6XIVМеждународная научно-практическая конференция УДК 621.789
Цхай Наталья Леонидовна Tskhay Natalya Leonidovna
Магистрант Master's degree student Карагандинский Технический университет Karaganda Technical University, Набоко Елена Петровна Naboko Elena Petrovna Научный руководитель, к.т.н., доцент кафедры НТМ Scientific Supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of
the Department of NTM Карагандинский Технический университет Karaganda Technical University
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННУЮ НАДЕЖНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ
THE RESEARCH OF THE EFFECT OF SURFACE THERMOMECHANICAL TREATMENT ON OPERATIONAL
RELIABILITY OF PARTS
Аннотация: Целью исследования является влияние поверхностной термомеханической обработки на эксплуатационную надежность деталей. Для получения идеальных физико-механических свойств поверхностного слоя стальных изделий с высокими требованиями технических спецификаций, ученные исследователи и специалисты работают над увеличением ресурсов эксплуатации и надежности комплектующих узлов оборудования, функционирующих в условиях больших контактных нагрузок, интенсивного износа в высоком диапазоне температур и т.д. Получение поверхности с такими высокими характеристиками слоев комплектующих деталей на различных марках сталей, можно обеспечить методом упрочняющей технологии.
Abstract: The aim of the study is the surface thermomechanical treatment influence on the operational reliability of parts. In order to obtain the surface ideal physical and mechanical properties of steel products with high requirements for technical specifications, scientific researchers and specialists are working to increase the operating resources and reliability of equipment components operating under conditions of high
«Инновационные аспекты развития науки и техники» contact loads, intensive wear in a high temperature range, etc. The surface with such high characteristics of component parts on various steel grades can be reached by the strengthening technology.
Научно-технический процесс за многие годы человеческий цивилизации прошел сложный и противоречивый путь развития. Изобретение и внедрение в производство принципиально новых научно-технических разработок совершенствуют производительные возможности существующих технологий, что непременно приводит к значительным изменениям в трудовом процессе.
Полученные результаты исследований за последний период времени свидетельствуют о том, что эксплуатационные свойства деталей машин и оборудования в условиях агрессивной среды, когда происходит трение частей, преждевременное разрушение и износ материалов за счет воздействия химически активных реагентов, газовых и жидкостных сред, тепловых и радиационных воздействий и т.д., зависят прежде всего от свойств их приповерхностных слоев.
В работе китайских авторов Jun Liu, Chang Ye, Yalin Dong рассматривается разработка распространенных методов термического упрочнения поверхности, такие как дробеструйная обработка (SP), поверхностная механическая обработка на истирание (SMAT), лазерная ударная обработка (LSP) и ультразвуковая поверхностная закалка[1]. Данные методы обычно используют для улучшения механических свойств компонентов, включая поверхностную твердость, усталостную долговечность и износостойкость деталей. Такие улучшения реализуются за счет пластической деформации с высокой скоростью деформации, вызванной интенсивными ударами, наносимыми на поверхности, которые производят дислокации высокой плотности, спаренные и/или очищенные зерна, а также сжимающие
XIVМеждународная научно-практическая конференция остаточные напряжения (CRS) в поверхностных и подповерхностных
областях.
Японские ученые Y. Harada, K. Fukaura, S. Haga исследовали влияние поверхностной дробеструйной обработки микрочастицами на характеристики поверхностного слоя конструкционной стали. Дробеструйная обработка является одним из видов обработки поверхности, и это механическая обработка поверхности, широко используемая в автомобильной промышленности для повышения эксплуатационной надежности и характеристик поверхностного слоя механических деталей. В этом процессе поверхность многократно сталкивается с небольшими сферическими средами, называемыми дробью, делая перекрывающиеся углубления на поверхности. В своей работе японские ученые представили усиленный эффект упрочнения конструкционной стали с помощью микрошота, измеряли шероховатость поверхности, остаточные напряжения сжатия, твердость и износостойкость упрочненных заготовок, исследовали также влияние температуры обработки на характеристики поверхностного слоя. В результате чего, было обнаружено, что использование твердых микрошотов, таких как цементированный карбид и аморфный сплав, вызывает значительно повышенный эффект упрочнения конструкционной стали. Было также установлено, что поверхность заготовки, упрочненная микрошотом, была достаточной для износостойкости [2].
