Влияние ультразвуковой ударно-фрикционной обработки на упрочнение и топографию поверхности конструкционной стали 09Г2С

Н.В. Лежнин, А.В. Макаров, С.Н. Лучко показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 25 марта 2019; Исправлена: 08 мая 2019; Принята: 13 мая 2019
Цитирование: Н.В. Лежнин, А.В. Макаров, С.Н. Лучко. Влияние ультразвуковой ударно-фрикционной обработки на упрочнение и топографию поверхности конструкционной стали 09Г2С. Письма о материалах. 2019. Т.9. №3. С.310-315
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-3-310-315

Аннотация

Новый метод ультразвуковй ударно-фрикционной обработки для поверхностного упрочнения конструкционной стали.В работе проведено сравнение эффективности упрочнения конструкционной стали 09Г2С методами традиционной ультразвуковой ударной обработки (УЗУО) и предложенной авторами ультразвуковой ударно-фрикционной обработки (УЗУФО). УЗУО выполняется с приложением усилия по нормали к поверхности детали со смазкой в зоне контакта. Идея УЗУФО состоит в ударном воздействии под углом к обрабатываемой поверхности без смазки для активизации пластической деформации сдвигом в приповерхностном слое материала за счет усиления фрикционного воздействия. Показано, что с уменьшением угла приложения нагрузки к обрабатываемой поверхности и исключением смазки из зоны контакта, наблюдается рост твердости и глубины деформированного поверхностного слоя конструкционной стали 09Г2С. При этом в диапазоне углов обработки 90 – 70° упрочняющий эффект от фрикционного воздействия в основном проявляется в тонком (несколько микрон) приповерхностном слое, а шероховатость поверхности практически не меняется. С дальнейшим уменьшением угла вклад фрикционного воздействия усиливается, так для УЗУФО под углом 50° к поверхности образца глубина деформированного слоя в 1.5 раза, а его твердость 2.5 раза выше, чем при традиционной УЗУО. Обнаружено, что профиль валиков пластически вытесненного металла меняется с симметричного при УЗУО на смещенный в направлении удара при УЗУФО. Это приводит к двукратному росту параметра шероховатости поверхности Ra при α = 50°. Установлено, что при уменьшении шага сканирования от 0.2 до 0.1 мм при проведении УЗУФО с прижимной нагрузкой 149 Н и скоростью обработки 600 мм / мин происходит снижение параметра шероховатости Ra в 5 раз: с 3.9 до 0.7 мкм. Дальнейшее уменьшение шага сканирования приводит к перенаклепу поверхностного слоя и огрублению поверхности.

Ссылки (20)

1. A. V. Makarov, L. G. Korshunov. The Physics of Metals and Metallography. 120 (3), Inprint (2019). Crossref
2. R. A. Savrai, A. V. Makarov, I. Yu. Malygina, E. G. Volkova. Materials Science and Engineering: A. 734, 506 (2018). Crossref
3. H. Kovacı, Y. B. Bozkurt, A. F. Yetim, M. Aslan, A. Çelik. Surface and Coatings Technology. 360, 78 (2019). Crossref
4. B. Arifvianto, Suyitno, M. Mahardika. Applied Surface Science. 258 (10), 4538 (2012). Crossref
5. V. P. Alekhin, O. V. Alekhin. Mashinostroenie i inzhenernoe obrazovanie. 4 (13), 2 (2007). (in Russian) [В. П. Алехин, О. В. Алехин. Машиностроение и инженерное образование. 4 (13), 2 (2007).].
6. X. Yang, X. Wang, X. Ling, D. Wang. Results in Physics. 7, 1412 (2017). Crossref
7. T. R. McNelley. Letters on materials. 5 (3), 246 (2015). Crossref
8. G. Q. Wang, M. K. Lei, D. M. Guo. Procedia CIRP. 45, 323 (2016). Crossref
9. A. V. Panin. Ul'trazvukovaya obrabotka konstruktsionnykh materialov. Tomsk, Publishing House of Tomsk State University (2016) 172 p. (in Russian) [А. В. Панин. Ультразвуковая обработка конструкционных материалов. Томск, Издательский Дом Томского государственного университета (2016) 172 с.].
10. H. Zhang, R. Chiang, H. Qin, Zh. Ren, X. Hou, D. Lin, G. L. Doll, V. K. Vasudevan, Y. Dong, C. Ye. International Journal of Fatigue. 103, 136 (2017). Crossref
11. S. P. Chenakin, V. S. Filatova, I. N. Makeeva, M. A. Vasylyev. Applied Surface Science. 408, 11 (2017). Crossref
12. Z. G. Kovalevskaya, P. V. Uvarkin, A. I. Tolmachev. Russ J Nondestruct Test. 48 (3), 10 (2012). Crossref
13. A. V. Panin, M. S. Kazachenok, A. I. Kozelskaya, R. R. Hairullin, E. A. Sinyakova. Materials Science and Engineering: A. 647, 43 (2015). Crossref
14. Patent RF № 2643289, 2018. (in Russian) [Патент РФ № 2643289, 2018.].
15. A. V. Makarov, R. A. Savrai, I. Yu. Malygina, E. G. Volkova, S. V. Burov. AIP Conference Proceedings. 2053, 020006 (2018). Crossref
16. B. N. Mordyuk, G. I. Prokopenko. Journal of Sound and Vibrations. 308 (3-5), 855 (2007). Crossref
17. J. O. Peters, B. L. Boyce, X. Chen, J. M. McNaney, J. W. Hutchinson, R. O. Ritchie. Engineering Fracture Mechanics. 69, 1425 (2002). Crossref
18. Z. G. Kovalevskaya, Y. F. Ivanov, O. B. Perevalova, V. A. Klimenov, P. V. Uvarkin. The Physics of Metals and Metallography. 114 (1), 41 (2013). Crossref
19. A. V. Makarov, R. A. Savrai, V. M. Schastlivtsev, T. I. Tabatchikova, I. L. Yakovleva, L. Yu. Egorova. Physics of Metals and Metallography. 111 (1), 95 (2011). Crossref
20. A. V. Makarov, R. A. Savrai, N. A. Pozdejeva, S. V. Smirnov, D. I. Vichuzhanin, L. G. Korshunov, I. Yu. Malygina. Surface and Coatings Technology. 205 (3), 841 (2010). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Министерство образования и науки Российской Федерации - Работа выполнена в рамках государственного задания МИНОБРНАУКИ России по темам № АААА-А18‑118020190116‑6 (проект № 18‑10‑2‑39) и № АААА-А18‑118020790148‑1 при поддержке РФФИ (проект № 18‑38‑00868_мол_а)
2. Российский фонд фундаментальных исследований - Работа выполнена в рамках государственного задания МИНОБРНАУКИ России по темам № АААА-А18‑118020190116‑6 (проект № 18‑10‑2‑39) и № АААА-А18‑118020790148‑1 при поддержке РФФИ (проект № 18‑38‑00868_мол_а)