Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Влияние структуры и свойств поверхностного слоя на усталостную прочность закаленных сталей, упрочненных комбинированной электромеханической обработкой

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-6-438-450

Полный текст:

Аннотация

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 %. 

Об авторах

В. П. Багмутов
Волгоградский государственный технический университет
Россия

Доктор технических наук, профессор кафедры «Сопротивление материалов» 

400005, Волгоград, пр. им. Ленина, 28



Н. Г. Дудкина
Волгоградский государственный технический университет
Россия

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Детали машин и подъемно-транспортные устройства»

400005, Волгоград, пр. им. Ленина, 28



И. Н. Захаров
Волгоградский государственный технический университет
Россия

Доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Сопротивление материалов»

400005, Волгоград, пр. им. Ленина, 28



М. Д., Романенко
Волгоградский государственный технический университет
Россия

Магистрант кафедры «Процессы и аппараты химических и пищевых производств» 

400005, Волгоград, пр. им. Ленина, 28



В. В. Чекунов
Волгоградский государственный технический университет
Россия

Магистрант кафедры «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей»

400005, Волгоград, пр. им. Ленина, 28




Список литературы

1. Garcia-Giron A., Romano J.M., Liang Y., Dashtbozorg B. etс. Combined surface hardening and laser patterning approach for functionalising stainless steel surfaces // Applied Surface Science. 2018. Vol. 439. P. 516 – 524.

2. Lu J., Huang T., Liu Zh., Zhang X., Xiao R. Long-term wettability of titanium surfaces by combined femtosecond laser micro/nano structuring and chemical treatments // Applied Surface Science. 2018. Vol. 459. P. 257 – 262.

3. Lesyk D.A., Martinez S., Mordyuk B.N., Dzhemelinskyi V.V. etс. Effects of laser heat treatment combined with ultrasonic impact treatment on the surface topography and hardness of carbon steel AISI 1045 // Optics and Laser Technology. 2019. Vol. 111. P. 424 – 438.

4. Tsuji N., Tanaka S., Takasugi T. Effect of combined plasma-carburizing and deep-rolling on notch fatigue property of Ti-6Al-4V alloy // Materials Science and Engineering: A. 2009. Vol. 499. No. 1-2. P. 482 – 488.

5. Gill A.S., Telang A., Chang Y. Localized plastic deformation and hardening in laser shock peened // Materials Characterization. 2018. Vol. 142. P. 15 – 26.

6. Borko K., Hadzima B., Jacková M.N. Corrosion Resistance of Domex 700 Steel After Combined Surface Treatment in Chloride Environment // Procedia Engineering. 2017. Vol. 192. P. 58 – 63.

7. Chenakin S.P., Mordyuk B.N., Khripta N.I. Surface characterization of a ZrTiNb alloy: Effect of ultrasonic impact treatment // Applied Surface Science. 2019. Vol. 470. P. 44 – 55.

8. Zenker R. Electron meets nitrogen: combination of electron beam hardening and nitriding // International Heat Treatment & Surface Engineering. 2009. Vol. 3. No. 4. P. 141 – 146.

9. Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Konovalov S.V., Zagulyaev D.V., Petrikova E.A., Semin A.P. Modification of structure and surface properties of hypoeutectic silumin by intense pulse electron beams // Progress in Physics of Metals. 2018. Vol. 19. No. 2. P. 197 – 222.

10. Romanov D.A., Sosnin K.V., Gromov V.E., Bataev V.A., Ivanov Yu.F., Glezer A.M., Sundeev R.V. Titanium – zirconium coatings formed on the titanium implant surface by the electroexplosive method // Materials Letters. 2019. Vol. 242. P. 79 – 82.

11. Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Соскова Н.А., Денисова Ю.А, Тересов А.Д., Петрикова Е.А., Будовских Е.А. Электронно-пучковая обработка поверхности сплавов на основе титана, модифицированных плазмой электрического взрыва проводящего материала // Известия РАН. Серия Физическая. 2012. Т. 76. № 11. С. 1393 – 1399.

12. Бащенко Л.П., Иванов Ю.Ф., Будовских Е.А. Модификация структуры поверхностных слоев титана ВТ1-0 при электровзрывном карбоборировании и электронно-пучковой обработке // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. № 3. С. 68 – 70.

13. Иванов Ю.Ф., Будовских Е.А., Громов В.Е., Бащенко Л.П., Соскова Н.А., Райков С.В. Формирование нанокомпозитных слоев на поверхности титана ВТ1-0 при электровзрывном науглероживании и электронно-пучковой обработке // Изв. вуз. Черная металлургия. 2012. № 6. С. 67 – 70.

