèñëîêàöèé; èëè â âèäå ìàëûõ âûäåëåíèé ãðàôè- òà è ìàëûõ îñòàâøèõñÿ ÷àñòèö öåìåíòèòà. Ýôôåêò ðàñïàäà öåìåí- òèòà ïîä äåéñòâèåì èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè äîñòà- òî÷íî õîðîøî èçó÷åí [49, 51–53]. Â ñëó÷àå óñëîâèé òèïè÷íûõ äëÿ ýêñïëóàòàöèè ðåëüñ, òàêîé ðàñïàä âîçìîæåí è ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå òåìïåðàòóðû ñóùåñòâîâàíèÿ àóñòåíèòíîé ôàçû. Äâèæóùåé ñèëîé ýòîãî ïðîöåññà ÿâëÿåòñÿ ïðèñóòñòâèå âûñîêèõ íàïðÿæåíèé íà âûäåëåíèÿõ è âûñîêàÿ ñòåïåíü íåðàâíîâåñíîñòè íà ãðàíèöàõ ðàçäåëà öåìåíòèò–ôåððèò. Èçìåíåíèå ìèêðîòâåðäîñòè ïî ãëóáèíå îáðàçöà èç îòðàáîòàííî- ãî ðåëüñà ïðèâåäåíî íà ðèñ. 38. Òîëùèíà ñëîÿ ïðèìåðíî äî 1 ìêì èìååò òâåðäîñòü äî 14 ÃÏà. Ýòîò ñëîé èìååò íàíîêðèñòàëëè÷åñêóþ ñòðóêòóðó [57]. 390 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Ðèñ. 37. Èçîáðàæåíèÿ â ÏÝÌ «áåëîãî ñëîÿ» ðåëüñîâîé ñòàëè: à — ñâåò- ëîïîëüíîå èçîáðàæåíèå, á — òåìíîïîëüíîå èçîáðàæåíèå, â — äèôðàê- öèîííàÿ êàðòèíà [53]. Ðèñ. 38. Ïîñëîéíîå ðàñïðåäåëåíèå ìèêðîòâåðäîñòè [54]. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 391 6. ÓËÜÒÐÀÇÂÓÊÎÂÀß ÓÄÀÐÍÀß ÎÁÐÀÁÎÒÊÀ (ÓÇÓÎ) ÒÈÒÀÍÎÂÎÃÎ ÑÏËÀÂÀ ÂÒ22 Òðàäèöèîííûå ñïîñîáû èçìåëü÷åíèÿ ëèòîãî çåðíà â òèòàíîâûõ ñïëàâàõ áàçèðóþòñÿ íà ðàçëè÷íûõ ñî÷åòàíèÿõ ïðåäâàðèòåëüíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè è ïîñëåäóþùåé òåðìîîáðàáîòêè. Ïëà- ñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ñîçäàåò èñêàæåíèÿ ñòðóêòóðû, êîòîðûå îã- ðàíè÷èâàþò ðîñò êðèñòàëëîâ β-ôàçû. Ïîýòîìó ÷åì áîëüøå ñòåïåíü äåôîðìàöèè è íèæå òåìïåðàòóðà ñèëîâîãî âîçäåéñòâèÿ, òåì ìåíü- øå ðàçìåðû α- è β-ôàç, îáðàçóþùèõñÿ â ïðîöåññå òåðìîîáðàáîòêè. Òàêèì îáðàçîì, ýôôåêòèâíîå óïðî÷íåíèå, âûñîêèå ïðî÷íîñò- íûå è ïëàñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ìîæíî ïîëó÷èòü ïðè êîìáè- íèðîâàííîì ìåõàíèêî-òåðìè÷åñêîì âîçäåéñòâèè íà ñïëàâû òèòà- íà ïî ðåæèìàì, ïðèâîäÿùèì ê ôîðìèðîâàíèþ âûñîêîäèñïåðñíûõ ñòðóêòóð ñ îïòèìàëüíûì ðàñïðåäåëåíèåì âûäåëÿþùèõñÿ ôàç. Ýòè ïîëîæåíèÿ íàøëè ñâîå âîïëîùåíèå â ñîçäàíèè ðàçëè÷íûõ ñïîñî- áîâ ìåõàíèêî-òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè òèòàíîâûõ ñïëàâîâ, â òîì ÷èñëå ñïëàâîâ ñ ìåòàñòàáèëüíîé β-ôàçîé. Áûëè ðàçðàáîòàíû ñïå- öèàëüíûå ðåæèìû òåðìîïëàñòè÷åñêîé îáðàáîòêè ñïëàâîâ, ñî÷åòà- þùèå ýôôåêòû äåôîðìàöèîííîãî ñòàðåíèÿ ñ ñóáñòðóêòóðíûì óï- ðî÷íåíèåì ïî ìåõàíèçìó ïîëèãîíèçàöèè [58]. Íàëîæåíèå äîïîë- íèòåëüíîãî ýôôåêòà ïîëèãîíèçàöèè ñòàáèëèçèðóåò âûñîêîïðî÷- íîå ñîñòîÿíèå ñïëàâîâ è ñïîñîáñòâóåò ñîõðàíåíèþ ïîâûøåííîé ïëàñòè÷íîñòè. Ïðåäâàðèòåëüíàÿ õîëîäíàÿ äåôîðìàöèÿ ñóùåñòâåí- íî âëèÿåò íà õîä ñòðóêòóðíûõ ïðåâðàùåíèé ïðè òåðìè÷åñêîé îá- ðàáîòêå ìåòàñòàáèëüíîé β-ôàçû. Îäíèì èç ìåñò ïðåèìóùåñòâåííî- ãî çàðîæäåíèÿ α-ôàçû ïðè ðàñïàäå β-ôàçû ÿâëÿþòñÿ äèñëîêàöèè. Íàëè÷èå âûñîêîé ïëîòíîñòè äèñëîêàöèé â äåôîðìèðîâàííîì ñïëàâå òèòàíà çíà÷èòåëüíî ñîêðàùàåò âðåìÿ äîñòèæåíèÿ îïðåäå- ëåííîãî óðîâíÿ ïðî÷íîñòè. Ïðèìåíåíèå âûñîêî÷àñòîòíîé óäàðíîé äåôîðìàöèè âìåñòî ïðîêàòêè èëè