CC BY
102
ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ
УДК 621.81
Белевский Л.С., Белевская И.В., Ефимова Ю.Ю.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМЫ ДЕТАЛЕЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКОЙ
Аннотация. Изучена возможность восстановления размеров и формы деталей комбинированной обработкой - накаткой роликом с последующим нанесением функциональных покрытий гибким инструментом. Установлено, что предложенная обработка позволяет увеличить диаметр изношенной детали, получить ультрамелкозернистую структуру в поверхностном слое за счет ИПД. Функциональные покрытия различного назначения могут наноситься из чистых металлов и сплавов, композитных материалов, в том числе нанокомпозиционных.
Ключевые слова: восстановление размеров, накатка, пластическая деформация, фрикционное плакирование, покрытия, ультрамелкозернистая структура.
Снижение эксплуатационных характеристик пар трения во многом связано с износом. Традиционные способы восстановления изношенных деталей: наплавка, напыление, электролитическое нанесение покрытий и т.п. в ряде случаев применять затруднительно или невозможно из-за изменений физикохимических свойств поверхностного слоя и необходимости последующей механической обработки. Большие трудности возникают при восстановлении прецизионных деталей. Одним из способов восстановления является увеличение диаметра изношенной детали за счет высоты наплывов, образующихся по краям микроканавок при формировании рельефа алмазным выглаживанием [1]. Максимальное увеличение размеров стальных деталей за счет высадки металла в виде наплывов может составлять 30 мкм. При этом решаются две задачи - восстановление размера и создание дополнительных маслоемких каналов. Увеличение маслоемкости поверхности уменьшает вероятность возникновения сухого трения, появления за-диров и заклинивания контактирующих поверхностей. Повысить маслоемкость можно также нанесением на поверхность регулярного микрорельефа [2].
Представляется целесообразным дополнительно нанести на поверхность с рельефом, полученным пластическим деформированием, функциональное покрытие, например, антифрикционное или износостойкое. Следует заметить, что при алмазном выглаживании или нанесении рельефа накатным роликом возможно наноструктурирование поверхностного слоя вследствие интенсивной пластической деформации (ИПД) [3, 4]. Накатка роликом с сетчатым или параллельным рифлением является одним из видов поверхностной пластической деформации и, в какой-то степени, напоминает прокатку со сдвигом, в частности, прокатку на валках с прорезями. В работе [5] рассмотрены предпосылки для использования интенсивных сдвиговых деформаций без применения высокого давления для формирования ультрамелкозернистых материалов.
Обработка инденторами - это один из видов фрикционной обработки, к которой можно отнести и нанесение покрытий трением прутка из медьсодер -жащего материала о поверхность детали [6]. Для фрикционного упрочнения поверхности с одновременным нанесением покрытий (фрикционное плакирование) используется также гибкий инструмент -вращающиеся проволочные щетки (ВПЩ) [7, 8]. Нанесенное покрытие может быть дополнительно обработано лазером [7] или плазмой [9].
Цель настоящей работы - изучение возможности восстановления размеров и формы деталей ком -бинированной обработкой - накаткой роликом с последующим нанесением функциональных покрытий гибким инструментом.
При проведении исследований использовали образцы диаметром 18 мм из стали 20. Для накатки сетчатого рифления использовался ролик 20x9x8 мм,
0,5 мм x 60°. Накатка и нанесение покрытия производились на токарном станке. При нанесении покрытия на суппорт устанавливалась специальная приставка. Диаметр ВПЩ 220-230 мм, скорость вращения 3 000 об/мин, диаметр стальной проволоки ворса 0,25-0,30 мм, длина 30-40 мм. Материал покрытия (латунь Л-63) в виде прутка диаметром 15 мм прижимался к ВПЩ с усилием 10 Н, натяг - подача ВПЩ на обрабатываемое изделие 2 мм. Поверхность изучалась на стереомикроскопе Meiji Techno. Для металлографических исследований использовали оптический микроскоп Meiji Techno и растровый электронный микроскоп РЭМ JSM-6490 LV.
Было исследовано влияние формообразующей накатки роликом на рельеф и структуру поверхностного слоя. После накатки диаметр образца увеличился на 50 мкм и на его поверхности образовались куполообразные выступы (рис. 1).
