автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Влияние макроструктуры упрочненного слоя и профиля границы раздела на характер пластической деформации и разрушения на мезоуровне борированных малоуглеродистых сталей

На правах рукописи

РОМАНЕНКО Анна Викторовна

ВЛИЯНИЕ МАКРОСТРУКТУРЫ УПРОЧНЕННОГО СЛОЯ И ПРОФИЛЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА НА ХАРАКТЕР ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ НА МЕЗОУРОВНЕ БОРИРОВАННЫХ МАЛОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Специальности: 05.16.01 — металловедение и термическая обработка металлов 01.04.07 — физика конденсированного состояния

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 2004

Работа выполнена в Томском политехническом университете и Институте физики прочности и материаловедения СО РАН

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, академик РАН, профессор Панин В.Е. кандидат технических наук Панин СВ.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Батаев А.А. доктор физико-математических наук, доцент Колубаев А. В.

Ведущая организация:

Сибирский физико-технический институт, г. Томск

Защита состоится 29 июня 2004 г. в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 003.038.01 в ИФПМ СО РАН по адресу: 634021, г.Томск, пр. Академический, 2/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФПМ СО РАН.

Автореферат разослан " мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

О.В. Сизова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Более 80% всех деталей машин и механизмов в мире подвергаются поверхностному упрочнению или нанесению покрытий. Такая обработка позволяет получать различные сочетания свойств поверхностных слоев и внутренних объемов материала (в первую очередь, твердости, износостойкости и коррозионной стойкости поверхности и вязкости сердцевины), что обеспечивает высокий уровень эксплуатационных характеристик поверхностно обработанных изделий. Это, в свою очередь, позволяет использовать сравнительно дешевые и технологичные материалы для изготовления изделий, у которых высокий уровень механических и других свойств требуется только в поверхностных слоях.

Результаты исследований, проведенных в последнее время с использованием сканирующей туннельной микроскопии, показали, что в поверхностных слоях нагруженных твердых тел развиваются потоки поверхностных дефектов, которые существенно влияют на макромеханические характеристики материала. Поверхностное упрочнение сдерживает возникновение подобных потоков, но обусловливает при нагружеиии возникновение на границе раздела «покрытие (упрочненный слой) - основа» мощных концентраторов напряжений. Релаксация последних происходит путем растрескивания покрытий (упрочненных слоев), что приводит к преждевременному выходу из строя деталей машин. По этой причине поверхностно упрочненные материалы, как правило, характеризуются меньшей усталостной прочностью.

К настоящему времени накоплен значительный экспериментальный и теоретический материал, описывающий поведение на мезомасштабном уровне поверхностно упрочнённых материалов с плоской границей раздела между покрытием и матрицей. Показано, что наличие на поверхности высокопрочного слоя приводит к значительному повышению предела текучести и предела прочности образцов, но значительно снижает их пластичность. При активном нагружен и и таких композиций в поверхностном слое формируется система квазипериодически расположенных поперечных трещин, расстояние между которыми возрастает при увеличении толщины упрочнённого слоя [1-3]. В мезомеханике это объясняется возникновением на плоской границе раздела двух упруго нагруженных сред квазипериодических концентраторов напряжений, которые обуславливают возникновение в поверхностном слое квазипериодических трещин и сильно выраженную макролокализацию пластической деформации в подложке [4-6]. Логично предположить, что профиль границы раздела «упрочненный слой - подложка» следует делать не плоским, а зубчатым или игольчатым. Это обеспечит диспергирование концентраторов напряжений на границе раздела, обусловит стохастический характер растрескивания малопластичного упрочненного слоя, вызовет более однородное пластическое течение в подложке. Все указанные факторы должны приводить к повышению эксплуатационных характеристик поверхностно упрочнённых конструкционных материалов, что действительно наблюдалось в работах [79] при борировании поверхностных слоев стали I5H3MA, в которой граница раздела «борированный слой - подложка» имеет игольчатый профиль. Однако в [79] основное внимание было уделено влиянию борирования поверхностного слоя на механизм повышения износостойкости стали.

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

С.Пет«р5ург ^^ ОЭ 200 !/а*т^СЛ

В настоящей работе была поставлена задача изучить закономерности и механизмы деформации и разрушения на мезоуровне борированных малоуглеродистых сталей. Поверхностно упрочнённые слои, полученные методом диффузионного борирования, имеют сложную макроструктуру и состоят из нескольких последовательно расположенных фаз, значительно различающихся по механическим характеристикам. В зависимости от режимов поверхностного упрочнения, а также структуры матрицы, профиль границы раздела может быть игольчатым, зубчатым или плоским (игольчатый профиль границы раздела формируется на малоуглеродистых сталях, а зубчатый - на высокоуглеродистых или цементированных). Это позволяет разделить вклад в пластичность и прочность борирован-ных малоуглеродистых сталей на как структуры борированного слоя, так и профиля границы раздела.

Цель работы. Экспериментальное изучение влияния макроструктуры поверхностно упрочненного слоя и профиля границы раздела на характер пластической деформации и разрушение на мезоуровне борированных малоуглеродистых сталей. Полученные экспериментальные результаты и обобщение литературных данных дадут возможность выявить факторы, определяющие оптимальные свойства композиций «упрочненный слой-основа» при механическом нагружении. Это позволит сформулировать рекомендации по оптимизации режимов поверхностного упрочнения. Кроме того, полученные данные являются основой для построения математических моделей физической мезомеханики для проведения компьютерных экспериментов по нагружению структурно-неоднородных материалов.

Положения, выносимые на защиту.

1. Формирование игольчатой границы раздела «борированный слой-подложка из стали СтЗ» эффективно повышает все механические характеристики материала только при толщине упрочненного слоя менее 80 мкм, как при растяжении, так и при сжатии. При большей толщине борированного слоя характеристики прочности снижаются.

2. Игольчатый борированный слой на поверхности высокопрочной стали 15НЗМА при толщине упрочненного слоя менее 80 мкм отрицательно сказывается на механических характеристиках при растяжении и положительно при сжатии. При толщине борированного слоя более 80 мкм характеристики прочности снижаются как при растяжении, так и при сжатии.

3. Формирование зубчатого упрочненного на предварительно цементированной стали СтЗ позволяет существенно увеличить характеристики прочности материала, хотя при растяжении его пластичность снижается.

4. Зубчатый (игольчатый) профиль границы раздела «борированный поверхностный слой - основа», совместно с введением градиентного переходного слоя, следует рекомендовать для поверхностного упрочнения малолегированных сталей при толщине борированного слоя не более 80 мкм.

Научная новизна. В работе впервые:

— проведены исследования пластической деформации и разрушения на ме-зомасштабном уровне в борированных образцах малоуглеродистых сталей 15НЗМА и СтЗ в условиях одноосного статического растяжения и сжатия;

— исследованы особенности деформирования борированных образцов стали СтЗ, в которых при нагружении наблюдается формирование развитой мезострук-туры и увеличение пластичности по сравнению с поверхностно неупрочненными образцами;

— показано влияние геометрии границы раздела и толщины упрочненного слоя на характер растрескивания хрупких упрочненных слоев и развитие пластической деформации на мезомасштабном уровне при нагружении поверхностно упрочненных малоуглеродистых сталей;

— на основе экспериментальных исследований сформулированы практические рекомендации по оптимизации структуры и толщины упрочненного слоя для композиций с хрупкими упрочняющими слоями для обеспечения максимальных характеристик прочности и пластичности.

Практическая ценность работы.

На основании сравнительного анализа закономерностей деформирования и разрушения изученных композиций «боридный слой - конструкционная сталь» сформулированы рекомендации по выбору оптимальной структуры и толщины поверхностно упрочненных образцов с хрупкими поверхностными слоями. Полученные данные были использованы для моделирования поведения структурно-неоднородных материалов [12 и др.].

Связь с государственными программами и НИР. Работа выполнялась в рамках следующих научных проектов и программ: интеграционная программа фундаментальных исследований Сибирского отделения РАН: проект № 77 «Физические процессы на границах раздела при получении гетерогенных материалов и покрытий» (1997-1999 гг.); «Физическая мезомеханика структурно-неоднородных сред» (основные задания к плану НИР ИФПМ СО РАН на 19952000 гг.); Федеральной целевой научно-технической программы исследований и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения по проекту «Компьютерное конструирование градиентных композиционных материалов конструкционного и функционального назначения для объектов техники энергетического и нефтегазового комплексов и разработка технологий их производства» (200-2002 гг.); молодежный проект РАН «Принципы конструирования высокопрочных и износостойких градиентных материалов и покрытий на основе физической мезомеханики» (2001-2003 гг.); научно-технический проект, посвященный 100-летию со дня рождения академика М.А. Лаврентьева «Мезомеханика внутренних границ раздела высокопрочных и износостойких градиентных материалов и покрытий» (2000-2002 гг.); научно-технический проект администрации Томской области, посвященный 400-летию города Томска «Комплекс технологий для восстановления объектов энергетического оборудования» (1999-2000 гг.); молодежный фант на проведение научных исследований в ведущих научно-педагогических коллективах Томского политехнического университета «Разработка критериев поверхностного упрочнения конструкционных сталей на основе физической мезомеханики материалов» (2003 г.); грант РФФИ «Мезомеханика структурных неустойчивостей и вихревой характер пластического течения в деформируемом твёрдом теле» № 99-01-00583 (19992001 гг.); грант РФФИ «Физическая мезомеханика и компьютерное конструиро-

