автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Влияние структурно-неоднородного поверхностного слоя на физико-механические и эксплуатационные свойства стали 45, подвергнутой электромеханической обработке

ВОДГОГРАДСЖЙ ОРДЗНА. ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОШЯЕХНИЕСЮЙ ШСЙПУТ .

На правах рукописи

Д гдкЕна Наталья Геннадьевна

ВЛШЕКЗ CTF/m'PiS-fiECJJiOPO^OrO- П0ВЗРХНССШ0ГО СЛОЯ НА 3131'2Ю-:'СХАЙ1ЯЕС5СЕ 1-1 ЭКСЛЛУАТАЦШШЫЕ ■СВСЙС13А СТАЛИ 45, 1ЮВЕРГЯУТОЙ Э1ЕХТРО;,ЕХйЫГЕСКОй

Сйедкалънсють 05.02.01 •^материаловедение в машиностроения" (промиигекно стъ)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учеяон стелена кандидата техникескнх наук

ОБРАБС'Ш

Bwar-viград - ISS2

Работа выполнена на кафедре "Детали иааин и ШУ" Волгоградского ордзна Трудового фасного Знамени политехнического института

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведуаее предприятие

- доктор технических наук, профессор | А.В.Гурьев|

- доктор технических наук, профессор Тескэр Е.и.

кавдидат технических наук, доиент Еапочкин Б. И.

- Волгоградский тракторный завод

Направляем Вам для ознакомления автореферат диссертации соискателя Дудкиной Н.Г. Просим Вас и сотрудников Вашего учреждения, иктересукщихся темой диссертации, принять участие в заседании специализированного совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью по адресу: 400066, г.Волгоград, пр. им.В.И.Ленина, 28, ученому секретарю специализированного совета К 063.76.03.

Залита состоится "25 " тоня_ 1992 г. в 10 часов

на заседании спешализиросанного совета й 063.76.03 в Волгоградском политехническом институте»

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института

Автореферат разослан "¿0" мая

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук;

доцент

В.И.Дыс&к

ОЕШ ХАРАКТЕК'ЮТ!¡КА. РЛЕСТН

Актуальность теуд-. КокструнтонЕгая прочность деталей ма-шш во многоа обуславливается с-тружгурици соотсяшгм и шхана-ческкж свойства!.« поверхностного слоя, котор^а, как правило, отлетается от свойств основной на зы металла.

Ссобуа роль приобретает поверхности^ ело?, с П£,едвар"лтельно наведенной структурой, похучгекой путем деханззесксто, жегзко-терилческого, элеятрокно-яучевото и других звдоз дсздействдя. В кастойпез врем достаточно ац:роко изучаются :.:етода, напраален-кке ва формирование в поверхностном слое высокопрочна* сиедн^и-?союос структур, так Е.»:зг?-?едадс "башх слоев". С да юл аз эй^гк-тпених технологически приемов ьоздеСстзкя аа поверхиостнлЗ слог., дозволяемы создавать структуру белого- слоя (¡,;элк.одасзерепого • мартенсита) является :-."с::?рокеханкческая обраЛя«« (ЗаО) деталей. Будучи осгозанной на комалекснсы тг1.:лературно-де|ор1лацЕсн-Есл. г0зде.":схзки с кспользованием подзодшой в гону обработки энергии электрического тока, электрс-\:ехань"ческая обработка позволяет в наиболее полно/ :лере реализовать заложенный природс2. б иатеркале црочкостаке к. другке механические свойства а знаяг-тедьво повисать 22 эксплуатационные характеристика. Однако, до • настоящего времени недостаточно изучены вопросы ьормироваипч структуры белого слоя дра электромеханической обработке, влияния структуры упрочненной поверхности на конечное физихо-йеха-нкческие ж эксплуатационные свойства материалов для обоснованного управления зткаи сволствает..

3 са^зи с эти.! работа по установлении заксоиерксстей ронакгл белого слоя при злектрокехангческок обработке г влиянию наведенной структуры поверхисста на скспдуатрцдовяке свойства упрочняемого затерзала являемся актуальной н представляет научны!. а практический интерес.

Актуальность представленной рябота подтверждается внголзз-ннеи ее в плане целевой геидлезеглоЗ дрегразыа Манз/зг РС-1СР "Надежность коясгрукцш:'1 (кед научного кадрЕЕлекгя и тек; 55.0Г/С5;. 55.03; 55.CI.IXi £5.СЗ.СЗ).

