ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Интенсивное адгезионное взаимодействие считается одной из основных причин плохой обрабатываемости титановых сплавов шлифованием и взаимопереноса контактируемых материалов. Продукты износа шлифовального круга, внедренные в обработанную поверхность, являются концентраторами напряжений, что при эксплуатации изделий в условиях знакопеременных нагрузок существенно снижает усталостную прочность материала. Данное направление исследований активно развивается и базируется на последних мировых достижениях в области контроля качества поверхности. В большей степени взаимоперенос материалов рассмотрен при шлифовании кругами из карбида кремния, в меньшей – кругами из сверхтвердых материалов. Цель работы: исследование морфологии и химического состава поверхности титанового сплава после шлифования кругом из кубического нитрида бора на керамической связке с использованием последних мировых достижений в области контроля качества поверхности. Методы. Состояние рельефа и химический состав обработанных поверхностностей титанового сплава ВТ1-00 исследовали на растровом двухлучевом электронном микроскопе FEI Versa 3D LoVac непосредственно после правки шлифовального круга и после удаления заданного припуска. Шлифование выполняли на прецизионном профилешлифовальном станке CHEVALIER мод. Smart-B1224III. Результаты и обсуждение. Состояние обработанной поверхности, полученное непосредственно после правки шлифовального круга, свидетельствует о достаточно интенсивном взаимодействии инструмента с обрабатываемым металлом. С увеличением продолжительности обработки состояние поверхности улучшается. На основании морфологических исследований на поверхности обнаружены продукты износа абразивного инструмента. Определены их размеры и отличительные характеристики. Методом микрорентгеноспектрального анализа установлен химический состав фрагментов кристаллов. По атомарному содержанию химических элементов объекты разделены на три группы. Выводы. Экспериментально доказано присутствие на поверхности титанового сплава продуктов износа абразивного инструмента из CBN на керамической связке: кристаллы CBN, наполнитель (корунд) и керамическая связка. Продукты износа внедрены в обработанную поверхность.

1. Носенко В.А. К вопросу об интенсивности контактного взаимодействия d-переходных металлов с карбидом кремния при шлифовании // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2002. – № 5. – C. 78–84.

2. Xu X., Yu Y., Huang H. Mechanisms of abrasive wear in the grinding of titanium (TC4) and nickel (K417) alloys // Wear. – 2003. – Vol. 255. – P. 1421–1426. – DOI: 10.1016/S0043-1648(03)00163-7.

3. Evaluation of workpiece surface integrity following point grinding of advanced titanium and nickel based alloys / D. Curtis, S.L. Soo, D.K. Aspinwall, A. Mantle // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 45. – P. 47–50. – DOI: 10.1016/j.procir.2016.02.343.

4. Pramanik A., Zhang L.C., Arsecularatne J.A. Machining of metal matrix composites: effect of ceramic particles on residual stress, surface roughness and chip formation // International Journal of Machine Tools & Manufacture. – 2008. – Vol. 48. – P. 1613–1625. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2008.07.008.

5. Liu J., Li J., Xu C. Interaction of the cutting tools and the ceramic-reinforced metal matrix composites during micro-machining: a review // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. – 2014. – Vol. 7, iss. 2. – Р. 55–70. – DOI: 10.1016/j.cirpj.2014.01.003.

6. Nosenko S.V., Nosenko V.A., Koryazhkin A.A. The effect of the operating speed and wheel characteristics on the surface quality at creep-feed grinding titanium alloys // Solid State Phenomena. – 2018. – Vol. 284. – P. 369–374. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.284.369.

7. Справочник технолога / под общ. ред. А.Г. Суслова. – М.: Инновационное машиностроение, 2019. – 800 с. – ISBN 978-5-907104-23-5.

8. Реченко Д.С. Обработка титановых и жаропрочных сплавов высокоскоростным шлифованием // Омский научный вестник. – 2008. – № 4. – С. 59–61.

9. Митрофанов А.П., Носенко В.А. Исследование технологии микродозированной подачи смазочных композиций с наночастицами при шлифовании жаропрочного сплава с дополнительным воздушным охлаждением // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 4. – С. 6–18. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.4-6-18.