äðóãîãî âèäà õîëîäíîé îáðàáîò- êè ìîæåò çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èòü ýôôåêò óïðî÷íåíèÿ ïîâåðõíîñòè [59]. Ýòî ìîæåò áûòü ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ïðè êàæäîì íîâîì óäàðå ñêîëüæåíèå ìîæåò ïðîèñõîäèòü ïî äðóãèì ïëîñêîñòÿì ñäâèãà è ñóáñòðóêòóðà èçìåëü÷àåòñÿ [58]. Ñ öåëüþ óâåëè÷åíèÿ ïîâåðõíîñòíîé òâåðäîñòè è äîëãîâå÷íîñòè âûñîêîïðî÷íûõ òèòàíîâûõ ñïëàâîâ ðàçðàáîòàí ñïîñîá ïîâåðõíîñò- íîãî óïðî÷íåíèÿ äåòàëåé, ðàáîòàþùèõ â óñëîâèÿõ èçíîñà è öèê- ëè÷åñêèõ íàãðóçîê [60]. Äëÿ èññëåäîâàíèé áûë âûáðàí ñïëàâ ÂÒ22, îòíîñÿùèéñÿ ê (α + β)-ñïëàâàì ïåðåõîäíîãî òèïà ñ âûñîêèì ñîäåðæàíèåì β-ñòàáèëèçàòîðîâ. Ïðè çàêàëêå òàêèõ ñïëàâîâ îáðà- çóåòñÿ òâåðäûé ðàñòâîð ñî çíà÷èòåëüíûì êîëè÷åñòâîì β-ôàçû. Îí îáëàäàåò ïîíèæåííîé òâåðäîñòüþ è âûñîêîé ïëàñòè÷íîñòüþ. Ýòî ñ îäíîé ñòîðîíû îáëåã÷àåò ìåõàíè÷åñêóþ îáðàáîòêó ñïëàâà, à ñ äðó- ãîéäàåòâîçìîæíîñòüïîëó÷àòüáîëüøóþãëóáèíóèñòåïåíüíàêëåïà. 392 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà Â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå ïîñëå ÓÇÓÎ çíà÷èòåëüíî âîçðàñòàåò ïëîò- íîñòü äåôåêòîâ, ÿâëÿþùèõñÿ öåíòðàìè çàðîæäåíèÿ íîâûõ ôàç. Îáðàçöû èç ñïëàâà ÂÒ22 íàãðåâàëè â âàêóóìå äî 1123 Ê è âû- äåðæèâàëè ïðè ýòîé òåìïåðàòóðå 1 ÷, à çàòåì çàêàëèâàëè ñî ñêî- ðîñòüþ íå ìåíåå 10 ãðàä/ñ â âîäó. Â ðåçóëüòàòå çàêàëêè ìèêðî- òâåðäîñòü ñíèæàëàñü ñ 40000 äî 3200 ÌÏà çà ñ÷åò ôèêñàöèè áî- ëåå ïëàñòè÷íîé β-ôàçû. Çàòåì êîíòðîëüíûå îáðàçöû íàêëåïûâàëè ñ ïîìîùüþ óëüòðàçâóêà ïî îïòèìàëüíîìó ðåæèìó äî íàñûùåíèÿ çíà÷åíèé ìèêðîòâåðäîñòè. Äëÿ óïðî÷íåíèÿ ïîâåðõíîñòè èñïîëü- çîâàëàñü ñõåìà ñî ñâîáîäíûì öèëèíäðè÷åñêèì áîéêîì, êîëåáëþ- ùèìñÿ â çàçîðå 0,1 ìì ìåæäó ïîâåðõíîñòüþ îáðàçöà è òîðöîì óëüòðàçâóêîâîãî èçëó÷àòåëÿ. Àìïëèòóäà óëüòðàçâóêîâûõ êîëåáà- íèé òîðöà áûëà ïîñòîÿííîé è ñîñòàâëÿëà 30 ìêì. Óïðî÷íåííûå îáðàçöû âûäåðæèâàëè ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòó- ðàõ îò 373 äî 973 Ê â òå÷åíèå 0,5 ÷. Äëÿ ñðàâíåíèÿ ñòàðåíèþ ïîä- âåðãàëèñü òàêæå îáðàçöû, ïðîøåäøèå ñòàíäàðòíóþ òåðìîîáðàáîò- êó è íàêëåïàííûå äðîáüþ, à òàêæå óïðî÷íåííûå ñ ïîìîùüþ óëüò- ðàçâóêà è äåôîðìèðîâàííûå êîâêîé íà 60% ïîñëå çàêàëêè. Çàòåì èçìåðÿëàñü ìèêðîòâåðäîñòü îáðàçöîâ. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðèâåäåíû íà ðèñ. 39. Ñòàðåíèå îáðàç- öîâ, ïîäâåðãøèõñÿ óïðî÷íåíèþ äðîáüþ ïîñëå ñòàíäàðòíîé îáðà- áîòêè, ïðàêòè÷åñêè íå âëèÿåò íà ìèêðîòâåðäîñòü. Â òî æå âðåìÿ Ðèñ. 39. Çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè îò òåìïåðàòóðû ñòàðåíèÿ ÂÒ22 äëÿ îáðàçöîâ ñ ðàçëè÷íûì èñõîäíûì ñîñòîÿíèåì: 1 — ñòàíäàðòíàÿ òåð- ìîîáðàáîòêà + äðîáåñòðóéíûé íàêëåï; 2 — çàêàëêà + ÓÇÓÎ + ñòàðåíèå; 3 — õîëîäíàÿ äåôîðìàöèÿ ε = 60% è ñòàðåíèå; 4 — çàêàëêà è ñòàðåíèå. Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 393 â çàêàëåííûõ è îáðàáîòàííûõ ñ ïîìîùüþ óëüòðàçâóêà îáðàçöàõ ìèêðîòâåðäîñòü ñóùåñòâåííî âîçðàñòàåò ïîñëå ñòàðåíèÿ â èíòåð- âàëå òåìïåðàòóð 723–823 Ê. Ïðè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ìè- êðîòâåðäîñòü âî âñåõ ñëó÷àÿõ óìåíüøàåòñÿ. Âûäåðæêà ïðè òåìïå- ðàòóðå 773 Ê çàêàëåííûõ îáðàçöîâ â òå÷åíèå 0,5 ÷, òàêæå ïðèâî- äèò ê ðîñòó ìèêðîòâåðäîñòè, êîòîðàÿ äîñòèãàåò âåëè÷èíû 5,0 ÃÏà. Õîëîäíàÿ äåôîðìàöèÿ çàêàëåííûõ îáðàçöîâ êîâêîé íà 60% è ïîñëåäóþùåå ñòàðåíèå òàêæå äàþò ïðèðîñò ìèêðîòâåðäîñòè, îä- íàêî îíà íå äîñòèãàåò çíà÷åíèé, ïîëó÷åííûõ ïîñëå çàêàëêè, ÓÇÓÎ è ñòàðåíèÿ. Íà ðèñ. 40 ïðèâåäåíû ýëåêòðîííî-ìèêðîñêîïè÷åñêèå ñíèìêè Ðèñ. 40. Ìèêðîñòðóêòóðà ñïëàâà ÂÒ22 ïîñëå ðàçëè÷íûõ ðåæèìîâ òåðìî- ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè: à — ïîñëå çàêàëêè 1173Ê â âîäó; á — çàêàëêà è ñòàðåíèå 773 Ê; â — çàêàëêà, ÓÇÓÎ è ñòàðåíèå 773 Ê; ã — çàêàëêà, ÓÇÓÎ è ñòàðåíèå 973Ê. 394 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà ñïëàâà ÂÒ22 ïîñëå ðàçëè÷íûõ îáðàáîòîê. Ñðàçó ïîñëå çàêàëêè â ñòðóêòóðå íàáëþäàþòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî ïëàñòèíû β-ôàçû òîë- ùèíîé 0,5 ìêì (ðèñ. 40, à). Ñòàðåíèå çàêàëåííûõ îáðàçöîâ (ðèñ. 40, á) èçìåëü÷àåò ñòðóêòóðó, îäíàêî íà ïðàêòèêå òàêîé ñïîñîá ïðèìåíÿåòñÿ ðåäêî, ò. ê. ïðè ýòîì îáðàçóþòñÿ ìàðòåíñèòíûå ôà- çû ω, α′, êîòîðûå ïðèâîäÿò ê îõðóï÷èâàíèþ òèòàíîâûõ ñïëàâîâ. Ïîýòîìó â ïðîìûøëåííûõ òåõíîëîãèÿõ ïåðåä óëüòðàçâóêîâîé îá- ðàáîòêîé ñëåäóåò çàêàëèâàòü íå âñþ äåòàëü, à òîëüêî åå òîíêèé ïîâåðõíîñòíûé ñëîé òîëùèíîé äî 0,1 ìì. Ñòàðåíèå ïðè 773 Ê çà- êàëåííûõ è îáðàáîòàííûõ ñ ïîìîùüþ óëüòðàçâóêà îáðàçöîâ ïðè- âîäèò ê ñîçäàíèþ â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå âåñüìà ìåëêîäèñïåðñíîé ñòðóêòóðû ñ ïîâûøåííîé ìèêðîòâåðäîñòüþ (ðèñ. 40, â). Òîëùèíà ýòîãî ñëîÿ íå ïðåâûøàåò 50 ìêì è ïîä íèì ñòðóêòóðà óæå áîëåå êðóïíîçåðíèñòàÿ, ñîñòîÿùàÿ èç ïëàñòèíîê α- è β-ôàç. Ìèêðîäèô- ðàêöèîííàÿ êàðòèíà ýòîé ñòðóêòóðû ïîêàçûâàåò íàëè÷èå êðè- ñòàëëèòîâ. Óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû âûäåðæêè äî 973 Ê ñïîñîá- ñòâóåò óêðóïíåíèþ ñòðóêòóðíûõ ñîñòàâëÿþùèõ, ÷òî âèäíî èç ìè- êðîôîòîãðàôèè íà ðèñ. 40, ã. Ñîîòâåòñòâåííî ýòîìó ñíèæàåòñÿ è ìèêðîòâåðäîñòü ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ îáðàçöîâ ÂÒ22 (ðèñ. 39). Â äàííîì ñïîñîáå ñòàðåíèå ïðîèñõîäèò ïîñëå ïîâåðõíîñòíîãî íàêëåïà çàêàëåííûõ îáðàçöîâ. Òàêóþ îáðàáîòêó ìîæíî ïðèìå- íèòü è äëÿ äðóãèõ ñïëàâîâ òèòàíà, ïðè çàêàëêå êîòîðûõ ôèêñè- ðóåòñÿ áîëåå 50% ìåòàñòàáèëüíîé β-ôàçû. Âûñîêàÿ ñòåïåíü ïëà- ñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ïðè ÓÇÓÎ ïîçâîëÿåò óñêîðèòü ðàñïàä β-ôàçû è ñîêðàòèòü âðåìÿ ñòàðåíèÿ, ÷òî äàåò âîç- ìîæíîñòü óâåëè÷èòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïðè îäíîâðåìåííîì ðîñ- òå ñðîêà ñëóæáû îòâåòñòâåííûõ äåòàëåé. 