• Цель райотн. Зселгдезаддз с^онсмерыостеЛ ■Зсржравангя структура белого слоя ¿грд элБктроггегандчоскоЗ обрабо""*0 и. получение завлсшосэей, позволягаих целенаправлено создавай, струк-

туру поверхности с целью довшения работоспособности изделий из конструкддояшх углеродистют схалей.

- На. защиту вкносятся:. теоретические £ экспериментальные исследования процесса формирования структуры поверхностного елся в результате проведения электромеханической обработки; особенности обраьоБанЕя структуры "белого слоя" в процессе электромеханической обработки; результаты исследования: механических свойств стали 45, обработанной электромеханическим способом; кнЕетика процесса микроиеоднородного деформирования образцов стали 45, узрочкзкной влектромеханзческол обработкой; результаты исследования влияния "белого слоя" не циклическую прочность стали 45 и практические рекомендации по оптимизации топогра£яп белого слоя» способ комбинированной обработки поверхности -вдектрсшсханическая обработка в сочетании с лоследгзгпс;: поверхностным пластическим дефоршрованиег.:. (КлС+ИДд) и влияние этого способа обработки на эксплуатационные свойства стачл 45.

Объекты я методы исследования; Объекте:.; исследовался являлась среднеуглеродистая сталь 45 в нормализованном (H_j, 22СС :,Ша; к закаленном киздоотдущенном (Н^ 550C ..Па) состояниях. Пря выборе материала для исследований учитывалось шлрекое применение стали в машиностроении, а также высокая удрочняемость при 3MQ.

Процесс ЭШ осуществлялся на базе токарно-вннторезяого станка IGK20. Сущность обработки заключалась в том, что через зону контакта ваглаливандего твердосплавного инструмента с обрабатываемым материалом пропускается ток большой силы (300-2000 Â) и какого напряжения (2-7 В). При этом усилие на инструмент Р = = 200 Б, скорость обработки V =0,05 м/с, а подача S варьаро-•£злась в пределах от 0,2 до 3,0 мм/об, что дозволило получить различную топографию поверхкjcte.

Качество поверхностного слоя оценивалось методом микротвердости на установке ШГГ-З, Структурные и разовые изменения в поверхности изучали с помощью оптической и электронной жкросксдк: редтгеяоетруктурного анализа.

.'¿схашгчеевке испытания образцов проводили на универсальной разрывной ;лаш2не УÎJ5-I0TM с прецизионной записью начальных участков деформирована.? с помощь» тензометра омического содротквле-Ш1Я с точностью измерения дефориааай дс I 10 Процесс ми-.

кронеоднородас! деформации изучает нетодои редерных -точзк, наносимых с базоЗ 20 ши при нагрузке 2 г на приборе ¡иГГ-З, снабяеи- ' кш специальным автоматическим приспособлением для нагрузки, что' обеспечивало уверенное получение очень малых отшчатков.

Циклическая прочность стали 45 с различней топографией белого слоя на поверхности оценивалась путем проведения стаядаргвнх, испытаний (ГОСТ 25.502-79) на цашше БУ-ВООО ло схеме чистого изгиба при вращении. - .

Обработку результатов испытанна я расчет теоретических ь:о-делей проводили на ПЭВМ.

Научная новизна. Новым научным подкоЕием работа является раскрытие основных зйкс^омеряостей формирования структуры поверхности при электромеханической обработке к влияете павздепаой структуры белого слоя на изменение механических свойств, кнкетя-ку деформаций и разрушение ехали 45 под нагрузкой:

- раскрыта природа давлений при с:'3, как комплексного параметра контактных напряжений от механического давления на инструмент и терыоупругих напряжений, вознихаадюг при нагреве локального 1.гп-крообъема, что позволило определить энергетический коэффициент Ед, характеризунцкВ условия образования белого слоя при электромеханической обработке;

- предложены расчетные завзсшостн, связывающие топография уп- " рочяенной поверхности с технологическими параметрами (скоростьэ * и подачей) электромеханической обработки;

- уотаг:смены закономерности изменения физико-ыьханичзскиз: свойств и кинетики протекания мнкропласгичеоких дефоркадиЗ стзяз 45 от структурной неоднородности упрочненной поверхности при Б!Й»

- определены закономерности изменения циклической прочности стали 45 от различной топографии поверхности после электромеханической обработка.

Практическая ценность. Полученные в работе расчетные зависи* мости позволяет назначать режикн электромеханической обработки, обеспечивашке требуемую регулярна у структуру поверхности в зависимости от коЕкратннх условий эксплуатации, что ведет к поекзэ-нда работоспособности и гааплуагесЕГОяной надежности упрочняеинг изделий. Установленные законоиерносга изменения статических а циклических характеристик стала 45 от топографии упрочненной поверхности позволят давать рекомендации по выбору оптимально^ структуры поверхности с точки зрения махешального аошзанвя механических характеристик.