вание новых материалов» № 00-15-96174 (2000-2002 гг.); интеграционном проекте СО РАН №45 «Разработка принципов мезомехаиики поверхности и внутренних границ раздела и конструирование на ее основе новых градиентных конструкционных материалов и многослойных тонкопленочных структур для электроники» (2000-2002 гг.); грант Президента РФ поддержки ведущих научных школ «Школа академика В.Е.Панина: Физическая мезомеханика наноматериалов, тонких пленок и конструкционных материалов с наноструктурированным поверхностным слоем» № НШ-2324.2003.1 (2003-2005 гг.).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах: Всероссийская конференции молодых ученых "Физическая мезомеханика материалов'98", Томск, 1998; вторая Всероссийская конференции молодых ученых "Физическая мезомеханика материалов'99н, Томск, 1999; третья Всероссийская конференции молодых ученых "Физическая мезомеханика материалов'2000", Томск, 2000; 5-я областная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск, 1999; VI областная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск, 2000; VII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск, 2001; VIII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск, 2002; IX Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск, 2003; X Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск, 2004; 3-ий Российско-Корейский научно-практический симпозиум «KORUS'99», Новосибирск, 1999; 4-ый Российско-Корейский научно-практический симпозиум «KORUS'2000», Республика Корея, Ульсан, 2000; 5-ый Российско-Корейский научно-практический симпозиум «KORUS'2001», Томск, 2001; 5-ый Российско-китайский Международный симпозиум «Новые материалы и технологии», Томск, 1999; VI Всероссийская научно-техническая конференция «Механика летательных аппаратов и современные материалы», Томск, 1999; региональная школа-семинар «Современные проблемы физики и технологии», Томск, 2000; вторая региональная школа-семинар «Современные проблемы физики и технологии», Томск, 2001; третья региональная школа-семинар «Современные проблемы физики и технологии», Томск, 2002; пятая региональная школа-семинар «Современные проблемы физики и технологии», Томск, 2004; II Международная конференция «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», Тамбов, 2000; Международная конференция «Mesome-chanics'2000», Китай, 2000; конференция молодых учёных, посвященная 100-летию М.АЛаврентьева, Новосибирск, 2000; конференция молодых учёных, посвященная 100-летию МАЛаврентьева, Новосибирск, 2001; Всероссийская конференция молодых ученых "Материаловедение, технологии и экология на рубеже веков", Томск, 2000; вторая Всероссийская конференция молодых ученых "Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии", Томск, 2003; Междуна-

родный Workshop "Mesomechanics: foundation and applications", Tomsk, 2001; шестой Китайско-Российский Международный симпозиум «New Materials and Technologies», Китай, 2001; вторая Международная научно-техническая конференция «Экспериментальные методы в физике структурно-неоднородных конденсированных сред», Барнаул, 2001; региональная конференция студентов, аспирантов, молодых учёных «Наука. Техника, Инновации'2001», Новосибирск, 2001; Международный симпозиум "New trends in Fatigue and Fracture", Тунис, Хаммамет, 2003; региональная школа-семинар «Новые материалы. Создание, структура, свойства-2003», Томск, 2003; Международный workshop "Mesomechanics: fundamentals and applications", Томск, 2003; V Международная конференция «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения». Санкт-Петербург, 2003.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 36 работ (5 статей в журналах и 31 статья в сборниках трудов научных конференций).

Структура и объем работы. Текст диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 166 страницах, содержит 91 рисунок и 2 таблицы. Библиографический список включает 127 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, определена цель исследований, сформулированы положения, выносимые на защиту, показана научная новизна результатов и практическая ценность, представлена структура диссертации.

В первой главе приведен обзор литературных данных по технологиям бо-рирования промышленных сталей. Особое внимание уделено особенностям формирования структуры упрочненных слоев при использовании различных методов и режимов борирования, её влиянию на эксплуатационные характеристики бори-рованных деталей машин. Изложены основные положения физической мезомеха-ники материалов, проанализированы результаты экспериментальных работ по исследованию особенностей деформирования и разрушения на мезоуровне композиций, поверхностно упрочненных различными методами. Современные представления о поверхностном упрочнении конструкционных материалов и их поведении при нагружении развиты в работах ВорошнинаЛ.Г., Гецова Л.Б., Кудино-ваВ.В., ЛяховичаЛ.С, Максимовича Г.Г., Солоненко О.П., Тушинского Л.И., Шатинского В.Ф.

Во второй главе сформулирована постановка задачи, обоснован выбор материала для исследований, приведены структуры упрочненных слоев и описана методика экспериментальных исследований.

В настоящей работе возникновение мезоконцентраторов напряжений (ме-зоКН) определялось зубчатой/игольчатой границей раздела при варьировании толщины упрочненного слоя. Предполагалось, что при малой толщине упрочняющего поверхностного слоя определяющим будет влияние мезоКН, расположенных в вершинах его зубцов/игл. При большей толщине упрочненного слоя их действие будет перекрываться за счет макроКН в вершинах поперечных трещин.

s

Данный эффект должен в значительной степени зависеть от прочности и пластичности подложки.

Для борирования использовались малоуглеродистые стали: нелегированная сталь СтЗ (в качестве модельного материала) и легированная сталь 15НЗМА, применяемая в машиностроении для деталей тяжелонагруженных узлов трения, например, цапф буровых долот. В исходном состоянии у сталей были следующие характеристики: СтЗ: СТо,=250МПа; оа^350МПа; 6^24%; 15НЗМА: Сто2=450МПа; ов=880МПа; 5=15%.

Боридные слои на исследуемых образцах получали способом диффузионного легирования из порошковой смеси следующего состава [9]: 40% карбида бора (В4С), 24% модифицирующей смеси (12%^^ + 30,2%ZгO2 + 3,5%TiO2), 20% графита (С) и 16% железа (Fe).

Борирование производилось при температурах от 850 до 950°С в течение 2 часов. Толщина борированных слоев составляла от 40 до 180 мкм и варьировалась температурой процесса. Профиль границы раздела при борировании малоуглеродистых сталей был игольчатым (рис. 1,а,б). Необходимо отметить, что при борировании стали СтЗ под иглами борида железа в результате диффузии углерода из поверхностного слоя в матрицу формировалась перлитная прослойка, сглаживающая игольчатый профиль границы раздела (рис. 1,6). Таким образом, структуру сформированного упрочненного слоя можно охарактеризовать как композиционную на основе перлита, армированного иглами Fe2B. Для получения зубчатого и плоского профиля границы раздела образцы стали СтЗ подвергали предварительной цементации на глубину 200+300 мкм при температуре 900°С в течение получаса. Затем получали зубчатые боридные слои толщиной от 20 до 80 мкм при температурах от 850 до 950°С (рис. 2, в) и плоскую границу раздела с толщиной слоя 260 мкм при борировании при 980°С в течение 5 часов (рис. 1, г). Для предотвращения формирования боридного слоя на боковых гранях образцов, где при нагружении наблюдали формирование деформационного рельефа, на них наносили жидкое стекло. Размер зерна материала матрицы во всех исследованных композициях составлял 20-40 мкм, независимо от времени химико-термической обработки.

Рис. 1. Структуры борированных слоев с различными профилями границы раздела: а - игольчатая на стали 15НЗМА; (б-г) - различный тип структуры приповерхностного слоя у борированной стали СтЗ. б - игольчатая (армированная); в - зубчатая, г - плоская: 1) ЕеВ, 2) Ре]В; 3)перлит; 4) карбоборид Ее]СС.В), 5) подложка

Металлографический анализ, измерение размера зерна и толщины упрочненного слоя проводили на шлифах, подвергнутых травлению 5%-ным раствором азотной кислоты в этиловом спирте. Испытания в условиях одноосного статического растяжения и сжатия с одновременным построением полей векторов смещения проводились на механической испытательной машине ИМАШ 20-78 со

скоростью нагружения 0,03-0,05 мм/мин. Диаграммы нагружения получали также с помощью гидравлической испытательной машины Schenck-Sinus-ЮО. Образцы для испытаний в условиях одноосного статического растяжения имели форму двусторонней плоской лопатки. Размер рабочей части составлял 25х 1,5x4 мм3 для образцов, не подвергнутых цементации, и 25x1,8x5 мм3 - для предварительно цементированных образцов. Для испытаний в условиях одноосного статического сжатия образцы имели форму параллелепипеда с размером рабочей части 3x1,5x1,5 мм3. Наблюдение деформационного рельефа проводили на боковых гранях рабочей части образцов (рис. 2) в области границы раздела с использованием оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC, принцип действия которого основан на корреляционном анализе оптических изображений поверхности, снимаемых двухэкспозиционным методом [10]. Характер развития пластической деформации на мезомасштабном уровне изучали путём анализа построенных полей векторов смещений участков поверхности.

Внешняя

нагрузка Рис. 2. Схематическое изображение ♦ рабочей части образца:

1 - борировапные грани; 2 - боковая грань

Продольная и поперечная компоненты рассчитанных векторов смещения использовались для расчета распределения интенсивности скорости деформации е. с использованием формул механики деформируемого твердого тела, по методике, описанной в работе [11]:

Изучение процессов растрескивания боридных слоев с различной структурой и геометрией границы раздела проводили на плоской поверхности образцов с использованием растрового электронного микроскопа TESLA BS 300.

В третьей главе изложены результаты исследований характера развития пластической деформации и разрушения на мезомасштабном уровне борирован-ных образцов стали СтЗ в условиях растяжения и сжатия. Сталь СтЗ, растяжение

Развитие пластической деформации на мезоуровне в образцах определялось профилем границы раздела и толщиной боридного слоя. На рис. 3 приведены кривые течения образцов стали СтЗ. Необходимо отметить следующие особенности приведенных графиков. Во-первых, увеличение не только предела прочности, но и относительного удлинения образцов стали СтЗ с тонкими (<80 мкм) борид-ными слоями (рис.3, а, кривые 1-3). Для остальных композиций пластичность

Борированиый слой (1) Внешняя *

Н"рузк> /УУУУУУ/Г

Плоскость на* |

блюлсния(2) Борированиый слой (1)

уменьшалась с увеличением толщины упрочненного слоя. Во-вторых, факт заметного увеличения прочностных характеристик у образцов с перлитным подслоем (зубчатой и плоской границей раздела, рис. 3, б, кривые 2-5). В-третьих, достаточно высокую пластичность образца с плоской границей раздела и борид-ным слоем толщиной 260 мкм, сопоставимую с пластичностью образца с зубчатой границей раздела и толщиной боридного слоя 80 мкм (рис. 3, б, кривые 5 и 4 соответственно).