Исследование микроструктуры показало, что поверхностный слой подвергся интенсивной пластической деформации (рис. 2, 3), причем имела место и сдвиговая деформация. В результате в структуре об-
Восстановление размеров и формы деталей комбинированной обработкой Белевский Л.С, Белевская И.В, Ефимова Ю.Ю.
разовались деформационные полосы, внутри которых произошла фрагментация с образованием зерен с размером менее 1 мкм (рис. 3). Такую структуру можно считать ультрамелкозернистой.
Рис. 1. Накатанная роликом поверхность образца (3Д реконструкция стереоизображения поверхности, х50)
Рис. 2. Микроструктура накатанной роликом поверхности образца (световая микроскопия, х200)
Рис. 3. Поверхностный слой цилиндрического образца после накатки (РЭМ, х3000)
При нанесении покрытия поверхность вновь подвергалась интенсивной пластической деформации гибкими упругими элементами, и вид ее существенно изменился (рис. 4). Вершины выступов сгладились, покрытие полностью заполнило впадины между выступами (рис. 5, 6). Такая поверхность имеет увели -ченную фактическую площадь контакта, обладает
достаточной маслоемкостью, а сглаженные вершины выступов уменьшают концентрацию напряжений при контактных нагрузках.
Рис. 4. Накатанная поверхность после нанесения на нее латунного покрытия (3Д реконструкция стереоизображения поверхности, х50)
Рис. 5. Микроструктура накатанной роликом поверхности с латунным покрытием (световая микроскопия, х200)
Рис. 6. Накатанная роликом поверхность с латунным покрытием (РЭМ, х3000)
Заключение. Комбинированная обработка накаткой с последующим фрикционным нанесением функ--------------------------------------------- 51
ционального покрытия гибким инструментом позволяет увеличить диаметр изношенной детали, получить '
ультрамелкозернистую структуру в поверхностном слое за счет ИПД. Функциональные покрытия раз- ^
личного назначения могут наноситься из чистых металлов и сплавов, композитных материалов, в том числе нанокомпозиционных. 6
Список литературы 7
1. Хворостухин Л.А., Шишкин С В., Ковалев А.П., Ишмаков P.A. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упроч- 8.
нением. М.: Машиностроение, 1988. 144 с.
2. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярныммик- 9.
рорельефом. П.: Машиностроение, 1982. 248 с.
3. Макаров A.B., Коршунов Л.Г. Повышение твердости и износостойкости закаленных лазером стальных поверхностей с помощью фрикци-
онной обработки // Трение и износ. 2003. Т. 24. №3. С. 301-306. Макаров A.B., Коршунов Л.Г., Малыгина И.Ю., Солодова И.Л. Повышение теплостойкости и износостойкости закаленных углеродистых сталей фрикционной упрочняющей обработкой // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. №3.С. 57-62. Пашинская Е.Г., Толпа A.A. Возможности интенсивной прокатки со сдвигом для формирования ультрамелкозернистой структуры на примере эвтектоидной стали // Металлы. 2004. № 5. С. 85-93.
A.c. 115744. Способ придания поверхности металлов трущихся пар противозадирныхсвойств / Д.Н. Гаркунов, В.И. Лозовский.
Белевский Л С. Пластическое деформирование поверхностного слоя и формирование покрытия при нанесении гибким инструментом. Магнитогорск: Лицей РАН, 1996. 231 с.
Анцупов В.П. Теория и практика плакирования гибким инструментом. Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова., 1999. 241 с.
Платов С.И., Дема P.P., Зотов A.B. Модель формирования толщины плакированного слоя на деталях пар трения технологического оборудования // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. № 1. С. 69-72.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
RESTORATION OF DIMENSION AND FORM OF PART BY COMBINED TREATMENT
Belevskiy L.S., Belevskaiy I.V., Ephimova Y.Y.
Abstract. Influence of possibility restoration of dimension and form of part by combined treatment - by knurling of roller with following cladding functional coating by flexible tool. That treatment to permit increase diameter of wear part, receive ultra grain structure in surface layer by IPD. Different functional coating may be cladding from pure metals and alloys, composite or nanocomposite materials.
Keywords: restoration of dimensions, knurling, plastic deformation, friction cladding, coating, ultra grain structure.
