Влияние геометрии и структуры границы раздела на характер развития пластической деформации на мезомасштабном уровне борированных образцов конструкционных сталей

Влияние геометрии и структуры границы раздела на характер развития пластической деформации на мезомасштабном уровне борированных

образцов конструкционных сталей

С.В. Панин, А.В. Коваль, Г.В. Трусова, Ю.И. Почивалов, О.В. Сизова

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, 634021, Россия

С использованием оптико-телевизионного измерительного комплекса ТOMSC-1 проведено изучение влияния профиля и структуры границы раздела “покрытие - матрица” на развитие пластической деформации на мезомасштабном уровне образцов конструкционных сталей. Поверхностное упрочнение образцов проводили методом диффузионного борирования. Боридные упрочняющие слои имели дискретную градиентную структуру и состояли из последовательно расположенных фаз различной прочности. Профиль границы раздела, в зависимости от химического состава и структуры подложки, а также режимов обработки, имел зубчатый, игольчатый или прямолинейный вид. В работе анализируются основные факторы, определяющие механическое поведение композиций, имеющих сложную структуру и геометрию границы раздела “покрытие - матрица”.

1. Введение

Согласно основным положениям физической мезо-механики при нагружении гетерогенных материалов на внутренних границах раздела возникают осциллирующие концентраторы напряжений различных масштабных уровней [1]. Возникновение мезоконцентрато-ров напряжений и их релаксация, протекающая путем образования трещин и формирования полос локализованной пластической деформации, наиболее ярко выражены при нагружении материалов с покрытиями и поверхностно упрочненными слоями [2-5].

Обсуждаемые в литературе материалы характеризовались плоской границей раздела “упрочненный поверхностный слой (покрытие) - матрица”. При нагружении таких композиций происходит квазипериодическое растрескивание покрытия. При этом трещины, как правило, распространяются через все поперечное сечение покрытия. Формирование мезоструктуры в матрице происходит под действием концентраторов напряжений двух типов. Возникновение первых происходит на границе раздела и вызвано несовместностью развития пластической деформации в сопрягаемых материалах в силу различия их механических характеристик (в том числе

упругих модулей). Релаксация мезоконцентраторов напряжений первого типа обусловливает образование поперечных трещин в покрытии или поверхностно упрочненном слое и зарождение в матрице полос локализованной пластической деформации. В вершинах мезопо-лос возникают мезоконцентраторы напряжений второго типа, обеспечивающие постепенное распространение мезополос вглубь матрицы.

В настоящее время разработаны и достаточно широко используются технологии, позволяющие получать композиции, в которых геометрия границы раздела между покрытием и матрицей в значительной мере отличается от плоской. Одним из таких методов является диффузионное борирование [6], позволяющее получать на поверхности материалов высокопрочные покрытия, имеющие игольчатый или зубчатый профиль границы раздела с подложкой. Изучению структуры и профилей границы раздела в таких композициях посвящен ряд работ [7]. Однако в литературе не исследовано развитие пластической деформации на мезомасштабном уровне при нагружении таких композиций. Прежде всего следует ожидать, что неплоская геометрия границы раздела обусловит неоднородное распределение на ней мезо-

© Панин С.В., Коваль А.В., Трусова Г.В., Почивалов Ю.И., Сизова О.В., 2000

концентраторов напряжений, что в значительной мере изменит характер растрескивания боридных покрытий. С другой стороны, отсутствие в боридном слое сквозных поперечных трещин, играющих роль структурных надрезов, должно изменить характер формирующейся в подложке мезоструктуры и соответственно характер развития пластической деформации на мезомасштаб-ном уровне в таких композициях. Знание этих закономерностей очень важно для конструирования поверхностно упрочненных материалов с заданными механическими свойствами. Исследованию данных вопросов и посвящена настоящая работа.

2. Материал и методика исследований

Варьирование геометрии границы раздела между покрытием и матрицей осуществляли за счет использования в качестве материала подложки различных конструкционных сталей, а также за счет варьирования параметров химико-термической обработки. Формирование упрочняющих слоев проводили методом диффузионного борирования в контейнере с насыщающей смесью при различных температурах обработки [6].

Игольчатый профиль границы раздела получали при борировании конструкционной стали 15Н3МА. На образцах были получены боридные слои толщиной 50, 100 и 180 мкм. Толщина покрытия варьировалась температурой процесса (870, 900 и 980 °С соответственно). Время обработки всех образцов было одинаковым и составляло 2 часа. После борирования контейнер с образцами охлаждали вместе с печью в течение 2 часов. Последующее охлаждение образцов производилось в контейнере на воздухе.

При диффузионном борировании образцов стали Ст3 также получали игольчатый профиль границы раздела, однако структура всей композиции при этом была более сложной. Толщина боридного слоя также варьировалась температурой обработки и составляла соответственно 850, 900 и 950 °С. Толщины боридных слоев при этом были равными 60, 100 и 180 мкм. Время бориро-вания составляло 2 часа. После этого образцы охлаждали вместе с печью в течение 0.5 часа, а затем на воздухе.

Для получения боридных покрытий с зубчатым профилем границы раздела, а также с толстыми упрочняющими слоями, имеющими границу раздела с матрицей, близкую к плоской, проводили предварительную цементацию приповерхностного слоя матрицы. В качестве материала последней была использована сталь Ст3. Цементацию проводили при температуре 900 °С в течение 0.5 часов. После этого проводили борирование при температуре 940 °С, в результате чего было получено покрытие толщиной 80 мкм с выраженной зубчатой границей раздела. Борирование при температуре 980 °С позволило получить толстый слой (250 мкм) с профилем границы раздела, близким к плоскому.

Идентификацию профилей границ раздела бориро-ванных образцов проводили с использованием методов металлографии (цветного травления). Путем измерений микротвердости, проводимых с использованием пирамидки Виккерса на микротвердомере ПМТ-3М, количественно оценивали соотношение прочностных характеристик материалов покрытия и матрицы. Величина нагрузки, прикладываемой к пирамидке, составляла 50 г.

Испытания на одноосное статическое растяжение проводили на механической испытательной машине “ИМАШ-2078” со скоростью нагружения 0.03 мм/мин. Образцы для испытаний имели форму двусторонней плоской лопатки. Размер рабочей части составлял 25 X 1.5 X 4 мм для образцов, не подвергнутых цемен-

3

тации, и 25 X 1.8 X 5 мм — для предварительно цементированных. Наблюдение деформационного рельефа проводили на боковых гранях рабочей части образцов в области границы раздела с использованием оптикотелевизионного измерительного комплекса TOMSC-1, принцип действия которого основан на корреляционном анализе оптических изображений поверхности, снимаемых двухэкспозиционным методом [8]. Характер развития пластической деформации на мезомасштабном уровне изучали путем анализа построенных полей векторов смещений участков поверхности.