Относительное удлинение е. •/ Относительное удлинение е. %

Рис. 3. Кривые течения при растяжении борированных образцов стали СтЗ (а) и предварительно цементированных образцов стали СтЗ (б) с различной толщиной упрочненного слоя

В соответствии с классификацией [1,2], возникновение трещин в боридных слоях можно разделить на первичное и вторичное. Первичные трещины формировались в самом начале пластического течения (площадка текучести), а вторичные — в процессе последующего растрескивания первичных фрагментов боридного слоя. Как видно из изображений, полученных с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ) и представленных на рис. 4, первичные трещины формировались перпендикулярно направлению приложения внешней нагрузки, а процесс вторичного растрескивания отличался в зависимости от профиля границы раздела и толщины боридного слоя. У образцов с перлитным градиентным слоем (зубчатая и плоская границы раздела, рис. 1, г,в)у а также образцов с игольчатой границей раздела (рис. 1, б) и тонкими (<80 мкм) упрочнёнными слоями, тонкие вторичные трещины ориентированы по сопряженным направлениям максимальных касательных напряжений (Тт») и образуются между первичными в виде «перемычек» (рис. 4, а,б,д,е). У образцов с игольчатой границей раздела и толстыми (толщиной более 80 мкм) упрочненными слоями вторичные трещины разбивают фрагменты борированного слоя, сформированные на начальных стадиях нагружения, на 2 или 3 части, являются поперечными и расположены параллельно первичным трещинам (рис. 4, в,г). Очевидно, это связано с увеличением толщины сплошного слоя боридов при увеличении толщины упрочненного слоя. Поперечные трещины, формирующиеся в таких боридных слоях, приводят к значительному снижению как прочности, так и пластичности поверхностно упрочненных образцов (рис. 3, а, кривые 4 и 5).

Пластическое течение образцов с тонкими упрочненными слоями начиналось с распространения полосы Людерса, определяющего равномерное первич-

ное растрескивание упрочненного слоя (рис. 5). При этом в подложке формировались макрополосы локализованной деформации, распространяющиеся в направлении хтм (рис. 5, б,в). Пересекаясь, они образовывали мезообъёмы в форме трехгранных призм. Пространственный период растрескивания и, соответственно, размер формирующихся мезообъёмов возрастал с увеличением толщины бо-ридного слоя. Дальнейшее деформирование образцов с игольчатой границей раздела характеризовалось самосогласованным движением мезообъёмов, образованных в процессе первичного растрескивания. При этом единичные мезообъёмы двигались как обособленно, так и согласованно, образуя при этом мезообъёмы большего размера, также в форме трёхгранных призм. Наиболее выражено этот эффект проявлялся у образцов с толщиной упрочненного слоя менее 80 мкм, характеризующихся большим значением относительного удлинения (рис. 3, а, кривые 2,3). :

Рис. 4. РЭМ-изображения поверхностей разрушенных борированных образцов стали СтЗ (д,е - подвергнутые предварительной цементации) с различной толщиной упрочненного слоя: а-40 мкм; б-80 мкм; в-100 мкм; г- 180 мкм (см. структуру на рис. 1,6); д — 50 мкм (см. структуру на рис. I, в); е - 260 мкм (см. структуру на рис. 1, г).х2

Рис. 5. Формирование макрополос при первичном растрескивании образца стали СтЗ с боридным слоем толщиной 80 мкм: а - металлографическое изображение поверхности боковой фан и; б - соответствующее поле векторов смещений; в - картина распределения интенсивности скорости деформации; Е-- 1%; размер изображения 840x634 мкм

Прохождение полосы Людерса создает равномерное распределение мезоКН. Самосогласование по направлениям ттак большого числа мезоКН на зубчатой/игольчатой границе раздела при толщине борированного слоя <80 мкм обуславливает вовлечение в сдвиговую деформацию всего объема образца, подобно самосогласованию надрезов, описанном в работе [11]. Это проявляется и во вторичном растрескивании боридного слоя (рис. 4, а,6), ив развитии сдвигов в направлении Тпих в подложке. В итоге возрастает как предел прочности, так и относительное удлинение композиций (рис. 3, а, кривые 2,3). Формирование сквозных поперечных трещин при большей толщине боридного слоя приводит к резкому снижению всей кривой течения (рис. 3, а, кривые 4 5). Сталь СтЗ, сжатие

Развитие пластической деформации при сжатии образцов стали СтЗ также определялось профилем границы раздела и толщиной боридного слоя. Кривые течения приведены на рис. 6. Необходимо отметить следующие особенности графиков. Во-первых, значительное повышение механических характеристик образцов с игольчатой границей раздела и тонкими (<80 мкм) боридными слоями (рис. 6, я, кривая 3, рис. 6, б, кривые 2-4). Во-вторых, снижение напряжения течения с увеличением толщины боридного слоя с игольчатой структурой до 100 мкм и более и появления на кривых таких образцов участка с уменьшающимися значениями напряжения течения в интервале Е~1 + 5% (рис. 6, а, кривая 4, рис. 6, б, кривая 5), очевидно, вследствие значительной локализации деформации при растрескивании таких упрочненных слоев. При этом в случае игольчатой границы раздела предел текучести уменьшался (рис. 6, а, кривая 4). Следует отметить, что у предварительно цементированных образцов боридные слои даже значительной толщины (260 мкм, плоская граница раздела) не приводили к уменьшению предела текучести (рис. 6, б, кривая 5).

| воо

с £

X 200

0

4_____

2

5

1-0 мкм 1__ 2-20 мкм

г 3-50 мкм 4-80 мкм

3 - 260 мкм

10 20 30

Относительное удлинение е, %

0 10 20 30 40 90

Относительноеудлинение с. */%

Рис. 6. Кривые течения при сжатии борированных образцов стали СтЗ с игольчатым (а) и зубчатым (б) профилем границы раздела с различной толщиной упрочненного слоя

При деформировании неборированных образцов и образцов с боридными слоями толщиной <80 мкм деформационный рельеф в подложке формировался достаточно равномерно, без макролокализаций (рис, 7, а,б). При большой толщине упрочненного слоя (> 80 мкм) в нем формировались макротрещины, которые приводили к значительной локализации деформации (участки с уменьшающимся

напряжением на кривых течения, рис. 6) и развитию макрополос локализованной деформации (рис. 7, в). Остальная часть подложки из процесса пластического течения практически исключалась, деформационный рельеф на остальной поверхности боковой грани был выражен слабо.

Таким образом, при сжатии боридные слои толщиной <80 мкм приводят к значительному упрочнению образцов (коэффициенты поверхностного упрочнения Ла02=2.5 для обоих типов образцов; ЛЬв=1.5 для образцов с игольчатой границей раздела и Аов'=1.9 для образцов с зубчатой границей раздела, см. рис. 6). Как и в условиях растяжения, боридные слои большей толщины приводят к локализации деформации при растрескивании и исключении значительной части подложки из процесса сопротивления пластическому деформированию, что сказывается на уровне напряжения течения. Однако следует отметить, что присутствие переходного перлитного слоя в образцах с боридным слоем толщиной 260 мкм (плоская граница раздела) позволяет избежать снижения предела текучести образцов, и коэффициенты упрочнения в этом случае составляют Лов=1.4 (т.е. практически как в случае тонких боридных слоев с игольчатой границей раздела).

Рис. 7 Оптические изображения боковых граней образцов стали СтЗ. а- игольчатая граница раздела, 80 мкм, £=10%, б -зубчатая граница раздела, 80 мкм,:^18%, в - игольчатая граница раздела, 100 мкм, е=10%,х4

В четвертой главе изложены результаты исследований характера развития пластической деформации и разрушения на мезомасштабном уровне борирован-ных образцов стали 15НЗМА в условиях растяжения и сжатия. Сталь I5H3MA, растяжение

При растяжении борированных образцов стали 15НЗМА в упрочненных слоях формировались тонкие стохастически распределенные трещины конечной длины (рис. 8, а). Следует отметить, что боридные слои любой толщины приводят к снижению как прочности, так и пластичности поверхностно упрочненных образцов стали 15НЗМА (кривые течение приведены на рис. 8, б).

При деформировании образцов стали 15НЗМА от трещин в упрочненном слое в подложке формировались полосы локализованной пластической деформации, которые развивались несимметрично, преимущественно в направлении (рис. 9, а,б). В отличие от образцов стали СтЗ, полосы локализованной деформации не развивались глубоко в подложку. При формировании шейки отдельные мелкие трещины сливались в глубокие поперечные трещины, распространяющиеся через весь боридный слой. При этом в подложке наблюдалось образование трехгранных призм в приповерхностном слое, возникающих при взаимном пересечении мезополос локализованной деформации, распространяющихся через весь образец в сопряженных направлениях тт1„ (рис. 9, в). На картинах распределения

интенсивности скорости деформации в объеме материала можно видеть сдвиговую деформацию по границам мезообъемов, которая в каждый момент измерения развивается очень локально (рис. 9, г). Поперечные трещины в боридном слое значительно локализуют деформацию в поперечном сечении (являясь структурными надрезами). Магистральная трещина, возникающая на одной из них, распространяется в объеме материала по границам мезообъемов.

