На прикладі різних методів нанесення покриттів експериментально ілюструються різні варіанти реалізації концепції множинного розтріскування, забезпечує можливість підвищення стійкості до руйнування композицій «покриття-основа». Для вивчення специфіки їх деформаційного поведінки використовували як оптико-телевізійну вимірювальну систему TOMSC, так і традиційні методи оптичної та електронної мікроскопії. Показано, що вигляд множинного розтріскування може робити істотний вплив на механічні характеристики матеріалу з покриттям. В рамках теоретичних досліджень проведено варіювання параметрів структурних неоднорідностей (зубців) керамічного покриття з метою управління характером його розтріскування. Шляхом зіставлення експериментальних і теоретичних результатів простежується взаємозв'язок між формуванням неплоского профілю кордону розділу, зміною напружено-деформованого стану, закономірностями зародження тріщин і множинним растрескиванием.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Панін Сергій Вікторович, Юссіфія Салах Камель, Овечкін Борис Борисович, Сергєєв Віктор Петрович, Власов Ілля Вікторович


Different variants of implementing multiple cracking concept, supporting the possibility of increasing destruction resistance of compositions «coating-base», have been demonstrated experimentally by the example of various coating methods. Optical-television measuring system TOMSC, was used for studying the specific character of their deformation behavior as well as traditional methods of optical and electronic microscopy. It was shown that the type of multiple cracking may influence considerably on mechanical characteristics of material with coating. The variation of structural heterogeneity (teeth) parameters of ceramic coating was carried out within the frames of theoretical investigations for controlling the character of its cracking. Comparing experimental and theoretical results the relation between the formation of interface non-planar profile, change of stress strain state, laws of crack occurrence and multiple cracking was observed.


Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Известия Томського політехнічного університету. Інжиніринг ГЕОРЕСУРСИ

    Наукова стаття на тему 'Проблеми руйнування поверхнево зміцнених матеріалів з різною геометрією кордону розділу« Покриття-основа » '

    Текст наукової роботи на тему «Проблеми руйнування поверхнево зміцнених матеріалів з різною геометрією кордону розділу« Покриття-основа »»

    ?УДК 539.375

    ПРОБЛЕМИ РУЙНУВАННЯ поверхневого зміцнення МАТЕРІАЛІВ З різною геометрією КОРДОНУ РОЗДІЛУ «ПОКРИТТЯ-ОСНОВА»

    С.В. Панін1-2, С.К. Юссіф1, Б.Б. Овечкін1, В.П. Сергеев2, І.В. Власов1-2, В.Є. Панін1-2

    Томський політехнічний університет 2 Інститут фізики міцності і матеріалознавства СО РАН, Томськ E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    На прикладі різних методів нанесення покриттів експериментально ілюструються різні варіанти реалізації концепції множинного розтріскування, що забезпечує можливість підвищення стійкості до руйнування композицій «покриття-основа». Для вивчення специфіки іхдеформаціонного поведінки використовували як оптико-телевізійну вимірювальну систему TOMSC, так і традиційні методи оптичної та електронної мікроскопії. Показано, що вигляд множинного розтріскування може робити істотний вплив на механічні характеристики матеріалу з покриттям. В рамках теоретичних досліджень проведено варіювання параметрів структурних неоднорідностей (зубців) керамічного покриття з метою управління характером його розтріскування. Шляхом зіставлення експериментальних і теоретичних результатів простежується взаємозв'язок між формуванням неплоского профілю кордону розділу, зміною напружено-деформованого стану, закономірностями зародження тріщин і множинним растрескиванием.

    Ключові слова:

    Концентратор напружень, межа розділу, покриття, адгезійна міцність, пористість, множинне розтріскування. Key words:

    Stress concentrator, interface, coating, adhesion strength, porosity, multiple cracking.

