Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса 10
1.1. Методы упрочнения режущего инструмента 12
1.1.1. Механический метод 13
1.1.2. Термомеханический метод 16
1.1.3. Химико-термический (термодиффузионный) метод 19
1.1.4. Термический метод 21
1.1.5. Химический метод 23
1.1.6. Электро-химический метод 24
1.1.7. Электро-физический метод 25
1.2. Выводы 34
1.3. Цель и задачи исследования 35
2. Аналитическое представление процессов при электроакустическом напылении 37
2.1. Основы электроакустического напыления 40
2.2. Формирование устойчивых диссипативных структур при воздействии комплексных ультразвуковых колебаний, 42
2.3. Анализ процессов при синхронном ультразвуковом и термическом воздействии 64
2.3.1. Стадии и особенности развития взаимодействия материалов при напылении 64
2.3.2. Кинетика взаимодействия частиц с подложкой 66
2.3.3. К вопросу микротермопластичности 73
2.3.4. Стабилизация дислокационных структур в
упрочняемом инструменте 85
2.4. Некоторые теоретические предпосылки электропластического эффекта при ЭЛАН 94
2.5. Выводы 101
3. Методика проведения экспериментальных исследований
3.1. Этапы экспериментальных исследований
3.1.1. Определение плотности дислокаций и микротвердости в поверхностной структуре слоя, полученного при различных режимах ЭЛАН 103
3.1 2. Планирование эксперимента и обработка полученных результатов 111
3.1.3. Изучение изменения плотности дислокаций и микротвердости в режущей кромке резца, упрочненного методом ЭЛАН, на этапах его работы и влияния направления напыления 114
3.2. Установка для нанесения покрытия 116
3.3. Образцы 120
3.4. Измерительная аппаратура 122
4. Результаты экспериментальных исследований
4.1. Определение плотности дислокаций и микротвердости в поверхностной структуре, полученной при различных режимах ЭЛАН 126
4.1.1. Результаты прямого наблюдения дислокаций 126
4.1.2. Результаты рентгенноструктурного анализа 128
4.2. Изучение изменения плотности дислокаций и микротвердости в режущей кромке резца, упрочненного методом ЭЛАН, на этапах его работы и влияния направления напыления 148
4.2.1. Изменение микротвердости и плотности дислокаций в режущей кромке не упрочненного резца 148
4.2.2 Изменение микротвердости и плотности дислокаций в режущей кромке резца, когда электрод совершал только продольные УЗК 150
4.2.3 Микротвердость и плотность дислокаций в режущей кромке резца, упрочненного методом ЭЛАН в
нормальном режиме (электрод совершал продольно-крутильные колебания) 152
4.3. Выводы 160
5. Технологический процесс электроакустического напыления 161
Заключения и общие выводы 165
Литература
- Термомеханический метод
- Анализ процессов при синхронном ультразвуковом и термическом воздействии
- Определение плотности дислокаций и микротвердости в поверхностной структуре слоя, полученного при различных режимах ЭЛАН
- Изучение изменения плотности дислокаций и микротвердости в режущей кромке резца, упрочненного методом ЭЛАН, на этапах его работы и влияния направления напыления
Введение к работе
Постоянно меняющаяся экономическая ситуация выдвигает на первый план задачи по созданию экономически эффективного производства. В рамках этой задачи имеется ряд проблем, важность которых в научном и техническом плане, несмотря на постоянное решение этих вопросов, продолжает оставаться злободневной. К таковым можно отнести повышение общего уровня прочности, износостойкости и надежности металлорежущего инструмента. Значимость решения этих проблем приобретает особую остроту в связи с резким подорожанием практически всех компонентов инструментальных материалов и повышением их дефицита, а также широким внедрением в машиностроение жаропрочных и труднообрабатываемых материалов, что в конечном итоге приводит к росту себестоимости механической обработки практически во всех отраслях машиностроения.