Рис 8 РЭМ-изображение образца стали 15НЗМА (40 мкм), разрушенного при растяжении (а, х10) и кривые течения образцов с различной толщиной упрочненного слоя (б)

Относительное удлинение е, %

Рис 9 Развитие пластической деформации при растяжении, набчюдаемое на боковых гранях

образцов стали 15НЗМА а,б - зарождение мезополос (показаны стрелками) от трещин в боридном слое толщиной 40 мкм (а) и 100 мкм (б), £=<0,5%, размер изображения 840x280 мкм, в,г-область шейки образца с боридным слоем толщиной 60 мкм оптическое изображение (в) и соответствующая картина распределения интенсивности скорости деформации (г), Е—5%, размер изображения 840x634 мкм

Можно заключить, что малая пластичность легированной стали 15НЗМА не обеспечивает однородное вовлечение объема образца в сдвиговую деформацию при стохастическом растрескивании борированного слоя, что снижает роль ме-зоКН на игольчатой границе раздела Поэтому при нагружении борированной стали 15НЗМА происходит локализация деформации и снижение пластичности. Борирование более мягкой стали СтЗ на такую толщину обуславливает уменьшение локализации деформации и возрастание пластичности.

Сталь 15НЗМА, сжатие

При сжатии наблюдалось увеличение прочности образцов с тонкими бори-рованными слоями (кривая 2 на рис. 10), Ло<у=1.5 и Аств = 1.2. Подобно образцам стали СтЗ с игольчатой границей раздела, при толщине упрочненного слоя 100 мкм предел текучести образца значительно снижался, и на кривой наблюдалось формирование участка с уменьшающимися значениями напряжения течения в интервале е~1*5% (рис. 10, кривая 3).