    Вступ

    У механіці руйнування значна увага приділяється вивченню поведінки матеріалів, що містять одночасно кілька дефектів, взаємодія яких може неоднозначно впливати на деформаційне поведінку, а головне, ресурс роботи виробів. Крім розвитку теоретичних аспектів опису таких об'єктів, актуальним є проведення експериментальних досліджень деформаційного поведінки матеріалів, виникнення в яких несплошном-стей не відразу завершується руйнуванням. У літературі така концепція також отримала назву «множинне розтріскування» [1, 2].

    Крім відмінності пружних модулів, на деформаційне поведінку композицій «покриття-основа» істотно впливає ряд структурних чинників, обумовлених особливостями технології нанесення покриттів. До них можна віднести: формування в процесі піскоструминної обробки неплоского профілю кордону розділу, формування різного масштабу і ступеня пористості, співвідношення між адгезійною і когезионной міцністю [3, 4] та ін. В ряді випадків подібні «недосконалості», штучно створені в композиції «покриття основа », дозволяють не тільки забезпечити захист другого, але і в разі перевантажень, або циклічного накопичення дефектів уникнути катастрофічного руйнування, обумовленого локалізацією деформації в масштабах всього вироби. Іншим альтернативним і перспективним напрямком використання нерегулярних профілів кордону розділу різнорідних матеріалів є формування нероз'ємних з'єднань методом зварювання вибухом [5]. У цьому випадку можливість підвищення сили адгезійного взаємодії з'єднуються мате-

    ріалів досягається за рахунок локального квазіперіо-ною проникнення одного з'єднується матеріалу в інший.

    У даній роботі на прикладі різних методів нанесення покриттів ілюструються методи реалізації концепції множинного розтріскування з метою підвищення стійкості до руйнування композицій «покриття - основа». При цьому розглядаються не тільки недорогі і продуктивні методи напилення покриттів, але і сучасні вакуумні технології формування щодо тонких модифікованих поверхневих шарів, характеризуються розвиненою багаторівневою структурою. Для вивчення специфіки їх деформаційного поведінки використовували як оптико-телевізійну вимірювальну систему ТОМ8С, так і традиційні методи оптичної та електронної мікроскопії. В рамках теоретичних досліджень проведено варіювання параметрів структурних неоднорідностей (зубців) керамічного покриття з метою зниження ступеня його розтріскування при механічному навантаженні. Передбачається, що формування між покриттям і основою перехідного шару, що представляє «механічну суміш» жорсткого керамічного покриття з включеннями пластичної міді, забезпечить при механічному навантаженні мінімальну ступінь руйнування.

    1. Співвідношення між адгезійної

    і когезионной міцністю

    В літературі по газотермічним (плазмового) напилювання покриттів концепція адгезіоннокогезіонной равнопрочності обговорювалася вже деякий час назад [6]. Основний ідей такого підходу було виключення домінування розвитку в покритті при навантаженні поперечних

    когезионних або орієнтованих уздовж осі зразка адгезійних тріщин. В результаті на поверхні зразка (вироби) вдається зберегти покриття, яке до помітних величин деформації всієї композиції слабо змінює свої експлуатаційні властивості. В рамках даної роботи покриття наносили методом холодного газодинамічного напилення [7], яке характеризується відсутністю значного термічного впливу частинок напилюваного матеріалу на підкладку.

    Показано, що при величинах адгезійної і когезійної міцності приблизно відповідних один одному (що визначається, в тому числі, товщиною покриття) руйнування композиції відбувається шляхом адгезионно-когезійний розтріскування; при цьому покриття зберігається на поверхні основи аж до високих ступенів деформації. При механічному навантаженні спочатку відбувалося когезійний розтріскування покриття по всій довжині робочої частини, його поділ на фрагменти з подальшим розвитком локалізованої пластичної деформації в області кордону розділу, що завершується поширенням множинних адгезійних коротких мікротріщин по кордоні між сформованими фрагментами покриття і підкладкою. Середня відстань між поперечними тріщинами в покритті становило приблизно 4-5 його товщини. Після закінчення первинного розтріскування покриття процес адгезійного відшарування стає переважаючим. Причому основним місцем зародження адгезійних тріщин є вершини первинних когезионних тріщин в покритті.

