Том 24 № 1 2022 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Герасенко А.Н., директор ООО НПКФ «Машсервисприбор», г. Новосибирск, Кирсанов С.В., доктор техн. наук, профессор, ТПУ, г. Томск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Кудряшов Е.А., доктор техн. наук, профессор, Засл. деятель науки РФ, ЮЗГУ, г. Курск, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары В 2017 году журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» вошел в индекс цитирования Emerging Sources Citation Index (ESCI) базы Web of Science. Журналы, представленные в индексе цитирования ESCI, отвечают большинству базовых критериев Core Collection и расцениваются компанией Clarivate Analytics как наиболее влиятельные и востребованные издания, имеющие большую вероятность высокого научного интереса. Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing) на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 1 2022 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Кузнецов В.П., Макаров А.В., Скоробогатов А.С., Скорынина П.А., Лучко С.Н., Сирош В.А., Чекан Н.М. Влияние нормальной силы на сглаживание и упрочнение поверхностного слоя стали 03Х16Н15М3Т1 при сухом алмазном выглаживании сферическим индентором........................................ 6 Губин Д.С., Кисель А.Г. Расчет температур при чистовом фрезеровании жаропрочного сплава марки ХН56ВМКЮ-ВД................................................................................................................................................ 23 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Братан С.М., Рощупкин С.И., Часовитина А.С., Гупта К. Влияние на вероятность удаления материала относительных вибраций абразивного инструмента и заготовки при чистовом шлифовании....... 33 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Озолин А.В., Соколов Е.Г. Влияние механической активации порошка вольфрама на структуру и свойства спеченного материала Sn-Cu-Co-W............................................................................................. 48 Коробов Ю.С., Алван Х.Л., Макаров А.В., Кукареко В.А., Сирош В.А., Филиппов М.А., Эстемирова С.Х. Сравнительная стойкость против кавитационной эрозии аустенитных сталей различного уровня метастабильности................................................................................................................................. 61 Вологжанина С.А., Иголкин А.Ф, Перегудов А.А., Баранов И.В., Мартюшев Н.В. Влияние степени деформации в условиях низких температур на превращения и свойства метастабильных аустенитных сталей.................................................................................................................................................................. 73 Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Москвичев Е.Н., Новицкая О.С., Княжев Е.О., Денисова Ю.А., Леонов А.А., Денисов В.В. Исследование структурно-фазового состояния и механических свойств покрытий ZrCrN, полученных вакуумно-дуговым методом.......................................................................... 87 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ Рекомендации по написанию научной статьи ...................................................................................................... 103 Подготовка аннотации ...................................................................................................................................... 107 Правила для авторов ......................................................................................................................................... 111 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 119 Корректор Л.Н. Ветчакова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 02.03.2022. Выход в свет 15.03.2022. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 15,0. Уч.-изд. л. 27,9. Изд. № 5. Заказ 100. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 24 No. 1 2022 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. We sincerely happy to announce that Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”), ISSN 1994-6309 / E-ISSN 2541-819X is selected for coverage in Clarivate Analytics (formerly Thomson Reuters) products and services started from July 10, 2017. Beginning with No. 1 (74) 2017, this publication will be indexed and abstracted in: Emerging Sources Citation Index. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 1 2022 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Affairs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Gerasenko, Director, Scientifi c and Production company “Mashservispribor”, Novosibirsk; Sergey V. Kirsanov, D.Sc. (Engineering), Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Evgeniy A. Kudryashov, D.Sc. (Engineering), Professor, Southwest State University, Kursk; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 23 No. 2 2021 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Kuznetsov V.P., Makarov A.V., Skorobogatov A.S., Skorynina P.A., Luchko S.N., Sirosh V.A., Chekan N.M. Normal force infl uence on smoothing and hardening of steel 03Cr16Ni15Mo3Ti1 surface layer during dry diamond burnishing with spherical indenter............................................................................ 6 Gubin D.S., Kisel’A.G. Calculation of temperatures during fi nishing milling of a nickel based alloys.......... 23 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Bratan S.M., Roshchupkin S.I., Chasovitina A.S., Gupta K. The effect of the relative vibrations of the abrasive tool and the workpiece on the probability of material removing during fi nishing grinding................. 33 MATERIAL SCIENCE OzolinA.V., Sokolov E.G. Effect of mechanical activation of tungsten powder on the structure and properties of the sintered Sn-Cu-Co-W material................................................................................................................. 48 Korobov Yu.S., Alwan H.L., Makarov A.V., Kukareko V.A., Sirosh V.A., Filippov M.A., Estemirova S. Kh. Comparative study of cavitation erosion resistance of austenitic steels with different levels of metastability................................................................................................................................................... 61 Vologzanina S.A., IgolkinA.F., PeregudovA.A., Baranov I.V., Martyushev N.V. Effect of the deformation degree at low temperatures on the phase transformations and properties of metastable austenitic steels.......... 73 Filippov A.V., Shamarin N.N., Moskvichev E.N., Novitskaya O.S., Knyazhev E.O., Denisova Yu.A., Leonov A.A., Denisov V.V. Investigation of the structural-phase state and mechanical properties of ZrCrN coatings obtained by plasma-assisted vacuum arc evaporation..................................................................... 87 EDITORIALMATERIALS Guidelines for Writing a Scientifi c Paper ............................................................................................................ 103 Abstract requirements ......................................................................................................................................... 107 Rules for authors ................................................................................................................................................. 111 FOUNDERS MATERIALS 119 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 1 2022 6 ТЕХНОЛОГИЯ Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 1 с. 6–22 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.1-6-22 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Влияние нормальной силы на сглаживание и упрочнение поверхностного слоя стали 03Х16Н15М3Т1 при сухом алмазном выглаживании сферическим индентором Виктор Кузнецов 1, 2, 3, a,*, Алексей Макаров 1, b, Андрей Скоробогатов 3, c, Полина Скорынина 4, d, Сергей Лучко 1, e, Виталий Сирош 1, f, Николай Чекан5, g 1 Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН, ул. С. Ковалевской, 18, г. Екатеринбург, 620108, Россия 2 Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, ул. Мира, 19, г. Екатеринбург, 620002, Россия 3 ФГБУ «НМИЦ ТО им. академика Г.