7. ÑÒÐÓÊÒÓÐÍÛÉ ÌÅÕÀÍÈÇÌ ÏÎÂÅÐÕÍÎÑÒÍÎÉ ÍÀÍÎÊÐÈÑÒÀËËÈÇÀÖÈÈ Ïîíèìàíèå ìåõàíèçìà ïðîòåêàíèÿ ïðîöåññà íàíîêðèñòàëëèçàöèè ïðè ïîâåðõíîñòíîé ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêå (ÏÌÎ) íåîáõîäèìî äëÿ ðàçðàáîòêè îïòèìàëüíûõ ðåæèìîâ òåõíîëîãèè òàêîé îáðàáîò- êè. Ïî àíàëîãèè ñ èçìåëü÷åíèåì çåðåí ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîð- ìàöèè â ìàññèâíûõ ìåòàëëàõ, ôîðìèðîâàíèå çåðåí íàíîðàçìåðíî- ãî äèàïàçîíà ïðè ÏÌÎ òàêæå ñâÿçàíî ñ àêòèâíîñòüþ äèñëîêàöèé è ðàçâèòèåì íîâûõ ìåæçåðåííûõ ãðàíèö [5, 18, 19, 22, 23, 43]. Õàðàêòåð ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè è ïîäâèæíîñòü äèñëîêàöèé â ìåòàëëàõ ñèëüíî çàâèñÿò îò èõ êðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû è ýíåðãèè äåôåêòîâ óïàêîâêè. Íàïðèìåð, â ìåòàëëàõ ñ âûñîêîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïàêîâêè ôîðìèðóþùèåñÿ äèñëîêàöèîííûå ñòåíêè è ÿ÷åéêè ñîçäàþò íîâûå ãðàíèöû â ïðåäåëàõ êðóïíûõ çå- ðåí. Â ñëó÷àå ìåòàëëîâ ñ íèçêîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïàêîâêè ìå- õàíèçì ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ìîæåò îïðåäåëÿòñÿ êàê ñêîëü- Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 395 æåíèåì äèñëîêàöèé, òàê è ìåõàíè÷åñêèì äâîéíèêîâàíèåì (îñî- áåííî, ïðè âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ äåôîðìàöèè è/èëè ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ äåôîðìàöèè) [54]. Íèæå ðàññìîòðåíû òðè òèïè÷íûõ ïðèìåðà ìåòàëëîâ ñ ðàçëè÷- íûìè êðèñòàëëè÷åñêèìè ðåøåòêàìè è ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïàêîâ- êè äëÿ äåìîíñòðàöèè ïðîöåññîâ íàíîêðèñòàëëèçàöèè â ïîâåðõíî- ñòíûõ ñëîÿõ ïðè ÏÌÎ. Fe ÿâëÿåòñÿ òèïè÷íûì ÎÖÊ-ìåòàëëîì ñ äîñòàòî÷íî âûñîêîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïàêîâêè γ (îêîëî 200 ìÄæ/ì2). Ïîñëå ÌÏÎ â ÷èñòîì Fe îáðàçóþòñÿ ñâåðõòîíêèå çåðíà ðàçìåðîì îêîëî 10 íì (ðèñ. 4) [17]. Ðàçìåð çåðåí óâåëè÷èâàåòñÿ ïî ãëóáèíå îò 10 íì äî íåñêîëüêèõ ìèêðîìåòðîâ ïðè òîëùèíå ñëîÿ îêîëî 60 ìêì. Èññëå- äîâàíèÿ â ïðîñâå÷èâàþùåì ýëåêòðîííîì ìèêðîñêîïå ïîïåðå÷íûõ ñå÷åíèé îáðàáîòàííûõ îáðàçöîâ ïîäòâåðæäàþò ôîðìèðîâàíèå íà- íîêðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû íåïîñðåäñòâåííî ïîñëå ÏÌÎ è ïî- çâîëÿþò ñäåëàòü ðÿä çàêëþ÷åíèé îá ýëåìåíòàðíûõ ïðîöåññàõ ñà- ìî-íàíîêðèñòàëëèçàöèè â ìåòàëëàõ ñ âûñîêîé γ [17]. 1. Ðàçâèòèå ïëîòíûõ äèñëîêàöèîííûõ ñòåíîê (ÏÄÑ) è äèñëîêàöè- îííûõ ïåòåëü (ÄÏ). Ðåëàêñàöèÿ ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè îñóùå- ñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò ïîäâèæíîñòè äèñëîêàöèé, êîòîðàÿ ïðèâîäèò ê ôîðìèðîâàíèþ â èñõîäíûõ êðóïíûõ çåðíàõ ÏÄÑ âäîëü (110) ïëî- ñêîñòåé ñêîëüæåíèÿ, à òàêæå ñëó÷àéíûõ ÄÏ â íåêîòîðûõ çåðíàõ (â çàâèñèìîñòè îò îðèåíòàöèè çåðåí). Ðàçâèòèå íîâûõ äèñëîêàöè- îííûõ êîíôèãóðàöèé îáóñëàâëèâàåò îáðàçîâàíèå â ñóáçîíàõ íî- âûõ çåðåí ïóòåì ôîðìèðîâàíèÿ äèñëîêàöèîííûõ ÿ÷ååê, ïðåäâà- ðèòåëüíî ðàçäåëåííûõ ÏÄÑ è ÄÏ. Ïîâòîðÿþùèåñÿ óäàðû î ïî- âåðõíîñòü ïîä ðàçíûìè óãëàìè ìîãóò ïðèâåñòè ê èçìåíåíèþ ñèñ- òåìû ñêîëüæåíèÿ ñ òðàåêòîðèåé äåôîðìàöèè äàæå âíóòðè îäíîãî è òîãî æå çåðíà. Äèñëîêàöèè âçàèìîäåéñòâóþò íå òîëüêî ñ äðóãè- ìè äèñëîêàöèÿìè â òåêóùåé àêòèâíîé ñèñòåìå ñêîëüæåíèÿ, íî è ñ äèñëîêàöèÿìè, âîçíèêøèìè â ðåçóëüòàòå ïðåäûäóùåé äåôîðìà- öèè. 2. Ïðåâðàùåíèå ÏÄÑ è ÄÏ â ñóáãðàíèöû ñ ìàëûìè ðàçîðèåíòà- öèÿìè. Îáðàçîâàíèå