ОЦЕНКА СВЯЗИ ТЕКСТУРИРОВАНИЯ С АНИЗОТРОПИЕЙ СВОЙСТВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
МАТЕРИАЛОВ
Памфилов Е.А., Пыриков П.Г., Рухлядко А.С. (БГИТА, Брянск, РФ)
The problem on productivity of the textured surfaces of metals in conditions of friction interplay essential and till now remains open, therefore its solution will allow to supply directional formation of a favourable parametric condition wear resistant of surfaces of stuffs of a polycrystallic constitution.
Важнейшие триботехнические характеристики металлических материалов находятся в тесной взаимосвязи с прочностными характеристиками, управление и регламентация которых может вестись по различным направлениям, в том числе с формированием определенного типа текстур в поверхностных слоях изделия. Вопрос об эффективности использования текстурированных поверхностей металлов в условиях фрикционного взаимодействия весьма важен и до настоящего времени остается открытым.
Сложность решения проблемы «универсальности» применения текстур в различных условиях нагружения изделия заключается в возникновении анизотропии свойств материала - неотъемлемом следствии текстурирования. Особую актуальность это приобретает в условиях знакопеременных нагрузок, сложного напряженного состояния, изменяющегося направления внешней нагрузки, динамической неуравновешенности механической системы. Весьма осложнено решение данной проблемы в случае отсутствия четкого представления о характере нагружения изделия, многофакторных условиях нагружения, среди которых ряд факторов оказываются труднопрогнозируемыми по величине и характеру влияния, способного проявляться в определенный момент эксплуатации.
Однако, в случае постоянства величины и, главное, направления внешней нагрузки на изделие, что имеет место у большинства деталей машин и режущих инструментов, представлется целесообразным использовать анизотропию прочностных (трибологических) свойств металлов в качестве фактора, повышающего их эксплуатационные характеристики и общий технический уровень изделия в целом. При этом регламентируемый комплекс факторов (микротвердости, остаточных напряжений, структурной неоднородности, и многих других) формируется с учетом заданной системы нагружения – в определенном направлении; в других же направлениях свойства материала в известной мере оказываются «ослабленными».
Данная возможность позволяет обеспечить управление и направленное формирование благоприятного параметрического состояния поверхности металлических материалов поликристаллического строения, свойства которых могут быть соизмеримыми со свойствами монокристаллов. Таким образом, за счет эффекта анизотропии фактически полностью реализуются потенциальные возможности данной структуры сплава в отношении например прочностных (механических, магнитных, адгезионных) характеристик, без применения модифицирования или иных видов обработки, в том числе упрочняющих, если условно не относить к их числу условия обеспечения текстурирования.
Собственно в исходном состоянии большинство сплавов имеет так называемые области зонального текстурирования физического и технологического характера (карбидную ликвацию, полосчатость, флокены, области зашлакованности, структурные несплошности, эвтектику и пр.), и в этом смысле в силу рассмотренных выше признаков характеризуются локальной анизотропией свойств. В большей степени анизотропия проявляется при анализе субструктуры сплавов, элементарных кристаллических зародышей, кристаллических решеток. Таким образом с уменьшением порядка исследуемого состояния металла имеет место градиент анизотропии, экстремум которого, по-видимому, следует отнести к элементарному состоянию вещества. В этой связи характер взаимосвязи текстурирования и анизотропии свойств металлов не может иметь адекватную оценку только лишь с позиций основ классической механики. Однако для большинства случаев управления прочностными свойствами сплавов требуется оперировать параметрами макроанизотропии – кристаллической (структурной), хотя при этом учет атомарного состояния вещества является неотъемлемым условием.
Для условно нетектурированного состояния металлической структуры степень сопротивляемости локализованной деформации находится в определенной связи с количеством и ориентацией плоскостей скольжения в кристаллах по отношению к внешней нагрузке. В этой связи среди многообразия трансляционных систем, составляющих сингониальную специфику структуры, представляется необходимым выделить плоскость, в которой межатомное взаимодействие оказывается доминирующим по отношению ко всем остальным плоскостям. Критерием оценки при этом может являться ратикулярная плотность кристаллической решетки, хотя в некоторых источниках указанный параметр заменяет валентность фазы (гетерогенные структуры).
Таким образом, не принимая во внимание влияние микротрещин, расслоений, газовых полостей, зашлакованности, способствующих зональному текстурированию, наиболее влиятельной на механические (трибологические) характеристики материала следует считать кристаллическую (структурную) анизотропию.