Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

Аспирант Морозов А.П.

Самарский государственный технический университет, Россия

Влияние пластической деформации на параметры физико-механического состояния поверхностного слоя плоских образцов из алюминия АД-1

Данная исследовательская работа посвящена изучению влияния различной степени пластической деформации на основные параметры физико-механического состояния поверхностного слоя. Объектом исследования являлись плоские образцы технически чистого алюминия АД1, вырезанные из поверхностного слоя прутков после прессования. Образцы имели вытянутую форму с зажимами для последующего растяжения.

В исходном состоянии были проанализированы следующие характеристики:

- твердость по Бринеллю при нагрузке P = 612,9 Н (диаметр стального закаленного шарика – 2,5 мм);

- микротвердость по Кнуппу (в испытываемый образец вдавливается индентор в виде алмазной пирамидки с соотношением продольной и поперечной диагонали 7:1) ;

- размер зерна.

Анализ проведенных измерений твердости по Бринеллю показал достаточно равномерное распределение твердости вдоль образцов. Диагональ отпечатка составляла в среднем 1,95 мм, что соответствует HB_ср = 161,2 МПа.

Проведенный анализ значений микротвердости подтверждает полученные результаты по твердости. Среднее значение микротвердости по Кнуппу составляет 75,4 НК. Незначительные пики роста микротвердости в исследуемых зонах, где микротвердость возрастет до 120-140 НК, свидетельствуют о некоторой неравномерности структуры.

Проведенные исследования измерения микротвердости поперек исследуемых образцов (анализ проводился на 2 дорожках) не выявили каких-либо характерных особенностей.

Для определения размера зерен образцы были приготовлены по следующей схеме:

- грубая шлифовка, проводимая на шлифовальном круге с последующим применением абразивной шкурки;

- тонкая шлифовка с применением абразивной пасты;

- полировка, осуществляемая на фетровом круге с подачей воды;

- травление. Травитель состоял из 10 мл HCl и 90 мл спирта.

Выявлено, что величина зерна изменялась от 25 до 200 мкм. Средний размер зерен составлял примерно 100-125 мкм (рис. 1).

Рис. 1. Внешний вид зерен в поперечном сечении образца

В дальнейшем на образцы, рабочая длина которых составляла 100 мм, была нанесена сетка с шагом 2,5 мм (вдоль образца – 40 ячеек, поперек – 8). Образцы подвергались статическому растяжению на разрывной машине на различную величину пластической деформации ступенями до величины накопленной деформации 3%, и далее проводилась разгрузка образца. После каждой ступени на инструментальном микроскопе БМИ-1Ц определялось изменение геометрии ячейки в продольном и поперечном направлениях в центральных и периферийных областях.

По экспериментальным данным построено двумерное поле деформации пластичности и показано, что наблюдается значительная величина флуктуаций деформации по отношению к макросредней. Анализ распределения позволил построить аналитическую зависимость для двумерного поля пластической деформации от приложенного макросреднего напряжения. Рис. 2 (а, б) характеризует типичные графики деформации по длине образца в зависимости от его состояния.

а

б

Рис. 2. Распределение деформации в продольном направлении:

а – поле деформации после первого растяжения,

б – поле деформации после четвертого растяжения