ñóáçåðåííûõ ãðàíèö âíóòðè èñõîäíûõ çåðåí ÿâëÿåòñÿ ðåçóëüòàòîì ðàçâèòèÿ ÏÄÑ è ÄÏ çà ñ÷åò àêêóìóëÿöèè âñå áîëüøåãî è áîëüøåãî êîëè÷åñòâà äèñëîêàöèé â ïðîöåññå ðîñ- òà äåôîðìàöèè. Ïðè îïðåäåëåííîì óðîâíå äåôîðìàöèè äëÿ ìèíè- ìèçàöèè îáùåé ýíåðãèè ñèñòåìû äèñëîêàöèè àííèãèëèðóþò è ïå- ðåñòðàèâàþòñÿ âíóòðè ÏÄÑ è ÄÏ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî îíè ïðåâðà- ùàþòñÿ â ñóáãðàíèöû, ðàçäåëÿÿ îòäåëüíûå ÿ÷åéêè. Òàêèå ñóáãðà- íèöû èìåþò ìàëûå óãëû ðàçîðèåíòàöèè (íåñêîëüêî ãðàäóñîâ), ò. å. ÿâëÿþòñÿ ìàëîóãëîâûìè ìåæçåðåííûìè ãðàíèöàìè. 3. Ýâîëþöèÿ ñóáçåðåí â çåðåíà ñ ñèëüíî ðàçîðèåíòèðîâàííûìè ãðàíèöàìè. Ïðè äàëüíåéøåì ðîñòå óðîâíÿ äåôîðìàöèè ðàñòåò ÷è- ñëî äèñëîêàöèé, êîòîðûå àííèãèëèðóþò íà ñóáãðàíèöàõ, ïîñòåïåí- 396 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà íî ïîâûøàÿ èõ ýíåðãèþ è ðàçîðèåíòàöèþ. Îðèåíòàöèè çåðåí ïî îòíîøåíèþ ê èõ ñîñåäíèì çåðíàì ñòàíîâÿòñÿ ñîâåðøåííî ñëó÷àé- íûìè, ÷òî ïðèâîäèò ê ôîðìèðîâàíèþ âûñîêîóãëîâûõ ãðàíèö çå- ðåí. Óñèëåíèå ðàçîðèåíòàöèè ìåæäó ñîñåäíèìè çåðíàìè ìîæåò áûòü âûçâàíî àêêóìóëÿöèåé áîëüøåãî ÷èñëà äèñëîêàöèé ñ ðàçëè- ÷íûìè âåêòîðàìè Áþðãåðñà, èëè, àëüòåðíàòèâíî, ïîâîðîòàìè çå- ðåí (èëè ñêîëüæåíèåì ìåæçåðåííûõ ãðàíèö) îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà ïðè îïðåäåëåííîì óðîâíå äåôîðìàöèè. Ïîâîðîò ãðàíèö ñòà- íîâèòñÿ áîëåå âåðîÿòíûì ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ ðàçìåðà çåðåí â ñî- îòâåòñòâèè ñ èçâåñòíîé ðàçìåðíîé çàâèñèìîñòüþ [55]. Ïðè äàëü- íåéøåé äåôîðìàöèè îïèñàííûé ïðîöåññ èçìåëü÷åíèÿ çåðåí ïðî- äîëæàåò ðàçâèâàòüñÿ óæå â íîâûõ ñóáçåðíàõ, îáåñïå÷èâàÿ òàêèì îáðàçîì äàëüíåéøåå óìåíüøåíèå ðàçìåðà çåðåí. Ýòîò ïðîöåññ ïðî- äîëæàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íå íàñòóïèò ðàâíîâåñèå ìåæäó ñêîðî- ñòüþ ãåíåðàöèè íîâûõ âàêàíñèé è ñêîðîñòüþ èõ àííèãèëÿöèè. Â ýòîì ñëó÷àå äàëüíåéøåå ïîâûøåíèå óðîâíÿ äåôîðìàöèè íå ïðèâî- äèò ê ïðîöåññó èçìåëü÷åíèÿ è ðàçìåð çåðåí îñòàåòñÿ íåèçìåííûì. Â Al ñ âûñîêîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïàêîâêè ïîñëå ÏÌÎ ïðåä- ïîëàãàåòñÿ àíàëîãè÷íûé ìåõàíèçì íàíîêðèñòàëëèçàöèè [18, 22, 23, 43]. Íåðæàâåþùàÿ ñòàëü AISI 304 èìååò àóñòåíèòíóþ ÃÖÊ- ñòðóêòóðó ñ î÷åíü íèçêîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïàêîâêè (17 ìÄæ/ì2). Áëàãîäàðÿ ïîñëåäíåìó ôàêòîðó ïîâåäåíèå äèñëîêàöèé â ýòîì ìàòåðèàëå ïðè äåôîðìàöèè ñóùåñòâåííî îòëè÷àåòñÿ îò óêà- çàííûõ âûøå äâóõ ìåòàëëîâ. Â ýòîì ñëó÷àå ìåõàíèçì ñàìî-íàíî- êðèñòàëëèçàöèè ìîæíî ïðåäñòàâèòü ñëåäóþùèì îáðàçîì [12, 19]. 1. Ôîðìèðîâàíèå ïëàíàðíîé äèñëîêàöèîííîé ñòðóêòóðû è äâîéíèêîâ. Äèñëîêàöèè, âûçâàííûå äåôîðìàöèåé, â àóñòåíèòíîé ôàçå ñêîëüçÿò â ïëîñêîñòÿõ {111}, ôîðìèðóÿ ðåãóëÿðíûå äèñëîêà- öèîííûå ñåòêè, âìåñòî íåðåãóëÿðíûõ äèñëîêàöèîííûõ ÿ÷ååê (êàê â ÃÖÊ-Al-ñïëàâå) èëè ïëîòíûõ äèñëîêàöèîííûõ ñòåíîê (êàê â ÎÖÊ-æåëåçå). Ýòî ñâÿçàíî ñ íèçêîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïàêîâêè â äàííîé íåðæàâåþùåé ñòàëè. Äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ äèñëîêàöèîí- íûõ ÿ÷ååê â ìåòàëëàõ ñ âûñîêîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïàêîâêè íå- îáõîäèìî ñêîëüæåíèå â ïåðåñåêàþùèõñÿ ïëîñêîñòÿõ, ò. å. ïîïåðå- ÷íîå ñêîëüæåíèå. Â ÃÖÊ-ìåòàëëàõ ïîïåðå÷íîå ñêîëüæåíèå îáåñ- ïå÷èâàåòñÿ ïåðåìåùåíèåì ÷àñòè÷íûõ äèñëîêàöèé â èõ èñõîäíûõ ïëîñêîñòÿõ ñêîëüæåíèÿ è èõ ïîñëåäóþùåå ðàñïðîñòðàíåíèå íà ïåðåñåêàþùèõñÿ ïëîñêîñòÿõ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, â ìåòàëëàõ ñ íèç- êîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïàêîâêè èìååò ìåñòî çíà÷èòåëüíîå ðàñ- ñëîåíèå ìåæäó ÷àñòè÷íûìè äèñëîêàöèÿìè, ÷òî íå ïîçâîëÿåò äèñ- ëîêàöèÿì îñóùåñòâëÿòü ïîïåðå÷íîå ñêîëüæåíèå. Â ýòîì ñëó÷àå äèñëîêàöèè âûñòðàèâàþòñÿ ñàìè â ïëîñêèå ÿ÷åéêè â èñõîäíûõ ïëîñêîñòÿõ ñêîëüæåíèÿ {111}. Äðóãîé ìåõàíèçì çàâåðøåíèÿ ñêîëüæåíèÿ äèñëîêàöèé ñâÿçàí ñ ïðîöåññîì äâîéíèêîâàíèÿ. Ýòîò ìåõàíèçì ÿâëÿåòñÿ äîìèíèðóþ- Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 397 ùèì â áîëüøèíñòâå ïëàñòè÷åñêè äåôîðìèðóåìûõ ìåòàëëàõ, õàðàê- òåðèçóþùèõñÿ ñðåäíèìè è íèçêèìè çíà÷åíèÿìè ýíåðãèè äåôåêòîâ óïàêîâêè. Ê òàêèì ìàòåðèàëàì îòíîñèòñÿ è íåðæàâåþùàÿ ñòàëü. 2. Äåëåíèå çåðåí â ðåçóëüòàòå äâîéíèêîâàíèÿ è ìàðòåíñèò- íîãî ïðåâðàùåíèÿ. Îáðàçîâàíèå ìåõàíè÷åñêèõ äâîéíèêîâ ïðèâî- äèò ê ôîðìèðîâàíèþ äâîéíèêîâûõ ãðàíèö â äåôîðìèðîâàííûõ çåðíàõ. Òàêèå ãðàíèöû èìåþò áîëüøèå óãëû ñîãëàñîâàíèÿ è ïðè- âîäÿò ê ôîðìèðîâàíèþ ñóáçåðåí. Ïàðàëëåëüíûå äâîéíèêè â îä- íîì íàïðàâëåíèè ñïîñîáñòâóþò ôîðìèðîâàíèþ àëüòåðíàòèâíûõ ëàìèíàðíûõ áëîêîâ, ðàçäåëåííûõ äâîéíèêîâûìè ãðàíèöàìè. Â òîì ñëó÷àå, êîãäà äëÿ àêêîìîäàöèè äåôîðìàöèè àêòèâèðóþòñÿ äâå ïàðòèè ìåõàíè÷åñêèõ äâîéíèêîâ, íåèçáåæíî ïðåñå÷åíèå äâîé- íèê–äâîéíèê è ôîðìèðîâàíèå â ðåçóëüòàòå ýòîãî ðîìáè÷åñêèõ áëîêîâ. Ïðè áîëüøåì ÷èñëå ïàðòèé ïåðåñåêàþùèõñÿ äâîéíèêîâ âîçìîæíî îáðàçîâàíèå áëîêîâ ðàçëè÷íîé ôîðìû. Òàêèì îáðàçîì, ïåðåñå÷åíèå äâîéíèêîâ ÿâëÿåòñÿ ðåøàþùèì ôàêòîðîì ôîðìèðî- âàíèÿ ñóáçåðåí â ìàòåðèàëàõ ñ íèçêîé γ. Ìàðòåíñèòíîå ïðåâðàùåíèå â íåðæàâåþùåé ñòàëè AISI 304 â çíà÷èòåëüíîé ìåðå çàâèñèò îò âåëè÷èíû è ñêîðîñòè äåôîðìàöèè, à òàêæå îò ðàçìåðà çåðåí [56, 57]. Êîëè÷åñòâî ìàðòåíñèòíîé ôà- çû ðàñòåò ñ óâåëè÷åíèåì ñòåïåíè äåôîðìàöèè è óìåíüøåíèåì ðàç- ìåðà çåðåí. Â èññëåäóåìîì ìàòåðèàëå ìåòîäîì ÐÄÀ è ÏÝÌ ïîêà- çàíî, ÷òî ìàðòåíñèòíàÿ ôàçà ôîðìèðóåòñÿ íà ïåðåñå÷åíèè äâîéíè- êîâ. ×åì áëèæå ê äåôîðìèðîâàííîé ïîâåðõíîñòè, òåì áîëüøå ñòå- ïåíü è ñêîðîñòü äåôîðìàöèè â ðåçóëüòàòå ÷åãî ñóùåñòâåííî èç- ìåëü÷àþòñÿ çåðåíà. Âñå ýòè ôàêòîðû ñïîñîáñòâóþò îáðàçîâàíèþ â ñàìîì âåðõíåì ñëîå 100%-íîé ìàðòåíñèòíîé ôàçû. Òàêèì îáðà- çîì, ïðåñå÷åíèå äâîéíèêîâ ïðè ïëàñòè÷åñêîé ïîâåðõíîñòíîé äå- ôîðìàöèè íå òîëüêî ñïîñîáñòâóåò èçìåëü÷åíèþ çåðåí, íî è èíè- öèèðóåò ïðîòåêàíèå ìàðòåíñèòíîãî ïðåâðàùåíèÿ. 