Доктор технических наук, профессор кафедры «Сопротивление материалов»
400005, Волгоград, пр. им. Ленина, 28
Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Strength of Materials”
Volgograd
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Детали машин и подъемно-транспортные устройства»
400005, Волгоград, пр. им. Ленина, 28
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Machine Parts, and Lifting-Transport Machines
Volgograd
Доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Сопротивление материалов»
400005, Волгоград, пр. им. Ленина, 28
Dr. Sci.Eng., Assist. Professor, Head of the Chair “Strength of Materials”
Volgograd
Магистрант кафедры «Процессы и аппараты химических и пищевых производств»
400005, Волгоград, пр. им. Ленина, 28
MAStudent of the Chair “Processes and Units of Chemical and Food Production”
Volgograd
Магистрант кафедры «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей»
400005, Волгоград, пр. им. Ленина, 28
MAStudent of the Chair “Maintenance and Repair of Cars”
Volgograd
На примере закаленных углеродистых сталей марок 45 и У8 рассмотрены особенности влияния комбинации различных технологий (с использованием электромеханической обработки, поверхностного пластического деформирования и безабразивной ультразвуковой финишной обработки и их комбинации) поверхностного упрочнения на изменения структурного состояния и микротвердости поверхности, циклической долговечности упрочненных образцов, а также механизмов усталостного разрушения. Исследования проведены с использованием методов оптической и растровой электронной микроскопии, микротвердости, усталостных испытаний. Показано, что для исследуемых сталей в закаленном состоянии высокоскоростное импульсное термодеформационное воздействие в ходе электромеханической обработки сопровождается повышением (более чем на 50 %) микротвердости поверхности и снижением (на 20 – 30 %) предела выносливости. Такое изменение свойств связано с образованием в поверхностном слое существенно неравновесных, неоднородных по химическому составу ультрадисперсных фаз, обладающих повышенной твердостью. При этом в приповерхностных объемах металла протекают процессы отпуска закаленной структуры с образованием зон разупрочнения и формированием растягивающих остаточных напряжений, что сопровождается снижением микротвердости в этих зонах и предела выносливости образцов. Подобные эффекты снижения некоторых эксплуатационных характеристик материалов в ходе поверхностного упрочнения различных материалов, равно как и способы повышения свойств таких изделий за счет дополнительных технологических операций, требуют более глубокого изучения. Комбинированное поверхностное упрочнение (на основе электромеханической обработки, поверхностного пластического деформирования и безабразивной ультразвуковой финишной обработки) углеродистых сталей позволяет за счет вариации интенсивности температурного и деформационного воздействий целенаправленно изменять структурно-фазовый состав и напряженно-деформированное состояние поверхностных и приповерхностных слоев металла. В результате этого появляется возможность в зависимости от предварительной термической обработки стали формировать сбалансированный комплекс прочностных и усталостных характеристик образцов. Операции поверхностного пластического деформирования и безабразивной ультразвуковой финишной обработки, проведенные после электромеханического упрочнения, за счет интенсивной пластической деформации обеспечивают выглаживание поверхности, залечивание приповерхностных дефектов и позволяют корректировать напряженно-деформированное состояние обрабатываемого металла. Это обеспечивает повышение микротвердости в зоне отпуска на 20 – 25 % и предела выносливости образцов на 25 – 30 %.
Using the example of hardened carbon steels (steel 45, U8), the effect of combination of various surface hardening technologies is considered (using electromechanical processing, surface plastic deformation, non-abrasive ultrasonic finishing and their combination) on changes in structural state and surface microhardness, cyclic durability of hardened specimens and fatigue failure mechanisms. The studies were carried out by the methods of optical and scanning electron microscopy and by microhardness and fatigue tests. It is shown that for the investigated steels in quenched state, a high-speed pulsed thermo-deformation effect during electromechanical processing is accompanied by an increase in the surface microhardness (by more than 50 %) and decrease in the fatigue limit (by 20 – 30 %). Such a change in properties is associated with formation in the surface layer of substantially non-equilibrium, inhomogeneous in chemical composition, ultradispersed phases with increased hardness. At the same time, in the near-surface metal volumes tempering processes of the hardened structure proceed with the formation of softening zones and tensile residual stresses, accompanied by a decrease in the microhardness in these zones and the fatigue limit of the specimens. Such effects reduce some of the materials performance characteristics during surface hardening. The ways to improve the properties of such products due to additional technological operations require further studies. Combined surface hardening (based on electromechanical processing, surface plastic deformation and non-abrasive ultrasonic finishing) of carbon steels allows, due to variations in the intensity of temperature and deformation effects, to purposefully change the structural-phase composition and stress-strain state of the surface and near-surface metal layers. As a result, it becomes possible to form a balanced complex of strength and fatigue characteristics of the samples, depending on the preliminary heat treatment of steel. The operations of surface plastic deformation and non-abrasive ultrasonic finishing after electromechanical hardening, due to intensive plastic deformation provide smoothing of the surface and healing of near-surface defects and allow correction of stress-strain state of the processed metal. It provides an increase in microhardness in the tempering zone by 20 – 25 % and the fatigue limit of the samples by 25 – 30 %.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.