Obrabotka Metallov 2020 Vol. 22 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 22 № 2 2020 16 ТЕХНОЛОГИЯ Особенности формирования топографии поверхности конструкционной стали 09 Г 2 С при ультразвуковой ударно - фрикционной упрочняющей обработке Никита Лежнин 1, a,* , Алексей Макаров 1, b , Сергей Лучко 1, c , Борис Логинов 2, d , Артем Логинов 3, e 1 Институт физики металлов им . М . Н . Михеева УрО РАН , ул . Софьи Ковалевской , 18, г . Екатеринбург , 620108, Россия 2 Национальный исследовательский университет « Московский институт электронной техники », пл . Шокина , 1, г . Зеленоград , г . Москва , 124498, Россия 3 Московский государственный университет им . М . В . Ломоносова , Ленинские горы , 1, г . Москва , 119991, Россия a https://orcid.org/0000-0001-9483-6607, nlezhnin@bk.ru , b https://orcid.org/0000-0002-2228-0643, avm@imp.uran.ru , c https://orcid.org/0000-0002-2368-0913, serojaluchko@gmail.com, d https://orcid.org/0000-0001-5081-1424, b-loginov@mail.ru, e https://orcid.org/0000-0003-2090-5301, loginov.ab15@physics.msu.ru Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ). 2020 Том 22 № 2 с . 16–29 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.2-16-29 Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ) Сайт журнала : http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 669.15-194.52:539.378 История статьи : Поступила : 20 марта 2020 Рецензирование : 20 апреля 2020 Принята к печати : 11 мая 2020 Доступно онлайн : 15 июня 2020 Ключевые слова : Поверхностное деформационное упрочнение Ультразвуковая ударная обработка Шероховатость поверхности Конструкционная сталь Финансирование Работа выполнена в рамках государ - ственного задания МИНОБРНАУКИ России по теме № АААА - А 18- 118020190116-6 при поддержке РФФИ ( проект№ 18-38-00868 мол _ а ). АННОТАЦИЯ Введение . Ультразвуковая ударно - фрикционная обработка ( УЗУФО ) – новый метод поверхностного деформационного упрочнения , позволяющий изменять свойства и микроструктуру поверхностного слоя металла . В отличие от традиционной ультразвуковой ударной обработки ( УЗУО ) особенностью УЗУФО является приложение ударного воздействия с ультразвуковой частотой под острым углом α к обрабатываемой поверхности для активизации ротационного механизма деформации за счет дополнительного фрикционного нагружения . Для усиления фрикционного воздействия и предотвращения охрупчивания диффузионно - активного деформированного слоя УЗУФО проводится в безокислительной атмосфере аргона . Уменьшение угла α при УЗУФО приводит к смещению пластического валика , вытесненного инструментом металла в направлении удара . Следовательно , положение инструмента , колеблющегося с ультразвуковой частотой , относительно траектории его перемещения может оказывать сильное влияние на получаемый микрорельеф поверхности . Цель работы – изучить влияние направления ударного воздействия относительно поперечной подачи инструмента в процессе УЗУФО под углом α = 50º в среде аргона на шероховатость и степень упрочнения поверхности конструкционной стали 09 Г 2 С . Методы исследования . Проведены измерения микротвердости , атомно - силовая микроскопия , оптическая профилометрия , оптическая и сканирующая электронная микроскопия с использованием EBSD- анализа . Результаты и обсуждение . После шлифовки поверхность стали имеет микротвердость 200 HV 0,1 и среднее арифметическое отклонение профиля поверхности Ra = 0,6 мкм . УЗУО под углом α = 90º в среде индустриального масла приводит к упрочнению поверхности до 260 HV 0,1, при этом параметр Ra возрастает до 1,6 мкм . УЗУФО с отклонением направления ударного воздействия от вертикали в направлении поперечной подачи образца ( обработка « углом вперед ») позволяет получить относительно однородный микрорельеф с параметром Ra = 0,4 мкм и микротвердостью деформированного слоя до 500 HV 0,1. Отклонение инструмента в противоположном направлении относительно поперечной подачи образца ( обработка « углом назад ») увеличивает степень упрочнения поверхности (620 HV 0,1), но ведет к формированию развитого микрорельефа , состоящего из пластических валиков вытесненного инструментом металла , и росту параметра Ra до 3,5 мкм . При этом шероховатость субмикрорельефа остается приблизительно на одном уровне ( Ra = 0,03…0,04 мкм ) для всех трех схем упрочняющей обработки . Таким образом , угол и направление ударного воздействия при ультразвуковой поверхностной обработке можно рассматривать как важные технологические параметры , позволяющие в широких пределах управлять микрорельефом поверхности при реализации УЗУФО в качестве финишной упрочняющей обработки . УЗУФО является эффективным способом поверхностного упрочнения , позволяющим формировать поверхность даже с меньшей шероховатостью микропрофиля , чем после стандартной УЗУО с использованием смазки . Для цитирования : Особенности формирования топографии поверхности конструкционной стали 09 Г 2 С при ультразвуковой ударно - фрикционной упрочняющей обработке / Н . В . Лежнин , А . В . Макаров , С . Н . Лучко , Б . А . Логинов , А . Б . Логинов // Обработка металлов ( технология , оборудование , инструменты ). – 2020. – Т . 22, № 2. – С . 16–29. – DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.2-16-29. ______ * Адрес для переписки Лежнин Никита Владимирович , к . т . н ., с . н . с . Институт физики металлов им . М . Н . Михеева УрО РАН , ул . Софьи Ковалевской , 18, 620108, г . Екатеринбург , Россия Тел .: +7-919-385-65-92, e-mail: nlezhnin@bk.ru