Радченко В.П., Морозов А.П.

Самарский государственный технический университет

Исследование характеристик поверхностного слоя образцов из алюминия АД-1 в зависимости от режимов упругопластического нагружения и испытаний на ползучесть

В работе проведен сравнительный анализ влияния режимов упругопластического нагружения и испытаний на ползучесть на характеристики поверхностного слоя цилиндрических образцов. В качестве материала для изготовления опытных образцов служил технически чистый алюминий марки АД-1. Базовые испытания проводились на круглых образцах диаметром 4 мм и длиной 40 мм, вырезанных как в продольном, так и в поперечном к оси заготовки направлениях. В процессе исследований всего было испытано 29 цилиндрических образцов.

В ходе проведенных исследований были проведены следующие программы испытаний для одномерных образцов:

1) упругопластическое нагружение до разрушения ступенями до накопленной деформации 1-2% на каждой ступени с последующей разгрузкой и замером локального поля пластических деформаций;

2) ступенчатое нагружение на ползучесть вплоть до разрушения при постоянном напряжении до значения накопленной деформации 1-2% на каждой ступени с последующей разгрузкой и замером поля деформации ползучести по длине образца;

3) комбинированное нагружение с чередованием упругопластического деформирования и деформирования при постоянном напряжении во времени на ползучесть до значения накопленной деформации 1-2 % на каждой ступени нагружения с последующей разгрузкой и замером локального поля остаточных деформаций.

В данной работе на испытанных образцах были выполнены экспериментальные исследования и анализ по некоторым параметрам поверхностного слоя.

Во-первых, была исследована макроструктура, затем были произведены замеры микротвердости по Кнуппу на разрушенных и неразрушенных образцах в рабочей зоне вдоль оси образца. Еще одна характеристика, исследованная в работе, – шероховатость поверхности. Исследование шероховатости производилось по следующим параметрам: R_а – среднее арифметическое отклонение профиля; R_y – наибольшая высота профиля; R_z – высота неровности профиля по 10 точкам; R_q – среднее квадратичное отклонение профиля.

Основная задача на этапе макростуктурного анализа заключалась в визуальном определении различий поверхности образцов, испытанных в режимах пластичности и ползучести. Выявлено, что наиболее гладкая поверхность характерна для образцов, вырезанных в продольном направлении заготовки. Испытания на ползучесть дают более гладкую поверхность, чем испытания в области пластичности.

Поверхность образцов, вырезанных поперек заготовки, имеет ярковыраженную неровность рельефа, что особенно заметно на образцах после испытаний на пластичность.

Визуальные данные были в дальнейшем подтверждены результатами, полученными при измерении шероховатости. Так, величина R_a для образцов, вырезанных вдоль, изменяется от 1 до 6 мкм. Для образцов, вырезанных поперек заготовки, значение R_a достигает 9-10 мкм для обоих режимов испытаний. Аналогичные результаты наблюдаются для величины среднего квадратичного отклонения профиля R_q.

Рассмотрим результаты оценки влияния обоих видов испытаний на величину микротвердости. Выявлен значительный рост микротвердости (в 2-3 раза) в области образования шейки. Ширина зоны упрочнения составляет примерно 8-12 мм.

В результате измерений обнаружено, что значения микротвердости заметнее увеличиваются на образцах, подвергнутых испытаниям на ползучесть. Длина зоны упрочнения (в области разрушения) составляет 2-5 мм.

Образцы, испытанные на пластичность, имеют более низкое значение микротвердости в области разрушения. Для данных образцов характерно наличие участков выступов и впадин при общем снижении микротвердости. Ширина каждого участка составляет примерно 200-400 мкм.

Выводы по работе. Проведенный анализ образцов позволяет сделать нижеследующие выводы.

1. Наиболее гладкая поверхность наблюдается у образцов, вырезанных в продольном направлении к оси заготовки с последующими испытаниями на ползучесть. Это подтверждается как макроскопическими исследованиями, так и измерениями шероховатости.

2. Максимальная шероховатость достигается на образцах, вырезанных в поперечном направлении к оси заготовки. Программа испытаний оказывает незначительное влияние на изменение шероховатости.

3. На значения микротвердости не оказывает влияния методика изготовления образцов, а влияет программа испытаний.

4. Максимальный рост микротвердости наблюдается в зоне разрушения на образцах после испытаний на ползучесть. Длина этой зоны составляет 2-5 мм.

5. В образцах после испытаний на пластичность наблюдается наличие участков выступов и впадин. Ширина участка составляет примерно 200-400 мкм.