Так, по некоторым данным, стоимость обработки со снятием металла удваивается через каждые 7 лет, а, по данным международного научно-технического Общества Технологии Машиностроительного Производства (CIRP), до 2030 года целевой состав машиностроительного производства будет состоять из этапов первичного (заготовительного) и вторичного (обработка) формообразования. То есть механические процессы обработки материалов резанием сохранят свое будущее технико-экономическое значение на ближайшие 20-30 лет.
Анализ тенденций развития мирового машиностроения показывает, что прогресса в этой области можно ожидать за счет интенсификации процессов, механической обработки с использованием различных видов энергии: плазмы, лазера, электричества, ультразвука и других. Целенаправленное использование этих видов энергии и их сочетание позволяет создавать уникальные технологические процессы, отличающиеся как по своей физической сущности и механизму воздействия на
обрабатываемые среды, так и по производительности и качеству продукции машиностроения.
В связи с этим актуальным является поиск научно-технических решений, направленных на разработку новых и интенсификацию существующих технологических процессов машиностроения, базирующихся на глубоких научных обобщениях, на быстром развитии технологической науки, которая широко использует достижения физики, математики, химии, электроники и по своей направленности, методологии и проникновению в сущность исследуемых явлений все более _ приобретает характер фундаментальной науки.
Одним из таких решений является широкое использование энергии трансформируемых ультразвуковых колебаний (УЗК), позволяющих создавать принципиально новые технологии, отличающиеся высокой эффективностью и стабильностью. Кроме того, исключительная технологическая гибкость трансформации УЗК дает возможность во многих случаях интенсифицировать действующие технологические процессы.
В многочисленных работах, посвященных теоретическому и экспериментальному изучению воздействия энергии УЗК различного вида: продольных, крутильных, продольно-крутильных (комплексных) и др. на разнохарактерные технологические процессы, доказана . эффективность ультразвука.
Так, в 1989 году профессором Минаковым B.C. был предложен и разработан метод электроакустического напыления (ЭЛАН), в котором в комбинации с электрической искрой использовалась энергия комплексных продольно-крутильных ультразвуковых колебаний (УЗК). Данный метод продемонстрировал высокие технологические показатели и обеспечил увеличение стойкости формообразующего инструмента до 6 раз. При этом, при своей высокой эффективности, наряду с простотой реализации, метод ЭЛАН остается недостаточно исследованным и теоретически обоснованным.
В связи с этим, актуально проведение исследований, направленных на совершенствование метода и поиск теоретических обоснований наблюдаемых эффектов и получаемых результатов. Поэтому целью работы является: повышение производительности и качества изделий машиностроения путем увеличения стойкости формообразующего инструмента, за счет повышения энергетики поверхностного слоя, определяемой высокой плотностью дислокаций, при электроакустическом напылении.
Автор защищает;
реализацию процесса формирования и функционирования устойчивых диссипативных структур в поверхностях, упрочненных ЭЛАН;
результаты аналитического исследования процессов, протекающих в поверхности, подвергнутой синхронному ультразвуковому и термическому воздействию, в том числе определяющих эффект электропластичности;
результаты экспериментальных исследований изменения плотности дислокаций в режущей кромке резца, упрочненного ЭЛАН, на этапах его работы, в том числе и при изменении направления напыления;
- рекомендации по выбору параметров ЭЛАН, обеспечивающих
создание в упрочняемой поверхности формообразующего инструмента
плотности дислокаций, соответствующей уровню энергетически устойчивой
диссипативной структуры, что приводит к повышению микротвердости
упрочняемой поверхности и стойкости упрочненного инструмента;
разработанный с учетом результатов аналитических и
экспериментальных исследований технологический процесс
электроакустического упрочнения формообразующего инструмента.