    На наведених на рис. 1 оптичному зображенні і поля векторів переміщень показано поширення адгезійної тріщини вздовж кордону розділу вправо від первинної поперечної тріщини в покритті, що обумовлює відшарування фрагмента покриття. Наявність первинної поперечної тріщини як структурного надрізу викликає локальний вигин зразка, що визначає на мезомасштабної рівні вихровий характер руху матеріалу основи (рис. 1, б). На рис. 1, в, наведені криві течії зразків з покриттями, що мають різний рівень адгезії. Видно, що при мінімальній адгезійної міцності покриття наявність останнього не робить значи-

    ного впливу на характер кривої течії (крива 1), яка майже збігається з кривою для зразка без покриття. При «середньої» величиною адгезійної міцності межа міцності композиції підвищується (крива 2). Максимальні значення межі міцності і напруги течії має композиція, відповідна критерієм адгезионно-когезионной равнопрочності (крива 1).

    2. Вплив пористості газотермического покриття

    Досліджували поведінку при деформації стисненням двох композицій «покриття-основа», отриманих з використанням: а) активованої дугового металізації (АДМ-покриття) [8]; б) газопламенного напилення (ДПН-покриття) [9]. Структура покриття залежить від способу його нанесення. При активованої дугового металізації основний шар покриття складається з добре розтеклися частинок-сплетов з висотою близько 6 мкм і середнім діаметром 120 мкм. Так як АДМ-по-криті формується з рідких крапель невеликого розміру 5 ... 40 мкм [10], що осідають з більшою швидкістю, середня пористість в покритті незначна - 3.4%. Пори розташовуються, переважно, по межах і в місцях стику декількох частинок. При газополуменеве напилювання покриття складається з більш великих часток в основному у вигляді спотворених дисків із середньою висотою 30 мкм і діаметром 300 мкм. Рідше зустрічаються частинки округлої форми діаметром близько 200 мкм. Пористість ДПН-покриття значно вище і становить 8.9 ​​об. %.

    В процесі навантаження спостерігаються певні відмінності характеру деформації композицій з різним типом покриття, що знаходить відображення на кривих стиснення (рис. 2, а). На графіку по осі абсцис відкладена ступінь пластичного укорочення, тому при її величині рівний нулю вже фіксуються ознаки розвитку пластичної деформації. Видно, що межа плинності композицій з покриттями 00,2 = 90 МПа майже в 3 рази менше такого для сталі Ст 3 - о02 = 300 МПа. Крива стиснення композиції з АДМ-покриттям характеризує більш однорідний характер деформування, в той час як в композиції з ДПН-покриттям після ступеня деформації е = 2% швидкість росту напруги течії поступово сни-

    Ошосігельное подовження,

    I

    ф

    т

    ф

    I

    ф

    *

    до

    з

    ш

    I

    а

    700

    600

    500

    400

    300

    200

    100

    123456789 Пластична деформація,%

    а

    Мал. 2. Криві течії (а) зразка Ст3і композицій з газотермічним покриттями при навантаженні паралельно покриттю: 1) АДМ, 2) ДПН, 3) Ст 3. Оптичне зображення (б) бічній грані зразка з АДМ-покриттям в області поширення магістральної тріщини. Працівниками Державтоінспекції зафіксовано після руйнування

    жается, що, очевидно, пов'язано з процесами множинного розтріскування покриття. Руйнування покриття відбувається крихке-пластично при значенні межі міцності ств = 395 МПа і відносному вкороченні е = 4%. Крива стиснення композиції з ШН-покриттям показує більш низький і близький до сталі Ст 3 коефіцієнт деформаційного зміцнення. Покриття в результаті руйнується більш в'язко при значеннях <тв = 350 МПа і е = 5,0%. Розглянемо характерні картини поведінки композицій при навантаженні.