Изучение процессов растрескивания боридных слоев с различной структурой и геометрией границы раздела проводили на плоской поверхности образцов с использованием растрового электронного микроскопа TESLA. Съемку изображений поверхности растрескавшихся боридных слоев проводили на разрушенных образцах с помощью фотоаппарата.

3. Результаты эксперимента

3.1. Геометрия и структура границы раздела

Варьирование материала матрицы, а также параметров процесса диффузионного борирования, позволило сформировать композиции, имеющие четыре качественно отличных друг от друга вида профиля и структуры границы раздела.

Боридные слои, сформированные на образцах стали 15Н3МА, состоят из игл борида железа Fe2B (микротвердость Н^ = 16 000 МПа), длина которых определяет толщину всего борированного слоя (рис. 1). Описание структуры таких слоев проведем на примере композиции с упрочненным слоем большой толщины (>100 мкм). На поверхности таких слоев находится более прочная боридная фаза FeB (H^ = 20 600 МПа), толщина которой в случае общей толщины слоя 180 мкм достигает 50 мкм (рис. 1). Возникновение дополнительных напряжений в приповерхностном слое при формировании боридных игл увеличивает дисперсность перлита подложки образцов стали 15Н3МА (рис. 1, а), величина микротвердости которого повышается до

Рис. 1. Структура борированного слоя, сформированного на поверхности образца стали 15Н3МА

5 300 МПа. В результате профиль границы раздела между упрочняющим боридным слоем и матрицей, микротвердость которой составляла 3 150 МПа, остается игольчатым (рис. 1).

Упрочненные слои, образующиеся на поверхности образцов стали Ст3, также состоят из игл борида железа Fe2B (Нц = 13 000 МПа), над которыми при больших толщинах слоя находится фаза FeB (Нц = 20 600 МПа) (рис. 2). В процессе борирования под слоем Fe2B формировался переходный слой, состоящий из перлитной фазы с микротвердостью около 2 250 МПа. Перлитная фаза полностью заполняла пространство между иглами Fe2B, формируя прослойку между слоем Fe2B и матрицей. Профиль границы раздела между перлитной прослойкой и матрицей был уже близок к плоскому. Микротвердость матрицы малоуглеродистой стали составляла 1 250 МПа.

При использовании в качестве материала матрицы малоуглеродистой стали Ст3, имевшей предварительно процементированный поверхностный слой, композиция имела следующую структуру. На поверхности располагался борированный слой Fe2B, микротвердость которого составляла 18 900 МПа. Профиль его границы раздела с матрицей имел зубчатый вид (рис. 3). Матрица,

в результате произошедшей в процессе борирования диффузии углерода из процементированного слоя в сердцевину, имела перлитную структуру (рис. 3). Микротвердость материала матрицы несколько уменьшалась от поверхности вглубь композиции и имела значения 2 570 МПа, 2 100 МПа и, наконец, в сердцевине — 1 800 МПа.

При борировании образцов стали Ст3 с предварительно процементированным приповерхностным слоем при температуре 980 °С и времени выдержки 5 часов профиль границы раздела “матрица - покрытие” был близок к плоскому. При этом между упрочняющим боридным слоем Fe2B и матрицей формировался слой перлитных зерен толщиной порядка 200 мкм, разделенных цементитной сеткой (рис. 4). Фаза FeB на поверхности игл Fe2B не образовывалась. Микротвердость слоя Fe2B составляла 18 900 МПа, перлитного слоя — 2 200 МПа, микротвердость матрицы была одинаковой по всему поперечному сечению матрицы и равнялась 1 750 МПа.

Различие механических характеристик боридного слоя и матрицы, наличие переходных слоев, а также различная геометрия профиля границы раздела должны обуславливать различный характер возникновения ме-

Рис. 2. Структура борированного слоя, полученного на поверхности образца стали Ст3: а — металлографический шлиф после цветного травления, Х140; б — схематическое изображение: FeB

Рис. 3. Структура борированного слоя с зубчатой границей раздела, полученного на поверхности образца стали Ст3: а — металлографический шлиф после цветного травления, X 270; б — схематическое изображение: фаза Fe2B

зоконцентраторов напряжения на границе раздела, способ их релаксации, тип формирующейся при этом в матрице мезоструктуры, а также характер последующего развития пластической деформации на мезомасштаб-ном уровне всей композиции.

3.2. Характер возникновения и релаксации мезоконцентраторов напряжений

При нагружении композиций “сталь 15Н3МА - бо-ридный слой”, имеющих игольчатую границу раздела (рис. 1), под действием мезоконцентраторов напряжений на границе раздела происходило мелкое растрескивание покрытия, причем трещины не распространялись через всю ширину образца. Детальное изучение поверхности боридного покрытия, проведенное на разрушенных образцах с помощью растрового электронного микроскопа, показало, что траектории распространения трещин определяются игольчатой структурой боридного покрытия. Наиболее сильно этот эффект проявлялся около места разрушения (рис. 5).

На боковой грани композиций подобный характер растрескивания, когда не все трещины в покрытии “выходили” на боковую грань, воспринимался как “непериодическое” расположение трещин. Одновременно от

трещин в боридном слое в матрице развивались полосы локализованной пластической деформации. Причем игольчатая структура боридного покрытия препятствует распространению симметричных сопряженных мезо-полос в матрице. Это связано с тем, что соседние борид-ные иглы имеют неодинаковую глубину проникновения в матрицу как вдоль оси образца, так и поперек нее. В результате на боковой грани композиций формировались несимметричные сопряженные мезополосы (рис. 6, а, указано стрелкой), одиночные мезополосы (рис. 6, б, указано стрелкой), либо мезополосы вообще отсутствовали.

При нагружении борированных образцов стали Ст3, имеющих переходный перлитный слой (см. рис. 2), растрескивание покрытия имело квазипериодический характер (рис. 7). Анализ оптических изображений поверхности боковой грани показал, что возникновение мезоконцентраторов напряжений при хрупком распространении трещины в покрытии происходило в этом случае на границе раздела между промежуточным перлитным слоем и матрицей (см. рис. 2, а). Таким образом, “реальная” (“действующая”) граница раздела, на которой возникают мезоконцентраторы напряжений, имела практически плоский вид. Это в соответствии с [9]

9 шт

• • - 1 V

- V /..%ч 'у ^ 1 ' 4. * Л/ч у ')

ЧС  •• глш ’’С

Рис. 5. РЭМ-изображение рабочей части разрушенного образца стали 15Н3МА с боридным слоем 40 мкм. х 12

обусловливает квазипериодическое распределение поперечных трещин в боридном слое (рис. 7). По мере увеличения степени деформации происходило вторичное растрескивание боридного слоя, приводившее к разбиению первичных фрагментов покрытия на более мелкие.

