ОБРАЗЕЦ ИЗ МЕТАЛЛА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к исследованию структурных свойств и физико-механических показателей качества поверхностного слоя металлических деталей, обработанных поверхностным пластическим деформированием.
Поверхностное пластическое деформирование (ППД) является эффективным способом повышения эксплуатационных показателей деталей, особенно имеющих конструктивные или технологические концентраторы напряжений. ППД осуществляется перемещением инструмента по обрабатываемой поверхности с постоянной или закономерно изменяющейся силой деформирования или глубиной внедрения. В зоне контакта инструмента с деталью образуется область пластического течения - очаг деформации, размеры которого зависят от технологических факторов.
Одним из основных механизмов холодной пластической деформации металлов и сплавов является сдвиговое перемещение одних частей кристалла относительно других, осуществляемое с помощью многочисленных видов движения дислокации по плоскостям скольжения. С накоплением деформации многократной ППД дислокации размножаются, взаимодействуют между собой и другими дефектами кристаллического строения, в результате чего их движение затрудняется, а напряжение пластического течения и твердость металла растут. Для каждого материала имеется такое значение накопленной деформации, превышение которого не приводит к дальнейшему упрочнению металла. Более того, при чрезмерном упрочнении произойдет уменьшение ресурса пластичности металла и, как следствие, снижение эксплуатационных характеристик детали. Параметры состояния поверхностного слоя деталей, наиболее существенно влияющие на их долговечность (шероховатость, степень и глубина упрочнения, остаточные напряжения, поврежденность и ресурс пластичности металла и др.) зависят от параметров напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя, накопленной деформации, которые в свою очередь зависят от исходных физико-механических свойств деформируемого материала, режимов технологического процесса ППД. Для определения взаимосвязи режимов обработки с параметрами состояния поверхностного слоя детали, необходимо проведение большого количества экспериментов и дальнейшей обработки полученных результатов с использованием расчетно-экспериментальных методов.
При исследовании уровня техники обнаружены образцы, применяемые для исследования в области сварки, металлургии, в области изготовления полимерных композиционных материалов слоистого строения..
Известен образец для определения трещиноустойчивости противопригарных покрытий для литейных форм и стержней (а.с. №1488102, SU).
Известен образец с надрезом для испытания сварного соединения на ударный изгиб (а.с. №1552060, SU).
Известен способ изготовления. образца для определения прочностных свойств полимерных композиционных материалов слоистого строения (а.с. №1564512, SU).
Образцов из металла для исследования параметров влияния поверхностной пластической деформации на состояние поверхностного слоя не обнаружено, обычно исследования проводятся на заготовках, предназначенных для изготовления деталей, поэтому для выбора режимов поверхностной пластической деформации и инструмента, позволяющих получить требуемое качество поверхностного слоя металлических деталей, требуется большое количество заготовок.
Для повышения точности, снижения трудоемкости и упрощения процесса исследования, повышения количества информационных данных, сокращения количества образцов, предлагается образец из металла для исследования влияния поверхностной пластической деформации на параметры состояния поверхностного слоя, выполненный в виде диска, поверхность которого разбита на секторы, в каждом из которых расположены обработанные участки, сформированные в соответствии с заданными параметрами режима обработки.
Поверхностное пластическое деформирование. может быть осуществлено выглаживанием, накатыванием и др. (ГОСТ 18-296-72). Обработанные участки сформированы с заданными параметрами режимов обработки: сила обработки, подача инструмента, коэффициент трения, зависящий от материала инструмента и материала образца, радиус инструмента. В каждом секторе один параметр режима обработки меняют, остальные оставляют постоянными. По обработанным участкам четко прослеживается влияние каждого из параметров на структурные свойства и показатели качества поверхности. На изготовленном образце можно определить показатели шероховатости поверхности; физико-механические свойства - микротвердость, контактный модуль вдавливания, сопротивление упругим и пластическим деформациям, остаточные напряжения; свойства структуры поверхностного слоя - ширина рентгеновской линии, размер зерна, глубина упрочненного слоя, контактный модуль вдавливания, сопротивление упругим и пластическим деформациям, остаточные напряжения; свойства структуры поверхностного слоя - ширина рентгеновской линии, размер зерна, глубина упрочненного слоя.
На фиг.1 изображен пример образца из металла для исследования влияния поверхностной пластической деформации (выглаживания) на параметры состояния поверхностного слоя с разбивкой обработанных участков по секторам с различными параметрами режимов обработки. На фиг.2 - снимок образца с обработанными участками.
Образец выполнен в виде диска 7 из исследуемого металлического материала, поверхность которого предварительно обработана таким же образом, как и деталь, например, точением. Поверхность диска разбита на шесть секторов 1, 2, 3, 4, 5, 6. В секторах расположены обработанные участки 8.
Пример изготовления образца.
Металлический образец, выполненный в виде диска, из цементованной стали 20Х, закаленной до HRC 59 обрабатывали на токарно-фрезерном центре MULTUS-300BM точением. Поверхностное пластическое деформирование осуществляли выглаживанием;
в
в
Обработанные участки формировали инструментом с индентором из мелкодисперсного кубического нитрида бора, имеющим сферическую форму рабочей поверхности R=2 мм, СОТС - аргон. Коэффициент трения цементованной стали 20Х и мелкодисперсного кубического нитрида бора составляет 0,34. Величина параметров режимов обработки участков 8 в каждом секторе задавалась программой и настройкой инструмента. Например, в секторе 1 участок 8.1а выполнен при следующих параметрах режима обработки: подача S=0,01 мм/об, сила выглаживания Р=350Н; участок 8.16 - подача S=0,01 мм/об, сила выглаживания Р=300Н. При изготовлении изображенного на фиг.2 образца обработанные участки выполнены одним инструментом и в одной и той же среде СОТС, изменяли подачу S=0,01, 0,025, 0,04 и силу выглаживания Р=200Н, 250Н; 300Н,350Н.
IT
При необходимости увеличения или уменьшения числа показателей режима обработки (например, скорость обработки, сила обработки, подача, количество рабочих ходов инструмента, коэффициент трения, зависящий от материала инструмента и материала образца, радиуса инструмента и др.) количество секторов и количество обработанных участков может быть изменено до требуемого значения. После изготовления образца на каждом обработанном участке определяли параметры шероховатости поверхности на оптическом 3D-профилометре Wyko NT-1100. Определяли физико-механические свойства: микротвердость Нггна микротвердомере Leica VMHT или на Fisherscop HM2000 XYm; контактный модуль вдавливания Е на Fisherscop HM2000 XYm; остаточные напряжения и ширину рентгеновской линии на дифрактометре Shimadzu XRD 7000; глубину упрочненного слоя на Leica VMHT.
IT
IT
Сопротивление упругим деформациям рассчитывали по формуле Н/Е.
IT
IT
3
2
Сопротивление пластическим деформациям рассчитывали по формуле Н /Е .
Сравнивали значения параметров состояния поверхностного слоя и физико-механических свойств всех обработанных участков образца. Выбирали обработанный участок, показатели качества которого соответствуют техническим условиям на изделие. Для производственной обработки деталей назначали режимы обработки выбранного участка.
На основании проведенных исследований выбирают режимы обработки, позволяющие получить требуемое качество поверхностного слоя металлических деталей. Проведение исследований обработанного поверхностного слоя проводится на одном образце, это позволит повысить достоверность и точность информации за счет обеспечения-однородности испытуемого материала на различных режимах обработки, снизить трудоемкость и упростить процесс, повысить количество информационных данных о показателях качества обработанной поверхности, снятых с одного образца, значительно сократить количество образцов.