Научная новизна работы заключается в обобщении некоторых теоретических и экспериментальных исследований физических процессов и явлений, протекающих при ЭЛАН, обеспечивающих формирование
высокопрочных поверхностных структур, характеризующихся высокой плотностью дислокаций. В результате исследований в работе:
- установлено неоднозначное влияние параметров ЭЛАН на величину
получаемой в поверхностной структуре плотности дислокаций;
- выявлено условие формирования при ЭЛАН энергетически
устойчивой диссипативной структуры, обеспечивающей высокопрочное и
стабильное состояние материала;
- путем аналитического сравнения процессов при ЭЛАН и достаточно
изученных процессов при термомеханической обработке (ТМО) установлено
эффективное влияние синхронного воздействия высококонцентрированных
потоков энергии электрической искры и комплексных УЗК на увеличение
стойкости упрочненного инструмента;
установлено положительное влияние на увеличение стойкости инструмента совпадения направления напыления при ЭЛАН с направлением действия результирующей силы резания;
усовершенствован технологический процесс электроакустического напыления формообразующего инструмента.
Практическая ценность работы состоит в создании базы для решения важной задачи машиностроения по разработке новых высокоэффективных и интенсификации уже существующих технологических процессов, на основе комбинированного использования высококонцентрированных потоков энергии электрической искры и комплексных УЗК.
Реализация этой практической задачи достигнута комплексом научно-технических решений:
предложены рекомендации по выбору параметров ЭЛАН при упрочнении формообразующего инструмента;
предложено введение в процесс упрочнения формообразующего инструмента дополнительного фактора (совпадение направления напыления
при ЭЛАН с направлением действия результирующей силы резания), повышающего эффективность технологии;
- усовершенствован технологический процесс электроакустического
упрочнения формообразующего инструмента;
- предложена перспектива дискретного применения метода ЭЛАН.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы представлены и обсуждены на: IV Международном конгрессе «Конструкторско-технологическая информатика-2000» (МГТУ «Станкин»); Международной научно-технической конференции «Современная электротехнология в машиностроении» (ТулГУ. - Тула, 2002г.); IV-Межрегиональной научно-практической конференции «Инновационные и двойные технологии регионального производства» (Ростов н/Д, 2003г.).
Термомеханический метод
Сущность способа заключается в том, что посредством распыления струей сжатого воздуха жидкого металла, на заранее подготовленную поверхность, наносят металлическое покрытие [1]. Различают газовую, электрическую и плазменную металлизацию, в зависимости от источника тепла, используемого для расплавления металла. В первом случае в качестве источника тепла используют газовое пламя, во втором - электрическую дугу.
В последнее время, помимо газовой металлизации и электрометаллизации все чаще начинает применяться плазменное напыление металлов, преимуществом которого является возможность напыления тугоплавких металлов и керамики. Это становится возможным в виду высокой температуры плазмы.
К достоинствам металлизации относится возможность наращивания слоев стали толщиной 15 мм и более с требуемыми физико-механическими свойствами. Это достигается применением соответствующих распыляемых материалов и режимов обработки. Нанося слои металлов со специальными свойствами, можно повысить не только износостойкость, но и другие эксплуатационные свойства, например жаро- и коррозионную стойкость. Первоначальные свойства основного металла вследствие незначительного нагрева его в процессе напыления не изменяются. К достоинствам следует также отнести сравнительную простоту и малую стоимость этого способа упрочнения.
Основные недостатки металлизации - хрупкость нанесенного слоя, не всегда достаточная прочность сцепления с основным металлом, снижение механической и особенно усталостной прочности из-за нарушения целостности рабочей поверхности при подготовке к металлизации и трудность последующей заточки.
Наплавка (газовая, под слоем флюса, вибродуговая, плазменная). Процессы наплавки занимают одно из важных мест в современной упрочняющей технологии. С их помощью на рабочих поверхностях инструментов получают сплавы с необходимыми свойствами: износостойкие, жаропрочные, коррозионностойкие и др. [5].