Китайские ученые Тяньцзиньского университета применили ультразвуковую обработка поверхности прокатки (USRP) на улучшенной закалкой и отпуском стали марки 40Х. Наблюдения микроструктуры поверхности образца показывают, что при обработке можно как получить наноструктурированные слои с размером зерен 37 нм, так и уменьшить шероховатость поверхности до 0,05 мкм. Срок службы прокатного обрабатывающего наконечника примерно в 800 раз
«Инновационные аспекты развития науки и техники» больше, чем фиксированного, что делает обработку практичной и
экономичной. Испытания механических свойств показали, что
микротвердость поверхности образца была увеличена на 52,6% [3].
Немецкие ученые Eberhard Kerscher, Karl-Heinz, Lang Otmar, Vöhringer Detlef Löhe в своей работе пишут, что термомеханическая обработка производит растворенные атомы углерода и мелкие карбиды в подшипниковой стали SAE52100 через динамическое деформационное старение, увеличивая плотность и стабильность дислокации за счет закрепления движения дислокации, что продлевает предел усталости сталей. Процессы динамического деформационного старения могут увеличить предел усталости сталей. Для активизации этих процессов могут быть применены термомеханические обработки циклическими нагрузками при температуре наибольшей эффективности динамического деформационного старения. Обработка увеличивает плотность дислокаций и переводит структуру дислокаций в более стабильное состояние путем иммобилизации подвижных дислокаций за счет процессов блокировки растворенными атомами углерода и мелкими карбидами. Генерируемая дислокационная структура требует более высоких амплитуд напряжений для индуцирования дислокационных движений, и, следовательно, возникает более длительный период инициирования трещины, более низкая скорость распространения трещины и более высокий предел усталости при комнатной температуре [4].
При обработке материалов с высокой склонностью к упрочнению, таких как суперсплавы и нержавеющие стали, пластическая деформация с высокой скоростью деформации может немедленно привести к образованию упрочняющего слоя в самой верхней области поверхности с насыщенными дислокациями, выступающего в качестве препятствия для последующей пластической деформации внутри детали.
XIV Международная научно-практическая конференция
Помимо повышения эффективности обработки, термическое
упрочнение поверхности создает новое конструктивное пространство для модификации микроструктуры благодаря своему уникальному термомеханическому эффекту сцепления. Механические свойства в основном определяются микроструктурами, которые в значительной степени зависят от условий обработки, включая деформацию, скорость деформации и температуру. Добавление температуры создает новое измерение в диаграмме микроструктуры, в которой микроструктура зависит от деформации, скорости деформации и температуры.
В процессе работы были рассмотрены современные методы проведения термомеханической обработки, такие как дробеструйная обработка, лазерная обработка, ультразвуковая поверхностная закалка. В результате исследования по термомеханической обработке показали, что сумма пластической деформации и термообработки больше, чем сумма отдельных процессов, что приводит либо к усилению, либо к совершенно новым механическим свойствам благодаря уникальной микроструктуре, возникающей в результате синергетического эффекта обработки.
Библиографический список:
1. Jun Liu, Chang Ye, Yalin Dong, Recent development of thermally assisted surface hardening techniques: A review.https://www.sciencedirect. com/science/article/pii/S2666912920300064
2. Y. Harada, K. Fukaura, S. Haga, Influence of microshot peening on surface layer characteristics of structural steel, J. Mater. Process. Technol., 191 (2007), pp. 297-301, 10.1016/j.jmatprotec.2007.03.026 ArticleDownload PDF View Record in ScopusGoogle Scholar https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0924013607002610
3. Wang Ting, Wang Dongpo, LiuGang, Gong Baoming, Song Ningxia, 40Cr using ultrasonic surface rolling processing
«Инновационные аспекты развития науки и техники» https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169433208014219 4. A. Tange, H. Koyama, H. Tsuji, J. Schaad, Study on Warm Shot Peening for Suspension Coil Spring, J. Mater. Manuf., 108 (1999), pp. 463467, https://saemobilus.sae.org/content/1999-01-0415