    Композиції з АДМ-покриттям. Наявність товстого покриття стримує розвиток однорідного пластичного течії в підкладці, яке при ступенях деформації е>1% супроводжується локальним вигином зразка, що також обумовлює розвиток поворотних мод деформації. У той же час, сліди порушення адгезійного зв'язку між покриттям і основою не виявляються аж до руйнування. Відсутність в покритті слідів формування вираженого деформаційного рельєфу свідчить про те, що АДМ-покриття в значній мірі виключається з пластичного формозміни. Руйнування композиції відбувається з високою швидкістю. При цьому магістральна тріщина в покритті розвивається під кутом ~ 30 ° до осі навантаження (рис. 2, б), що свідчить про крихке-пластичному характері її поширення.

    Композиції з ШН-покриттям. Середній розмір зерен і пористість ДПН-покриття в три рази вище таких для АДМ-покриттів. В результаті переважним механізмом деформації ДПН-покриття є множинне розтріскування. Розвиток вихрового характеру руху матеріалу обумовлює процес множинного адгезійного відшаровування і когезійний розшарування покриття. Характер подальшого розвитку пластичної деформації в зразках з ДПН-по-криті визначається взаємодією як від-

    слушних сплетов в напиленням матеріалі, так і їх шарів. У міру збільшення ступеня деформації переважаючими стає переміщення не окремих сплетов, а їх конгломератів один щодо одного. На оптичному зображенні стає помітним освіту несплошностей по межах таких конгломератів (рис. 3, а).

    Руйнування ДПН-покриття відбувається внаслідок формування в покритті двох макрофрагментов, що рухаються в різних напрямках. Кордоном між цими макрофрагментамі є формується магістральна тріщина (на рис. 3, а, показана стрілкою), яка поширюється в'язко в напрямку поверхні покриття (рис. 3, б, показана пунктирною лінією).

    3. Вплив профілю кордону розділу

    (Експериментальні дані)

    Досліджували закономірності розвитку локалізованої пластичної деформації при трьохточкову вигині зразків маловуглецевої сталі з газотермічним покриттям, оплавленим в умовах підведення потужних ультразвукових коливань і без такого. Очікувалося, що використовувана схема навантаження дозволить в явному вигляді простежити відмінності між механічними властивостями і характером розтріскування двох типів покриттів [11].

    Напилення з наступним оплавленням проводилося порошком ПГ-12Н-02 з використанням пальника ГН-2. Підведення ультразвукових коливань здійснювалося з торця циліндричного зразка установкою УЗГ-2-4м [12]. Використання ультразвукової обробки (УЗО) при оплавленні покриттів супроводжується рядом структурних змін. Знижується кількість які виникають великих зерен; мікротвердість матеріалу на поверхні покриття знижується на ~ 200 МПа; по межах первинних аустенітних зерен відбувається дифузія - «затікання» матеріалу покриття в основу (рис. 4, в).

    На рис. 4, а, наведені криві «напруга -деформація» для композицій «оплавлене покриття - основа» при додатку навантаження з боку підкладки. Напруга, відповідне початку пластичної течії при навантаженні за даною схемою, становить для кожної композиції о, 02 ~ 150 МПа (рис. 4, а). При подальшому навантаженні виявлено, що: а) межа міцності композиції без УЗО на ~ 80 МПа менше такого для покриття, оплавленого в умовах застосування УЗО; б) розтріскування покриття в композиції без УЗО покриття знижує пластичність зразка приблизно в два рази в порівнянні з композицією з УЗО-оплавленим покриттям (е »0,5 і» 0,9% відповідно).

    Покриття, оплавлені без УЗО. Аналіз монтажів оптичних зображень композиції «покриття, оплавлене без УЗО - підкладка» показав, що утворення тріщин (рис. 5, а) відбувається вже при невеликих ступенях деформації, чому на діаграмі навантаження відповідає помітне зниження швидкості росту зовнішнього деформуючого напруги (рис. 4, а). Одна з тріщин в покритті швидко переростає в магістральну (рис. 5, а), обумовлюючи значну локалізацію деформації, що, в кінцевому підсумку, завершивши-

    ється руйнуванням композиції.