Практическая реализация иссдедоггнкй углеродаегнх сталей, упрошенных проявляется в возтакностк поензйнея стойкости плоских ноже£ ко^евенно-меховой прошЕленностк.

По заданна Тураевского ПО "Союз" (г.«1оскЕа) спроектирована и создана комплексная установка для проведензш электромеханической обработки плоски поверхностей изделий. Разработана технологическая документация по упрочнению рекушей кромки плоски ноней в дани рекомендация по выбору оптимальных режимов 3.&, основанные на результатах настоящей работы. Промышленное внедре- • ние технологического процесса 3£ плоских ыогей на Тураевеком Ш "Сото* позволило подучить экономический эффект - SC тыс.-рублей. доля участия a¿ropc в этой суизге - 20 тыс. рубле£.

Апробация работы. Основные аодохевзя работы к результаты исследований докладывалась в ISS4-I9SI г.г. на научных конференциях аолгПи, на областных, жгреслубллкансках, всесоюзных конференциях: на I Всесоюзно" кон.-.еренцна "Действие алекгромагниткнх полей на пластичность и прочность металлов и сплавов" (г.Ермела IS87 г.), на У Всесоюзном симпозиуме ";<1алоцикловая усталость -критерий разрушения и структура материалов* (г.Волгоград, 1987), на. ¿,оесспктой коа^ренши "Прочность материалов и элементов кок-струкдск при зь/ковыг з ультразвуковых частотах Еагруавния" { г. Г-изв, ICES г.), на Всесоюзной Еаучко-технЛеокой конференции "Разработка к промышленная реализация новых механически и фк-зако-згамлчзских методов обработки"(г..'.!оскза, IS8S г.), на Ьсе-соезно'2 научно-технической конференций "ловышенке качества ж надежности продукции, программного обеспечена ЗВл и технотес.лх средств обучения" (г.Яу£башев, IS3£ г.), на 7III Всесоюзной на?» _учно-те;шнческо£ конференции "Структура к прочность ;.:агериало£ в широком диапазоне температур* (г.Каунас, ICCS г.), на Всесоюзной се:-шаре "аяектроаизическяе ьтетоды и технологии воздействия на структуру з споЁства металлических материалов" (г.Николаев, IS90 г.), на II Вс?союзной конЗерешнг п£а£ствие электромагнитных яслей на пластичность ж прочность .татериат'оз" (г.Ер-иала, I99C г.), на ;.:егреспублзканско£ научно-технической конфе-решаа "Прогрессивные кетодн получения кон етрукциоиных материалов и конструкций, поБьпаюссс долговечность детглеГ; шзын" (г. Волгоград,IS3I г.), на Всесоюзном сз;.;янаре "слектрсыагнятные воздействия к структура материалов" (Есблево, 1991 г.).

--------------5

Публикации. По. теме диссертации опубликовано ТЗ печатных райот,.получено I.авторское.свидетельство СССР.

Структура и объе?< раоотн. Дассертацги состоит: ез введения, шин. глав, выводов, списка литературккх ссточнанов (134 наименования) и приложения. Собъем работы 210 страниц , пз которых текстовая часть^то, рисунков 73, таблиц 5 , приложений 3 .

СОДЕРЖАНИЕ РАБСШ СОСКШНЙВ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ Ь'С0Иф2А1Ш

В настоящее вре::л особое внжаияв уделяется формкрОЕОнпв в поверхностном слое такгх специтическах структур, как "белый ело;!", обладащнх високой твердости:, низкой травииостью, пови-зеаной пэаосостойлоотлю 2 коррозионной, стойкость».

Сдяел из методов получения "белого слоя" является электромеханическая обработка. Несмотря на шз-щкеся ,Ъунда:леЕталытыс работы Л.В.Еургсдорха, .'.'„ГЛ/аксгока, Е.М.Аскгкази, З.З.Рнесш, ¿.¿.Бращкасг др. по псследованза процесса злэнтрсмеганячзс-ксЗ обработки ксяструкнпслянх металлов 2 сплавов, б настоящий :.:о;,:епт кра£не недостаточно сведешь! о кинетик:: формирования структуры поверхности при 3*30, глалопзучешшгля остаются вопроси . вклада деформационного :: теплового воздействия в процесса упрочнена*, практически совериенно ке изучено влияние белых олоев на изменение механических характеристик упрочняемых материалов, .что затрудняет зсдользованЕе данного метода па практике.

