CC BY
34
на снимках представляют собой эндоэдральные фуллереновые комплексы, образующие фрактальные агрегаты размером до 7 мкм [8].
Выводы
АТАО ковких чугунов с повышенной твердостью позволяет формировать требуемую структуру, устраняет повышенную твердость, способствует ускорению процесса графитизации. Для ковких чугунов ускорение диффузионных процессов при проведении АТАО по сравнению со скоростью этих процессов в условиях СТО обусловлено протеканием микропластической деформации в процессе обработки.
Ввиду значимости диффузионных процессов для формирования структуры сплавов и их свойств целесообразно продолжить исследование влияния АТАО на кинетику протекания этих процессов для оптимизации режимов термической обработки в сочетании с АТАО как для всех видов чугунов, так и для других групп конструкционных материалов.
Литература
1. Сандомирский С. Г. Оптимизация магнитного контроля структуры отливок ковкого чугуна // Заводская лаборатория. 2009. № 8. С. 39—43.
2. Новиков И. И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1986. 480 с.
3. Ерофеев В. К., Воробьева Г. А. Концептуальная модель влияния аэротермоакустической обработки на свойства металлических материалов // Металлообработка. 2009. № 3. С. 32-37.
4. Пат. № 2100456 Российская Федерация. С21Б9/22, С21Б6/04. Способ упрочнения изделий из углеродистых, легированных, высоколегированных, быстрорежущих сталей и твердых сплавов / В. К. Ерофеев, В. В. Григорьев, Г. А. Воробьева; заявитель и патентообладатель Балтийский государственный технический университет «Воен-мех» им. Д. Ф. Устинова. № 96114291/02; заявл. 17.07.1996; опубл. 27.12.1997. Бюл. № 36.
5. Пат. № 2153010 Российская Федерация. С21Б1/613, С21Б5/00. Способ термической обработки литой заготовки из ковкого чугуна при наличии в его структуре «отбела» / В. К. Ерофеев, Г. А. Воробьева, В. А. Григорьев; заявитель и патентообладатель Балтийский государственный технический университет «Военмех» им. Д. Ф. Устинова. № 99110291/02; заявл. 20.05.1999; опубл. 20.07.2000. Бюл. № 20.
6. Шьюмон П. Диффузия в твердых телах. М.: Металлургия, 1966. 196 с.
7. Жуков А. А. О формах существования углерода в чугунах // МиТОМ. 1992. № 11. С. 34-37.
8. Давыдов С. В. Новые технологии модифицирования чугунов // Металлургия машиностроения. 2010. № 1. С. 8-13.
УДК 621.9.047
Исследование характеристик деформационного упрочнения стальных образцов, обработанных ЭМо + ППД
н. Г. Дудкина, А. А. Садовин
Исследования, проведенные в последние годы, свидетельствуют о специфическом влиянии и особой роли поверхностных слоев металла в процессах хрупкого и усталостного разрушения. Отмечается существенное влияние состояния поверхности на закономерности деформации на пределе упругости и текучести, а также на формирование общего характера кривой напряжения деформации. Поверхностное упрочнение сочетанием методов электромеханической обработки (ЭМО) и поверхностного пластического деформирования (ППД) является эффективным методом технологической обработки, позволяющим обеспечивать более
значительную надежность и долговечность деталей машин. В связи с необходимостью повышения надежности конструкций большое значение приобретают исследования с целью более подробно раскрыть механические свойства применяемых материалов. Для решения этой задачи чаще всего используются стандартные механические характеристики, получаемые благодаря опытам на растяжение в области весьма малых (до 2 %) упругопла-стических деформаций. Исследования свидетельствуют о специфическом влиянии и особой роли поверхностно упрочненных слоев металла в процессе макро- и микродеформации. Так,
отмечается существенное влияние регулярной неоднородной структуры поверхностного слоя после комбинированного упрочнения (ЭМО + + ППД) на формирование общего характера кривой «напряжение — деформация» [1, 2].