£ г

—

1

~~~ 3

1-0 мкм

2-40 мкм

3-100 мкм > ■ ■ •

Рис 10 Кривые течения при сжатии борированных образцов стали 15НЗМА с различной толщиной упрочненного слоя

Относительное удлинение с, V.

Характерным элементом деформационного рельефа, помимо зеренного, при сжатии образцов стали 15НЗМА без боридного слоя, являлись складки экструди-рованого материала, ориентированные в направлении, нормальном к направлению приложения внешней нагрузки (рис. 11, а). Тонкие боридные слои изменяли ориентацию этих складок: при толщине упрочненного слоя 40 мкм они были ориентированы под углом 70-75° к оси нагружения (рис. 11, б), а при толщине упрочненного слоя 60 мкм - под углом 50-60°. Как и в случае стали СтЗ с игольчатой границей раздела, значительная локализация деформации при растрескивании борированного слоя толщиной 100 мкм приводила к формированию макрополос деформации в направлении хтак (рис. 11, в), что приводило к снижению напряжения течения (рис. 10, кривая 3).

Рис 11 Оптические изображения деформационного рельефа, сформированного на боковых гранях образцов стали 15НЗМА при сжатии а - без боридного слоя, Е=8%, х5, б-боридныйслой40 мкм, £:=5%, х20, в-боридныйслой 100 мкм, €=10%.х5

Особого внимания заслуживает результат, касающийся характера формоизменения образцов стали 15НЗМА с различной толщиной боридного слоя. В случае, когда упрочненный слой имел небольшую толщину (порядка 40-5-60 мкм), после нагружения образец приобретал бочкообразную форму (рис. 12, а,в). Однако в случае большей толщины упрочненного слоя (порядка 100 мкм и более) образец, изначально имевший форму параллелепипеда, в результате нагружения

приобретал форму призмы (рис. 12,б,г). Анализ РЭМ-изображений поверхности боридного слоя данного образца показывает, что в самом начале нагружения в нем формируется магистральная трещина. Этому на кривой течения соответствует участок, характеризующийся уменьшением напряжения течения на ~ 100 МПа.

Рис 12 РЭМ-изображения растрескавшихся боридных слоев (а,б) и схемы изменения формы образцов стали 15НЗМА при сжатии (в,г)- а-40 мкм, с=50%, б- 100 мкм, е=10%, 50%,х8

Таким образом, тонкие боридные слои, сформированные на стали 18Н3МЛ, положительно сказываются в условиях сжатия, обеспечивая повышение прочностных характеристик и высокую пластичность образцов. Боридные слой большой толщины приводят к значительной локализации деформации, неравномерному изменению формы поверхностно упрочнённого материала и снижению его механических характеристик.

С использованием оптико-телевизионного измерительного комплекса ТОМ8С проведено исследование влияния профиля границы раздела на характер пластической деформации и разрушения на мезоуровне борированных малоуглеродистых сталей. В работе варьировали профиль границы раздела «упроченный поверхностный слой-матрица» (игольчатый, зубчатый, плоский), тип подложки (сталь СтЗ в качестве модельного материала, а также долотная сталь 18Н3МЛ), условия нагружен и я (растяжение/сжатие, поскольку борированные детали используются в узлах трения, испытывающих в процессе эксплуатации различные условия нагружения). В результате проведенных исследований были выявлены закономерности возникновения и релаксации мезоКН в области границы раздела в поверхностно упрочненных образцах. Полученные результаты позволили сформулировать следующие выводы.

1. МезоКН, стохастически распределенные на игольчатой границе раздела в борированной стали СтЗ, при толщине упрочненного слоя до 80 мкм, обеспечивают однородную сдвиговую деформацию в объёме материала и растрескивание боридного слоя по сопряженным направлениям максимальных касательных напряжений, что обеспечивает одновременное повышение как прочности, так и пластичности образцов. Дальнейшее увеличение толщины боридного слоя приводит к уменьшению всех механических характеристик.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

2. Боридные слои с зубчатым профилем границы раздела, сформированные на предварительно цементированной стали СтЗ, приводят к повышению прочностных характеристик образцов независимо от толщины и схемы нагружения.

3. Наличие боридного слоя с игольчатым профилем границы раздела на поверхности образцов легированной стали 15НЗМА приводит к снижению показателей прочности и пластичности при растяжении. В условиях сжатия боридные слои толщиной до 80 мкм приводят к значительному повышению прочностных характеристик поверхностно упрочненных образцов.

4. Создание зубчатого/игольчатого профиля границы раздела «упрочненный поверхностный слой - основа», а также введение градиентного переходного слоя, может быть рекомендовано для поверхностного упрочнения малоуглеродистых сталей.

5. Предложенная в работе методика визуализации характера релаксации мезо-концентраторов напряжений с использованием оптико-телевизионного комплекса TOMSC может быть эффективно использована для оптимизации режимов поверхностного упрочнения.

Список цитированной литературы

1. Антипина Н.А. Механизмы пластической деформации и разрушения на ме-зомасштабном уровне поверхностно упрочненной хромистой стали: Дис. ... канд. техн. наук. -Томск: Изд. ИФПМ СО РАН, 1996. - 19 с.

2. Панин В.Е. Синергетические принципы физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. — 2000. - Т.З, №6. - С. 5-36.

3. Панин В.Е., Фомин В.М., Титов В.М. Физические принципы мезомеханики поверхностных слоев и внутренних границ раздела в деформируемом твердом теле // Физическая мезомеханика. - 2003. - Т.6, №2. - С. 5-14.

4. Гриняев Ю.В., Панин В.Е. Расчет напряженного состояния в упругонагру-женном поликристалле// Изв. вузов. Физика. — 1978.-№12.-С. 95-101.

5. Панин В.Е. Физическая мезомеханика поверхностных слоев твердых тел // Физическая мезомеханика. —1999. — Т.2, №6. - С. 5-23.

6. Simulation ofstress concentration and localized plastic flow in coated materials on the mesolevel / R.R. Balokhonov, S.V. Panin, V.A. Romanova, P.V. Makarov // Proceedings of International Conference on New Challenges in Mesomechanics, Aalborg University, Denmark, 2002. - V.2. - P. 587-590.

7. Применение износостойких боридных покрытий в узлах трения / А.В.Колубаев, В.И.Ковешников, О.В.Сизова, Г.В.Трусова // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1992. -№4. - С. 46-48.

8. Структура и свойства однофазных боридных покрытий / А.В. Колубаев, СЮ. Тарасов, Г.В. Трусова, О.В. Сизова // Изв. вузов. Черная металлургия. -1994.-№7.-С. 49-51.

9. Трусова Г.В. Механизм формирования, структура и свойства боридных слоев на стали: Дис.... канд. техн. наук. - Томск: Полиграфист, 1996. - 20 с.

10. Оптико-телевизионные методы исследования и диагностики материалов на мезоуровне / В.И. Сырямкин, В.Е. Панин, А.В. Парфенов, СВ. Панин и др. В кн. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов. -Новосибирск: Наука, 1995.-Т.1.-С176-194.

11. Самоорганизация зон повышенной пластичности в области геометрических концентраторов напряжений и характер разрушения меди при растяжении / Л.С Деревягина, В.Е. Панин, ИЛ. Стрелкова, А.И. Мирхайдарова // Физическая мезомеханика. - 2003. - Т.6, №5. - С. 47-52.

12. Оптико-телевизионная измерительная система - приложение методов технического зрения к изучению закономерностей деформирования твердых тел и диагностике состояния нагруженных материалов / СВ. Панин, В.И. Сырямкин, В.Е. Панин, P.P. Балахонов, А.В. Романенко, А.Ю. Быдзан // Изв. Вузов. Физика. - 2004. - №5 (принято к печати).

Основные • научные результаты диссертации изложены в следующих

публикациях:

1. Koval A.V.\ Panin S.V., Trusova G.V. Effect of Surface-Hardened Borated Layer on Plastic Deformation Behaviour at Mesolevel of Structural 15N3Ma and St 3 Steels // Proceedings the Third Russian-Korean International Symposium on Science and Technology. - Korus'99, June 22-25, 1999 at NSTU, Novosibirsk, Russia. - Vol. 1.-P. 347-350.

2. Коваль А.В., Панин СВ., Трусова Г.В. Влияние поверхностного слоя, упрочнённого методом борирования, на пластическую деформацию на мезо-уровне стали 15НЗМА //Сборник научных статей, посвященный 100-летию машиностроительного факультета ТПУ. - Томск, 2000. - С 91-100.

3. Коваль А.В., Панин СВ. Граница раздела как определяющий фактор в процессе развития пластической деформации поверхностно упрочнённых материалов // Современные проблемы физики и технологии: Сборник статей молодых учёных. - Томск: Изд. НТЛ, 2000. - С. 18-20.

4. Влияние геометрии и структуры границы раздела на характер развития пластической деформации на мезомасштабном уровне борированных образцов конструкционных сталей / СВ. Панин, А.В. Коваль, Г.В. Трусова, Ю.И. Почивалов, О.В. Сизова // Физическая мезомеханика. — 2000. — Т.З., №2.-С 99-115.

5. Koval A.V., Panin S.V. Influence of Hardened Layer Structure and Coating-substrate Interface Geometry on Plastic Deformation Pattern of Structural Steels at Mesolevel // Proceedings K0RUS'2000 The 4th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology, June 27-July 1,2000 at the University of Ulsan, Republic of Korea. P. 375-380.

6. Коваль А.В., Панин СВ. Изучение развития пластической деформации на мезомасштабном уровне в упрочненных образцах конструкционных сталей с различным профилем границы раздела. // Труды Всероссийской конференции молодых ученых "Материаловедение, технологии и экологии на рубеже веков". - 5-8- декабря 2000 г. - Томск, Россия. - С 92-96.

*В связи со вступлением в брак фамилия Коваль изменена на фамилию Романенко (свидетельство о заключении брака 1-ОМ №541343 от 9.08.2003).

7. Koval A.V., Panin S.V. Formation of fractal mesostructure in structural steels with heterogeneous hardening layers under tension // Proceedings of an International Conference of Role of Mechanics for Development of Science and Technology, held at XPan, China, June 13-16,2000. - Vol. 2. - P. 585-592.

8. Koval A.V., Panin S.V. Mesoscale deformation and cracking of surface-hardened low carbon steel // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. - 2000. - No34. -P. 117-121.

9. Коваль А.В., Панин СВ. Изучение характера разрушения хрупких упрочняющих слоев при активном растяжении // Международный межвузовский сборник «Фундаментальные и прикладные исследования для производства». - Барнаул: Изд.Алт.Гос.техн.ун-та, 2000. - С. 57-61.

10. Koval A.V., Panin S.V. Patterns of brittle layer cracking under tension of coated materials // Proceedings of the Fifth Korea-Russia Internationa] Symposium on Science and Technology KORUS'2001, June 26-July 3,2001. -Tomsk, Russia. -Vol.1.-P. 254-257.

11. Панин СВ., Коваль А.В., Почивалов Ю.И. Особенности разрушения образцов малоуглеродистой стали с боридными слоями различной толщины при одноосном статическом растяжении // Физическая мезомеханика. - 2002. -TJ..X24.-C85-95.

12. Koval A.V., Panin S.V. Peculiarities of cracking of borated structural steel specimens with hardened layers of different thickness under tension // Сборник трудов международного симпозиума "New trend in Fatigue and Fracture", 12-13 May, [Электронное издание]. - Hammamet, 2003. - CD-ROM.

13. Панин СВ., Коваль А.В., Тйаченко А.Ю., Иваненко А.В. Влияние толщины и структуры поверхностных боридных слоев на развитие пластической деформации и разрушение образцов конструкционных сталей при сжатии // Физическая мезомеханика. - 2003. - Т.6., №2. - С. 81-92.

14. Ткаченко А.Ю., Коваль А.В., Панин СВ. Влияние толщины упрочненного слоя борированных образцов малоуглеродистой стали на характер пластической деформации в условиях одноосного статического сжатия // Материалы II всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в Ш тысячелетии», 3-6 ноября, Томск, 2003. - С. 101-104.