    Покриття, оплавлені з УЗО. На етапі деформування, що передує формуванню в оплавлення без УЗО покритті магістральної тріщини (до е-0,25% - див. Рис. 4, а), характер розвитку деформації в композиціях обох типів був подібний до (рис. 4, а). Основною відмінністю в розвитку деформації є менший ступінь локалізації деформації в смугах локалізованого зсуву (рис. 5, б). Подібні результати були докладно описані при дослідженнях поведінки зразків цих матеріалів в умовах стиснення [11]. В ході подальшого навантаження, сформована система тріщин в покритті з УЗО при оплавленні досить довго не обумовлювала значну локалізацію пластичної течії в підкладці, що і забезпечило підвищення пластичності майже в 2 рази, а також помітне збільшення межі міцності (рис. 5, б, см. також криві течії - рис. 4, а).

    4. Множина розтріскування поверхневого

    шару, наноструктурування пучком іонів Ег +

    Множинне розтріскування зміцненого поверхневого шару може бути отримано і при розтягуванні зразків пластичної стали з нано-

    е,%

    а Б В

    Мал. 4. Криві течії композицій «покриття-основа», оплавлених з УЗО і без УЗО при додатку навантаження з боку підкладки (а). Мікроструктура оплавлених покриттів на основі композиції И1-Сг-В-Б1 без УЗО (б) і підданих УЗО (в)

    Мал. 5. Монтажі оптичних зображень бічній грані композиції «покриття-основа», оплавлене без (а) ис додаток УЗО (б) при навантаженні з боку підкладки; а) 8-0,4%; б) 8-0,67%

    структурованим пучком іонів 2г + поверхневим шаром. Формування такого шару в зразках зі сталі 12Х1МФ проводилося за допомогою потужнострумового вакуумно-дугового джерела металевих іонів на установці УВН-0,2 «Квант». Процес обробки експериментальних зразків виконувався при досягненні тиску в камері не менше 3 * 10-3 Па потоком іонів цирконію з енергією 2,2 кеВ і щільністю іонного струму 0,1мА / см2. Тривалість обробки становила 6 хв. Проведені вимірювання нанотвёрдості показали, що в Наноструктуровані шарі твердість підвищилася більш ніж в 1,5 рази (7,0 і 4,8 ГПа, відповідно), а модуль пружності знизився майже в2 рази (85,4 і 160 ГПа, відповідно).

    Випробування зразків на статичний розтяг (рис. 6, а) виявили, що середнє значення межі текучості для зразків в початковому стані становить ав = 485 МПа, в той час як для зразків після обробки ав = 630 МПа.

    Проведено електронно-мікроскопічні дослідження зруйнованих зразків з метою встановлення взаємозв'язку між механічним властивостями і характером деформування / руйнування

    модифікованого поверхневого шару, що мав товщину близько 2 мкм. Видно, що при статичному розтягуванні на поверхні зразка без обробки формується виражений грубий деформаційний рельєф (рис. 6, б). Принципово інший характер деформування характерний для зразка з наноструктурованих поверхневим шаром: у останньому в області шийки спостерігається утворення множинних мікротріщин, орієнтованих, переважно, по нормалі до напрямку прикладання сили і середнім відстанню між тріщинами кілька мікрон, що можна порівняти з товщиною такого шару (рис. 6 , в). При руйнуванні зразка частина модифікованого поверхневого шару відірвалася з поверхні зразка в області шийки, що, однак, не супроводжувалося локалізацією деформації в підкладці: проростання тріщини з покриття в основу не спостерігалося (рис. 6, в).

