Розмір шрифту: 

Известно, что армированные материалы обладают высокой конструкционной прочностью, в связи с чем находят широкое применение в технике. Их создают соединением разнородных металлов (сплавов) способами литья, прокатки, сварки, наплавки и др. Одним из перспективных направлений получения таких материалов является использование предложенного автором еще в 70-е годы прошлого века создание регулярных макроскопических градиентов структуры за счет использования дифференцированных обработок. Принцип их проведения заключается в сочетании общего (объемного) и локального (местного) воздействия на материал. Последнее возможно тогда, когда механические, тепловые, магнитные и другие поля распределяются не равномерно по объему изделия, а локализуются в его отдельных участках или слоях. В результате фазовые и структурные превращения протекают не одновременно, а в разной последовательности и степени. Задачи общего и локального воздействий различны. Если в результате первого получают структуры, обеспечивающие невысокую твердость, прочность, но повышенную пластичность, то при втором – повышенную твердость, прочность и наоборот. Рассмотрим различные способы дифференцированной обработки и, в частности, первый случай. Общей (объемной) обработкой (отжиг, нормализация, улучшение и др.) в материале получают структуры невысокой твердости и прочности, но имеющие высокую пластичность. Последующее локальное (местное) воздействие должно обеспечить получение в заданных участках структуры: с высокой плотностью дислокаций, углеродсодержащий мартенсит, карбиды, нитриды, бориды и т.п., состаренные низкоуглеродистый мартенсит или аустенит. Для этого применяют следующие локальные (местные) обработки: пластическую деформацию, химико-термическую (цементацию, азотирование, борирование и др.), закалку, повышающую твердость, старение при соответствующем легировании. Эффективно использование источников концентрированной энергии.     При необходимости получения во всем объеме материала высокой твердости и прочности следует предварительно проводить указанные выше для локального воздействия обработки и получать соответствующие структуры, а в заданных участках (слоях) использовать обработки и создавать структуры, характерные для общей (объемной) обработки предыдущего случая. Особенностью локальных (местных) обработок в этом случае является получение мягких пластичных структур (феррита, аустенита, низкоуглеродистого мартенсита). При расплавлении локальных объемов необходимо изменять химический состав сплава и получать структуры, обеспечивающие пластичность. Может быть получено полосчатое, сетчатое или точечное расположение участков с различными свойствами. Это обеспечивает повышенную конструкционную прочность материала, а в ряде случаев – износостойкость. Высокий уровень прочностных и пластических свойств получен в аустенитной стали 60Н20 (МН=-50 ?С) после дифференцированной обработки, включающей общую деформацию при отрицательных температурах, и локальный нагрев до завершения ??? ? ? превращения. Чередование полос шириной 1,5 мм с мартенситной и аустенитной структурами позволяет получить в продольном направлении следующие свойства: ?0,2=1380 МПа, ?В=1800 МПа, ?=19 %. Это выше, чем в образцах с равномерным распределением мартенсита такого же количества, полученного термической обработкой (?0,2=1230 МПа, ?В=1710 МПа, ?=6 %). Повышенная пластичность образцов с макронеоднородной структурой обусловлена не только наличием пластичных прослоек аустенита, но и протеканием мартенситного ? ? ?? превращения при нагружении. Дифференцированную обработку можно осуществить и при использовании общего (объемного) и локального (местного) термических воздействий. В первом случае получают преимущественно мартенситную структуру во всем объеме стали. Локальное воздействие предусматривает нагрев, приводящий к отпуску (старению) мартенсита или его переходу в аустенит. Цели общей и локальной обработок могут быть и обратными. Например, в результате общей термической обработки образуется пластичная структура (сорбит отпуска), а прочная и твердая – после локальной закалки. Сравнительный анализ механических свойств плоских образцов толщиной 2 мм из стали 45 показал, что после закалки и низкого отпуска сталь имеет повышенные прочностные свойства (?0,2=1250 МПа, ?В=1400 МПа), но низкую пластичность (?=4 %). Высокий отпуск закаленной стали приводит к существенному снижению прочностных свойств (?0,2 = 425 МПа, ?В = 650 МПа), но повышает пластичность (?=17 %). Дифференцированная обработка с использованием локального электроконтактного нагрева, в результате которой структура отпущенного мартенсита чередуется с сорбитом отпуска, обеспечила получение промежуточных значений прочности и пластичности (?0,2=1050 МПа, ?В=1200 МПа, ?=10 %) по сравнению с приведенными выше. Рассмотренные способы создания регулярной макронеоднородной структуры применимы к полосовым и листовым материалам.      Разновидностью дифференцированной обработки является термическая обработка локальных участков с использованием источников концентрированной энергии: лазерных или электронных лучей и струи плазмы. В зависимости от вида источника концентрированной энергии и режимов обработки, глубина упрочненных участков может изменяться от 0,5 до 4,0 мм. Заключительной обработкой при необходимости может быть общий низкий отпуск для снятия внутренних напряжений. В последнее время получение регулярных макроскопических градиентов структурно-фазового состава все шире применяется для повышения долговечности различных изделий.