Технические науки/2. Механика

Морозов А.П.

Самарский государственный технический университет

Влияние пневмодробеструйной обработки и термоэкспозиции на металлофизические характеристики цилиндрических образцов из сплава Д16Т

Данная работа посвящена изучению влияния режимов пневмодробеструйной обработки (ПДО) и пневмодробеструйной обработки + термоэкспозиции (ПДО+ТЭ) на металлофизические характеристики поверхностного слоя: шероховатость и микротвердость. Исследованию подвергались цилиндрические образцы, изготовленные из алюминиевого сплава 1160 (по старой маркировке Д16Т) (рис.1).

Рис. 1. Внешний вид разрушенных образцов

В работе анализировались образцы в исходном состоянии, после ПДО, которая осуществлялась на пневмодробеструйной установке при давлении воздуха 0,25 МПа стальными шариками радиусом 2 мм, а также после ПДО+ТЭ в течение 100 ч при температуре 125⁰С. В дальнейшем были проведены усталостные испытания.

Исходное состояние по длине образца (зона 2) оценивалось по распределению твердости по Бринеллю. Диаметр отпечатка варьировался от 0,96 до 1,14 мм, что соответствует изменению твердости от 698 HB до 763 HB. Такой диапазон изменения твердости находится в пределах погрешности.

Измерение шероховатости, проведенное на приборе «Surftest SJ-201P» выявило, что R_z (сумма средних абсолютных значений высот 5 наибольших выступов профиля и глубин 5 наибольших впадин профиля в пределах базовой длины) для произведенных восьми замеров составляет 9,34; 6,00; 6,69; 5,88; 6,08; 5,68; 4,96; 5,33 мкм.

Измерение микротвердости по Кнуппу (в испытываемый образец вдавливался индентор в виде алмазной пирамидки соотношением продольной и поперечной диагонали 7:1) проводилось в зоне зажима 1 и в рабочей зоне 2. В зоне 1 шаг измерения составлял 2000-3000 мкм, а измерение микротвердости в зоне 2 осуществлялось в направлении от области разрыва образца с шагом 100-300 мкм (первые 3 замера) и 700-800 мкм (последующие замеры) на длину 15-18 мм. Выявлено, что микротвердость в зоне 1 имеет практически однородный характер. Значение HK для указанной области составляет 150-250 ед., однако наряду с этим выяснено, что наблюдается увеличение микротвердости примерно на 100-150 HK от края зоны 1 к центру образца за счет явления наклепа от резца при изготовлении образца.

Установлено, что ПДО значительно влияет на рост микротвердости в зоне 2, где значение HK возрастает на 300-400 ед. (рис. 2). Отметим сильный разброс значений микротвердости, обусловленный неровностью рельефа на всех исследуемых образцах.

Рис. 2. Характерное изменение микротвердости в упрочненной зоне после ПДО

Термоэкспозиция, проведенная на образцах после ПДО, заметно снижает значение микротвердости. Более того, на ряде образцов наблюдается падение микротвердости до исходного (неупрочненного) состояния.

Установлено, что усталостные испытания привели к значительному росту микротвердости в зоне, непосредственно прилегающей к месту разрушения. Радиус области влияния пластической деформации составляет примерно 700-900 мкм, где значение микротвердости возрастает в 1,5-3 раза (рис. 2).

В работе также выявлено, что пневмодробеструйная обработка значительно искажает рельеф образцов и способствует сильному росту шероховатости. Так, R_z с указанных ранее значений возрастает до 21-24 мкм. Установлено, что термоэкспозиция не влияет на изменение шероховатости.

Таким образом, в работе рассмотрено изменение физико-механических показателей поверхностного слоя алюминиевых образцов из сплава Д16Т после ПДО и ПДО+ТЭ.