Ультразвуковое поверхностное пластическое деформирование (ППД) меди марки М0б Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.9.048

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1074-1076

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ПОВЕРХНОСТНОЕ ПЛАСТИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ (ППД) МЕДИ МАРКИ М0б

© М.О. Кувшинов1*, А.А. Хлыбов2)

^ Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород,

Российская Федерация, e-mail: makskuvshinov2007@yandex.ru 2) Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород, Российская Федерация, e-mail: Hlybov_52@mail.ru

Методами оптической металлографии исследована бескислородная медь марки М0б. Показано, что при ультразвуковой ударной обработке в приповерхностном слое образуется нанокристаллическая структура глубиной порядка 2...3 мкм, а также изменяется структурно-фазовый состав, вследствие чего возрастает микротвердость приповерхностных слоев.

Ключевые слова: поверхностное пластическое деформирование; ультразвуковое упрочнение; структура; фазовый состав; микротвердость.

В числе важнейших задач современного машиностроения и других отраслей металлообрабатывающей промышленности является повышение эксплуатационной надежности и долговечности промышленных изделий, повышение эффективности машин и оборудования.

Наиболее простыми методами улучшения эксплуатационных свойств машин, получившими в последнее время широкое распространение, являются отделочно-упрочняющие методы поверхностного пластического деформирования (ППД).

Поверхностное пластическое деформирование -это обработка деталей давлением (без снятия стружки), при которой пластически деформируется только поверхностный слой. Благодаря ППД на поверхности обрабатываемой заготовки образуется наклеп - это упрочненный слой, характеристики которого сильно отличаются от основного материала благодаря изменению структуры и фазового состава в процессе пластической деформации [1-2].

Одним из перспективных видов ППД с целью модификации поверхности является технология упрочняюще-чистовой обработки ультразвуком или ультразвуковая финишная обработка. В результате данной обработки эксплуатационные свойства обработанных деталей значительно повышаются - повышается микротвердость поверхностных слоев, формируются сжимающие остаточные напряжения, повышается износостойкость при трении скольжении [3].

В данной работе исследуется структура и свойства ленты ДПРНТ 2,0х300НД М0б (ГОСТ 15471-77 [4]), состава: Си - не менее 99,99 %, О2 - не более 0,0003 %, других примесей - не более 0,004 %. Размер образцов 040x2 мм.

Упрочняющая обработка проводилась на установке, состоящей из ультразвукового генератора 1Ь 1О-0,63 и ультразвуковой колебательной системы. Обработка образцов осуществлялась непосредственно ин-

дентором из вольфрамового твердого спеченного сплава ВК8.

На обработанных образцах проводились измерения микротвердости на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке на индентор 100 г по ГОСТ 9450-76.

Микроструктура изучалась на поперечных шлифах по глубине воздействия упрочняющей ультразвуковой обработки, а также измерением микротвердости. Изучение и фотографирование микроструктуры при мета-лографических исследованиях проводились на оптическом микроскопе Ахоуег1 200МАТ с использованием системы анализа изображений «ВидеоТесТ - Размер 5.0» на образцах, подвергнутых химическому травлению в реактиве состава: 50 г воды, 1 г хромпика, 4 мл серной кислоты, 2 капли соляной кислоты. Размер зерна определялся методом сравнения со шкалой микроструктур по ГОСТ 21073.1-75 [5].

Исследования влияния ультразвуковой обработки на структуру меди по глубине образца проводились при различном времени обработки (5, 15, 20, 25 с) при одинаковой силе прижатия.

В результате ультразвукового ППД шероховатость поверхности меди уменьшилась с 6 до 7 класса. На рис. 1 показана 3Б топография отпечатка после обработки.

На рис. 2 приведена фотография микроструктуры меди М0б в исходном состоянии в наиболее типичном месте при увеличении х200.

Сравнение полученных фотографий микроструктуры со шкалой II ГОСТ 21073-75 показало, что величина зерна меди в исходном состоянии соответствует микроструктурам № 10 (~70 %) + № 9 (~30 %), т. е. ориентировочный диаметр зерна меди равен 0,010-0,015 мм.

В табл. 1 приведены результаты измерения значений микротвердости меди М0б в исходном состоянии.

На рис. 3-6 приведены фотографии микроструктуры меди М0б после ультразвуковой обработки при увеличении х125.