Установлено, что основные параметры режима ЭМО оказывают наследственное влияние на закономерности деформации на пределе упругости и текучести [3]. Однако в литературе недостаточно сведений об изменении физико-механических свойств регулярной управля-емо-неоднородной структуры поверхностного слоя. Остается невыясненным, каким образом тонкий упрочненный поверхностный слой влияет на изменение сопротивления деформированию после комбинированного упрочнения (ЭМО + ППД). Исследование истинных диаграмм растяжения образцов, упрочненных традиционными, комбинированными и совмещенными методами обработки, показало затруднительность сравнительного анализа при помощи стандартных механических характеристик из-за криволинейного характера зависимости «напряжение — деформация». Все это требует уточненного анализа кривых деформирования и определения дополнительных характеристик деформационного упрочнения при механических испытаниях.
Целью настоящей работы являются исследование влияния регулярно-неоднородной структуры поверхностного слоя деталей после комбинированного поверхностного упрочнения (ЭМО + ППД) на изменение сопротивления малым пластическим деформациям и оценка параметров деформационного упрочнения в результате уточненного анализа кривых деформирования.
Испытанию подвергалась нормализованная сталь 45. Изменение свойств поверхностного слоя осуществлялось посредством ППД, путем обкатки образцов на токарном станке с помощью двухроликового приспособления с одновременным подводом электрического тока (ЭМО) и финишной обкаткой роликом без подвода тока (ППД). ЭМО проводилась по режимам:
• плотность тока у = 400 А/мм2;
• напряжение и = 4 -г 5 В;
• усилие на инструмент Р = 300 Н;
• скорость обработки V = 0,05 м/с;
• подача инструмента й = 0,80; 1,00; 1,25; 2,00; 3,00 мм/об.
Параметры финишной обработки ППД:
• рабочая нагрузка на инструмент Р = 600 Н;
• подача й = 0,25 мм/об;
• скорость вращения шпинделя — 100 мм/об;
• число проходов п = 1.
а)
а, МПа 700600500 400
300
200-
100
0,2
0,6
1,0
8, %
Рис. 1. Начальные участки диаграмм деформирования образцов из стали 45, упрочненных комбинированной обработкой ЭМО + ППД: а — варианты подачи инструмента; б — вид упрочненного образца после испытаний; в—д — структура упрочненного слоя вдоль оси образца на поверхности нормализованной стали 45: в — Я = 3,0 мм/об; г — Я = 1,25 мм/об; д — Я = 0,8 мм/об:
1 — й = 3,0 мм/об; а = -2,75; 2 — й = 2,0 мм/об; а = -1,5; 3 — й = 1,25 мм/об; а = -0,56; 4 — й = 1,0 мм/об; а = -0,25; 5 — й = 0,8 мм/об, а = 0 [3]
1
2
3
5
0
В результате такого воздействия на поверхности формировался специфический упрочненный слой (белый слой) толщиной 0,15-0,20 мм и твердостью И^ = 8,0 -г 8,5 ГПа. В результате изменения подачи упрочняющего инструмента в диапазоне й = 0,8 г 3,0 мм/об формировались регулярные спиралеобразные треки упрочненного (белого) слоя с различной топографией на поверхности образцов. Степень перекрытия треков белого слоя а оценивалась коэффициентом перекрытия: а = 5/а, где 5 — размер участка перекрытия треков (в случае отсутствия перекрытия треков на поверхности образца 5 принимает отрицательное значение); а — ширина треков упрочненного металла (ширина упрочненного трека составляла 0,6-0,8 мм). Получали соответствующие коэффициенты перекрытия регулярной структурой: а = -2,75; -1,50; -0,56; -0,25; 0,00.
Для оценки влияния комбинированного упрочнения на механические характеристики нормализованной стали 45 были проведены статические испытания на растяжение цилиндрических образцов длиной 100 мм, диаметром 10 мм (ГОСТ 1497-84). Образцы, находящиеся в исходном состоянии и обработанные ЭМО + ППД, подвергались осевому растяжению. Нагружение образцов осуществлялось с постоянной скоростью перемещения захвата, равной 0,5 мм/мин, на машине УМЭ-10 ТМ. Одновременно производилась прецизионная запись начальных участков диаграмм растяжения с помощью тензометра с точностью определения деформаций до 1 • 10-5. Получали возрастающую функцию напряжения от деформации, что соответствует большинству конструкционных материалов.
На рис. 1 даны начальные участки кривых деформирования для образцов, подвергнутых поверхностному упрочнению ЭМО + + ППД с различными перекрытиями треков белого слоя на поверхности. Как было показано [6], с увеличением подачи й (увеличением расстояния между треками белого слоя) растет условный предел текучести С0,2, достигая максимального значения С0,2 = 630 МПа при 8 = 3,0 мм/об (рис. 1, кривая 1).