Каждая поперечная трещина в боридном слое, являясь структурным надрезом, при нагружении приводила к развитию в матрице полос локализованной пластической деформации, протяженность и ширина которых были тем больше, чем толще было боридное покрытие (рис. 8). Невысокая степень различия механических характеристик переходного перлитного слоя и матрицы (что было выявлено по анализу микротвердости — см. п.3.1) снижала уровень мощности мезоконцентраторов напряжений на границе раздела. В результате этого в композициях, имеющих покрытия небольшой толщины, мезополосы имели малую ширину и протяженность (рис. 8, а, указано стрелкой).

При нагружении образцов стали Ст3 с зубчатой границей раздела (см. рис. 3, б) пространственное расположение трещин можно охарактеризовать как непериодическое (рис. 9, а). Это, также как и в случае композиций с игольчатой границей раздела, связано с неравномерным распределением концентраторов напряжений на границе раздела “боридный слой - перлитная матрица”. На рис. 9, а приведено РЭМ-изображение поверх-

0

/ Ь V *,* V йы

Рис. 7. РЭМ-изображение упрочненной поверхности разрушенного образца стали Ст3 с борированным слоем 100 мкм и переходным перлитным слоем. х 250

ности покрытия на разрушенном образце толщиной 80 мкм. В то же время, несмотря на “неупорядоченный” характер образования трещин подобно образцам с игольчатой границей раздела, в композициях с зубчатой границей раздела можно выделить средний период растрескивания, величина которого хорошо коррелирует с толщиной боридного слоя.

Неравномерный характер растрескивания борид-ного слоя в образце стали Ст3 с зубчатой границей раздела (рис. 3, б) воспринимается на боковой грани в виде непериодического расположения трещин (рис. 9, б). Невысокая мощность концентраторов напряжений в вершине трещин в покрытии (имеющих конечную протяженность) обусловливает распространение в матрице коротких мезополос. Причем наличие боридных “зубов” (выступов) препятствует распространению симметричных полос локализованной пластической деформации. В результате от трещин в покрытии мезополосы могут не развиваться или распространяться в объем образца по сложным траекториям (рис. 9, б).

В результате борирования образцов стали Ст3 с предварительно цементированным приповерхностным слоем при повышенной температуре и большом времени выдержки удалось получить композицию, имеющую профиль границы раздела, близкий к плоскому (см. рис. 4). Несмотря на формирование переходного пер-

У

Рис. 6. Изображение боковой грани рабочей части образца стали 15Н3МА с боридным слоем 50 мкм (а) и 100 мкм (б); а — 8 = 0.8 %, х145; б — 8 = 0.5 %.х 90

литного слоя соотношение толщин и механических характеристик сопрягаемых слоев определило в качестве “действующей” границу раздела между боридным слоем и перлитным подслоем. Плоский профиль границы раздела при такой толщине покрытия при нагружении определил квазипериодический характер растрескивания.

Изображение, иллюстрирующее картину растрескивания боридного покрытия с плоской границей раздела, полученное с помощью растрового электронного микроскопа, приведено на рис. 10, а. Образование в покрытии глубоких поперечных трещин обусловливает распространение в подложке в направлении максимальных касательных напряжений полос локализованной пластической деформации и способствует формированию на боковой грани композиций характерной мезо-структуры (рис. 10, б).

Различный характер растрескивания образцов с бо-ридными упрочняющими слоями, а также неоднородность структуры в целом по поперечному сечению опре-

деляют различие в характере развития пластической деформации на мезомасштабном уровне исследовавшихся композиций.

3.3. Характер развития деформации на мезомасштабном уровне

Развитие пластической деформации в образцах стали 15Н3МА с игольчатым профилем границы раздела (см. рис. 1) после образования трещин в боридном слое в значительной мере определяется толщиной покрытия. Соответствующие кривые течения приведены на рис. 11.

Следует выделить две характерные особенности, наглядно проявляющиеся на представленном графике. Во-первых, постепенное уменьшение величины относительного удлинения по мере увеличения толщины бо-ридного покрытия. Во-вторых, резкое увеличение предела текучести образца с толстым упрочняющим слоем 180 мкм, происходящее на фоне постепенного уменьшения предела текучести таких композиций с повышением толщины покрытия.

Рис. 10. а — РЭМ-изображение упрочненной поверхности образца стали Ст3 с борированным слоем 250 мкм с границей раздела, близкой к плоской. х 220; б — оптическое изображение боковой грани образца с борированным слоем 250 мкм, 8 = 7 %. х 90

Развитие пластической деформации на мезомасш-табном уровне в образцах стали 15Н3МА с относительно тонким покрытием (до 100 мкм) после образования в нем мелких трещин конечной длины имело следующие характерные особенности. Во-первых, в приповерхностном слое подложки в направлении максимальных касательных напряжений формировались полосы локализованной пластической деформации. Следует отметить, что дискретность коротких трещин препятствовала развитию в объеме образца мезоструктуры в виде системы протяженных трехгранных призм [2]. Хотя на боковой грани развитие мезополос в матрице наглядно проявлялось как на оптических изображениях (рис. 12, а), так и картинах распределения векторов смещений (рис. 12, б). Во-вторых, упрочненный поверхностный слой сдерживал однородное развитие пластической деформации в приповерхностном слое матрицы. В результате пластическое течение в последнем развивалось менее интенсивно по сравнению с сердцевиной. На картинах распределения векторов смещений это проявлялось в виде формирования областей, направление векторов в которых отличается от такового в упрочняющем боридном слое и матрице (рис. 13, б).

Следует отметить, что при нагружении образцов с относительно тонким покрытием (толщиной до 100 мкм) растрескивание последнего происходит по всей длине рабочей части композиций. В композициях с толстым боридным слоем интенсивное растрескивание покрытия происходит лишь в узкой области протяженностью около 5 мм, в которой затем происходит разрушение. На остальной части образца наблюдается формирование лишь единичных поперечных трещин. В результате подобной локализации пластической деформации относительное удлинение образцов с толстыми покрытиями значительно меньше по сравнению с композициями с тонкими покрытиями (рис. 11, кривая 4).