3. Ôîðìèðîâàíèå íàíîêðèñòàëëîâ. Â ñàìîì âåðõíåì ïîâåðõ- íîñòíîì ñëîå îáðàçóþùèåñÿ íàíîðàçìåðíûå ìàðòåíñèòíûå çåðíà èìåþò ñëó÷àéíóþ âçàèìíóþ îðèåíòàöèþ. Ôîðìèðîâàíèå íàíîñò- ðóêòóðû îáóñëîâëåíî òðåìÿ âàæíûìè ôàêòîðàìè: 1) âûñîêîé ñòå- ïåíüþ äåôîðìàöèè; 2) âûñîêîé ñêîðîñòüþ äåôîðìàöèè (ïî îöåí- êàì îêîëî 103–104 ñ−1); 3) ðàçíîíàïðàâëåííîé ïîâòîðÿþùåéñÿ óäàðíîé íàãðóçêîé. Âûñîêàÿ ñòåïåíü è ñêîðîñòü äåôîðìàöèè ñïî- ñîáñòâóåò âîçíèêíîâåíèþ âûñîêîé ïëîòíîñòè ïîëèñèñòåìíûõ ìå- õàíè÷åñêèõ äâîéíèêîâ, ïðèâîäÿùèõ ê àêêîìîäàöèè äåôîðìàöèè. Ïðè ÷ðåçâû÷àéíî âûñîêîé ñòåïåíè è ñêîðîñòè äåôîðìàöèè òîë- ùèíà äâîéíèêîâ ìîæåò áûòü óìåíüøåíà äî íàíîìåòðîâîãî ðàçìå- ðà. Òàêèå ñâåðõòîíêèå ïåðåñå÷åíèÿ äâîéíèêîâ ïðèâîäÿò íå òîëü- êî ê ôîðìèðîâàíèþ ñóáçåðåí, íî è èíèöèèðóþò ìàðòåíñèòíîå ïðåâðàùåíèå â íàíîìåòðîâîì îáúåìå. Ðàáîòà âûïîëíåíà â ðàìêàõ ïðîåêòà ÓÍÒÖ ¹ 2469. 398 Ì. À. Âàñèëüåâ, Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Â. Ñ. Ôèëàòîâà ÖÈÒÈÐÎÂÀÍÍÀß ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ 1. G. Gleiter, Acta Mater., 48: 1 (2000). 2. C. ². Ñèäîðåíêî, Þ. Ì. Ìàêîãîí, Ñ. Ì. Âîëîøêî, Ìàòåð³àëîçíàâñòâî òîíêîïë³âêîâèõ íàíîñòðóêòóð. Äèôóç³ÿ ³ ðåàêö³¿ (Êè¿â: Íàóê. äóìêà: 2000). 3. Ð. Ç. Âàëèåâ, È. Â. Àëåêñàíäðîâ, Íàíîñòðóêòóðíûå ìàòåðèàëû, ïî- ëó÷åííûå èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèåé (Ìîñêâà: ËÎÃÎÑ: 2000). 4. À. Ï. Øïàê, Þ. À. Êóíèöêèé, Â. È. Ëûñîâ, Êëàñòåðíûå è íàíîñòðóê- òóðíûå ìàòåðèàëû (Êèåâ: Àêàäåìïåðèîäèêà: 2002). 5. K. S. Kumar, H. Van Swygenhoven, and S. Suresh, Acta Mater., 5: 5743 (2003). 6. Â. Â. Ãîðñêèé, À. Í. Ãðèïà÷åâñêèé, Â. Â. Òèõîíîâè÷, Â. Í. Óâàðîâ, Óñïåõè ôèç. ìåò., 4: 271 (2003). 7. G. Baumann and H.-J. Fecht, Nanostruct. Mater., 7: 237 (1996). 8. K. Lu and J. Lu, J. Mater. Sci. Technol., 15: 193 (1999). 9. C. C. Koch, Mater. Sci. Forum, 88–98: 243 (1992). 10. R. Z. Valiev, A. V. Korznikov, and R. R. Mulyukov, Mater. Sci. Eng., A168: 14 (1993). 11. U. Erb, A. M. El-Sherik, G. Palumbo et al., Nanostruct. Mater., 2: 383 (1993). 12. K. Lu and J. Lu, J. Mater. Sci. Technol., 15: 193 (1999). 13. N. R. Tao, M. L. Sui, J. Lu et al., Nanostruct. Mater., 11: 433 (1999). 14. G. Liu, J. Lu, and K. Lu, Mater. Sci. Eng., A286: 91 (2000). 15. G. Liu, S. C. Wang, X. F. Lou et al., Scripta Mater., 44: 1791 (2001). 16. Z. B. Wang, N. R. Tao, S. Li et al., Mater. Sci. Eng., A352: 144 (2003). 17. N. R. Tao, Z. B. Wang, W. P. Tong et al., Acta Mater., 50: 4603 (2002). 18. X. Wu, Y. Hong, J. Lu et al., Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 697 (2002). 19. H. W. Zhang, Z. K. Hei, G. Liu et al., Acta Mater., 51: 1871 (2003). 20. Z. B. Wang, N. R. Tao, W. P. Tong et al., Acta Mater., 51: 4319 (2003). 21. M. Ya, Y. Xing, F. Dai et al., Surface Coat. Tech., 168: 148 (2003). 22. Y. Wei, C. Zhu, and X. Wu, Science in China Ser. G, 47: 86 (2004). 23. X. Wu, N. Tao, Y. Hong et al., Acta Mater., 50: 2075 (2002). 24. Z. Ni, X. Wang, J. Wang et al., Physica B, 334: 221 (2003). 25. P. L. Mangonon and G. Thomac, Jr., Metall. Trans., 1: 1587 (1970). 26. K. Nomura and Y. Ujihira, J. Mater. Sci., 25: 1745 (1990). 27. H. Hung, J. Ding, and P. G. McCormick, Mater. Sci. Eng., A216: 178 (1996). 