ТЕХНОЛОГИЯ ТРИБОМЕХАНИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
Байбарацкая М.Ю., Машков Ю.К., Пальянов А.А. (ОмГТУ, г.Омск, РФ)
The paper is devoted to the results obtained while investigation the influence of surface plastic deformation processing frictional interaction on the state of surface layer of the steel. Changes of the microhardness, roughness and structural transformation are also investigated.
Развитие машиностроения во многом обусловливается решением проблемы надежности подвижных сопряжений машин на основе рационального конструирования, подбора высокоэффективных материалов и методов их технологической обработки, выбора смазочных материалов и покрытий. При этом основная тенденция заключается в стремлении к повышению реализуемых скоростей, давлений, рабочих температур при одновременном росте надежности, в частности, ресурса конструкции, снижении массы на единицу мощности. Это невозможно без использования деталей, имеющих высокие физико-механические характеристики поверхностных слоев, так как в абсолютном большинстве случаев именно они ответственны за износостойкость, коррозионную и радиационную стойкость, трибологическую совместимость и другие эксплуатационные характеристики изделий.
Одним из методов повышения износостойкости узлов трения машин является поверхностное пластическое деформирование (ППД).
В качестве объекта исследования была выбрана нормализованная сталь 45. Поверхностная обработка заключалась в статическом поверхностном пластическом деформировании образцов в виде плоских дисков Æ 50 мм. Плоские поверхности после чистового точения имели шероховатость Ra=1,15…1,30 мкм. Обкатку проводили на токарно-винторезном станке шариком Æ 10 мм из стали ШХ 15. В процессе обработки варьировались величина деформирующего усилия в диапазоне от 500 Н до 1250 Н, число проходов от 1 до 3, изменялась величина подачи от 0,05 мм/об до 0,15 мм/об.
Триботехнические свойства обработанных образцов определяли на специальной установке по торцовой схеме трения кольцо – диск при трении с образцом (кольцо) из полимерного композиционного материала на основе ПТФЭ. Продолжительность испытания составляла пять часов при контактном давлении 1,5 МПа и скорости скольжения 0,6 м/с.
Влияние ППД на механические свойства оценивали по изменению микротвердости поверхности образцов. Для получения данных о характере изменения механических свойств по глубине зондируемого слоя изменяли нагрузку на индентор прибора ПМТ-3. Величина шероховатости измерялась на профилометре-профилографе модели 201 «Калибр». Для исследования структуры использовали оптический микроскоп МИМ-8
Анализ полученных результатов показал, что в результате статического ППД происходит упрочнение поверхностного слоя на глубине до 10 мкм. Наибольшее влияние оказывают величина деформирующего усилия и число проходов.
Установлено, что наибольшее упрочнение наблюдается у образцов, обработанных с максимальным усилием Р=1250 Н при двух проходах. На глубине 2,3 мкм микротвердость увеличилась в 2 раза.
Анализ структуры показал, что под действием деформирующей силы происходит дробление феррита и формируется в поверхностном слое мелкозернистая структура (рис.1).
а) б)
Рисунок 1- Структура материала (х125); а)-исходная,
б)-ППД с режимами S=0,05 мм/об, N=2, P=1250Н
Анализ результатов исследования влияния режимов ППД на величину шероховатости показывает, что при всех режимах обработки, не вызывающих задиров поверхности, происходит снижение высоты микронеровностей по сравнению с исходной. Наименьшая величина шероховатости формируется при обработке поверхности за два прохода с деформирующим усилием Р=750 Н и составляет Ra=0,1 мкм.
С целью определения оптимального сочетания режимов обработки использовали математическое планирование эксперимента, был разработан план факторного эксперимента типа N=23. Описание части поверхности отклика математической моделью для трехфакторного эксперимента осуществлялось с помощью полинома второго порядка. Параметром оптимизации являлась скорость изнашивания, в качестве независимых варьируемых факторов процесса обработки металлического контртела были приняты: Х1 – число проходов N, Х2 – подача S, Х3 – сила деформации Р.
Уравнение регрессии в кодированной форме имеет вид:
I=(42,688+6,138Х2+5,163Х12-7,925Х23)*10-4
Анализ полученной зависимости показывает, что число проходов и сила деформации незначительно влияют на величину скорости изнашивания полимерного образца (коэффициенты регрессии при Х1 и Х2 - незначительны). С увеличением подачи скорость изнашивания увеличивается. Уравнение позволяет определить оптимальные режимы обработки поверхности металлического контртела пары трения методом ППД, которые для исследуемой области равны: S=0,05 мм/об, Р=750Н. Эти режимы обеспечивают снижение скорости изнашивания по сравнению с необработанными образцами (I=10-2 г/час) в три раза.