Более подробное исследование этого эффекта показало, что при нагружении образца стали 15Н3МА с боридным слоем толщиной 180 мкм в последнем возникает “первичная” поперечная трещина (рис. 14, а), проходящая через все поперечное сечение покрытия. В результате образец начинает испытывать значительный макроизгиб, о чем свидетельствует картина распределения векторов смещений (рис. 14, б). Для компенсации этого изгиба на определенном расстоянии от первой в покрытии возникает еще одна поперечная трещина. Последняя совместно с первой поперечной трещиной, а также распространяющимися от них мезопо-лосами в подложке создают единую трехгранную призму (обозначена стрелкой), вовлечение которой вглубь матрицы определяет возникновение шейки и разрушение всей композиции.

Развитие пластической деформации в образцах стали Ст3 с перлитным подслоем после образования тре-

а, МПа

900

0 2 4 6 8 10 12 14 §,%

Рис. 11. Кривые течения образцов стали 15Н3МА с различной толщиной боридного покрытия: без покрытия

Щууууууу/Лууу//АУ/,! V, уууу/уу^ •У'; N<1 Ч 7 7 ^  Т У У У Т Т Т У У Т \М V/! Т Т 7 Т 7 У У Т * Т Т Т Т Т Т Т 1 Т Т Т Т УУУУ Т Т У У ТУ Т Т 1 \ ? 1 Т Т * Т У У У У У т т т т т т т т т т у у у у у у  т ;у т у у т т ч 7 т т т т 7 7 у у у у у т т т т т т т т т т 7ИИ У ТУУУУУУ  V Т ТУ Т Т Ч Ч Т Т Т ГУ У У Т ТУ У Т Т Т Т Т-" т т т т У Т Т У У У У У - - *'ТТУВВ--ТТГ У У У Т Т Т У У Т Т Т Т Т ч. т т т - - У У У Т Т У М Т ; М ! У У Т Т Т Т У У У Т У т т т т т т т т т ? * т * т т У У У У Т У У У 7 Т Т Т У У У У Т т Т Т У У У У УТТУТТТТТТТТТУТТТТ У У У У Т Т 7 ГУ Т ТУУУУУУ Т Т ТУУУУУУ ТУУ т т т т т т т т т т т т т т УУУУ ТУ У У-"-"-"-"У У У У У У Т ТУ У Т ТУ У Т Т Т Т Т Т Т Т Т Т Т Т “И т т т УУУУУУУУ Т Т Т ^У У У ТУ У т ТУ У ТУ У У Т Т Т ТУ У У Т Т Т Т Т Т Т ТУ т УУУУ УУУУ Т ТУ У Т Т ТУ ТУУУУ т Т ТУ т т т Т Т Т ТУ Т т Т Т "\Т ТУ У т У У У У У У У Т ТУ 7 У У У У У Т ТУ У 7ТТТТТТТТТТ ТУУ т т т т Т ТУ т т У У У УУУУ Т ТУУУУУУУУ Т Т ТУУ т т т т т т т т т т т 7?7 т т т т т т т у у у у у у у т т ту у у туу ; ; т туу т т т т т т т т т т т т т т т т т т т т т ууууу 7 7 7 т туу т т т т 7 7уу т т т т ^ т т т т т т т т т т т ^ т т т т т т УУУ ТУУ 7 7 т ТУУ 7 7 Т ТУУУУ Т Т Т ТУ ТУ Т Т Т Т Т Т Т Т Т Т Т Т Т Т Т Т У У ТУУУ 1 ТУУУУ 7 7 Т У УУТТТУТТТУТТТТТТТТТТТТТТТТ т * 7 У У У Т У У У У Т 7 7 У У УУТТТТУТТТТТТТТТТТТТТТТТТТ Т * - У 7 У У У У У Т Т Т ТУУ Т У У Т Т N Т У У У Т Т Т 7 т т т т т т т т т т т т т ,, ^

: г

::::::::::::::::

:::::::::::::::::::::: — а —

Рис. 12. Формирование сопряженных мезополос в подложке при образовании в покрытии поперечных трещин: оптическое изображение (а); соответствующее поле векторов смещений (б); 5 = 2 %. х 90

Рис. 13. Формирование промежуточного “слоя”, имеющего направление векторов, отличное от направления векторов в покрытии и в объеме образца: а — оптическое изображение; б — соответствующее поле векторов смещений; 5 = 0.5 %. х 90

Рис. 15. Кривые течения образцов Ст3 с боридным покрытием различной толщины: без покрытия

щин в покрытии также в значительной мере определяется толщиной покрытия. Соответствующие кривые течения приведены на рис. 15. Отметим характерные особенности графиков, приведенных на рис. 15. Прежде всего, это постепенное уменьшение предела текучести в композициях с боридными покрытиями по мере увеличения их толщины. Во-вторых, наличие площадки текучести при толщине боридного слоя до 100 мкм и отсутствие таковой в образцах, толщина покрытия в которых превышает эту величину. В-третьих, значительное увеличение относительного удлинения по сравнению с неупрочненными образцами в композициях с толщиной боридного слоя около 70 мкм и резкое уменьшение этой характеристики при толщинах покрытия свыше 100 мкм.

Характер развития пластической деформации на ме-зомасштабном уровне в поверхностно упрочненных об-

разцах стали Ст3, также как и в предыдущем случае, различался для композиций с толщинами до 100 мкм и выше. При этом образование в покрытии системы квази-периодических трещин предопределяло формирование в подложке мезоструктуры в виде системы трехгранных призм. Подобно результатам, описанным в [10], глубина приповерхностного слоя, в котором формировалась подобная мезоструктура, была тем больше, чем толще было боридное покрытие.

Формирование деформационного рельефа, сопровождающееся первичным растрескиванием покрытия, на начальных стадиях деформации в образцах с толщиной боридного слоя до 100 мкм происходит как фронтально распространяющийся процесс. В образце без покрытия этому соответствует распространение полосы Людерса. Возникновению каждой трещины, подобно результатам, описанным в [5], предшествует локальный изгиб образца, что наиболее наглядно проявляется на картине распределения векторов смещений (рис. 16, б).

Следует отметить, что на стадии первичного растрескивания покрытия протяженность мезополос является незначительной, и их распространение в подложке происходит в ходе пластического течения под действием мезоконцентратора в их вершине. Характерно, что при небольших степенях деформации на оптических изображениях формирование трехгранных призм в явном виде выявить не удается. Их эволюция в подложке выявляется преимущественно по картинам распределения векторов смещений (рис. 17, б).

