Obrabotka Metallov 2020 Vol. 22 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 22 No. 2 2020 17 TECHNOLOGY Введение Состояние поверхности оказывает большое влияние на эксплуатационные свойства мате - риала . Известно множество различных методов поверхностного модифицирования , таких как нанесение покрытий [1, 2], химико - термические обработки [3, 4], механические обработки при статическом [5] и динамическом воздействии и другие , позволяющие расширить область приме - нения традиционных конструкционных сталей . Благодаря простоте и универсальности широ - кое распространение получили поверхностные деформационные обработки , при которых из - менение структуры и улучшение свойств дости - гается в результате многократного ударного воз - действия инструмента на поверхность металла . К таким способам относятся , в частности , дро - беструйная обработка [6, 7], технология SMAT – обработка в вакууме шариками с ультразвуковой частотой [8, 9], ультразвуковая ударная обработ - ка индентором ( УЗУО ) [10–12] и предложенная авторами ультразвуковая ударно - фрикционная обработка ( УЗУФО ) [13–15]. В отличие от тради - ционной УЗУО особенность УЗУФО заключается в приложении нагрузки под острым углом к об - рабатываемой поверхности и без использования смазки . Этим достигается усиление сдвиговой деформации , вызванной фрикционной составля - ющей в процессе высокоэнергетического ударно - го воздействия , что позволяет в большей степени реализовать потенциал материала к упрочнению . Поверхностные деформационные ударные обработки оказывают положительный эффект на износостойкость материала [16, 17], сопротив - ление коррозии [10, 18], усталостную стойкость [19, 20], а возможность получения нанострукту - ры в поверхностном слое открывает дополни - тельные возможности для улучшения свойств металлических материалов . В отличие от поверхностных обработок , ис - пользующих в качестве деформирующего ин - струмента дробь или твердые гладкие шарики , ударяющие с разным усилием и под случайным углом к поверхности , УЗУО и УЗУФО позволя - ют точно контролировать условия обработки и формировать регулярный микрорельеф поверх - ности [21, 22]. Шероховатость поверхности является важ - ной характеристикой материала , на которую следует обращать внимание при выборе режима обработки . Большая шероховатость увеличива - ет потери на трение , а также снижает коррози - онную стойкость поверхности и сопротивление усталостному разрушению . Как правило , при проведении УЗУО для обеспечения наилучшей шероховатости поверхности следует деформи - ровать как можно более тонкий поверхностный слой материала , в то время как для существенно - го упрочнения требуется деформировать мате - риал на возможно большую глубину . Эти проти - воположные условия сильно осложняют подбор режима , когда требуется обеспечить высокое упрочнение при низкой шероховатости поверх - ности [23, 24]. Микрорельеф стальной поверхности , форми - руемый в результате УЗУО и УЗУФО , зависит от твердости , исходной шероховатости поверхно - сти [21], технологических параметров процесса обработки и в основном определяется профилем отдельных дорожек от каждого следующего про - хода инструмента , разделенных пластическими валиками вытесненного из - под индентора ме - талла . Поэтому важную роль играет скорость поперечной подачи ( шаг сканирования ) инстру - мента , которая определяет и производитель - ность обработки . Ранее было показано [15], что при прове - дении УЗУФО уменьшение угла между осью инструмента и обрабатываемой поверхностью приводит к смещению пластического валика вы - тесненного металла в направлении удара . Сле - довательно , положение инструмента , колеблю - щегося с ультразвуковой частотой , относительно траектории его перемещения может оказывать сильное влияние на получаемый микрорельеф поверхности . Таким образом , цель настоящей работы – изучить влияние направления ударного воздей - ствия относительно поперечной подачи инстру - мента в процессе УЗУФО на шероховатость и степень упрочнения поверхности конструкцион - ной стали 09 Г 2 С . Методика исследований Пластины из стали 09 Г 2 С ( масс . %: 0,09 С ; 1,63 Mn; 0,60 Si; остальное – Fe) в состоянии поставки подвергали механической шлифовке и поверхностным деформационным обработкам УЗУО и УЗУФО .