Одним из наиболее простых способов наплавки является ручная газовая наплавка, при которой, изменяя газовое пламя, можно регулировать степень и скорость нагрева, что очень важно при наплавке материалов с низкой теплопроводностью или температурой плавления и высокой чувствительностью к нагреву. Наиболее широко применяется газовая наплавка на рабочие поверхности инструментов из твердого сплава сормайт, дающего возможность получать наплавленные слои толщиной 0,5 мм и более
Стойкость упрочненного таким образом инструмента повышается в 2-3 раза. Механизированную наплавку под слоем флюса ведут дуговым способом при помощи плавящегося электрода. Электрическая дуга горит между деталью и проволокой, а для защиты расплавленного металла от вредного действия газов, а также для сохранения тепла дуги и предупреждения разбрызгивания металла служит флюс, толстым слоем которого покрывают обрабатываемую заготовку. Такой процесс позволяет наносить на упрочняемые поверхности износостойкие слои толщиной 7-40 мм.
Свойства металла наплавки и его соединения с основным металлом в большей мере зависят от глубины проплавлення основного металла, перемешивания основного металла с наплавляемым и перехода элементов основного металла в металл наплавки. При этом, как правило, чем больше глубина проплавлення, степень перемешивания и переход элементов основного металла в металл наплавки, тем хуже свойства, как металла наплавки, так и соединения в целом [5,6,7]. Поэтому для изготовления более качественных инструментов необходимы такие способы наплавки, которые обеспечивали бы минимальное проплавление или растворение основного металла, то есть способы наплавки, при которых источники теплоты позволяют раздельно регулировать нагрев и плавление присадочного и нагрев основного металла. Рассмотренные выше способы наплавки связаны с прогревом значительной части объема заготовки, что неизбежно приводит к деформации деталей и другим нежелательным явлениям. В последнее время все шире применяется способ автоматической вибродуговой наплавки, который практически лишен указанного недостатка. Он позволяет наносить слои толщиной 0,3-3 мм без сильного прогрева заготовки. Наплавляемый металл переносится с вибрирующего электрода на заготовку небольшими порциями в результате частых возбуждений дуговых разрядов в моменты разрыва цепи.
С недавнего времени в инструментальной промышленности стали применять плазменную наплавку [5], которая еще более удовлетворяет требованию получения биметаллических изделий с минимальной глубиной проплавлення основного металла. Здесь в качестве источника тепла используют струю низкотемпературной плазмы. В результате проплавление основного металла с наплавляемым не превышает 1,5%, твердость наплавленного слоя увеличивается, стойкость инструмента возрастает в 2-3 раза.
Однако упрочнение наплавкой имеет существенные недостатки: не всегда удается получить наплавленный слой с нужными свойствами и одинаковой твердостью по всей поверхности; в наплавленном металле могут иметь место раковины и поры; снижается усталостная прочность деталей; невозможность нанесения тонких слоев; не всегда достаточная прочность соединения слоя с основой; деформация основы в результате общего прогрева.
Анализ процессов при синхронном ультразвуковом и термическом воздействии
Взаимодействие материала подложки с материалом частиц покрытия при ЭЛАН в каждом элементарном участке поверхности можно условно разделить на шесть последовательных стадий: 1) сближение соединяемых веществ (образование физического контакта); 2) активация контактных поверхностей и химическое взаимодействие материалов на границе раздела фаз; 3) ультразвуковое воздействие (удар со сдвигом); 4) высокая степень активации несовершенств кристаллической структуры материала подложки; 5)электропластичность; 6) объемное развитие взаимодействия.
Это только некоторые (наряду с указанными во введении к главе) аспекты механизма и кинетики физико-химических процессов при ЭЛАН, которые, по нашему мнению представляют интерес.