С увеличением степени деформации начинается процесс вторичного растрескивания боридного слоя. В результате в покрытии возникают новые трещины, разбивающие основания уже сформировавшихся трехгранных призм на 2 или 3 части. Это приводит к разделению единичных мезообъемов на более мелкие. Данный процесс наиболее наглядно проявляется при толщине уп-

Рис. 16. Локальный изгиб образца стали Ст3 с перлитным подслоем при первичном растрескивании боридного покрытия (на фото сверху) толщиной 80 мкм: металлографическое изображение поверхности боковой грани (а) и соответствующее поле векторов смещений (б); 5 = 1 %. х 90

Рис. 17. Оптическое изображение (а) и соответствующее поле векторов смещений (б), иллюстрирующие формирование на боковой грани образца стали Ст3 с боридным слоем 60 мкм мезоструктуры в виде системы трехгранных призм, 5 = 9 %. х 90

рочненного слоя до 100мкм. При большой толщине боридного слоя (100-180 мкм) возникающие в покрытии во время первичного растрескивания глубокие трещины приводили к значительной локализации пластической деформации и изгибу рабочей части образца. Последнее выявлялось при анализе как оптических изображений, так и полей векторов смещений (рис. 18). В результате относительное удлинение таких композиций по сравнению с неупрочненными образцами значительно сокращалось (рис. 15, кривая 4).

В проведенных исследованиях образцов стали Ст3 с зубчатой границей раздела, к сожалению, не удалось установить четкую взаимосвязь между характером развития пластической деформации на мезоуровне и толщиной покрытия. Это было связано с тем, что для получения зубчатой границы раздела проводилась предварительная цементация приповерхностного слоя. Затем в процессе борирования вследствие различной интенсивности диффузии атомов бора вглубь матрицы при

различных температурах обработки не удалось получить композиции, имеющие различную толщину борид-ного слоя при одинаковой толщине подслоя матрицы с модифицированной структурой. Часто после окончания процесса борирования вся матрица приобретала перлитную структуру. Тем не менее, можно утверждать, что общие закономерности развития деформации в образцах с зубчатым и игольчатым профилем границы раздела в целом подобны.

Формирование трещин в боридном покрытии с зубчатым профилем границы раздела (рис. 3, б) приводило к формированию на боковой грани характерной мезо-структуры (рис. 9, б). Конечная длина трещин в покрытии, также как и в образцах с игольчатой границей раздела, обусловливает отсутствие в образце системы трехгранных призм. В то же время в результате самосогласованного движения мезообъемов в приповерхностном слое на боковой грани выявляется формирование протяженных складок, ориентированных в направлении

7У^777^ 7 \SZS- I Т ' ГГ Г

- Г// I Т" I 1^ ! І

------------------V ;     /

• ' 1 "IIі ' —

'777777777

„ , - '7777— I777777

>77 >777/ І 177777

.....>77/ 1/^/1!/І ЇУ

177777^ \7S77 І І I \М І I ]//// \77 ! г^/7 І/ II II I \7/77 І 1777777 1777777 ~7777 1 177777 77777 1УУУ ~7/7 ]/77 Т/У I 777^7^77 — —у_/ І 1777777^^7 '777777 І І \77 І І I '77777 І I \77 77 7 •777777 \7 I Т 77 7 >*777 І ]77 І I \7/ '777 17777777777 1 I 1 \77 ' V/././г7777777777777 '^7^7-^7777777 77 7 77 ^ І 1777777 І I/ I

' ' І \77 \77 І I \77

'77 7 7 '7777777

и

Ж

«к, г

Рис. 19. Формирование протяженных складок в матрице из стали Ст3 с зубчатой границей раздела: а — оптическое изображение, 5 = 4 %. х 90. б — соответствующее поле векторов смещений

максимальных касательных напряжений (рис. 19, а). Следует отметить, что подобные складки формируются преимущественно по границам элементов внутренней структуры, однако распространяются на расстояния, значительно превышающие размер отдельного зерна. Их развитие также наглядно прослеживается и на картине распределения векторов смещений (рис. 19, б).

Следует отметить, что мелкое растрескивание покрытия сопровождается не только распространением мезополос в подложке, но также обеспечивает сдерживание однородного развития пластической деформации в приповерхностном слое матрицы, толщина которого пропорциональна толщине боридного слоя. На картине распределения векторов смещений это проявляется особенно наглядно в виде формирования области, направление векторов в которой, отличается от такового в боридном покрытии и сердцевине (рис. 20, б).

Характер последующего развития пластической деформации в образцах стали Ст3 с зубчатой границей раздела определяется суперпозицией двух факторов —

самосогласованного движения соседних мезообъемов, воспринимаемых на поверхности боковой грани в виде “треугольников”, и сдерживанием покрытием однородного развития пластической деформации в приповерхностном слое матрицы. В результате, в образце в направлении максимальных касательных напряжений формируются складки, распространение которых уже не определяется зеренной структурой подложки (рис. 21, а) Кроме того, формирование протяженных складок в матрице проявляется и на картинах распределения векторов смещений (рис. 21, б). Различный характер развития деформации в приповерхностном слое относительно покрытия и сердцевины прежде всего проявляется на оптических изображениях (рис. 21, а) в виде значительного уменьшения отражающей способности этого слоя. При больших степенях деформации этот эффект становится еще более наглядным.

Относительное удлинение образца стали Ст3 с толстым покрытием 250 мкм и профилем границы раздела, близким к плоскому (см. рис. 4), составило 8 %. Ана-

Ль

Л -31

ТРк.

ШяШШЛ 1 I %

\2т

*1

Рис. 21. Сдерживание покрытием однородного развития пластического течения в матрице из стали Ст3 с зубчатой границей раздела: оптическое изображение (а); соответствующее поле векторов смещений (б); 5 = 7 %. х 90

лиз оптических изображений боковой грани композиций с толстым покрытием 250 мкм показал, что зарождение трещин происходило на границе раздела “бо-ридный слой - перлитный подслой” (рис. 22, а). Такой результат отличается от данных о характере растрескивания стали Ст3 с игольчатой границей раздела и перлитным подслоем, возникшим в процессе борирова-ния (см. п. 3.2.), когда зарождение трещины начиналось на границе раздела “перлитный подслой - матрица”.

Образование первичной трещины в толстом борид-ном слое не привело к значительной локализации деформации в матрице (рис. 22, а). От трещины в покрытии распространялись короткие узкие полосы локализованной деформации. Формирование в покрытии системы первичных трещин предопределяет возникновение мезоструктуры в виде системы трехгранных призм. Однако в явном виде на оптических изображениях такая мезоструктура проявляется лишь при относительно больших деформациях. На стадии первич-

ного растрескивания формирование трехгранных призм проявляется в основном на картинах векторов смещений (рис. 22, б).