References
1. Hvorostuhin L.A., Shishkin S.V., Kovalev A.P., Ishmakov R.A. Povyshenie nesushhej sposobnosti detalej mashin poverhnostnym uprochneniem. [Increase of bearing ability of details by superficial hardening]. Moscow: Mechanical engineering, 1988. 144 p.
2. Shneider U.G. Jekspluatacionnye svojstva detalej s reguljarnymmikrorel'e-fom. [Operational properties of details with a regular microrelief]. Leningrad: Mechanical engineering, 1982. 248 p.
3. Makarov A.V., Korshunov L.G. Povyshenie tverdosti i iznosostojkosti zakalennyh lazerom stal'nyh poverhnostej s pomoshh'ju frikcionnoj obrabotki. [Increase of hardness and wear resistance of the steel surfaces tempered by the laser by means of frictional processing]. Trenie i iznos. [Friction and wear], 2003, vol.24, no.3, pp. 301-306.
4. Makarov A.V., Korshunov L.G., Malygina I.Yu., Solodova I.L. Povyshenie teplostojkosti i iznosostojkosti zakalennyh uglerodistyh stalej frikcionnoj
uprochnjajushhej obrabotkoj. [Increase of heat resistance and wear resistance tempered carbonaceous staly frictional strengthening processing]. Metallovedenie i termicheskaja obrabotka metallov. [Metallurgical science and heat treatment of metals]. 2007, no.3, pp. 57-62.
5. Pashinskaiy E.G., Tolpa A.A. Vozmozhnosti intensivnoj prokatki so sdvigom dlja formirovanija ul'tramelkozernistoj struktury na primere jevtektoidnoj stali. [Vozmozhnosti's crowd of intensive rolling with shift for formation of ultrafine-grained structure on the example of evtektoidny steel]. Metally. [Metals]. 2004. no.5. pp. 85-93.
6. Garkunov D.N., Lozovsky V.I. Ampere-second 115744. Sposob pridanija poverhnosti metallov trushhihsja par protivozadirnyh svojstv. [Threw the Way of giving of a surface of rubbing couples of anti-seize properties].
7. Belevskiy L.S. Plasticheskoe deformirovanie poverhnostnogo sloja i formi-rovanie pokrytja pri naneseni gibkim instrumentom. [Plasticheskoye deformation of a blanket and covering formation when drawing by the flexible tool]. Magnitogorsk: Russian Academy of Sciences lyceum, 1996. 231 p.
8. Antsupov V.P. Theory and practice of cladding by the flexible tool. Magnitogorsk: Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov. 1999. 241 p.
9. Platov S.I., Dyoma P.P., Zotov A.V. Model' formirovanija tolshhiny plakirovannogo sloja na detaljah par trenija tehnologicheskogo oborudovanija // [Model of the formation thickness clad Lauer for friction pairs of process equipment]. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universteta im. G.I. Nosova. [Vestnik of Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov], 2013, no.1. pp. 69-72.
УДК 621.794.61
Коленчин Н.Ф., Кусков В.Н., Сафронов A.B., Шадрина П.Н.
ВЛИЯНИЕ ОЗОНА И УЛЬТРАЗВУКА НА ФОРМИРОВАНИЕ И СВОЙСТВА АНОДНОГО ПОКРЫТИЯ НА АЛЮМИНИИ И ЕГО СПЛАВАХ
Аннотация. Исследованы временные зависимости роста оксидного покрытия при анодировании алюминия A3 и сплава Д16 в водном растворе серной кислоты с продуванием озоно-воздушной смеси через электролит. Установлены интенсификация процесса и увеличение толщины, микротвердости и износостойкости покрытия. Ультразвуковое воздействие одновременно с продуванием озоно-воздушной смеси через электролит повышает микротвердость и износостойкость покрытия.
Ключевыеслова: анодирование, алюминиевый сплав, озоно-воздушная смесь, ультразвук, оксидное покрытие, микротвердость, износостойкость, толщина.
Возможность создания на поверхности алюминия зионной стойкостью и чистотой поверхности, микро-
и его сплавов оксидного слоя позволяет существенно твердостью и износостойкостью, электросопротивле-
повысить эксплуатационные характеристики изделий. нием и пробивным напряжением, хорошими декора-
Получающееся покрытие обладает высокими корро- тивными показателями и т.д. В производственных