10. Ермолаев В.К. Развитие техники подачи СОЖ при шлифовании // РИТМ машиностроения. – 2019. – № 7. – С. 12–18.

11. Surface-layer composition of titanium alloy after dry grinding by a silicon-carbide wheel / S.V. Nosenko, V.A. Nosenko, A.A. Krutikova, L.L. Kremenetskii // Russian Engineering Research. – 2015. – Vol. 35, iss. 7. – P. 554–557. – DOI: 10.3103/S1068798X15070163.

12. Бокучава Г.В. Трибология процесса шлифования. – Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1984. – 238 с.

13. Кремень З.И., Юрьев В.Г. Шлифование суперабразивами высокопластичных сплавов. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. – 167 с.

14. Макаров В.Ф., Сакаев А.Х. Профильное глубинное шлифование лопаток турбин на станке с ЧПУ с непрерывной правкой круга // Вестник УГАТУ. – 2012. – № 4. – С. 52–58.

15. Полетаев В.А., Цветков Е.В. Качество поверхностного слоя лопаток компрессоров из титана при многокоординатном глубинном шлифовании // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2017. – № 12. – С. 15–19.

16. Фёдоров Д.Г., Скуратов Д.Л. Экспериментальное исследование качества поверхностного слоя и сил резания при плоском шлифовании титанового сплава ВТ6 // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. – 2014. – № 3. – С. 400–408. – DOI: 10.18287/2412-7329-2015-14-3-400-408.

17. Investigation of the effect of grinding parameters on surface quality in grinding of TC4 titanium alloy / Z. Tao, Y. Shi, L. Sampsa, J. Zhou // Procedia Manufacturing. – 2017. – Vol. 11. – P. 2131–2138. – DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.344.

18. Grinding of Ti2AlNb intermetallics using silicon carbide and alumina abrasive wheels: tool surface topology effect on grinding force and ground surface quality / X. Xi, T. Yu, W. Ding, J. Xu // Precision Engineering. – 2018. – Vol. 53. – P. 134–145. – DOI: 10.1016/j.precisioneng.2018.03.007.

19. Surface grinding of Ti-6Al-4V Surface grinding of Ti-6Al-4V alloy with SiC abrasive wheel at various cutting conditions / A. Mello, R.B. de Silva, A.R. Machado, R.V. Gelamo, A.E. Diniz, R.F.M. de Oliveira // Procedia Manufacturing. – 2017. – Vol. 10. – P. 590–600. – DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.057.

20. On chemical and diffusional interactions between PCBN and superalloy Inconel 718: imitational experiments / V. Bushlya, А. Bjerke, V.Z. Turkevich, F. Lenrick, I.A. Petrusha, K.A. Cherednichenko, J.-E. Ståhl // Journal of the European Ceramic Society. – 2019. – Vol. 39. – P. 2658–2665. – DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2019.03.002.

21. Grinding behavior and surface appearance of (TiCp+TiBw)/Ti-6Al-4V titanium matrix composites / W. Ding, B. Zhao, J. Xu, Ch. Yang, Y. Fu, H. Su // Chinese Journal of Aeronautics. – 2014. – Vol. 27. – P. 1334–134227. – DOI: 10.1016/j.cja.2014.08.006.

22. Effect of grain wear on material removal behaviour during grinding of Ti-6Al-4V titanium alloy with single aggregated cBN grain / B. Zhao, W. Ding, Y. Zhou, H. Su, J. Xu // Ceramics International, – 2019. – Vol. 45. – P. 14842–14850. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.04.215.

23. Macerol N., Franca L.F.P., Krajnik P. Effect of the grit shape on the performance of vitrified-bonded CBN grinding wheel // Journal of Materials Processing Technology. – 2019. – Vol. 277. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2019.116453.

24. Herman D., Krzos J. Influence of vitrified bond structure on radial wear of cBN grinding wheels // Journal of Materials Processing Technology. – 2009. – Vol. 209. – P. 5377–5386. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2009.03.013.