А. Илизарова» Минздрава России, ул. М. Ульяновой, 6, г. Курган, 640014, Россия 4 Институт машиноведения УрО РАН, ул. Комсомольская, 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия 5 Физико-технический институт НАН Беларуси, ул. Академика Купревича, 10, г. Минск, 220141, Беларусь a https://orcid.org/0000-0001-8949-6345, wpkuzn@mail.ru, b https://orcid.org/0000-0002-2228-0643, avm@imp.uran.ru, с https://orcid.org/0000-0001-7447-1962, ufo2log@gmail.com, d https://orcid.org/0000-0002-8904-7600, polina.skorynina@mail.ru, e https://orcid.org/0000-0002-2368-0913, serojaluchko@gmail.com, f https://orcid.org/0000-0002-8180-9543, sirosh.imp@yandex.ru, g https://orcid.org/0000-0002-3339-9922, chekan@phti.by ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.787.4 История статьи: Поступила: 15 декабря 2021 Рецензирование: 3 января 2022 Принята к печати: 15 января 2022 Доступно онлайн: 15 марта 2022 Ключевые слова: Аустенитная сталь Чистовое точение Алмазное выглаживание Сила выглаживания Шероховатость Микротвердость Финансирование: Работа выполнена при поддержке РФФИ и БРФФИ (проект № 20-5800057) и в рамках государственных заданий ИФМ УрО РАН по теме № АААА-А18-118020190116-6 и ИМАШ УрО РАН по теме № АААА-А18-118020790148-1. Благодарности: Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов». АННОТАЦИЯ Введение. Скользящее выглаживание позволяет минимизировать шероховатость и упрочнить поверхность сталей. Формируемые качество поверхности и прочностные характеристики поверхностного слоя определяются скоростью, силой и подачей выглаживания. Из-за опасности микроразрушений поверхности при выглаживании возникает проблема точного назначения нормальной силы при заданной подаче. Цель работы – изучение влияния нормальной силы при сухом алмазном выглаживании сферическим индентором на сглаживание микропрофиля поверхности и деформационное упрочнение поверхностного слоя аустенитной стали 03Х16Н15М3Т1. Методы исследования. Профилометрия, сканирующая электронная микроскопия, микродюрометрия. Результаты и обсуждение. В результате сухого выглаживания деформационно-стабильной аустенитной стали 03Х16Н15М3Т1 сферическим индентором с радиусом 2 мм из природного алмаза при скорости скольжения 10 м/мин и подаче 0,025 мм/об установлено, что в исследованном диапазоне изменения нормальной силы выглаживания 100…200 Н величина коэффициента сглаживания исходного микропрофиля поверхности стали после чистового точения составляет 79…90 %. Наибольшее сглаживание с уменьшением среднего параметра шероховатости Ra от 1,0 до 0,1 мкм достигается при силе 150 Н. При алмазном выглаживании обеспечивается упрочнение исходной (после точения) поверхности на 15…43 % (до 382…444 HV), по мере увеличения силы выглаживания от 100 до 175 Н происходит немонотонное повышение средней микротвердости от 409 до 444 HV 0,05. Выглаживание с нагрузкой 175 Н формирует градиентно-упрочненный слой толщиной 300…350 мкм с появлением на поверхности отдельных микроразрушений в виде наплывов и микротрещин, максимальное упрочнение обусловлено формированием сильно диспергированного поверхностного слоя толщиной 30…40 мкм со структурой высокодисперсного аустенита и соответствующей активизацией зернограничного и дислокационного механизмов упрочнения. Результаты могут быть использованы при выборе параметров алмазного выглаживания деталей из коррозионно-стойких аустенитных сталей по критериям получения низкой шероховатости поверхности без существенных микроразрушений и эффективного деформационного упрочнения поверхностного слоя. Для цитирования: Влияние нормальной силы на сглаживание и упрочнение поверхностного слоя стали 03Х16Н15М3Т1 при сухом алмазном выглаживании сферическим индентором / В.П. Кузнецов, А.В. Макаров, А.С. Скоробогатов, П.А. Скорынина, С.Н. Лучко, В.А. Сирош, Н.М. Чекан // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 1. – С. 6–22. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.1-6-22. ______ *Адрес для переписки Кузнецов Виктор Павлович, д.т.н., профессор Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, ул. Мира, 19, 620002, г. Екатеринбург, Россия Тел.: 8 (982) 422-17-77, e-mail: wpkuzn@mail.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 1 2022 7 TECHNOLOGY Введение Аустенитные нержавеющие хромоникелевые стали благодаря наличию повышенных уровней коррозионной стойкости, пластичности, теплостойкости, технологичности и биосовместимости [1–3] широко применяются в нефтегазовой, химической, атомной, пищевой и медицинской отраслях. Для многих ответственных применений особый интерес представляют стали типа 01Х17Н13М3 (аналог AISI 316L), которые сохраняют коррозионную стойкость при механических воздействиях из-за низкой склонности к мартенситному деформационному превращению [4], а также перспективны для использования в водородной энергетике в качестве стойкого к водородному охрупчиванию материала