При напылении вследствие кратковременности взаимодействия частиц с подложкой 10"4 -10"7 сек успевают пройти практически пять первых стадий. Объемное развитие может происходить в процессе эксплуатации покрытий при высоких температурах. В силу этой особенности процесс образования прочного сцепления частиц чрезвычайно интересен не только с практической точки зрения, но и с точки зрения возможности анализа явлений, которые приводят материалы к прочному сцеплению на второй стадии. По существу сцепление частиц определяется главным образом тем, насколько полно проходит химическая стадия. Внешним проявлением степени развития этой стадии является заполнение поверхности контакта «очагами» сцепления. Стадия физического контакта не лимитирует взаимодействия, поскольку подплавленные частицы под воздействием высококонцентрированной энергии продольно-крутильных ультразвуковых колебаний внедряются в поверхность подложки. Есть основания предполагать, что физический контакт образуется за время, на один или два порядка меньшее, чем длительность химической стадии, ведущей к сцеплению частиц с подложкой. Если прошли первые пять стадий, то объемные процессы при напылении успевают пройти главным образом по дислокациям, малоугловым границам зерен и другим дефектам структуры. Диффузия, по нашему мнению, существенно облегчается при этом микропластической деформацией, имеющей место в зоне контакта при соударении частиц с подложкой и последующем воздействии комплексных ультразвуковых колебаний (удар со сдвигом). Кроме того, диффузии также способствует высокая температура в контакте при ЭЛАН.
Особенно легко протекают объемные процессы в напыленном материале, отличающемся пористой, дефектной, неравновесной структурой и сильно искаженной кристаллической решеткой. Это обстоятельство всегда следует учитывать при длительной эксплуатации покрытий, полученных ЭЛАН. Например, при повышенной температуре они склонны к усиленной диффузии и образованию новых фаз, особенно в переходной зоне покрытие-подложка.
Как известно, в последние годы достигнуты большие успехи в изучении механизмов и кинетики химических реакций. Получили развитие физические и прежде всего радиоспектроскопические методы исследования электронного строения химических соединений и превращений. Они позволили поставить вопрос о возможности отыскания количественных закономерностей, связывающих реакционную способность и электронную плотность. Поэтому кинетический подход оказывается также полезным и в отношении более глубокого понимания химических превращений при ЭЛАН.
Будем рассматривать процесс образования соединения между напыляемыми частицами и подложкой как химическую реакцию на границе раздела фаз. Положим, что все атомы на поверхности частицы со стороны подложки возбуждены благодаря тому, что она нагрета до высокой температуры за счет электрической искры и плазмы и интенсивно деформируется на подложке за счет комплексных УЗК. Скорость реакции будет определяться условиями активации атомов поверхности подложки. Если через х обозначить число атомов, прореагировавших за время /, то кинетическое уравнение -- скорости реакции выразится следующим дифференциальным уравнением [69]: где N0 - количество атомов на поверхности подложки или частиц, находящихся в физическом контакте; v - частота собственных колебаний атомов; Е0 - энергия активации; S - колебательная и конфигурационная энтропия активации в зоне химического воздействия; Тк - абсолютная температура контакта; к - постоянная Больцмана. В случае напыления металлов, имеющих кристаллическую структуру типа шаровых упаковок (в первую очередь ГЦК и ГП), энтропия мала, и поэтому энтропийный член можно принять равным 1: ) после интегрирования выражения (2.30) при T=const и подстановки (t=0, х=0, t=t, x=N) получим длительность реакции, в течение которой прореагирует N атомов
Определение плотности дислокаций и микротвердости в поверхностной структуре слоя, полученного при различных режимах ЭЛАН
Кроме этого, параллельно определению плотности дислокаций, для более качественной оценки изменений в упрочненной структуре, производились замеры микротвердости.
Метод прямого наблюдения дислокаций [128, 129]. Для визуального наблюдения дислокаций с помощью микроскопа применялось химическое травление раствором, состоящим из 1 г хлорного железа и 100 см3 метилового спирта. Этот реактив выявляет «свежие» дислокации, непосредственно принимавшие участие ъ развитии пластической деформации, и не воздействует на места выхода дислокаций, имевшихся в металле до деформации. Такое воздействие реактива дало возможность проследить за поведением дислокационной структуры, обусловленным непосредственно процессом упрочнения, и зафиксировать структурные изменения. Образцы подвергали травлению сразу после ЭЛАН в течение 32-35 с, что позволило выявить свежие дислокации.