15. Иваненко А.В., Романенко А.В., Панин СВ. Деформирование на мезомас-штабном уровне образцов стали 15НЗМА с борированными слоями различной толщины // Материалы II всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в Ш тысячелетии», 3-6 ноября, Томск, 2003.-С. 32-35.

16. Оптико-телевизионная измерительная система - приложение методов технического зрения к изучению закономерностей деформирования твердых тел и диагностике состояния нагруженных материалов / СВ. Панин, В.И. Сырямкин, В.Е. Панин, P.P. Балахонов, А. В. Романенко, А.Ю. Быдзан // Изв. Вузов. Физика. - 2003. - №5 (принято к печати).

112627

Подписано в печать 26.05.2004. Тираж 100 экз. Заказ № 163. Бумага офсетная. Печать RISO. Отпечатано в типографии ООО «РауШ мбХ» Лицензия Серия ПД № 12-0092 от 03.05.2001г. г. Томск, ул. Усова 7, ком. 052. тел. (3822)56-44-54

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Борирование как метод поверхностного упрочнения деталей машин

1.1.1. Способы борирования

1.1.2. Формирование борированного слоя

1.1.3. Особенности структуры борированных слоев, области применения

1.2. Представления физической мезомеханики материалов о пластической деформации и разрушении структурно неоднородных материалов

1.3. Особенности поведения поверхностно упрочненных композиций в условиях одноосного статического нагружения

1.3.1. Напряжения и деформации в хрупких покрытиях

1.3.2. Экспериментальные исследования развития пластической деформации и разрушения поверхностно упрочнённых материалов на мезо- и макромасштабных 38 уровнях

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА 42 ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Постановка задачи

2.2. Режимы борирования, структуры боридных слоев в композициях с различной геометрией границы раздела «упрочненный слой - подложка»

2.3. Методики экспериментальных исследований

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА РАЗВИТИЯ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ НА МЕЗОМАСШТАБНОМ

УРОВНЕ БОРИРОВАННЫХ ОБРАЗЦОВ СТАЛИ СтЗ

3.1. Введение

3.2. Испытания образцов в условиях растяжения

3.3. Испытания образцов в условиях сжатия

4.2. Испытания образцов в условиях растяжения 90

4.3. Испытания образцов в условиях сжатия 99

4.4. Обсуждение полученных результатов 104

4.5. Выводы к главе 4 107 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 108 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 111 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 127 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 128

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Более 80% всех деталей машин и механизмов в мире подвергаются поверхностному упрочнению или нанесению покрытий. Такая обработка позволяет получать различные сочетания свойств поверхностных слоев и внутренних объемов материала (в первую очередь, твердости, износостойкости и коррозионной стойкости поверхности и вязкости сердцевины), что обеспечивает высокий уровень эксплуатационных характеристик поверхностно обработанных изделий. Это, в свою очередь, позволяет использовать сравнительно дешевые и технологичные материалы для изготовления изделий, у которых высокий уровень механических и других свойств требуется только в поверхностных слоях.

Результаты исследований, проведенных в последнее время с использованием сканирующей туннельной микроскопии, показали, что в поверхностных слоях нагруженных твердых тел развиваются потоки поверхностных дефектов, которые существенно влияют на макромеханические характеристики материала. Поверхностное упрочнение сдерживает возникновение подобных потоков, но обусловливает при нагружении возникновение на границе раздела «покрытие (упрочненный слой) - основа» мощных концентраторов напряжений. Релаксация последних происходит путем растрескивания покрытий (упрочненных слоев), что приводит к преждевременному выходу из строя деталей машин. По этой причине поверхностно упрочненные материалы, как правило, характеризуются меньшей усталостной прочностью.

К настоящему времени накоплен значительный экспериментальный и теоретический материал, описывающий поведение на мезомасштабном уровне поверхностно упрочнённых материалов с плоской границей раздела между покрытием и матрицей. Показано, что наличие на поверхности высокопрочного слоя приводит к значительному повышению предела текучести и предела прочности образцов, но значительно снижает их пластичность. В группе академика В.Е.Панина было показано, что при активном нагружении таких композиций в поверхностном слое формируется система квазипериодически расположенных поперечных трещин, расстояние между которыми возрастает при увеличении толщины упрочнённого слоя. В мезомеханике это объясняется возникновением на плоской границе раздела двух упруго нагруженных сред квазипериодических концентраторов напряжений, которые обуславливают возникновение в поверхностном слое квазипериодических трещин и сильно выраженную макролокализацию пластической деформации в подложке. Логично предположить, что профиль границы раздела «упрочненный слой — подложка» следует делать не плоским, а зубчатым или игольчатым. Это обеспечит диспергирование концентраторов напряжений на границе раздела, обусловит стохастический характер растрескивания малопластичного упрочненного слоя, вызовет более однородное пластическое течение в подложке. Все указанные факторы должны приводить к повышению эксплуатационных характеристик поверхностно упрочнённых конструкционных материалов, что действительно наблюдалось в работах группы д.ф.-м.н. A.B. Колубаева при борировании стали 15НЗМА, в которой граница раздела «борированный слой - подложка» имеет игольчатый профиль. Однако в этих исследованиях основное внимание было уделено влиянию борирования на механизм повышения износостойкости стали.

В настоящей работе была поставлена задача изучить закономерности и механизмы деформации и разрушения на мезоуровне борированных малоуглеродистых сталей. Поверхностно упрочнённые слои, полученные методом диффузионного борирования, имеют сложную макроструктуру и состоят из нескольких последовательно расположенных фаз, значительно различающихся по механическим характеристикам. В зависимости от режимов поверхностного упрочнения, а также структуры матрицы, профиль границы раздела может быть игольчатым, зубчатым или плоским (игольчатый профиль границы раздела формируется на малоуглеродистых сталях, а зубчатый - на высокоуглеродистых или цементированных). Это позволяет разделить вклад в пластичность и прочность борированных малоуглеродистых сталей как структуры борированного слоя, так и профиля границы раздела.

Цель работы. Экспериментальное изучение влияния макроструктуры поверхностно упрочненного слоя и профиля границы раздела на характер пластической деформации и разрушение на мезоуровне борированных малоуглеродистых сталей. Полученные экспериментальные результаты и обобщение литературных данных дадут возможность выявить факторы, определяющие оптимальные свойства композиций «упрочненный слой — основа» при механическом нагружении. Это позволит сформулировать рекомендации по оптимизации режимов поверхностного упрочнения. Кроме того, полученные данные являются основой для построения математических моделей физической мезомеханики для проведения компьютерных экспериментов по нагружению структурно-неоднородных материалов.

Положения, выносимые на защиту.

1. Формирование игольчатой границы раздела «борированный слой — подложка из стали СтЗ» эффективно повышает все механические характеристики материала только при толщине упрочненного слоя менее 80 мкм, как при растяжении, так и при сжатии. При большей толщине борированного слоя характеристики прочности снижаются.

2. Игольчатый борированный слой на поверхности высокопрочной стали 15НЗМА при толщине упрочненного слоя менее 80 мкм отрицательно сказывается на механических характеристиках при растяжении и положительно при сжатии. При толщине борированного слоя более 80 мкм характеристики прочности снижаются как при растяжении, так и при сжатии.

3. Формирование зубчатого упрочненного слоя на предварительно цементированной стали СтЗ позволяет существенно увеличить характеристики прочности материала, хотя при растяжении его пластичность снижается.

4. Зубчатый (игольчатый) профиль границы раздела «упрочненный поверхностный слой - основа», совместно с введением градиентного переходного слоя, следует рекомендовать для поверхностного упрочнения малолегированных сталей при толщине упрочненного слоя не более 80 мкм.

Научная новизна. В работе впервые:

-проведены исследования пластической деформации и разрушения на мезомасштабном уровне в борированных образцах малоуглеродистых сталей 15НЗМА и СтЗ в условиях одноосного статического растяжения и сжатия;

-исследованы особенности деформирования борированных образцов стали СтЗ, в которых при нагружении наблюдается формирование развитой мезоструктуры и увеличение пластичности по сравнению с поверхностно неупрочненными образцами;

-показано влияние геометрии границы раздела и толщины упрочненного слоя на характер растрескивания хрупких упрочненных слоев и развитие пластической деформации на мезомасштабном уровне при нагружении поверхностно упрочненных малоуглеродистых сталей; на основе экспериментальных исследований сформулированы практические рекомендации по оптимизации структуры и толщины упрочненного слоя для композиций с хрупкими упрочняющими слоями для обеспечения максимальных характеристик прочности и пластичности.

Практическая ценность работы.

На основании сравнительного анализа закономерностей деформирования и разрушения изученных композиций «боридный слой -конструкционная сталь» сформулированы рекомендации по выбору оптимальной структуры и толщины поверхностно упрочненных образцов с хрупкими поверхностными слоями. Полученные данные были использованы для моделирования поведения структурно-неоднородных материалов.

Связь с государственными программами и НИР. Работа выполнялась в рамках следующих научных проектов и программ: интеграционная программа фундаментальных исследований Сибирского отделения РАН: проект № 77 «Физические процессы на границах раздела при получении гетерогенных материалов и покрытий» (1997-1999 гг.); «Физическая мезомеханика структурно-неоднородных сред» (основные задания к плану НИР ИФПМ СО РАН на 1995-2000 гг.); Федеральной целевой научно-технической программы исследований и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения по проекту «Компьютерное конструирование градиентных композиционных материалов конструкционного и функционального назначения для объектов техники энергетического и нефтегазового комплексов и разработка технологий их производства» (2000-2002 гг.); молодежный проект РАН «Принципы конструирования высокопрочных и износостойких градиентных материалов и покрытий на основе физической мезомеханики» (2001-2003 гг.); научно-технический проект, посвященный 100-летию со дня рождения академика М.А. Лаврентьева «Мезомеханика внутренних границ раздела высокопрочных и износостойких градиентных материалов и покрытий» (2000-2002 гг.); научно-технический проект администрации Томской области, посвящённый 400-летию города Томска «Комплекс технологий для восстановления объектов энергетического оборудования» (1999-2000 гг.); молодежный грант на проведение научных исследований в ведущих научно-педагогических коллективах Томского политехнического университета «Разработка критериев поверхностного упрочнения конструкционных сталей на основе физической мезомеханики материалов» (2003 г.); грант РФФИ «Мезомеханика структурных неустойчивостей и вихревой характер пластического течения в деформируемом твёрдом теле» № 99-01-00583