По мере увеличения степени деформации происходит постепенное распространение мезополос в матрице. Однако невысокая мощность мезоконцентратора в голове мезополосы обусловливает ее ветвление (рис. 23, а). Кроме того, по мере распространения мезополосы мезоконцентратор в ее голове релаксирует за счет распространения полос в сопряженном направлении (рис. 23, а). Развитие мезополосы также проявляется на картине распределения векторов смещений (рис. 23, б).

По мере увеличения степени деформации формирование мезоструктуры в виде системы трехгранных призм становится более наглядным (рис. 24, а). В то же время, наличие упрочняющего покрытия сдерживает однородное развитие пластической деформации в приповерхностном слое матрицы, который, кроме того,

Рис. 23. Оптическое изображение (а) и соответствующее поле векторов смещений (б) в образце стали Ст3 с профилем границы раздела, близким к плоскому; 5 = 3 %. х 90

имеет перлитную структуру с цементитными включениями (см. рис. 4). Подобный эффект наиболее наглядно проявляется на картине векторов смещений, где видно, что направление и длина векторов в покрытии и сердцевине отличаются от таковых в приповерхностном слое (рис. 24, б).

Особо следует отметить, что значительная толщина боридного покрытия (250 мкм) при его плоской границе раздела с матрицей обусловливает при нагружении зарождение трещин на границе раздела “боридный слой -перлитная матрица” (рис. 25). Развитие таких адгезионных трещин при больших степенях деформации приводит к откалыванию фрагментов боридного покрытия (рис. 25).

4. Обсуждение результатов

Наиболее принципиальным результатом, полученным в данной работе, является выявление различного характера растрескивания покрытия в композициях, в

которых геометрия и структура границы раздела “покрытие - матрица” отличаются. Так, игольчатый (рис. 1) и зубчатый (рис. 3) профили границы раздела обусловливают при нагружении возникновение поперечных трещин, распространяющихся не через все поперечное сечение покрытия (рис. 5 и 9, а соответственно). При этом траектории распространения таких трещин определяются характером игольчатой/зубчатой структуры покрытия. Их дискретность свидетельствует о том, что подобный профиль границы раздела позволяет в значительной степени диспергировать воздействие мезо-концентраторов напряжений в вершинах трещин.

В то же время, в образцах с игольчатой и зубчатой границей раздела при различных степенях деформации можно выделить определенное “среднее” расстояние между трещинами в боридном слое. Данный результат свидетельствует о том, что возникновение мезоконцент-раторов напряжений на границе раздела вызвано несовместностью развития пластической деформации в це-

Рис. 25. Оптическое изображение боковой грани образца стали Ст3 с вырожденной границей раздела после разрушения в месте откола фрагмента боридного слоя. х 90

лом в покрытии и матрице. И поскольку растрескивание покрытия является макроскопическим эффектом, зависящим от свойств покрытия и матрицы в целом, “среднее” расстояние между трещинами в боридном слое при конкретной степени деформации будет определяться средней толщиной покрытия.

С другой стороны, в композициях с боридными покрытиями, имеющими профиль “действующей” границы раздела, близкий к плоскому, происходит изменение характера растрескивания. Так, в образцах стали Ст3 с боридным покрытием, имеющим игольчатую структуру и переходный перлитный подслой (рис. 2), при нагружении происходило возникновение осциллирующих концентраторов напряжений, действующих одновременно по всей ширине образца. В результате трещины распространялись через все поперечное сечение покрытия и имели квазипериодическое распределение (рис. 7). Аналогичный результат (рис. 10, а) наблюдался и в образцах стали Ст3 с толстым боридным покрытием 250 мкм, имеющим профиль границы раздела, близкий к плоскому (рис. 4). Квазипериодический характер распределения трещин в покрытии впервые был обнаружен и подробно описан в [2] при исследовании ионно-азотированных образцов нержавеющей стали.

Изменение характера растрескивания при изменении профиля “действующей” границы раздела с игольчатого (рис. 1) или зубчатого (рис. 3) на плоский (рис. 2 и 4 соответственно) является наглядным экспериментальным подтверждением того, что характер и место зарождения и последующей релаксации мезоконцент-раторов напряжений определяются суперпозицией нескольких факторов [11]: соотношением механических характеристик сопрягаемых слоев, соотношением их толщин, наличием и структурой переходных слоев и, наконец, геометрией и структурой границы раздела. В случае игольчатых боридных слоев с перлитным подслоем (рис. 2) максимальное изменение механических (прочностных) характеристик имеет место на границе

между боридным и перлитным слоями. Соответственно более логичным было бы ожидать, что зарождение трещин начнется именно на границе их раздела. В то же время, возникновение трещин в слое Fe2B происходит при уровне внешней нагрузки, значительно меньшем предела прочности боридного покрытия. Данный факт свидетельствует о том, что разрушение боридного слоя происходит не вследствие различия прочностных характеристик сопрягаемых слоев, а обусловлено значительным различием пластичности хрупкого боридного слоя, “армирующего” нижележащий тонкий перлитный подслой, и достаточно мягкой матрицы. Таким образом, основной вклад в образование трещин вносит действие мезоконцентратора напряжений на границе раздела между пластичной подложкой, обеспечивающей “основное формоизменение образца”, и гораздо менее пластичной перлитной фазой, “армированной” высокопрочным игольчатым боридным слоем. В результате локального изгиба образца на границе раздела “матрица - перлитный подслой” происходит зарождение трещины, распространяющейся по направлению к поверхности слоя Fe2B.

При формировании на поверхности стали Ст3 толстого боридного покрытия, имеющего зубчатую структуру и профиль границы раздела, близкий к плоскому, в матрице тоже присутствует переходный перлитный слой (рис. 4). Однако соотношение механических характеристик трех сопрягаемых материалов (фаза Fe2B -слой перлитных зерен - матрица малоуглеродистой стали) и, прежде всего, характеристик пластичности, а также соотношение их толщин (250 мкм - 200 мкм -450 мкм, учитывая расстояние от поверхности до оси образца) определяют в качестве “действующей” границу раздела между боридным и перлитным слоями. Именно от этой границы раздела при релаксации мезо-концентратора напряжений распространяется к поверхности покрытия поперечная трещина.