Рентгенноструктурный анализ [130, 132, 138]. С помощью данного метода можно косвенно определить значения плотности дислокаций, от которой в свою очередь зависит появление тех или иных физико-механических свойств поверхностных слоев. Очевидно, что дислокации вызывают смещение атомов из узлов кристаллической решетки. Смещение атома определяется суперпозицией от смещений от каждой дислокации, поэтому феноменологически результат действия дислокационных полей можно рассматривать как локальное изменение межплоскостного расстояния. Иными словами, бывшие параллельными в идеальном кристалле плоскости (hkl) становятся как бы гофрированными, а расстояние между ними уже не постоянно по всему объему кристалла, а непрерывно меняется от d0-Adm до d0+Adm, где d0 - межплоскостное расстояние в идеальном кристалле, a Adm- усредненное по всему облучаемому объекту максимальное изменение расстояния между плоскостями (hkl). Величина Adm/d0 характеризует усредненное по кристаллу максимальное значение однородной деформации микрообъемов и называется микродеформацией решетки. Целесообразнее микродеформацию усреднять не только по объему кристалла, но и по величине, т.е. e = Ad/d0, где Ad -среднее по величине изменение межплоскостного расстояния в объеме кристалла V, т.е. Ad = {ZAdtVt)/V. (3.1)
Ясно, что области кристалла с измененным d будут давать дифракционный максимум (линию) под углом 9, отличным от угла для идеального кристалла 90. А так как d меняется непрерывно, то кристалл будет «отражать» в диапазоне углов «90 ± А9т, т.е. дифракционная линия уширится. Нетрудно видеть, что величина уширения: 2A29m=4(Ad Jd0}g&0, (3.2) а с учетом усреднения микродеформаций по величине и экспериментального определения интегральной ширины, а не ширины линии «по подошве» уширение: /3 = 4etg3Q. (3.3) Дефекты решетки, вызывающие микродеформации величиной е, увеличивают упругую энергию кристалла на величину (расчет ведут в рамках теории упругости для куба с единичным ребром, но для трех направлений, параллельных главным напряжениям): М е A = 3JdA = 3$odl = 3JeEde = 3Ee2/2. (3.4) о о Если единица длины линии дислокации характеризуется упругой энергией в, то прирост упругой энергии единицы объема кристалла равен сумме є всех дислокаций (хаотическое распределение), и их плотность составит р = А/є = ЗЕе2/2є (3.5). Выражая е через р из уравнения (3.5), получим: p = 3,26 [s/E-Jptg30. (3.6) Следовательно, уширение от дислокаций пропорционально -[р и tg9. В работе М.А. Кривоглазом было получено подобное выражение. Распределение интенсивности на дифрактограмме поликристалла характеризуется интегральной шириной: /3 = Jb2l/34p g&0. _ (3.7)
Рассмотрим определение плотности дислокаций по уширеняю линий. В уравнение (3.6) входит величина упругой энергии единицы длины дислокации є , которая в изотропной среде равна для винтовой дислокации єА = (Gb2/47r)ln(r/r0), а для краевой є(і = єА/(і - v), где v - коэффициент Пуассона. Для расчетов можно принять є yGb2, где = 0.5 — 1.0. Теперь выражение (3.6) имеет вид Р = 3.26yl)b2 G/E4p g$Q \Ab4p tgQ0. (3.8) При выводе уравнения (3.8) принято G/E = l/2(l+v); v = 0.3; = 0.5. Из формулы (3.8) следует, что р = [fi2/2b2)ctg2$0, где /? - интегральная ширина, рад.
