24 / 530
Actual Problems in Machine Building. 2016. N 3
Innovative Technologies
in Mechanical Engineering
____________________________________________________________________
24
Обработка поверхности нержавеющих сталей [4, 10] и силумина [11, 12]
высокоинтенсивным импульсным электронным пучком сопровождается кратным (более чем
в 3,5 раза) увеличением усталостной долговечности этих материалов. Основной причиной
такого эффекта для силумина является диспергирование и квазиоднородное распределение
кремния в модифицированном ЭПО слое [11, 12].
Последующие после ЭПО усталостные испытания должны приводить к изменению
структурно-фазовых состояний, прочностных и трибологических свойств поверхности.
Целью настоящей работы является исследование изменений при усталостном нагружении
структурно-фазовых состояний и свойств поверхности силумина, подвергнутого
предварительной электронно-пучковой обработке (ЭПО) с целью повышения усталостного
ресурса.
Материал и методика исследования
Усталостные испытания силумина марки АК12 проводили на специальной установке
по схеме циклического асимметричного консольного изгиба [10]. Образцы имели форму
параллелепипеда с размерами 8х14х145 мм. Имитация трещины осуществлялась надрезом в
виде полуокружности радиуса 10 мм. Температура испытаний 300 К, частота нагружения
образцов изгибом составляла 15 Гц при нагрузке 10 МПа. Облучение поверхности образцов,
приготовленных для усталостных испытаний, осуществляли на установке «СОЛО» (ИСЭ СО
РАН) при следующих параметрах: энергия электронов 18 кэВ; частота следования импульсов
0,3 с
-1
; длительность импульса пучка электронов
= 50 и 150 мкс; плотность энергии пучка
электронов E
S
= 10, 15, 20, 25 Дж/см
2
; количество импульсов воздействия N = 1, 3, 5.
Облучали лицевую поверхность образцов, т.е. поверхность образца, находящуюся над
надрезом, имитирующим трещину. На каждый режим облучения испытывали не менее 5
образцов. Исследования структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры
поверхности модифицирования проводили методами просвечивающей микродифракционной
электронной микроскопии (JEM-2100 F, JEOL). Прочностные свойства материала изучали,
определяя микротвердость (микротвердомер HVS-1000, нагрузка на индентор 0,098 Н) и
нанотвердость (нанотвердомер NANO Hardness Tester NHT-S-AX-000X, нагрузка на
индентор 5-300 мН). Исследования скорости износа системы пленка/подложка проводилось в
геометрии диск-штифт с помощью трибометра (CSEM, Швейцария) при комнатной
температуре и влажности.
Результаты эксперимента и их обсуждение
В работе [11] показано, что при параметрах облучения (20 Дж/см
2
; 150 мкс; 0,3 с
-1
; 1
имп. – 1-й режим обработки) количество циклов до разрушения составляет ≈132000; при (20
Дж/см
2
; 150 мкс; 0,3 с
-1
; 5 имп. – 2-й режим обработки) – 517000. Первый режим обработки
лишь незначительно увеличивает число циклов до разрушения, тогда как второй ~ в 3,5 раза
увеличивает усталостный ресурс (число циклов до разрушения исходного материала
составляло 130000).
Результаты трибологических испытаний образцов силумина в исходном состоянии и
состоянии после облучения высокоинтенсивным импульсным электронным пучком
представлены на рис. 1. Минимальными интенсивностью изнашивания (рис. 1, темные
столбики) и коэффициентом трения (рис. 1, светлые столбики) обладают образцы силумина
после ЭПО по режиму 1, прошедшие усталостные испытания в течение 132000 циклов (рис.
1, режим 1). После многоцикловых (517000 циклов) усталостных испытаний интенсивность