В связи с отсутствием сведений о сравнительном анализе результатов исследования диаграмм растяжения образцов, упрочненных традиционными, комбинированными и совмещенными методами обработки, возникает вопрос о необходимости уточненного анализа кривых деформирования. В настоящее время установлено и подтверждено многочисленными опытами, что связь между напряжением и деформацией на участке деформационного упрочнения диаграммы растяжения выражается уравнением
а = Квп,
(1)
где а — истинное напряжение, МПа; К — коэффициент деформационного упрочнения (коэффициент прочности); в — истинная деформация; п — показатель деформационного упрочнения (характеризует упрочняемость материала при деформации и имеет однозначную корреляционную связь со скоростью деформационного упрочнения). Все указанные параметры являются структурно чувствительными характеристиками.
Диаграммы растяжения в истинных координатах перестраивали в двойных логарифмических шкалах 1п а — 1п в (рис. 2) и определяли параметры упрочнения: К и п, зависимости которых от коэффициента перекрытия а показаны на рис. 3.
Установлено, что с увеличением подачи й = 3,0 мм/об) предварительной ЭМО (с увеличением доли мягкой прослойки в поверхностном слое), после финишного ППД наблюдается повышение коэффициента деформационного упрочнения в 1,2 раза и снижение показателя деформационного упрочнения в 2,5 раза. Такое поведение материала объясняется наличием высоких остаточных напряжений, наведенных по элементам структуры в процессе комбинированного упрочнения. Чрезвычайно сложная картина напряженного состояния поверхности, возникающая в процессе растяжения,
1п а 6,5-
6,3-
6,1 -
5,9-
-0,25
0,25 1п в
Рис. 2. Кривые упрочнения образцов, упрочненных ЭМО + ППД:
1 — исходный материал; 2 — а = -0,25; 3 — а = -0; 4 — а = -0,56; 5 — а = -1,5; 6 — а = -2,75
0
Рис. 3. Зависимость коэффициента деформационного упрочнения (1) и показатель деформационного упрочнения (2) от коэффициента перекрытия а
определяет специфику пластической деформации деталей с различной топографией поверхностного упрочненного слоя после ЭМО + ППД.
Полученные результаты испытаний стальных образцов на статическое растяжение согласуются с результатами исследования микронеоднородной деформации стали 45 после комбинированного упрочнения ЭМО + ППД [3]. Таким образом, финишная операция поверхностного пластического деформирования позволяет повысить прочностные свойства деталей в 1,5 раза, наследуя высокую твердость упрочненного поверхностного слоя, сформированного предварительной ЭМО.
Литература
1. Багмутов В. П., Паршев С. Н., Дудкина Н. Г. и др. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свойства, реализация. Новосибирск: Наука, 2003. 318 с.
2. Гурьев А. В., Дудкина Н. Г., Федоров А. В. Влияние электромеханического упрочнения на механические свойства углеродистой стали // Физико-химическая механика материалов. 1990. № 3. С. 26-30.
3. Матлин М. М., Дудкина Н. Г., Болдов А. Н. Особенности пластического деформирования стальных деталей, упрочненных комбинированной обработкой ЭМО+ППД // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. № 8. С. 44-48.
УДК 621.78/79:629
Исследование покрытия плазменного напыления
с ультразвуковой обработкой
для упрочнения судовых гребных валов
в. Б. Хмелевская, Е. С. Мосейко
Условия эксплуатации судового валопро-вода
Судовой валопровод представляет собой систему валов, соединенных в одну линию в целях передачи гребному винту крутящего момента, развиваемого двигателем. В состав ва-лопровода входят гребной, промежуточный и упорный валы. На эксплуатационные показатели судовых валов влияют триботехни-ческие характеристики и усталостная прочность [1]. При разработке конструкции судового валопровода проектант стремится
использовать элементы, которые уже проверены в условиях эксплуатации, поэтому уже в течение многих лет в России используются одни и те же технологии изготовления деталей судового валопровода.
Судовой валопровод является важнейшим механизмом в эксплуатации судна и представляет собой сложную систему, от которой зависит живучесть судна. Выход из строя ва-лопроводов наносит ущерб, превышающий стоимость поврежденного вала. Основными видами разрушений валопроводов являются трещины [2], которые возникают
[40
№ 1 (67)/2012
