Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 3 2018 18 ТЕХНОЛОГИЯ Повышение эффективности упрочнения поверхностей ферромагнитных деталей совмещенным магнитно-динамическим накатыванием Александр Довгалев * Белорусско-Российский университет, пр. Мира, 43, г. Могилёв, 212030, Республика Беларусь https://orcid.org/0000-0001-5946-5134, rct@bru.by Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2018 Том 20 № 3 с. 18–35 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.3-18-35 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.787 История статьи : Поступила: 15 декабря 2017 Рецензирование: 10 января 2018 Принята к печати: 21 июня 2018 Доступно онлайн: 15 сентября 2018 Ключевые слова : Магнитно-динамическое накатывание Поверхностное пластическое деформирование Магнитная система Совмещенная обработка Деформирующие шары Импульсно-ударное деформирование Магнитное поле Наноразмерная субзеренная структура АННОТАЦИЯ Введение. Эксплуатационные свойства поверхностей деталей технических систем обеспечиваются на финишных операциях технологического процесса методами поверхностного упрочнения. Несмотря на существующее достаточно большое количество методов поверхностной упрочняющей обработки, многие из них имеют узкую область технологического применения и для своей реализации требуют специаль- ного дорогостоящего оборудования, другие не доведены до стадии широкого практического применения или исчерпали свои технологические возможности. В связи с этим разработка инновационных методов отделочно-упрочняющей обработки поверхностей деталей машин является актуальной задачей. Цель работы – повышение эффективности упрочнения на основе комплексного энергетического воздействия на поверхностный слой ферромагнитных деталей вращающимся магнитным полем и динамическим по- верхностным пластическим деформированием. Гипотеза исследования – совмещенное магнитно-силовое воздействие на поверхность ферромагнитной детали способствует измельчению зерен деформируемого металла до наноразмерной величины и обеспечивает увеличение глубины модифицированного (изменен- ного) поверхностного слоя. В работе представлен метод отделочно-упрочняющей обработки, при котором на поверхность ферромагнитной детали одновременно воздействуют концентрированным потоком энер- гии вращающегося магнитного поля и колеблющимися деформирующими шарами, осуществляющими многократное импульсно-ударное деформирование. При этом индукцию вращающегося магнитного поля, действующего на поверхность детали, выбирают в пределах от 0,10 до 1,20 Тл. Для осуществления метода отделочно-упрочняющей обработки разработан комбинированный инструмент, содержащий: корпус; де- формирующие шары, свободно установленные в кольцевой камере; магнитную систему на основе цилин- дрических постоянных магнитов из редкоземельных материалов. Магнитная система инструмента пред- назначена для создания вращающегося магнитного поля, действующего на поверхность ферромагнитной детали и сообщения деформирующим шарам рабочих колебательных движений. В работе исследованы характеристики дислокационных структур, образованных в поверхностном слое стальных и чугунных за- готовок после упрочнения магнитно-динамическим накатыванием (МДН), совмещенной обработкой МДН и вращающимся постоянным магнитным полем, совмещенной обработкой МДН и вращающимся пере- менным магнитным полем. Методы исследования: рентгеноструктурные исследования поверхностного слоя; исследования микроструктуры; рентгеноспектральный микроанализ поверхностного слоя упрочнен- ных заготовок из стали и чугуна. Результаты и обсуждение. Анализ результатов исследований позволил установить, что совмещенная упрочняющая обработка МДН и вращающимся магнитным полем позволяет сформировать в поверхностном слое стальных и чугунных заготовок наноразмерную субзеренную струк- туру на глубину до 3,0 мкм с размером блоков до 100 нм. При этом имеет место увеличение глубины модифицированного поверхностного слоя, плотности дислокаций, периода кристаллической решетки об- рабатываемых ферромагнитных материалов и формирование в упрочненном поверхностном слое образцов остаточных напряжений сжатия. Из представленной в работе физической модели получения в поверхност- ном слое ферромагнитных деталей наноразмерной субзереной структуры следует, что степень дробления (измельчения) зерен упрочняемого материала определяется количеством полученных силовых импульсов со стороны деформирующих шаров инструмента. Возникающие в процессе многократного дробления зе- рен и субзерен частицы имеют неправильную асимметричную форму и свой магнитный момент, не совпа- дающий с направлением действия внешнего магнитного поля. Вследствие этого полученные в процессе дробления зерен и субзерен частицы, стремящиеся сориентироваться по направлению внешнего магнитно- го поля, поворачиваются в пространстве и дополнительно сглаживают разогретые локальными вихревыми токами границы в зоне их контакта с сопрягаемыми фрагментами частиц, характеризующимися накопле- нием несовершенств в виде дислокаций. Разработанный метод совмещенного МДН относится к нанотех- нологиям поверхностной модификации и рекомендуется к внедрению на предприятиях машиностроения для повышения эксплуатационных свойств деталей технических систем.