    Таким чином, використання запропонованої поверхневої обробки для поверхневого наноструктурування в'язкою теплостійкою стали 12Х1МФ дозволило помітно підвищити міцнісні властивості, а реалізації концепції множинного

    розтріскування виключила макролокалізацію деформації. Даний ефект дозволив при циклічних випробуваннях даних зразків підвищити їх міцність від утоми більш ніж в два рази.

    5. Вплив профілю кордону розділу

    (Результати моделювання)

    З використанням комерційного програмного забезпечення Ашуба і процедури розрахунку процесів руйнування проведено чисельне моделювання процесів руйнування керамічного покриття А1203 на мідній підкладці при механічному навантаженні. Більш детально методика розрахунку викладена в роботі [13]. Аналізували вплив профілю кордону розділу на руйнування керамічного покриття при розтягуванні. Кількість і висота зубців є характерними параметрами інтерфейсу, в той час як частка «зруйнованих» елементів керамічного покриття N / N "4. виступає в якості характеристики руйнування.

    На рис. 7 наведено характерні картини руйнування керамічного покриття для випадків плоского (а), синусоидального (б) і зубчастого (в) профілів кордону розділу. Видно, що в разі плоского інтерфейсу покриття безперервно відшаровується уздовж інтерфейсу (рис. 7, а). Частка зруйнованих елементів керамічного покриття, віднесена до загальної кількості елементів покриття, дорівнює 18,67%. У разі синусоїдального інтерфейсу, частка елементів керамічного покриття, розташованих у вершин зубців і зазнають руйнування, склала 8,45% (рис. 7, б), в той час як для зубчастого інтерфейсу вона склала 3,98% (рис. 7, в ).

    На рис. 8 наведені картини руйнування для зразків з керамічним покриттям в разі механічного навантаження (о = 128 МПа) при варіюванні висоти і ширини зубців. Видно, що при малій висоті зубців Л = 1 мкм характер руйнування подібним до того, для плоского інтерфейсу: кількість зруйнованих елементів практично не залежить від ширини зубців: зуб, ^ = 14 ... 15%.

    Зі збільшенням висоти зубців до, = 4 мкм питома частка зруйнованих елементів сітки в залежності від ширини зубців змінюється нелінійно, демонструючи мінімум при мінімальній ширині зубців (рис. 8, г): зуб, = 4 = 4,55%, що приблизно

    в 3 рази менше ніж при висоті зубців 1 мкм. При максимальній висоті зубців, = 7 мкм характерно мінімальне питома кількість зруйнованих елементів в покритті N / N "4. зуб, = 7 = 0,81%; при цьому зміна ширини зубців від 2 до 6 мкм призводить до збільшення кількості зруйнованих елементів приблизно в 3 рази.

    Таким чином, формування між покриттям і основою перехідного шару, що представляє «механічну суміш» жорсткого керамічного покриття з зубчастими включеннями пластичної міді, в разі малої ширини і великої висоти зубців дозволяє створити композиційний шаруватий матеріал, що забезпечує при механічному навантаженні мінімальну ступінь руйнування.

    висновки

    1. В рамках проведених експериментальних досліджень показано, що руйнування композицій «напиленням покриття - пластична основа» визначається співвідношенням адгезійної і когезійної міцності покриття і основи, рівнем пористості покриття, а також геометрією кордону розділу. У всіх випадках ефект підвищення ступеня деформації до руйнування або виключення катастрофічного (бистропротекающих) руйнування досліджених композицій досягається шляхом диспергування потужного макроконцентратора напруг (наскрізний магістральної тріщини) за рахунок виникнення значної кількості менш потужних мезоконцентрато-рів, релаксація яких протікає за рахунок пластичних зрушень і множинного розтріскування.