1999-2001 гг.); грант РФФИ «Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование новых материалов» № 00-15-96174 (2000-2002 гг.); интеграционном проекте СО РАН №45 «Разработка принципов мезомеханики поверхности и внутренних границ раздела и конструирование на ее основе новых градиентных конструкционных материалов и многослойных тонкопленочных структур для электроники» (2000-2002 гг.); грант Президента РФ поддержки ведущих научных школ «Школа академика В.Е.Панина: Физическая мезомеханика наноматериалов, тонких пленок и конструкционных материалов с наноструктурированным поверхностным слоем» № НШ-2324.2003.1 (2003-2005 гг.).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах: Всероссийская конференции молодых ученых "Физическая мезомеханика материалов'98", Томск, 1998; вторая Всероссийская конференции молодых ученых "Физическая мезомеханика материалов'99", Томск, 1999; третья Всероссийская конференции молодых ученых "Физическая мезомеханика материалов'2000", Томск, 2000; 5-я областная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск, 1999; VI областная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск, 2000; VII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск, 2001; VIII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск, 2002; IX Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск, 2003; X Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии", Томск, 2004; 3-ий Российско

Корейский научно-практический симпозиум «KORUS'99», Новосибирск, 1999; 4-ый Российско-Корейский научно-практический симпозиум «KORUS'2000», Республика Корея, Ульсан, 2000; 5-ый Российско-Корейский научно-практический симпозиум «KORUS'2001», Томск, 2001; 5-ый Российско-Китайский Международный симпозиум «Новые материалы и технологии», Томск, 1999; VI Всероссийская научно-техническая конференция «Механика летательных аппаратов и современные материалы», Томск, 1999; региональная школа-семинар «Современные проблемы физики и технологии», Томск, 2000; вторая региональная школа-семинар «Современные проблемы физики и технологии», Томск, 2001; третья региональная школа-семинар «Современные проблемы физики и технологии», Томск, 2002; пятая региональная школа-семинар «Современные проблемы физики и технологии», Томск, 2004; II Международная конференция «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», Тамбов, 2000; Международная конференция «Mesomechanics'2000», Китай, 2000; конференция молодых учёных, посвященная 100-летию М.А.Лаврентьева, Новосибирск, 2000; конференция молодых учёных, посвящённая М.А.Лаврентьеву, Новосибирск, 2001; Всероссийская конференция молодых ученых "Материаловедение, технологии и экология на рубеже веков", Томск, 2000; вторая Всероссийская конференция молодых ученых "Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии", Томск, 2003; Международный Workshop "Mesomechanics: foundation and applications", Tomsk, 2001; шестой Китайско-Российский Международный симпозиум «New Materials and Technologies», Китай, 2001; вторая Международная научно-техническая конференция

Экспериментальные методы в физике структурно-неоднородных конденсированных сред», Барнаул, 2001; региональная конференция студентов, аспирантов, молодых учёных «Наука, Техника, Инновации'2001», Новосибирск, 2001; Международный симпозиум "New trends in Fatigue and

Fracture", Тунис, Хаммамет, 2003; региональная школа-семинар «Новые материалы. Создание, структура, свойства-2003», Томск, 2003; Международный workshop "Mesomechanics: fundamentals and applications", Томск, 2003; V Международная конференция «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения». Санкт-Петербург, 2003.

Публикации. Результаты работы изложены в 36 публикациях (5 статей в рецензируемых журналах и 31 статья в сборниках трудов конференций). Перечень основных публикаций приведен в библиографическом списке [98118,120-127].

Структура и объем работы. Текст диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 128 страницах, содержит 63 рисунка и 2 таблицы. Библиографический список включает 127 наименований.

4.4. Выводы к главе 4

1. В условиях сжатия боридные слои с игольчатой границей раздела толщиной до 80 мкм приводят к значительному повышению прочностных характеристик поверхностно упрочненных образцов стали 15НЗМА.

2. Значительная макролокализация деформации в подложке из стали 15НЗМА при образовании магистральной трещины в толстом боридном слое (толщиной 100 мкм и больше) в условиях сжатия приводит к смене характера формоизменения образцов с бочкообразного на призматический.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С использованием оптико-телевизионного измерительного комплекса ТОМБС проведено исследование влияния профиля границы раздела на характер пластической деформации и разрушения на мезоуровне борированных малоуглеродистых сталей. В работе варьировали профиль границы раздела «упроченный поверхностный слой - матрица» (игольчатый, зубчатый, плоский), тип подложки (сталь СтЗ в качестве модельного материала, а также долотная сталь 15НЗМА), условия нагружения (растяжение/сжатие, поскольку борированные детали используются в узлах трения, испытывающих в процессе эксплуатации различные условия нагружения). В результате проведенных исследований были выявлены закономерности возникновения и релаксации мезоконцентраторов напряжений в области границы раздела в поверхностно упрочненных образцах.

Полученные результаты позволили сформулировать следующие выводы.

1. Мезоконцентраторы напряжений, стохастически распределенные на игольчатой границе раздела в борированной стали СтЗ, при толщине упрочненного слоя до 80 мкм, обеспечивают однородную сдвиговую деформацию в объёме материала и растрескивание боридного слоя по сопряженным направлениям максимальных касательных напряжений, что обеспечивает одновременное повышение как прочности, так и пластичности образцов. Дальнейшее увеличение толщины боридного слоя приводит к уменьшению всех механических характеристик.

2. Боридные слои с зубчатым профилем границы раздела, сформированные на предварительно цементированной стали СтЗ, приводят к повышению прочностных характеристик образцов независимо от толщины и схемы нагружения.

3. Наличие боридного слоя с игольчатым профилем границы раздела на поверхности образцов легированной стали 15НЗМА приводит к снижению показателей прочности и пластичности при растяжении. В условиях сжатия боридные слои толщиной до 80 мкм приводят к значительному повышению прочностных характеристик поверхностно упрочненных образцов.

4. Создание зубчатого/игольчатого профиля границы раздела «упрочненный поверхностный слой - основа», а также введение градиентного переходного слоя, может быть рекомендовано для поверхностного упрочнения малоуглеродистых сталей.

5. Предложенная в работе методика визуализации характера релаксации мезоконцентраторов напряжений с использованием оптико-телевизионного комплекса ТОМ8С может быть эффективно использована для оптимизации режимов поверхностного упрочнения.

БЛАГОДАРНОСТИ

За помощь в получении и обсуждении результатов автор выражает благодарность и глубокую признательность сотрудникам ИФПМ СО РАН и ТПУ к.ф.-м.н. Деревягиной Людмиле Сергеевне, д.ф.-м.н. Колубаеву Александру Викторовичу, к.ф.-м.н. Панину Алексею Викторовичу, академику РАН Панину Виктору Евгеньевичу, к.т.н. Панину Сергею Викторовичу, к.ф.-м.н. Почивалову Юрию Ивановичу, к.т.н. Сапожникову Сергею Викторовичу, д.т.н. Сизовой Ольге Владимировне, д.т.н. Слосману Аркадию Иосифовичу, к.т.н. Трусовой Галине Витальевне.

1. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник / Борисенок Г.В., Васильев JI.A., Ворошнин Л.Г., и др. М.: Металлургия, 1981. - 424 с.

2. Борирование промышленных сталей и чугунов: Справ, пособие // Л.Г. Ворошнин. Минск: Беларусь, 1981. - 205 с.

3. Лахтин Ю.М., Арзамасов В.Н. Химико-термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1985. - 424 с.

4. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. — М.: Машиностроение, 1965. 491 с.

5. Ворошнин Л.Г., Ляхович Л.С. Борирование стали. М.: Металлургия 1978.-240 с.

6. Поляк М.С. Технология упрочнения. Технологические методы упрочнения: в 2-х т. М.: Л.В.М. - СКРИПТ, Машиностроение, 1995. -Т.2.-688 с.

7. ЯхнинаВ.Д., Козлов A.M., Лукьянина A.M. Физико-химические особенности порошкового борирования // Порошковая металлургия. -1973.-№12.-С. 41-44.

8. Применение метода металлотермии для получения легированных боридных покрытий / Гузанов Б.Н., Дедюхин С.Ф., Косицын C.B., Карамышев Н.М., Сорокин В.Г. // Защитные покрытия на металлах. -1991. Вып.25. - С. 7-11.

9. Таран В.Д., Скугорова Л.П. Поверхностное борирование низколегированных сталей // МиТОМ. 1957. - №6. - С. 43-47.

10. Черненко E.H., Бодриков В.П., ЧешкоВ.В. Закономерности структурообразования упрочненной зоны в борированных хромистых сталях // Защитные покрытия на металлах. 1988. - Вып.22. - С. 83-85.

11. Ворошнин Л.Г., Ляхович Л.С., Шинкевич А.Н. Коррозионная стойкость и износостойкость боридных слоев // ФХММ. 1970. - №4. - С. 50-53.

12. Блантер М.Е., Беседин Н.П. Кинетика образования борированного слоя в сплавах железа // МиТОМ. 1955. - №6. - С. 3-9.

13. Борирование стали в расплаве металла, физико-механические свойства покрытий и их применение / В.Ф. Шатинский, М.С. Гойхман, М.И., М.И. Кицак, В.П. Шварц // Защитные покрытия на металлах. 1984. -Вып. 18. - С. 90-92.

14. Смольников Е.А., Сарманова Л.М. Борирование инструмента в электродных ваннах // МиТОМ. 1984. - №3. — С. 8-10.

15. Физические основы термоциклического борирования сталей / А.М. Гурьев, Э.В. Козлов, Л.Н. Игнатенко, H.A. Попова. Барнаул: Изд-воАлтГТУ, 2000.-177 с.

16. Особенности борирования из паст в тлеющем разряде / Л.С. Ляхович, С.А. Исаков, С.А. Альтшулер, H.A. Мешочкин // Защитные покрытия на металлах. 1991.-Вып. 25.-С. 7-11.

17. ЛабунецВ.Ф., Ворошнин Л.Г., Киндрачук М.В. Износостойкие боридные покрытия. Киев: Тэхника, 1989. - 158 с.

18. Гольдшмидт Х.Дж. Фазы внедрения: в 2-х т. М.: Мир, 1971. - Т.1. — 424 с.

19. Гольдшмидт Х.Дж. Фазы внедрения: в 2-х т. М.: Мир, 1971. - Т.2. — 464 с.

20. Григорович В.К. Электронное строение и термодинамика сплавов железа. М.: Наука, 1970. - 292 с.

21. Трефилов В.И., Моисеев В.Ф. Дисперсные частицы в тугоплавких металлах. Киев: Наукова думка, 1978. - 240 с.

22. КанР. Физическое металловедение: в 3-х т. Т.1: Атомное строение металлов и сплавов. М.: Мир, 1967. - 338 с.

23. Гринберг Е.М. Металловедение борсодержащих конструкционных сталей. М.: МИСИС, 1997. - 198 с.

24. Криштал М.А., Иванов Л.И., Гринберг Е.М. Распределение бора в микроструктуре металла // МиТОМ. 1970. - №8. — с. 74-76.

25. Самсонов Г.В., Серебряков Т.И. Бориды. М.: Атомиздат. - 755 с.

26. Холлен X. Двойные и тройные карбидные и нитридные системы переходных металлов: Справочник. М.: Металлургия, 1988. - 368 с.

27. Блантер М.Е. Теория термической обработки. — М.: Металлургия, 1984. -328 с.

28. Гринберг Е.М., Чиркова Ф.В., Головин С.А. Особенности технологического процесса борирования точного инструмента // Защитные покрытия на металлах. 1987. - Вып.21. - С. 24-25.