Следует отметить, что соотношение пластичности сопрягаемых слоев для случая толстого боридного покрытия на стали Ст3 (рис. 4) было близко к описанному выше случаю игольчатого покрытия также на подложке стали Ст3, но имеющего тонкий перлитный подслой, “армированный” иглами борида железа (рис. 2). Основное различие при этом заключалось в толщине переходного перлитного слоя, что и определило различное местоположение “действующей” границы раздела.

Анализ кривых течения поверхностно упрочненных образцов стали 15Н3МА показывает, что при испытании на статическое растяжение композиций с боридными покрытиями, имеющими игольчатую границу раздела, по мере увеличения толщины покрытия величина относительного удлинения композиции уменьшается. В литературе описан эффект уменьшения величины относительного удлинения композиций с ионно-азотированными покрытиями, имеющими плоский профиль

границы раздела [10]. При этом растрескивание азотированного слоя происходило на всей рабочей части образца, и снижение относительного удлинения в [2] связывали со значительной локализацией пластической деформации в мезополосах, распространяющихся от глубоких трещин в покрытии и действующих в роли структурных надрезов. При нагружении образцов с игольчатой границей раздела (рис. 1) сквозные трещины, распространяющиеся через все поперечное сечение образца, не возникали. В то же время по мере увеличения толщины боридного покрытия площадь образца, на которой происходило интенсивное растрескивание покрытия, уменьшалась. В результате, в композициях с тонкими боридными покрытиями, однородное растрескивание происходило практически по всей рабочей части образца, в то время как при большой толщине интенсивное растрескивание имело место лишь в небольшой области, где впоследствии и происходило разрушение композиции.

В поверхностно упрочненных образцах стали Ст3 растрескивание боридного слоя происходило по всей длине рабочей части образца, практически для всех толщин боридного покрытия. Это определило меньшую степень снижения пластичности композиций с борид-ными покрытиями по мере увеличения толщины последних. Подобный результат, скорее всего, связан с высокой пластичностью матрицы малоуглеродистой стали. Однако в отличие от описанных в литературе результатов в ряде случаев поверхностное упрочнение образцов привело не только к повышению прочностных характеристик, но и обнаружило значительное повышение пластичности по сравнению с неупрочненными образцами (рис. 15, кривая 2). По мнению авторов, данный эффект связан с характером развития пластической деформации на мезомасштабном уровне.

Растрескивание упрочняющего боридного слоя определяет характер формирующейся в подложке мезо-структуры, которая, в свою очередь, определяет развитие пластической деформации на мезомасштабном уровне всей композиции. Наиболее ярко данный эффект проявился на образцах малоуглеродистой стали, имеющей под боридным слоем с игольчатой структурой перлитную прослойку (рис. 2). В результате развития пластической деформации в таких композициях в матрице формировалась мезоструктура в виде системы трехгранных призм различных масштабов. Более подробно эти результаты описаны в [6]. По мере увеличения уровня внешней нагрузки процесс пластического течения развивался путем самосогласованного движения как отдельных, так и групп элементов сформировавшейся мезоструктуры, что выявлялось, прежде всего, по анализу распределения векторов смещений. Поскольку ме-зоструктура подобного вида формировалась как по всему поперечному сечению, так и вдоль всей рабочей час-

ти образца, и, кроме того, выраженной локализации пластической деформации (имевшей место при нагружении образцов с толстыми покрытиями) не происходило, относительное удлинение образцов с покрытиями было больше такового для образцов без покрытия на Де = 7 % (рис. 15, кривые 1, 2). Подобный эффект, значительного повышения пластичности материала за счет формирования полос локализованной пластической деформации, правда, при развитии деформации в шейке, уже наблюдался при растяжении образцов поликристаллов кремнистого железа. В последнем случае развитие деформации протекало по схеме фазовой волны переключений [12] за счет более интенсивного развития деформации то в одной, то в другой макрополосе в шейке. В композициях с боридными покрытиями такое переключение могло происходить за счет более интенсивного развития пластической деформации в различных областях рабочей части, а также самосогласованного движения как отдельных, так и нескольких соседних элементов мезоструктуры в конкретном поперечном сечении композиции. Кроме того, повышение пластичности таких композиций может быть обусловлено диспергированием мезоконцентратора напряжений, действующего в голове распространяющейся в пластичной подложке мезополосы. При растяжении образцов с бо-ридными покрытиями такой же толщины, но имеющих менее пластичную матрицу (конструкционная сталь 15Н3МА), происходило уменьшение относительного удлинения композиций по сравнению с неупрочнен-ными образцами почти в два раза (рис. 11, кривые 1, 2) Повышение пластичности образцов стали Ст3 с бо-ридным слоем с игольчатой структурой и перлитным подслоем (рис. 2) может быть также обусловлено градиентной структурой всего поверхностно упрочненного слоя. В литературе описан ряд таких примеров. В образцах с упрочняющими покрытиями, нанесенными методом электронно-лучевой наплавки, переходный слой, возникший в процессе наплавки, позволял реализовать линейное изменение прочностных характеристик на границе между покрытием и основой [5]. В результате, возникновение в покрытии глубоких поперечных трещин не приводило к катастрофическому разрушению композиции. В образцах с электроискровыми покрытиями последние имели дискретную двухслойную структуру, что также позволяло обеспечить достаточную пластичность композиций при условии распространения трещин только в вышележащем более прочном слое [4]. Наконец в исследованных композициях промежуточный перлитный слой позволил уменьшить скачок механических характеристик при переходе от высокопрочной боридной фазы к пластичной матрице. В результате мезополосы, развивавшиеся в подложке от трещин в покрытии, имели малую протяженность, снижая степень локализации пластической деформации.

Градиентную структуру также имели композиции с толстым боридным покрытием, имеющим профиль границы раздела, близкий к плоскому. Сформировавшийся в процессе предварительной цементации перлитный слой в матрице уменьшал различие механических характеристик сопрягаемых материалов (изменение значения микротвердости в боридном слое, перлитном подслое и матрице составляет соответственно 18900 -2200 - 1750 МПа). В результате образования глубоких трещин в боридном покрытии в подложке распространялись лишь короткие узкие мезополосы (рис. 22). Также возможной причиной малой протяженности ме-зополос в момент растрескивания является невысокая мощность мезоконцентраторов напряжений в вершине трещины. Последнее, скорее всего, обусловлено дискретной структурой покрытия состоящего из “зубов” (выступов) деборида железа.