    Мал. 8. Вплив висоти і ширини зубців при зубчастому профілі інтерфейсу на співвідношення частки зруйнованих елементів сітки до загальної кількості елементів ТБП /// при механічному навантаженні; висота зубців: а ~ в) 1 мкм; -е) 4 мкм; ж-і) 7 мкм; ширина зубців: а, г, ж) 2 мкм; б, д, з) 4 мкм; в, е, і) 6 мкм

    2. Результати параметричних розрахунків показали, що найменшу кількість «зруйнованих» елементів в покритті (зменшення ступеня відшарування і руйнування покриття) може бути реалізовано при неплоскому (зубчастому) профілі кордону розділу. При цьому кількість зруйнованих елементів в зразку з зубчастим профілем інтерфейсу знижується поступово зі збільшенням висоти зубців і зменшенням їх ширини. Отриманий результат інтерпретується з позиції формування перехідного шару по типу «механічної суміші», наявність якого знижує ступінь невідповідності деформації різнорідних середовищ при механічному навантаженні.

    3. Формування тонкого Наноструктуровані-го 2г + шару на поверхні пластичної стали призводить до помітного підвищення її міцності властивостей при збереженні пластичності на рівні, трохи меншому, ніж для зразка без обробки. Зазначений ефект досягається за рахунок множинного розтріскування нано-структурованого поверхневого шару. У разі циклічних випробувань прояв даного ефекту може обумовлювати підвищення втомної міцності більш ніж в два рази. Автори висловлюють щиру подяку д.т.н. АЛ.Алхімову, д.т.н. МА. Білоцерківському, д.т.н. В.А. Клі-менів, к.т.н. О.Н. Нехорошкова за допомогу у виготовленні зразків і проведення ряду експериментів.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Panin S.V, Goldstein R.V Sliding mode of multiple cracking of thin coatings // Physical Mesomechanics. - 2007. - V 10. - № 1. -P. 107-108.

    2. Panin V.E., Goldstein R.V, Panin S.V. Mesomechanics of multiple cracking of brittle coatings in a loaded solid // International Journal of Fracture. - 2008. - V 150. - P. 37-53.

    3. Stover D., Funke C. Directions of the development of thermal barrier coatings in energy applications // Journal of Materials Processing Technology. - 1999. - V. 92-93. - P. 195-202.

    4. кліменії В.А., Панін С.В., Безбородов В.П. Дослідження характеру деформації і руйнування на мезомасштабної рівні композиції «газотермічне покриття - основа» при

    розтягуванні // Фізична мезомеханіка. - 1999. - Т. 2. -№1-2. - С. 141-156.

    5. Bataev I.A., Bataev A.A., Mali VI., Esikov M.A., Bataev V.A. Peculiarities of weld seams and adjacent zones structures formed in process of explosive welding of sheet steel plates // Materials Science Forum. - 2011. - V 673. - P. 95-100.

    6. Лященко Б.А., Цигульов О.В., Кузнєцов П.Б. Чи необхідно завжди підвищувати адгезійну міцність захисних покриттів // Проблеми міцності. - 1987. - №5. - С. 70-74.

    7. Алхімов А.П., Косарев В.Ф., ПАПИРІНА А.Н. Газодинамічне напилення. Експериментальне дослідження процесу напилення // Прикладна механіка і Технічна фізика. - 1998.

    - Т. 39. - № 2. - С. 182-188.

    8. Коробов Ю.С., Полякова А.Л., Щасливців В.М. Структура і властивості сталевих покриттів, нанесених методом активованої дугового металізації // Зварювальне виробництво. -1997. - №1. - С. 4-6.

    9. Білоцерківський М.А. Розробка економічного і високоефективного обладнання для газополум'яної напилення // Наука-виробництву. - 1999. - № 6. - С. 14-16.

    10. Івашко В.С., Білоцерківський М.А., Байкус К.В. та ін. Відновлення вузлів тертя активованої дугового металізацією // Автоматическая сварка. - 1999. - № 4. - С. 47-49.

    11. кліменії В.А., Панін С.В., Балохонов Р.Р. та ін. Експериментальне і теоретичне дослідження мезожопіческой деформації і руйнування при стискуванні зразків маловуглецевої сталі з напиленням покриттями, оплавленими

    в умовах потужних ультразвукових коливань // Фізична мезомеханіка. - 2003. - Т. 6. - № 2. - С. 99-110.