29. Гринберг Е.М., Чиркова Ф.В. Влияние состава стали и технологических параметров на структуру и свойства переходной зоны // Защитные покрытия на металлах. 1989. - Вып.23. - С. 74-78.

30. Борирование аустенитных нержавеющих сталей с предварительным железнением / С.Ю. Шаривкер, Г.С. Каплина, А.П. Эпик и др.// МиТОМ. -1974.-№7.-С. 59-61.

31. ГуревичО.С., МинковО.Б. Повышение износостойкости высоколегированных сталей, борированных в вакууме // Защитные покрытия на металлах. 1988. - Вып.22. - С. 63-66.

32. Чельцов В.Я., Щербакова И.О. Влияние углерода и кремния на структуры борированного слоя инструментальных сталей // Защитные покрытия на металлах. — 1985. Вып. 19. — С. 70-72.

33. О графитизации борированного слоя на чугунах в процессе насыщения бором / Г.Ф. Протасевич, В.Я. Чельцов, О.П. Филлипович, В.А. Барабась, Е.Х. Барабась // Защитные покрытия на металлах. — 1985. -Вып. 19. С. 10-13.

34. Конструктивная прочность композиций основной металл — покрытие / Л.И. Тушинский, A.B. Плохов, A.A. Столбов, В.И. Сиднеев. -Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1996. 296 с.

35. Бураковски Т., Сенаторски Я., Тациковски Я. Состояние и перспективы применения диффузионных слоев с высокой износостойкостью // МиТОМ. 1984. - №3. - С. 11-13.

36. Похмурский В.И., Пархета Р.Г., Сидорак И.И. Водородопроницаемость борированного армко-железа // Защитные покрытия на металлах. 1984. -Вып. 18.-С. 79-81.

37. Шадричев Е.В., Иванов А.Е. Относительная износостойкость однофазных и двухфазных боридных слоев // МиТОМ. 1984. - №3. — С. 44-47.

38. Применение износостойких боридных покрытий в узлах трения / A.B. Колубаев, В.И. Ковешников, О.В. Сизова, Г.В. Трусова // Изв. вузов. Черная металлургия. — 1992. №4. - С. 46-48.

39. Структура и свойства однофазных боридных покрытий / A.B. Колубаев, С.Ю. Тарасов, Г.В. Трусова, О.В. Сизова // Изв. вузов. Черная металлургия. 1994. - №7. - С. 49-51.

40. Структурные особенности боридных покрытий триботехнического назначения / С.Ю. Тарасов, Г.В. Трусова, A.B. Колубаев, О.В. Сизова // МиТОМ. 1995. - №6. - С. 35-38.

41. SizovaO., KolubaevA., TrusovaG. Einfluß der Struktur von Borid-Schutzschichten auf Reibung und Gleitverschleiß // Metall. 1997. - №.12. -P. 713-717.

42. Трусова Г.В. Механизм формирования, структура и свойства боридныхслоев на стали: Дис.канд. техн. наук. Томск: Полиграфист, 1996. 20 с.

43. Структурные уровни деформации твердых тел / В.Н. Панин, Ю.В. Гриняев, Т.Ф. Елсукова, А.Г. Иванчин // Изв. вузов. Физика. -1982. Т.25, №6. - С. 5-27.

44. Панин В.Е., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск: Наука, 1985. — 229 с.

45. Структурные уровни пластической деформации и разрушения/

46. B.Е. Панин, Ю.И. Гриняев, В.И. Данилов и др. Новосибирск: Наука, 1990.-255 с.

47. Панин В.Е. Волновая природа пластической деформации твердых тел // Изв. вузов. Физика. 1990. - Т.ЗЗ, №6. - С. 4-18.

48. Панин В.Е. Физические основы мезомеханики среды со структурой // Изв. вузов. Физика. 1992. - Т.35, №4. - С. 5-18.

49. Елсукова Т.Ф., Панин В.Е. Эволюция структурных уровней деформации и самоорганизация мезоскопической субструктуры в поликристаллах // Металлы. 1992. - №2. - С. 73-89.

50. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов: в 2-х т. / под ред. В.Е Панина. Новосибирск: Наука, 1995. -Т.1.-297 с.

51. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов: в 2-х т. / под ред. В.Е Панина. Новосибирск: Наука, 1995. -Т.2.-320 с.

52. Панин В.Е. Современные проблемы пластичности и прочности твердых тел // Изв. вузов. Физика. 1998. - Т.41, №1. - С. 7-34.

53. Панин В.Е. Основы физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. 1998. - Т.1, №1. - С. 5-22.

54. Панин В.Е., Дерюгин Е.Е. Самоорганизация макрополос локализованного сдвига и фазовые волны переключений в поликристаллах // Физическая мезомеханика. 1999. - Т.2, №1-2.1. C. 77-87.

55. Панин В.Е. Синергетические принципы физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. 2000. - Т.З, №6. - С. 5-36.

56. Панин В.Е. Физическая мезомеханика поверхностных слоев твердых тел // Физическая мезомеханика. 1999. - Т.2, №6. - С. 5-23.

57. Панин В.Е. Поверхностные слои нагруженных твердых тел как мезоскопический структурный уровень деформации // Физическая мезомеханика. 2001. - Т.4, №3. - С. 5-22.

58. Панин В.Е., Фомин В.М., Титов В.М. Физические принципы мезомеханики поверхностных слоев и внутренних границ раздела в деформируемом твердом теле // Физическая мезомеханика. 2003. - Т.6, №2.-С. 5-14.

59. Панин С.В., НойманнП., Байбулатов Ш.А. Исследование развития деформации на мезоуровне интерметаллического соединения №бзА137 при сжатии // Физическая мезомеханика. 2000. - Т.З, №1. - С. 75-82.

60. Панин В.Е., Елсукова Т.Ф., АнгеловаГ.В. Динамика локализации деформации в поверхностном монокристаллическом слое плоских поликристаллических образцов алюминия при циклическом нагружении // Физическая мезомеханика. 2000. - Т.З, №4. - С. 79-88.

61. Зарождение и развитие потоков дефектов на поверхности деформируемого твердого тела / А.В. Панин, В.А. Клименов, Ю.И. Почивалов, А.А. Сон // Физическая мезомеханика. — 2000. Т.З, №1.-С. 83-92.

62. PaninV.E. Synergetic principles of physical mesomechanics // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2001. - V.37. - P. 261-298.

63. Panin S.V. Plastic deformation and fracture caused by coating-substrate mismatch at mesoscale // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. -2001.-V.35.-P. 1-8.

64. Структурные уровни деформации внутреннеокисленной меди со слоистой внутренней структурой / М.П. Бондарь, С.В. Панин,

65. A.B. Коваль, E.C. Ободовский // Физическая мезомеханика. 2003. - Т.6, №2.-С. 77-90.

66. Плешанов B.C., Панин В.Е., Кобзева С.А. Кинетика полосовых мезоскопических структур и разрушение поликристаллов аустенитной хромоникелевой стали с протяженными макроконцентраторами напряжений // Физическая мезомеханика. 2002. - Т.5, №6. - С. 65-71.

67. Романова В.А., Балохонов P.P. Моделирование пластической деформации как процесса генерации и эстафетной передачи пластических сдвигов от границ раздела // Физическая мезомеханика. -2001. -Т.4, №2. С. 21-28.

68. Исследование особенностей разрушения хрупких керамических покрытий на основе метода подвижных клеточных автоматов / С.Г. Псахье, Д.Д. Моисеенко, А.Ю. Смолин, Е.В. Шилько, А.И. Дмитриев // Физическая мезомеханика. 1998. - Т.1, №2. — С. 95100.

69. Моделирование процессов деформации на мезоуровне в материалах с различными типами градиентных покрытий / П.В. Макаров, О.П. Солоненко, М.П. Бондарь и др. // Физическая мезомеханика. 2003. -Т.6., №2. - С.47-61.

70. Износ в парах трения как задача физической мезомеханики / В.Е. Панин, A.B. Колубаев, А.И. Слосман, С.Ю. Тарасов, C.B. Панин, Ю.П. Шаркеев // Физическая мезомеханика. 2000. - Т.З, №1. — С. 67-74.

71. Панин В.Е., Витязь П.А. Физическая мезомеханика разрушения и износа на поверхностях трения твердых тел // Физическая мезомеханика. — 2002. Т.5, №1. - С. 5-13.

72. Экспериментальная механика: В 2-х кн.: Кн. 2. Пер. с англ. / Под ред. А. Кобаяси. -М.: Мир, 1990. 552 с.

73. Durelli A.J., Phillips Е.А., Taso С.Н. Introduction to the Theoretical and Experimental Analysis of Stress and Strain. McGraw-Hill, New York, 1958.

74. Панин B.E., Слосман А.И., Колесова H.A. Закономерности развития пластической деформации и разрушения на мезоуровне поверхностно упрочненных образцов при статическом растяжении // ФММ. — 1996. — Т.82,№2.-С. 129-136.

75. Панин В.Е., Слосман А.И., Колесова H.A. О механизмах фрагментации на мезоуровне при пластической деформации поверхностно упрочненной хромистой стали // ФММ. 1997. - Т.84, №2. - С. 130-135.

76. Влияние толщины упрочненного слоя на формирование мезоструктур поверхностно упрочненных образцов / В.Е. Панин, А.И. Слосман,

77. H.A. Колесова, Б.Б. Овечкин, И.Ю. Молчунова // Изв. вузов. Физика. -1998. Т.41, №6. - С. 63-69.

78. Антипина НА. Механизмы пластической деформации и разрушения на мезомасштабном уровне поверхностно упрочненной хромистой стали: Дис.канд. техн. наук. Томск: Изд. ИФПМ СО РАН, 1996. - 19 с.

79. Влияние внутренней структуры и состояния поверхности на развитие деформации на мезоуровне малоуглеродистой стали / В.Е. Панин, А.И. Слосман, НА. Антипина, A.B. Литвиненко

80. Панин С.В, Дураков В.Г., Прибытков Г.А. Мезомеханика пластической деформации и разрушения низкоуглеродистой стали с высокопрочным деформируемым покрытием // Физическая мезомеханика. 1998. - Т.1, №2.-С. 51-58.

81. Клименов В А., Панин C.B., Безбородое В.П. Исследование характера деформации на мезомасштабном уровне и разрушения композиции «напыленное покрытие основа» при растяжении // Физическая мезомеханика. - 1999. - Т.2, №1-2. - С. 141-156.

82. Панин С.В, Кашин O.A., ШаркеевЮ.П. Изучение процессов пластической деформации на мезомасштабном уровне инструментальной стали, поверхностно упрочненной методом электроискрового легирования // Физическая мезомеханика. — 1999. -Т.2,№4.-С. 75-86.

83. Марочник сталей и сплавов / Под ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. - 638 с.

84. Беккерт М., Клемм X. Способы металлографического травления. М.: Металлургия, 1988. - 400 с.

85. БлантерМА., БесединН.П. Выявление структуры сплавов цветным травлением // Заводская лаборатория. 1954. - №4. - С.433-434.

86. Салтыков СЛ. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1970.-375 с.

87. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов: в 2-х т. М.: Металлургиздат, 1961. - Т. 1. - 376 с.

88. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений: справочное пособие / под ред. Б.С. Касаткина. Киев: Наукова думка, 1981.-584 с.

89. Колмогоров В.JL Напряжения. Деформации. Разрушение. — М: Металлургия, 1970. 229 с.

90. Цукублина К.Н. Экспериментальные методы определения напряжений и деформаций. Томск: Изд. ТПИ, 1978. - 95 с.

91. Пластичность и разрушение / под ред. B.JI. Колмогорова. М.: Металлургия, 1977. - 336 с.

92. Булат С.И., Тихонов A.C., Дубровин А.К. Деформируемость структурно неоднородных сталей и сплавов. М.: Металлургия, 1975. - 352 с.

93. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. — М.: Металлургия, 1982. 584 с.

94. Деревягина JI.C., Панин В.Е., Стрелкова И.JI. Количественные оценки напряженно-деформированного состояния в зоне геометрического концентратора напряжений // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2002. - №4. - С. 43-49.

95. Коваль А.В. Изучение влияния упрочняющего боридного слоя на развитие пластической деформации на мезоуровне стали 15НЗМА // Сборник трудов 5-й областной научно-практической конференции "Современные техника и технологии". Томск, 1999. — С. 259-261.

96. TECHNOLOGY МТГ2000", Tomsk Polytechnic University, February 28-March 3, 2000. Tomsk, Russia. - P. 123-124.

97. Коваль А.В., Панин С.В. Разрушение хрупких борированных слоев в условиях одноосного статического растяжения // Современные проблемы физики и технологии: Сборник статей молодых учёных. -Томск: Изд. НТЛ, 2001. С. 31-34.

98. Koval A.V., Panin S.V. Mesoscale deformation and cracking of surface-hardened low carbon steel // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. -2000.-No.34.-P. 117-121.

99. Панин C.B., Коваль A.B., Почивалов Ю.И. Особенности разрушения образцов малоуглеродистой стали с боридными слоями различной толщины при одноосном статическом растяжении // Физическая мезомеханика. 2002. - Т.5., №4. - С. 85-95.

100. РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОРДЕНА ЛЕНИНА СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