14. Эдигаров В.Р. Технологии и оборудование комбинированных способов электромеханической обработки. – Омск: ОАБИИ, 2014. – 280 с.

15. Дудкина Н.Г. Оценка усталостной прочности термообработанной среднеуглеродистой конструкционной стали после комбинированного упрочнения (ЭМО + ППД) // Mechanika (Lietuva). 1998. № 4. С. 28 – 32.

16. Эдигаров В.Р., Литау Е.В. Исследование некоторых технологических аспектов нового комбинированного способа поверхностной обработки ЭМОт + ППД закаленных сталей // Национальные приоритеты России. Серия 1: Наука и военная безопасность. 2015. Т. 3. № 3. С. 125 – 130.

17. Матлин М.М., Дудкина Н.Г., Дудкин А.Д. Особенности формирования упрочненного слоя при электромеханической обработке с динамическим силовым воздействием // Упрочняющие технологии и покрытия. 2007. № 6. С. 39, 40.

18. Яковлев С.А. Результаты исследований износостойкости деталей после антифрикционной электромеханической обработки // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. № 3. С. 116 – 120.

19. Эдигаров В.Р., Килунин И.Ю. Рентгенографическое исследование стали 38ХС, подвергнутой фрикционно-электрическому модифицированию // Металлообработка. 2011. № 4. С. 24 – 29.

20. Яковлева А.П., Омельченко И.С. Повышение нагрузочной способности стальных деталей методом комбинированной обработки // Авиационная промышленность. 2013. № 2. С. 62 – 64.

21. Эдигаров В.Р., Алимбаева Б.Ш., Перков П.С. Комбинированная электромеханоультразвуковая обработка поверхностных слоев деталей машин // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2017. Т. 54. № 2. С. 42 – 47.

22. Ivannikov A.Yu., Kalita V.I., Komlev D.I. etс. The effect of electromechanical treatment on structure and properties of plasma sprayed Fe – 6W – 5Mo – 4Cr – 2V – C coating // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 335. P. 327 – 333.

23. Wang Y., Zhu Sh., Gu W., Qi X. Electric Contact Strengthening to Improve the Bonding Between WC – Co Coating and 45# Steel Substrate // Journal of Thermal Spray Technology. 2010. Vol. 19. No. 5. P. 1142 – 1146.

24. Xu M., Zhu Sh., Ding H. Electrical contact strengthening of induction-clad Ni – 40 % WC composite coatings on 40Cr substrates // Surface and Coatings Technology. 2015. Vol. 279. P. 32 – 38.

25. Яковлев С.А., Замальдинов М.М., Татаров Л.Г. Влияние электромеханической обработки на структуру и твердость титанового сплава ВТ22 // Упрочняющие технологии и покрытия. 2017. Т. 13. № 10 (154). С. 464 – 467.

26. Bagmutov V.P., Vodop’yanov V.I., Zakharov I.N., Denisevich D.S. Relation between the fracture laws and the fatigue life of a surface-hardened pseudo-α titanium alloy // Russian Metallurgy (Metally). 2016. Vol. 2016. No. 7. P. 663 – 668.

27. Stachowiak G.W., Batchelor A.W. Surface Hardening and Deposition of Coatings on Metals by a Mobile Source of Localized Electrical Resistive Heating // Journal of Materials Processing Technology. 1996. No. 57. P. 288 – 297.

28. Холопов Ю.В., Зинченко А.Г., Савиных А.А. Безабразивная ультразвуковая финишная обработка металлов. – Л.: ЛДНТП, 1988. – 18 с.

29. Паршин А.М., Кириллов Н.В. Физические и структурные аспекты обработки сплавов концентрированными источниками энергии // Металлы. 1995. № 3. С. 122 – 127.

30. Багмутов В.П., Захаров И.Н., Денисевич Д.С. Особенности решения технологических задач механики неоднородных металлических тел со структурой, трансформирующейся в ходе термосилового нагружения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2016. № 1. C. 5 – 25.


Для цитирования:


Багмутов В.П., Дудкина Н.Г., Захаров И.Н., Романенко М.Д., Чекунов В.В. Влияние структуры и свойств поверхностного слоя на усталостную прочность закаленных сталей, упрочненных комбинированной электромеханической обработкой. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2019;62(6):438-450. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-6-438-450

For citation:


Bagmutov V.P., Dudkina N.G., Zakharov I.N., Romanenk M.D., Chekunov V.V. Influence of structure and properties of surface layer on fatigue durability of hardened steels strengthened by combined electromechanical treatment. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019;62(6):438-450. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-6-438-450

Просмотров: 41


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)