2016. Т. 21, вып. 3. Физика

! ... ' - V

¡Ьд&У. • • V

_

за«

• *_

Рис. 2. Микроструктура меди М0б в исходном состоянии, х200

Таблица 1

Рис. 6. Микроструктура меди М0б после ультразвуковой обработки. Время обработки 25 с, х125

Микротвердость меди М0б в исходном состоянии

Состояние материала Микротвердость, кгс/мм2

Исходное 106

Рис. 3. Микроструктура меди М0б после ультразвуковой обработки. Время обработки 5 с, х125

Рис. 4. Микроструктура меди М0б после ультразвуковой обработки. Время обработки 15 с, х125

Таблица 2

Микротвердость меди М0б после ультразвуковой обработки

Режим ультразвуковой Микротвердость,

обработки кгс/мм2

5 с 108

15 с 112

20 с 118

25 с 123

Сравнение полученных фотографий микроструктуры со шкалой II ГОСТ 21073-75 показало, что после ультразвуковой обработки величина зерна уменьшилась с 9-10 до 12-13.

В табл. 2 приведены усредненные результаты измерения значений микротвердости меди М0б после ультразвуковой обработки.

Анализируя полученные после металлографии микроструктуры исследуемого материала, подвергнутого ультразвуковой обработке, можно предположить, что глубина деформированного слоя возрастает с увеличением времени обработки.

Экспериментальные исследования показали, что в процессе обработки между деформирующим элементом и обрабатываемой поверхностью возникает периодический контакт с частотой ультразвуковых колебаний. В момент контакта мгновенные напряжения существенно выше средних, что вызывает значительную пластическую деформацию и, как следствие, изменение структуры и свойств поверхности и поверхностных слоев обрабатываемого материала.

Выявить особенности структуры поверхностных слоев только металлографическим методом достаточно сложно, поэтому для более детального рассмотрения следует использовать электронную микроскопию.

формирование в поверхностном слое мелкозернистой структуры.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВЫВОДЫ

Проведенные экспериментальные исследования позволяют наглядно показать преимущества ультразвуковой обработки и возможность применения ультразвукового пластического деформирования для повышения характеристик поверхностных слоев меди М0б - увеличение микротвердости, снижение шероховатости, а также значительные микроструктурные изменения -

Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2002. 300 с. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. 152 с. Абрамов О.В., Добаткин В.И. и др. Воздействие мощного ультразвука на межфазную поверхность металлов. М.: Наука, 1986. 277 с. ГОСТ 15471-77. Полосы и ленты из бескислородной меди для электронной техники. Технические условия.

ГОСТ 21073.1-75. Металлы цветные. Определение величины зерна методом сравнения со шкалой микроструктур.

Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.

UDC 621.9.G48

DOI: 1G .2G31G/181G-G198-2G16-21-3-1G74-1G76

ULTRASONIC SURFACE PLASTIC DEFORMATION COPPER GRADE М0Ь

© M.O. Kuvshinov1), A.A. Khlybov2)

^ Nizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseev, Nizhny Novgorod, Russian Federation,

e-mail: makskuvshinov2007@yandex.ru 2) Nizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseev, Nizhny Novgorod, Russian Federation,

e-mail: Hlybov_52@mail.ru

By optical metallography investigated copper M0b. It is shown that the ultrasonic shock treatment in the surface layer is formed nanocrystalline structure depth of about 2...3 mm, as well as changing structural and phase composition, in consequence of increased microhardness of surface layers.

Key words: surface plastic deformation; ultrasonic strengthening; structure; phase composition; microhard-ness.

REFERENCES

1. Smelyanskiy V.M. Mekhanika uprochneniya detaley poverkhnostnym plasticheskim deformirovaniem. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2002. 300 p.

2. Papshev D.D. Otdelochno-uprochnyayushchaya obrabotka poverkhnostnym plasticheskim deformirovaniem. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1978. 152 p.

3. Abramov O.V., Dobatkin V.I. et al. Vozdeystvie moshchnogo ul'trazvuka na mezhfaznuyu poverkhnost' metallov. Moscow, Nauka Publ., 1986. 277 p.

4. GOST15471-77. Polosy i lenty iz beskislorodnoy medi dlya elektronnoy tekhniki. Tekhnicheskie usloviya.

5. GOST21073.1-75. Metally tsvetnye. Opredelenie velichiny zerna metodom sravneniya so shkaloy mikro-struktur.

Received 10 April 2016

Кувшинов Максим Олегович, Нижегородский государственный университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород, Российская Федерация, аспирант, инженер-технолог, e-mail: makskuvshinov2007@yandex.ru

Kuvshinov Maksim Olegovich, Nizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseev, Nizhny Novgorod, Russian Federation, Рost-graduate Student, Technology Engineer, e-mail: makskuvshinov2007@yandex.ru

Хлыбов Александр Анатольевич, Нижегородский государственный университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород, Российская Федерация, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: Hlybov_52@mail.ru

Khlybov Aleksander Anatolevich, Nizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseev, Nizhny Novgorod, Russian Federation, Doctor of Technics, Professor, Head of Department, e-mail: Hlybov_52@mail.ru

1G76