28. C. E. Johnson, M. S. Ridout, and T. E. Cranshaw, Proc. Phys. Soc., 81: 1079 (1963). 29. G. K. Wertheim, V. Jaccarino, and J. H. Wernick, Phys. Rev. Lett., 12: 24 (1964). 30. D. C. Cook, Metall. Trans., 18: 201 (1987). 31. E. O. Hall, Proc. Phys. Soc. Lond., B64: 747 (1951). 32. N. J. Petch, J. Iron Steel Inst., 174: 25 (1953). 33. Z. N. Farhat, Y. Ding, D. O. Northwood et al., Mater. Sci. Eng., A206: 302 (1996). 34. B. J. Duggan, M. Hatherly, W. B. Hutchinsan et al., Metal Sci., 12: 343 Íàíîêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé 399 (1978). 35. L. Lu, M. L. Sui, and K. Lu, Science, 287: 1463 (2000). 36. L. Wang and D. Y. Li, Surface Coat. Tech., 167: 188 (2003). 37. J. Moraless, P. Esparza, G. T. Fernandez et al., Corros. Sci., 37: 231 (1995). 38. K. M. Ismail, S. S. El-Egamy, and M. Abdelfatah, J. Appl. Electrochim., 31: 663 (2001). 39. M. M. Osman, Mater. Chem. Phys., 71: 12 (2001). 40. X. Y. Wang and D. Y. Li, Wear, 255: 836 (2003). 41. R. Liv, D. Y. Li, Y. S. Xie et al., Scripta Mater., 41: 691 (1999). 42. M. C. Tsai, C. S. Chiou, J. S. Du et al., Mater. Sci. Eng., A332: 1 (2002). 43. M. Sato, N. Tsuji, Y. Yoritoshi et al., Sci. Technol. Adv. Mater., 5: 145 (2004). 44. N. Tsuji, M. Sato, Y. Minamino et al., Surface Interface Nanostruct. Mater., (2004) in Press. 45. G. Baumann, K. Ênothe, and H.-J. Fecht, Nanostruct. Mater., 9: 751 (1997). 46. T. S. Eyre and A. Baxter, Tribol. Int., 5: 256 (1972). 47. M. W. Grabski and R. Korski, Phil. Mag., 22: 707 (1970). 48. J. Moyar and D. H. Stone, Wear, 144: 117 (1991). 49. I. V. Ivanishenko, G. B. Baumann, H. Fecht et al., Phys. Met. Metallogr., 83: 303 (1997). 50. G. Baumann, H. Fecht, and S. Liebelt, Wear, 191: 133 (1996). 51. A. V. Korznikov, Y. V. Ivanishenko, D. V. Laptinok et al., Nanostruct. Mater., 4: 159 (1994). 52. S. B. Newcomb and W. M. Stobbs, Mater. Sci. Eng., A66: 195 (1984). 53. W. Lojkowski, M. Djahanbakhsh, G. Burkle et al., A303: 197 (2001). 54. B. Bay, N. Nansen, D. A. Hughes et al., Acta Metall. Mater., 40: 205 (1992). 55. H. van Swygenhoven, D. Farkas, and A. Caro, Phys. Rev. B, 62: 831 (2000). 56. V. Shrinivas, S. K. Varma, and L. E. Vurr, Metall. Trans. A, 26: 661 (1995). 57. W. Lojkowski, Y. Millman, S. I. Chugunova et al., Mater. Sci. Eng., A303: 209 (2001). 58. Ì. Õ. Øîðøîðîâ, Ë. Ê. Ãîðäèåíêî, Â. È. Àíòèïîâ è äð., Òåðìîïëàñòè- ÷åñêîå óïðî÷íåíèå ìàðòåíñèòíûõ ñòàëåé è òèòàíîâûõ ñïëàâîâ (Ìîñêâà: Íàóêà: 1971). 59. Ã. È. Ïðîêîïåíêî, Äåéñòâèå óäàðíûõ è çíàêîïåðåìåííûõ íàãðóçîê íà ôèçè÷åñêèå è ïðî÷íîñòíûå ñâîéñòâà ìåòàëëîâ è êîíñòðóêöèîííûõ ìà- òåðèàëîâ (Äèññ. íà ñîèñê. ó÷. ñòåïåíè ä-ðà òåõí. íàóê) (Êèåâ: 1991). 60. Ë. Â. Òèõîíîâ, Ã. À. Ïåòðóíèí, Ã. È. Ïðîêîïåíêî è äð., Ñïîñîá îáðàáîò- êè äåòàëåé èç òèòàíîâûõ ñïëàâîâ, À.ñ. 1261310 ÑÑÑÐ ÌÊÈ4 Ñ22F 1/18 (Îïóáë. 30.03.86.) (Áþëë. ¹ 38).

Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор)

Репозитарії

Схожі ресурси