Снижение пластичности поверхностно упрочненных образцов, имеющих игольчатый (рис. 1) и зубчатый (рис. 3) профили границы раздела, определяется как характером растрескивания, так и характером развития пластической деформации на мезомасштабном уровне. При нагружении в таких покрытиях образуется большое количество мелких трещин, не распространяющихся через всю ширину образца. Хотя мелкое растрескивание боридного покрытия обеспечивает релаксацию мезо-концентраторов на границе раздела, покрытие сохраняло свою целостность по всей рабочей части образца. В результате боридное покрытие сдерживало однородное развитие пластической деформации в приповерхностном слое, уменьшая объем материала, способного релаксировать внутренние напряжения за счет пластических сдвигов на микромасштабном уровне.

На картине распределения векторов смещений подобный эффект проявляется в виде образования в приповерхностном слое области, направление векторов смещений в которой отлично от такового в боридном покрытии и сердцевине (рис. 13, б). Следует отметить, что формирование “продольных слоев” в полях векторов смещений уже наблюдали в образцах инструментальной стали с электроискровыми покрытиями [4]. Однако в работе [4] промежуточный “слой” в поле векторов смещений соответствовал приповерхностному слою матрицы, разупрочненному в результате электроискровой обработки. В данной работе сдерживание однородного развития пластической деформации в матрице, проявлявшееся в полях векторов смещений в виде продольного “расслоения”, привело к снижению пластичности исследовавшихся композиций.

5. Заключение

В результате проведенных исследований можно сформулировать следующие выводы о влиянии геометрии и структуры границы раздела на характер развития

пластической деформации на мезомасштабном уровне композиций с боридными упрочняющими слоями.

1. Игольчатый и зубчатый профили границы раздела “покрытие - матрица” при нагружении обусловливают неоднородное распределение концентраторов напряжений на границе раздела. В результате релаксации последних в покрытии развиваются мелкие поперечные трещины конечной длины, что на боковой грани воспринимается как непериодическое растрескивание покрытия. Тем не менее, при каждой степени деформации всегда может быть выделено среднее расстояние между трещинами в боридном слое. Подобный характер растрескивания позволяет сохранять функциональные свойства покрытия без формирования протяженных полос локализованной пластической деформации в матрице.

2. Формирование между боридным покрытием с игольчатой структурой и пластичной матрицей переходного перлитного слоя, имеющего определенную толщину и прочностные характеристики, приводит к возникновению новой “действующей” границы раздела. Это обусловливает распространение трещин от границы раздела, на которой происходит максимальное изменение характеристик пластичности сопрягаемых материалов, и определяет при нагружении изменение характера растрескивания покрытия на квазипериодическое. В то же время, формирование в процессе предварительного цементирования материала матрицы толстого перлитного подслоя не приводит к возникновению новой “действующей” границы раздела и характер растрескивания боридного покрытия с зубчатой структурой остается непериодическим.

3. Развитие пластической деформации на мезомасш-табном уровне композиций с упрочняющим боридным покрытием после растрескивания последнего определяется характером сформировавшейся в подложке мезо-структуры. При определенном соотношении механических характеристик и толщин сопрягаемых материалов за счет формирования по всей длине рабочей части матрицы развитой мезоструктуры, предотвращающей возникновение мощного макроконцентратора напряжений, может происходить значительное повышение относительного удлинения поверхностно-упрочненных композиций по сравнению с неупрочненными образцами.

4. При выборе оптимальной толщины боридных слоев необходимо принимать во внимание тот факт, что при толщине покрытия свыше 100 мкм в условиях статического одноосного растяжения профиль границы раздела практически не влияет на характер развития пластической деформации.

Благодарности

Работа выполнялась при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований проект № 9901-00583, а также в рамках молодежного проекта СО

РАН “Мезомеханика внутренних границ раздела высокопрочных и износостойких градиентных материалов и покрытий”.

Авторы выражают искреннюю благодарность академику В.Е. Панину за участие в постановке задачи исследований и обсуждении результатов.

Литература

1. Physical mesomechanics of heterogeneous media and computer-aided design of materials / Ed. by V.E. Panin. - Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 1998. - 339 p.

2. Панин В.Е., Слосман А.И., Колесова Н.А. Закономерности пластической деформации и разрушения на мезоуровне поверхностей упрочненных образцов при статическом растяжении // Физика металлов и металловедение. - 1996. - Т. 82. - № 2. - С. 129-136.

3. Панин С.В., Смолин И.Ю., Балохонов P.P. и др. Мезомеханика границы раздела в материалах с поверхностным упрочнением и покрытиями // Изв. вузов. Физика. - 1999. - № 3. - С. 4-24.

4. Панин С.В., Кашин О.А., ШаркеевЮ.П. Изучение процессов пластической деформации на мезомасштабном уровне инструментальной стали, поверхностно упрочненной методом электроискрового легирования // Физ. мезомех. - 1999. -Т. 2. - №2 4. - С. 75-85.

5. Панин С.В., ДураковВ.Г., ПрибытковГ.А. Мезомеханика пласти-

ческой деформации и разрушения низкоуглеродистой стали с высокопрочным деформируемым покрытием // Физ. мезомех. -1998. - Т. 1. - № 2. - С. 51-58.

6. Koval A.V., Panin S.V. Formation of fractal mesostructure in structural

steels with heterogeneous hardening layers under tension // Proc. of Int. Conf. “Mesomechanics’2000”, June 13-16, 2000, Xi’an, China (to be published).

7. Sizova O.W, KolubaevA.WEinfluB der Struktur von Borid-Schutzschichten auf Reibung und GleitverschleiB: - Tribologie-Fachtagung 1996, Reibung, Schwierung und VerschleiB, Gottingen, 1996, Vort.27/1.

8. Сыгрямкин В.И., Панин В.Е., Дерюгин Е.Е., и др. Оптико-телевизионные методы исследования и диагностики материалов на мезоуровне // Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов. - Новосибирск: Наука, 1995. - Т. 1. - С. 176-194.

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

10. ПанинВ.Е., СлосманА.И., КолесоваН.А., ОвечкинБ.Б., Молчу-нова И.Ю. Влияние толщины упрочненного слоя на формирование мезоструктуры при растяжении поверхностно-упрочненных образцов // Изв. вузов. Физика. - 1998. - № 6. - С. 63-69.

11. Panin S.V Mesomechanics of plastic deformation and fracture of coated and surface-hardened materials // Proc. of Int. Conf. “Mesomechanics’2000”, June 13-16, 2000, Xi’an, China (to be published).

12. Панин В.Е., Дерюгин Е.Е. Саморганизация макрополос локализованного сдвига и фазовые волны переключений в поликристаллах // Физ. мезомех. - 1999. - Т. 2. - № 1-2. - С. 77-88.