для систем транспортировки и хранения водорода [5]. Дисперсионно-твердеющая сталь типа Х16Н15М3Т1 дополнительно легирована ~1 мас. % титана, который осуществляет радиационно-стимулированное выделение когерентной γʹ-фазы (Ni3Ti) и тем самым кратно повышает стойкость против радиационного (вакансионного) распухания в процессе облучения быстрыми нейтронами при температурах 480…500 °С [6–9]. Поэтому сталь перспективна в качестве не только коррозионно-стойкого, но и радиационно-стойкого материала, работоспособного в присутствии агрессивных сред. Микротвердость поверхности термически неупрочняемой стали AISI 316L может быть повышена ультразвуковыми обработками карбидным сферическим индентором (от 177 до 290 HV) [10] и шариками в вакууме – обработкой SMAT: surface mechanical attrition treatment (от 1,65 до 2,90 ГПа) [11], пескоструйной обработкой (от 1,8 до 3,6 ГПа) [12]. Однако сформированные при ударных упрочняющих обработках поверхностные слои характеризуются высокой шероховатостью Ra = 1,0…2,5 мкм [11, 12]. Значительно более эффективное упрочнение поверхности стали 03Х16Н14М3Т1 (от 270 до 580…720 HV 0,025) достигнуто фрикционной обработкой скользящим индентором из синтетического алмаза в среде аргона [13]. Такая обработка аустенитных хромоникелевых сталей может также обеспечить высокое качество формируемой поверхности с низкой шероховатостью [14, 15]. Скользящее выглаживание сталей позволяет минимизировать шероховатость и упрочнить поверхностный слой. Формируемые при выглаживании качество поверхности и прочностные характеристики поверхностного слоя определяются скоростью, подачей и силой выглаживания, размером пятна контакта и кратностью нагружения [16–23]. В работе [16] показана возможность управления сглаживанием и упрочнением поверхностного слоя на основе оценки интегрального параметра кратности нагружения материала в процессе выглаживания. При рассмотрении алмазного выглаживания нержавеющей стали PH17-4 подача определена наиболее значимым параметром, влияющим на шероховатость и твердость поверхности [17]. В условиях сухого шарикового выглаживания наилучшее сглаживание шероховатости точеной поверхности стали 41Cr4 обеспечила малая подача 0,05 мм/об, в отличие от подач 0,075 мм/об и 0,1 мм/об [18]. Напротив, в работе [19] при исследовании шарикового выглаживания стали AISI 1045 установлено, что наибольшее влияние как на шероховатость, так и на твердость поверхности оказывает сила выглаживания. Нормальная сила является также параметром, определяющим высокий уровень сжимающих остаточных напряжений (–1100 МПа), формируемых шариковым выглаживанием на поверхности мартенситной нержавеющей стали 15-5PH [20]. Величина глубины внедрения сферического индентора (определяемая нормальной силой, микротвердостью и шероховатостью обрабатываемой поверхности), при которой достигается полное сглаживание исходной шероховатости, в работе [21] предложена в качестве критерия обеспечения минимальной шероховатости при выглаживании закаленных сталей и названа устойчивым индентированием. Повышение нормальной силы и размера пятна контакта, а также уменьшение подачи для увеличения кратности нагружения и упрочнения обрабатываемого материала может вызвать микроразрушения обрабатываемой поверхности. В связи с этим при алмазном выглаживании возникает проблема точного назначения нормальной силы при заданной подаче. Maximov J.T. и др. в работе [22] отметили отсутствие в литературе данных о перспективах обработки выглаживанием скользящим
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 1 2022 8 ТЕХНОЛОГИЯ инден тором аустенитной стали AISI 316Ti (03Х16Н10М2Т), наиболее близкой по химическому составу к исследуемой. Однако полученные в [22] новые результаты не позволяют установить связь нормальной силы с микропрофилями поверхности как исходной – после точения, так и после выглаживания. Кроме того, при выборе силы выглаживания важно назначать ее и с позиций упрочнения материала. 3D-профилометрия поверхности при переходе от точения к алмазному выглаживанию дисков из метастабильной аустенитной стали AISI 304 рассмотрена в работе [23]. Однако назначение нормальной силы нагружения поверхностного слоя при выглаживании не было обосновано. Целью настоящей работы явилось изучение влияния нормальной силы при сухом алмазном выглаживании сферическим индентором на сглаживание микропрофиля точеной поверхности и деформационное упрочнение поверхностного слоя аустенитной стали 03Х16Н15М3Т1. Методика исследований Исследование сухого выглаживания поверхности выполнено на аустенитной нержавеющей стали марки 03Х16Н15М3Т1 (C – 0,03 %; Cr – 16,64 %; Ni – 14,96 %; Mo – 2,77 %; Ti – 1,25 %; Si – 0,53 %; Mn – 0,38 %; Cu – 0,11 %; P – 0,03 %; S – 0,02 %; остальное – Fe). Экспериментальные образцы типа «диск» диаметром 104 мм и толщиной 19 мм подвергались термической обработке – закалке от температуры 1100 °С (выдержка 1 час) с охлаждением в воде. После закалки на токарно-фрезерном центре Takisawa EX-310 было выполнено чистовое точение торцевой поверхности образца инструментальной пластиной WNMG080408 с применением водоэмульсионной смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС) при скорости резания 150 м/мин, подаче 0,08 мм/об и глубине резания 0,3 мм. После точения средняя шероховатость поверхности составляла Ra = 1,0 мкм, а микротвердость – 311±10 HV 0,05 и 331±9 HV 0,2. Далее после точения на обработанной поверхности образца выполнялось выглаживание концентрических кольцевых участков шириной 5 мм (рис. 1). Выглаживание проводили инструментом с возможностью настройки силы выглаживания и с использованием индентора со сферической формой радиусом 2 мм из природного алмаза без применения СОТС (на воздухе). Cила выглаживания изменялась согласно данным таблицы. Диапазон изменения силы от 100 до 200 Н выбран в соответствии с исследованием выглаживания стали аналога марки AISI 316Ti, выполненном Maximov J.T. и др. [24]. В соответствии с этим исследованием и принималась величина подачи fb = 0,025 мм/об. Выбор скорости скольжения индентора (vs = 10 м/мин) обоснован установленной в работе [25] предельно допустимой скоростью сухого а б Рис. 1. Выглаживание на токарно-фрезерном центре Takisawa EX-310 поверхности образца (а) и кольцевые участки (б), обозначенные цифрами соответственно заданной силе выглаживания, приведенной в таблице Fig. 1. Burnishing of the sample surface on the Takisawa EX-310 turning-milling center (a) and annular sections (б), indicated by numbers according to the given burnishing force given in Table
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 1 2022 9 TECHNOLOGY выглаживания поверхности нержавеющей высокохромистой стали. Превышение допустимой скорости скольжения приводит к значительному увеличению шероховатости и появлению микроразрушений поверхностного слоя. Шероховатость поверхности исследовали методом 3D-профилометрии на приборе WYKO NT-1100. Получали 3D-профилограммы и определяли средние величины параметра Ra (среднеарифметического отклонения профиля) по данным анализа трех участков поверхности размерами 0,9×1,2 мм и 42,5×55,8 мкм. По результатам 3D-профилометрии проводили расчет коэффициента сглаживания микропрофиля поверхности на основе подхода, предложенного в работе [26]: ò â ò 100 %, Ra Ra Ra Ra (1) где Raт – шероховатость поверхности после предшествующей (токарной) обработки; Raв – шероховатость поверхности после алмазного выглаживания. Измерение микротвердости поверхности выполнено на микротвердомере AHOTECH EcoHARD XM1270C при нагрузках на индентор Виккерса 0,49 Н (50 гс) и 1,96 Н (200 гс). С использованием результатов микродюрометрии поверхности выполнен расчет коэффициента упрочнения на основе зависимости â ò HV ò HV HV 100 %, HV (2) где HVв – микротвердость поверхности после алмазного выглаживания; HVт – исходная микротвердость точеной поверхности. Изменение микротвердости по глубине поверхностного слоя определяли на поперечном шлифе с использованием микротвердомера Параметры сухого алмазного выглаживания кольцевых участков Parameters of dry diamond burnishing of ring sections Режим/ Mode Сила выглаживания Fb, Н / Burnishing force Fb, N Скорость скольжения vs, м/мин / sliding speed vs m/min Подача fb, мм/об / feed rate fb, mm/rev 1 200 10 0,025 2 175 3 150 4 125 5 100 SHIMADZU HMV-G21DT при нагрузке на индентор Виккерса 0,245 Н (25 гс). С использованием электронного сканирующего микроскопа Tescan VEGA II XMU исследовали поверхность образцов и структуру приповерхностных слоев на поперечных шлифах. Результаты и их обсуждение На рис. 2 и 3, а представлены результаты оптической 3D-профилометрии поверхности образцов после точения и сухого алмазного выглаживания на участках размером 0,9×1,2 мм. Видно, что алмазное выглаживание привело к значительному сглаживанию исходной шероховатости поверхности и соответствующему уменьшению величины среднеарифметического отклонение профиля Ra. По мере возрастания силы выглаживания от 100 до 150 Н произошло снижение среднего значения параметра шероховатости Ra с 0,21 до 0,10 мкм. Дальнейшее увеличение силы выглаживания до 175 и 200 Н, напротив, вызвало повышение средней величины Ra соответственно до 0,11 и 0,17 мкм (см. рис. 3, а). Расчет по формуле (1) показал (рис. 3, б), что в процессе алмазного выглаживания диска из аустенитной стали в диапазоне исследуемых сил коэффициент сглаживания δRa находится в пределах от 79 до 90 % с максимумом в случае использования нагрузки Fb = 150 Н. Таким образом, по критерию среднего арифметического отклонения профиля указанный наиболее благоприятный режим нормальной нагрузки обеспечивает сглаживание на 90 % микропрофиля, формируемого чистовым точением (Ra = 1,0 мкм), и получение в результате этого наношероховатости (Ra = 100 нм) даже на относительно протяженных участках поверхности размерами 0,9×1,2 мм.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 1 2022 10 ТЕХНОЛОГИЯ Рис. 2. Трехмерные профилограммы, снятые на участке размером 0,9×1,2 мм поверхности диска из стали 03Х16Н15М3Т1, после обработки чистовым точением (а) и сухим алмазным выглаживанием с различной силой Fb: 100 Н (б), 150 Н (в) и 200 Н (г) Fig. 2. Three-dimensional (3D) profi lograms taken on an area of 0.9×1.2 mm of the surface of a disk made of steel 03Cr16Ni15Мo3Тi1 after processing by fi nishing turning (a) and dry diamond burnishing with different force Fb: 100 N (б), 150 N (в) and 200 N (г) а б в г Рис. 3. Зависимости средних значений параметра шероховатости Ra (а) и коэффициента сглаживания δRa (б) поверхности стали 03Х16Н15М3Т1 от силы выглаживания Fb Fig. 3. Dependence of the average values of the roughness parameter Ra (a) and the smoothing coeffi cient δRa (b) of the surface of steel 03Cr16Ni15Мo3Тi1 on the burnishing force Fb а б
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 1 2022 11 TECHNOLOGY Анализ микропрофиля поверхности, снятого в процессе 3D-профилометрии на микроучастках размером 42,5×55,8 мкм, показал, что в отличие от поверхности после точения с характерными однонаправленными крупными выступами и впадинами (рис. 4, а) на всей площади выглаженной поверхности наблюдаются обособленные углубления (рис. 4, б–г). При силе выглаживания 100 Н данные углубления имеют форму, вытянутую в направлении движения инструмента (рис. 4, б). По мере повышения силы выглаживания размер углублений существенно снижается, они приобретают округлую или овальную форму, их распределение становится более равномерным, а количество углублений возрастает (рис. 4, в, г). При этом глубина впадин с увеличением силы выглаживания, по-видимому, уменьшается, о чем свидетельствует непрерывное снижение значений параметра шероховатости Ra (см. рис. 4, б–г). Наличие на выглаженных поверхностях выявленных углублений может быть связано с недостаточной величиной силы выглаживания и сохранением впадин профиля поверхности, формируемого предшествующей токарной обработкой (рис. 5, а). Более всего указанной причиной можно обосновать наличие вытянутых протяженных углублений на поверхности, выглаженной с минимальной исследованной силой 100 Н (см. рис. 4, б). Вместе с тем увеличение количества углублений (впадин) при выглаживании с повышенными нагрузками может быть следствием поврежденности поверхности аустенитной стали при ее адгезионном взаимодействии с алмазным индентором без применения СОТС. Микродюрометрия выглаженной поверхности, выполненная при нагрузках 0,49 и 1,96 Н на индентор Виккерса, показала существенное влияние силы выглаживания на упрочнение материала поверхностного слоя (рис. 6). При измеРис. 4. Трехмерные профилограммы, снятые на участке размером 42,5×55,8 мкм поверхности диска из стали 03Х16Н15М3Т1, после обработки чистовым точением (а) и сухим алмазным выглаживанием с различной силой Fb: 100 Н (б), 150 Н (в), 200 Н (г) Fig. 4. Three-dimensional (3D) profi lograms taken on an area of 42.5×55.8 μm of the surface of a disk made of steel 03Cr16Ni15Мo3Тi1 after processing by fi nishing turning (a) and dry diamond burnishing with different force Fb: 100 N (б), 150 N (в) and 200 N (г) а б в г
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1