РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
В роботі для вирішення поставлених задач використовувалися методи: механічних випробувань (втомне та статичне навантаження), металографічних досліджень, вимірювання мікротвердості металів, рентгенографічний метод визначення орієнтації кристалів, математичний апарат статистики.
Випробування на втому проводились з метою встановлення закономірностей змін фізико-механічних властивостей досліджуваного матеріалу під дією циклічних навантажень на інкубаційному етапі втоми, визначення зв'язку між характером цих змін і особливостями руйнування досліджуваних монокристалів, встановлення залежності змін мікротвердості окремих зерен від їх кристалографічної орієнтації.
Статичні випробування проводись для побудови діаграми розтягування досліджуваного матеріалу і визначення режимів випробувань зразків на втому.
Металографічні методи застосовувались з метою визначення мікро- і макроструктури досліджуваних матеріалів.
Рентгенографічний метод застосовувався для визначення кристалографічної орієнтації досліджуваних зерен.
Метод вимірювання мікротвердості використовувався для виявлення залежностей змін фізико-механічних властивостей досліджуваних різно-орієнтованих кристалітів при випробуваннях на втому.
Детальний опис цих методів приведено нижче при розгляді відповідних етапів дослідження.
2.1. Методика експериментальних досліджень
В даних дослідженнях використовувались крупнозернисті зразки, виготовлені з технічного алюмінію АД-1. Вказані зразки являють собою прямокутні пластини розміром 130 х 50 х 1,2 мм.
Технічний алюміній АД-1 містить домішки, не більше:
0,3 % Fe; 0,3 % Si; 0,05 % Cu; 0,025 % Mn; 0,1 % Zn; 0,15 % Ti; 0,05 % Mg.
Механічні властивості технічного алюмінію у відпаленому стані [105]:
?в = 80 МПа; ?0,2 = 30 МПа; ? = 13 %; ? = 80 %; Е = 71?104 МПа;
G = 27?103 МПа; ?-1 = 40 МПа (на базі 5х108 циклів); ? = 0,31.
Однією з задач представленої роботи було дослідження закономірностей зміни фізико-механічних властивостей різно-орієнтованих кристалітів при втомі. Тому за допомогою спеціальної термомеханічної обробки [96] за методикою критичної деформації і відпалювання, у відповідності з якою зразки попередньо відпалюються, деформуються до заданої величини і знову відпалюються, в зразках утворювалась грубозерниста структура. Розмір зерен збільшувався з 0,01 мм до 25-30 мм, що дозволило розглядати отримані кристаліти як монокристали, визначити їх кристалографічну орієнтацію і провести вимірювання мікротвердості в статистичному аспекті.
В даній роботі методика [96] виготовлення грубозернистих зразків була оптимізована і адаптована під задачі, які ставилися при проведенні досліджень.
Відомо, що розмір зерна після рекристалізації залежить від наступних факторів:
- ступеня деформації;
- наявності більш крупних зерен в початковій структурі;
- зменшення швидкості нагрівання;
- збільшення тривалості відпалювання.
При рекристалізації зразків сплаву АД-1 суттєве збільшення розміру зерен було отримано при змінах ступеня деформації і швидкості нагрівання на різних етапах відпалювання.
Ступінь деформації, при якій після деформації отримано найбільш крупне зерно, називається критичною.
За допомогою спеціальних експериментів було встановлено, що критична деформація для сплаву АД-1 дорівнює 7%.
Також була розроблена програма змін швидкості нагрівання і температурних режимів при відпалюванні, яка дозволила отримати грубозернисті зразки із розміром зерен 25 - 30 мм.
На рис. 2.1 зображено діаграму зміни швидкості нагрівання зразків при відпалюванні. Відповідно до цієї діаграми при проведенні досліджень використовувались наступні режими термообробки:
а) первинне відпалювання:
- нагрівання до 2700С зі швидкістю 5град/хвил., до 4000 зі швидкістю 3 град/хвил., до 4300 - зі швидкістю 1 град/хвил., до 4800 - зі швидкістю 0,65 град/хвил., до 5100 - зі швидкістю 0,4 град/хвил.
- поступове охолодження зразків в печі.
Відносна деформація зразків 7%. Інтервал між відпалюванням і деформацією не повинен перевищувати 24 години, тому що це також впливає на розмір зерен.
б) повторне відпалювання:
- нагрівання до 4200С зі швидкістю 4 град/хвил, до 5100 - зі швидкістю 0,5 град/хвил.
Рис. 2.1. Температурні режими при відпалюванні
зразків сплаву АД-1
Виявлення макроструктури проводилось послідовним травленням у 5% розчині їдкого натру [106] і концентрованій азотній кислоті. Після травлення зразки промивалися проточною водою та просушувалися повітрям.
На рис. 2.2 зображено зразок, який було отримано після термомеханічної обробки. Зразки зі сплаву АД-1 виготовлялися з листового матеріалу.
Рис. 2.2. Зразок сплаву АД-1 після рекристалізації
Втомні випробування необхідно проводити в статистичному аспекті, тому зразки виготовлялися серіями, для яких режими термомеханічної обробки були однотипними.
Зразки для статичних випробувань виготовлялись із рекристалізованого сплаву АД-1 відповідно [107] (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Зразок для побудови діаграми розтягування
Дослідження механічних властивостей модельного сплаву АД-1 проводились на випробувальній машині для статичного навантаження FP-10. Швидкість переміщення активного захвату при навантаженні складала 2,5 мм за хвилину.
В результаті випробувань на статичне розтягування отримано діаграму (рис. 2.4), з якої були визначені фактичні механічні характеристики модельного сплаву після термообробки (табл. 2.1). На базі зазначених характеристик були обрані режими втомних випробувань.
Таблиця 2.1
Механічні властивості рекристалізованого сплаву АД-1
sв, МПаs0,2, МПаd, %y, %51З3,82592 Поверхня зразків для вимірювання мікротвердості підготовлювалась як металографічний шліф. Для того, щоб запобігти утворенню наклепу поверхневого шару, полірування проводилось вручну алмазною пастою зернистістю 3 - 4 мкм.
Рис. 2.4. Діаграма розтягування грубозернистого
зразка сплаву АД-1
Випробування на втому виконувалось на стандарт
- Київ+380960830922