При определении плотности дислокаций из уравнения (3.7) следует учесть, что это выражение получено без учета природы кристалла (т.е. его упругих свойств). Кроме того, предполагалось, что упругое поле дислокаций простирается на весь кристалл. Ясно, однако, что практически смещение атомов определяется главным образом близлежащими дислокациями. Поэтому было введено понятие «ограниченно-хаотического» распределения дислокаций и учтены особенности распределения дислокаций, а также взаимное влияние их полей
Изучение изменения плотности дислокаций и микротвердости в режущей кромке резца, упрочненного методом ЭЛАН, на этапах его работы и влияния направления напыления
Ниже приведены графики зависимости плотности дислокаций от каждого из технологических параметров процесса ЭЛАН. Из них видно, что наиболее существенное влияние оказывает амплитуда колебаний электрода. Это легко объясняется тем, что значение амплитуды колебаний определяет степень деформации поверхностного слоя упрочняемого материала, которая в свою очередь является основным источником генерации новых и подвижности уже имевшихся дислокаций. Максимальное значение плотности зафиксировано на уровне «3-Ю12слГ2 для материала Р6М5 (рис. 4.7), который представляет собой многокомпонентный высоколегированный сплав железа с присутствием молибдена, карбидов вольфрама и других элементов. Высокая легированность стали обеспечивает закрепление дислокаций и их скоплений вокруг внедренных атомов, карбидов, нитридов и других соединений, что определяет при прочих равных условиях достижение более высокого значения плотности дислокаций в сравнении с двухкомпонентной углеродистой сталью 45. В начальной же стадии, при малых значениях амплитуды, в более пластичной стали 45 удается добиться несколько большего увеличения плотности дислокации, чем в Р6М5, о чем свидетельствует большая крутизна графика для стали 45.
На следующей зависимости (рис. 4.8) можно видеть влияние изменения напряжения на электродах на наводимую плотность дислокаций. Напряжение является параметром, определяющим температуру в зоне напыления. В отличие от точечных дефектов, равновесная концентрация которых растет с температурой, плотность дислокаций незначительно зависит от температуры, что объясняется большой величиной упругой энергии их образования. Основное влияние напряжения, как температурного фактора, сводится к активации подвижности дислокаций, что в синхронном действии с направленным силовым фактором от комплексных УЗК способствует образованию полигональных границ и их закреплении вокруг внедренных атомов, карбидов, нитридов и других соединений (полигонизация). Это в конечном итоге приводит к стабилизации высокопрочного энергетического состояния. Поэтому напряжение, влияя в меньшей степени, чем амплитуда на плотность дислокаций, является важным параметром стабилизации высокопрочного энергетического состояния.
На рис. 4.9 представлена зависимость плотности дислокаций от усилия прижима электрода к напыляемой поверхности.
На ней видно, что плотность дислокаций имеет максимум при определенном значении усилия прижима, которое определяется заданной для данного измерения амплитудой колебаний. Эксперименты показали, что увеличение амплитуды приводит к смещению максимума в сторону увеличения усилия прижима, что вполне объяснимо: при наращивании нагружения энергетика процесса такова, что не хватает мощности колебательного движения для преодоления этого нагружения.
Интересна зависимость (рис. 4.10) плотности дислокаций от угла напыления (угол между электродом и плоскостью напыления). При значениях угла до 30 градусов влияние практически отсутствует, так как под таким углом пластическое деформирование поверхностных слоев незначительно. Влияние угла наклона сводится по нашем мнению к тому, что наибольший эффект достигается при приближении его к «основному» углу кристаллической структуры упрочняемого материала. Например, для ОЦК-структуры Стали 45 наиболее эффективным оказался угол наклона равный 45 градусам, а для структуры быстрорежущей стали Р6М5 - порядка 60 градусов.
Для упрощения инженерных расчетов и большей наглядности использования обработку экспериментальных данных методом планирования полного факторного эксперимента вида 22 и построение математической модели целесообразно было произвести для параметров ЭЛАН, оказывающих наиболее существенный вклад в интегральный процесс упрочнения и стабилизации высокопрочного энергетического состояния, а именно амплитуды УЗК и напряжения. При этом значения усилия прижима электрода и угла напыления фиксировались на уровне, давшем в эксперименте максимальное значение плотности дислокаций.