    12. Безбородов В.П., Нехорошков О.Н., Ковалевський Е.А. Структурно-фазові особливості формування газотермічних покриттів з нікелевих сплавів при оплавленні і ультразвукової обробки // Перспективні матеріали. - 2000. - № 4.

    - С. 64-68.

    13. Юссіфія С.А.К., Панін С.В., Люкшин П.А., Сергєєв В.П. Зменшення ступеня розтріскування керамічного теплозахисного покриття на мідній підкладці шляхом варіювання геометрії кордону розділу // Фізична мезомеханіка. - 2011.

    - Т. 14. - №4. - С. 56-65.

    Надійшла 08.06.2011 р.

    УДК 621.891

    ВПЛИВ АКУСТИЧНИХ коливання, генеруючи при терті, НА зношування ТИТАНОВИХ СПЛАВОВ

    Б.П. Гріценко1-2, К.В. Круковскій1, Н.В. Гірсова1

    1 Інститут фізики міцності і матеріалознавства СО РАН, Томськ 2Томскій політехнічний університет, Томськ E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Представлені дослідження зношування титанових сплавів в умовах гасіння акустичних коливань, що виникають при терті. Показано, що акустичні коливання за своєю дією аналогічні додаткової ефективної навантаженні. Гасінням акустичних коливань в трибосистеми можна впливати на механізм зношування і знижувати знос титанових сплавів.

    Ключові слова:

    Тертя, знос, сплави титану, деформація, акустичні коливання.

    Key words:

    Friction, wear, titanic alloys, deformation, acoustic vibrations.

    Вступ

    Широке застосування сплавів титану в техніці і медицині обумовлено його високою питомою міцністю і корозійну стійкість. У той же час використання титанових сплавів в вузлах тертя стримується їх низьким опором зношування. Розробка і отримання ультрамел-козерністих (УМЗ) і наноструктурних титанових сплавів, які мають ще більш високими механічними властивостями, тільки загострили цю проблему, так як досліджень їх трибологічних властивостей проведено поки що дуже мало [1, 2]. У зв'язку з цим становить інтерес вивчення даних властивостей титанових сплавів і пошук шляхів підвищення їх зносостійкості.

    Матеріали і методи досліджень

    У даній роботі представлені дослідження технічно чистого титану ВТ1-0 і сплавів ПТ-3В і ВТ6 в двох станах: звичайному крупнозернистому (КЗ) і в УМЗ стані, отриманому за допомогою інтенсивної пластичної деформації методом всебічного авс-пресування. Середній розмір зерен після інтенсивної пласти-

    чеський деформації зменшувався з 600.400 до 0,8 ... 0,5 мкм. Перед випробуваннями зразки шліфували і електролітично полірували. Якість поверхні ковзання зразків становила 0,32 Іа.

    Випробування зразків проводили за схемою «диск-палець» в режимі граничного змащення [3]. Контртіло було виготовлено із загартованої сталі ШХ15. Навантаження при випробуваннях, крім окремо зазначених випадків, становила 25 Н, швидкість ковзання 3 м / с. При випробуваннях армко-заліза навантаження становило від 300 до 400 Н. Вимірювання втрати маси зразків в процесі випробувань на тертя проводили шляхом їх зважування на аналітичних вагах. Похибка вимірювань становила ± 50 мкг. Експерименти проводилися при температурі 20 ° С, середня температура зразків в дослідах не досягала 40 ° С.

    Атестацію структурно-фазового стану досліджуваних зразків проводили з використанням просвічує електронної мікроскопії на мікроскопі ЕМ-125К. Металографічні дослідження на оптичному мікроскопі АХ10-УЕІТ-200 фірми «Карл Цейс».


    Ключові слова: концентратор напружень / межа розділу / покриття / адгезійна міцність / пористий / множинне розтріскування / Stress concentrator / Interface / Coating / Adhesion strength / Porosity / multiple cracking

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити