ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Цель работы: расширение технологических возможностей процесса упрочнения ППД за счет применения мультирадиусного ролика (МР), создающего большое гидростатическое давление в очаге деформации. Материалы и методы исследования. Экспериментальные кольцевые образцы Æ60 мм изготавливались из отожженной стали 45 ГОСТ 1050-88 одной поставки. Твердость стали составляла 190 HV 10. Механическая обработка включала черновое и чистовое точение с малыми припусками 0,25 и 0,15 мм соответственно, подачей 0,07 мм/об и частоте вращения шпинделя 1600 об/мин. После этого проводилось предварительное и окончательное шлифование наждачной бумагой с малой зернистостью. Такая обработка позволила исключить влияние шероховатости и дефектного слоя заготовки на качество обработанной поверхности детали. Обработка поверхностным пластическим деформированием (ППД) МР-роликом Æ60 мм проводилась на токарно-винторезном станке с использованием специальной роликовой установки по 2 режимам, отличающимся усилием обкатывания. МР-ролик имеет  форму профиля рабочей поверхности в виде комбинации последовательно расположенных деформирующих элементов (ДЭ) с радиусами постоянной величины, расположенными относительно друг друга с некоторым смещением в радиальном и осевом направлениях. Результаты и обсуждение. Установлено, что обработка МР-роликом приводит к существенному возрастанию плотности дефектов кристаллической решетки в поверхностном слое, увеличению его микротвердости примерно в 2 раза, а также к деформационно-индуцированному растворению цементитных частиц Fe₃C. Показано, что возрастание усилия обкатывания стали МР-роликом обеспечивает более глубокое растворение цементитных частиц в деформированном поверхностном слое и интенсифицирует его упрочнение.

1. Технология и инструменты отделочно-упрочняющей обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. В 2 т. Т. 1: справочник / А.Г. Суслов, В.Ю. Блюменштейн, Р.В. Гуров, А.Н. Исаев, Л.Г. Одинцов, В.В. Плешаков, В.П. Федоров, Ю.Г. Шнейдер; под общ. ред. А.Г. Суслова. – М.: Машиностроение, 2014. – 480 с.

2. Zuev L.B., Danilov V.I., Barannikova S.A. Plastic flow, necking and failure in metals, alloys and ceramics // Materials Science and Engineering: A. – 2008. – Vol. 483. – P. 223–227. – doi: 10.1016/j.msea.2006.11.165.

3. Zuev L.B. Autowave processes of the localization of plastic flow in active media subjected to deformation // Physics of Metals and Metallography. – 2017. – Vol. 118, iss. 8. – P. 810–819. – doi: 10.1134/S0031918X17060114.

4. Zuev L.B., Gorbatenko V.V. On the activity of deforming medium // AIP Conference Proceedings. – 2016. – Vol. 1783. – P. 020238. – doi: 10.1063/1.4966532.

5. Orlova D.V., Barannikova S.A., Zuev L.B. On the kinetics of localized plasticity domains emergent at the pre-failure stage of deformation process // AIP Conference Proceedings. – 2016. – Vol. 1783. – P. 020168. – doi: 10.1063/1.4966461.

6. Egorushkin V.E., Panin V.E., Panin A.V. Influence of multiscale localized plastic flow on stress-strain patterns // Physical Mesomechanics. – 2015. – Vol. 18, iss. 1. – P. 8–12. – doi: 10.1134/S1029959915010026.

7. Panin V.E., Egorushkin V.E. Fundamental role of local curvature of crystal structure in plastic deformation and fracture of solids // AIP Conference Proceedings. – 2014. – Vol. 1623. – P. 475–478. – doi: 10.1063/1.4898985.

8. Панин В.Е., Панин А.В. Эффект поверхностного слоя в деформируемом твердом теле // Физическая мезомеханика. – 2005. – Т. 8, № 5. – С. 7–15.

9. Nondestructive characterization of the surface integrity of cold surface hardened components / D. Meyer, D. Kruse, A. Bobe, G. Goch, E. Brinksmeier // Production Engineering. – 2010. – Vol. 4. – P. 443–449. – doi: 10.1007/s11740-010-0228-3.

10. Surface hardening by strain induced martensitic transformation / E. Brinksmeier, M. Garbrecht, D. Meyer, J. Dong // Production Engineering. – 2008. – Vol. 2. – P. 109–116. – doi: 10.1007/s11740-007-0060-6.

11. Surface and subsurface alterations induced by deep rolling of hardened AISI 1060 steel / M. Abrаo, B. Denkena, B. Breidenstein, T. Morke // Production Engineering. – 2014. – Vol. 8. – P. 551–558. – doi: 10.1007/s11740-014-0539-x.

12. Khalajhedayati A., Rupert T.J. Emergence of localized plasticity and failure through shear banding during microcompression of a nanocrystalline alloy // Acta Materialia. – 2014 – Vol. 65. – P. 326–337. – doi: 10.1016/j.actamat.2013.10.074.

13. Zhonghua L., Haicheng G. Hydrostatic stresses and their effect on the macroflow behavior and microfracture mechanism of two-phase alloys // Metallurgical Transactions A. – 1991. – Vol. 22, iss. 11. – P. 2695–2702. – doi: 10.1007/BF02851363.

14. Ярославцев В.М. Резание с опережающим пластическим деформированием в технологиях утилизации металлической стружки // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2013. – № 07. – С. 79–88. – doi: 0.7463/0713.0567548.

15. Амбросимов С.К. Определение технологических параметров процесса деформирующе-режущего протягивания с опережающим пластическим деформированием и упругопластическим нагружением зоны резания // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2008. – № 8. – С. 3–7.

16. Valiev R.Z. Nanostructured alloys: large tensile elongation // Nature Materials. – 2013. – Vol. 12, iss. 4. – P. 289–291. – doi: 10.1038/nmat3612.

17. Nanostructured high-strength molybdenum alloys with unprecedented tensile ductility / G. Liu, G.J. Zhang, F. Jiang, X.D. Ding, Y.J. Sun, J. Sun, E. Ma // Nature Materials. – 2013. – Vol. 12, iss. 4. – P. 344–350. – doi: 10.1038/nmat3544.

18. Блюменштейн В.Ю., Смелянский В.М. Механика технологического наследования на стадиях обработки и эксплуатации деталей машин. – М.: Машиностроение-1, 2007. – 400 с.

19. Патент 2557377 Российская Федерация, МПК В 24 В 39/04 (2006.01). Ролик обкатной мультирадиусный / В.Ю. Блюменштейн, А.А. Кречетов, М.С. Махалов, О.А. Останин; заявитель и патентообладатель КузГТУ. – № 2013135795/02; заявл. 30.07.2013; опубл. 20.07.2015, Бюл. № 20.

20. Блюменштейн В.Ю. Механика технологического наследования как научная основа проектирования сложнопрофильных инструментов для упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2017. – № 8. – С. 7–16.

21. Щиголев П.В. Электрохимическое и химическое полирование металлов. – М.: АН СССР, 1959. – 256 с.

22. Powder diffraction file. Data cards. Inorganic Section. Sets 1–34. – Swarthmore, Pa., USA: JSPDS – International Centre for Diffraction Data, 1948–1984.

23. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. – М.: Металлургия, 1982. – 632 с.

24. Васильев Л.С., Ломаев И.Л., Елсуков Е.П. К анализу механизмов деформационно-индуцированного растворения фаз в металлах // ФММ. – 2006. –Т. 102, № 2. – С. 201–213.

25. Шабашов В.А., Мукосеев А.Г., Сагарадзе B.B. Легирование углеродом ОЦК-железа при интенсивной холодной деформации // ФММ. – 2001. – Т. 91, № 1. – С. 72–78.