На основе проведенного анализа »¿ормулирогана цель работа а поставлена задачи, рззаемаа ь процессе исследования:

- исследование закономерности ?.ор:,;проваягя структуры поверхностного слоя в процессе электромеханической обработка;

- получение рас:ег.таг зависомосте, связкзззадях топография упроч-не::л.": поверхности с техкологлческпмз параметра.'.® ялектрс.мехз-нкческой обработки-(скоростью к подачей), что позволяет аеле-каправдено формировать структуру соверхвссгд исходя кз ксшсрет-ных условий эксплуатация;

- комплексное А:еследоваа;г га.--снс..-эрнссте2 изменения $гзвко-ие-хангческас свойств сталн 45 от 'ологрефгз поверхности после злектрс.'лехакгческо" обработал;

- ясследозаяге влгянпя структурно-неоднородного белого слоя па тарактеристззка усталостной прочности, с. целью назначения напбо-

ж: г элективных режимов позкшгясах повышать усталеетнув 'прочность обрабатываемая материалов.

- поЕХ13К2е ¡кЪтектизносгк и расширение применения процесса ЗШО путем использования ее в сочетании с поверхностям пластическим деформярозанпей (комбинированная обработка

- внедрение результатов ксследованта.

. •ЛР.ЗШЗАНГ'З СТРШУРИ ШЛЕРШ)СГ.:0Г0 СЛОЯ дТМ1: 45 ' ПР/1 ШгЖШАХРШЖЯ ОПРАБСТКБ

Б саэделе приведен;»' теоретические и экспер™.:е::талы:че ;:с следования структуры аовергпостяого слоя стад:: 45 при электромеханической обработке. ^звесг;:о, что особенностью всех способов обработки, направленных на г-ормздрогание белого слоя; 'яьдястся определенные тешературно-дегормажонные условия, которые Г.И.Еа-бе* предлежи оценивать энергетическим ¿;оэ х дшентом Кд

где Т - текаеретура в локальной объеме ¡.-ет&гла, °Г;; Р - дазде-к:-:е в локальном обьеме кетадла, 11а; I - вре?ля температурпо-де^ ^оркацаонногс г оздеЛстки на локальный объем поверхностного слоя, сак; .7^ - температура закал:-::! металЛ&, с - удельная теплоемкость «йгераала, З^есь за параметр даелекяа при-

нимается усилие на обрабатывании? инструмент. .'Хя ЭМО давление на обрабатываний •лнетрутлеат чрезвычайно мало (60С :Д1а). 3 этой случае подсчет коэ'Даш.'ента Кд ас формуле (I) аоказкшет» лго при :.х его значение оказнваетсл суаестЕекно закдг.енкьг.: по сравнение с друпоти ыемдаг.-:.: ^бработхд, что св.дательстзуег, согласно К.ЛЛебег,, о невоз.-голсносги образования белого слоя.

Пред.ю-е.но пк электромеханической обработке рассматривать деформационную состагяяищую в формуле (I), зап::сяве2 не только от кехашгтесчого давления, вызванного усилием деформирующего "зегру.мекта, ко и следогваем теплового расширения япкатз:-:ого обье,'.©, в зоне контакта гяотруаента с обрабатываемой аонерх-постю. Рассматрлваечая модель возникновения герглоупругих Р",-срядена? (р/сЛ) в локальном объеме метал-ча, окруженного холодцов :,;етадлическо2 штрщей, показано, что б зоне контакта вы-глажгаавдего инструмента с обрабатываемым материалом при Э?Ю ' Еозндкатт довольно высокие внутренние (термоупругие) напряжения,

вызванные высокоскоростным кагрезоы при эдгабаткчс характере процесса, которые необходимо учитн^ть при фораяроваилп бе- , лого слоя. Тогда фзриулу (I) могло представить з следудац виде

к - ш.. (Й- + )

где ^ - контактные напряжен-.зд, определяемые кехайичсск;« давлением на инструмент; - термоупругке напряжения, являющиеся следствием теплового расширения. Расчет по форм/дв (2) показал, что значение энергетического коэффициента К^ при С«'.5С соответствует общепринятому интервалу Кд , сбеспечлва-лз.ему со-лучзкп& качественного белого с-поп на поверхности металла.

Процесс иерзмеквам электрические током носит импульсный' характер теплового воздействия на обрабатываемую поверхность, в результате которого поверхностный слой материала после обработки представляет собой совокупность отдельных высокопрочных фрагкен-тов белого слое, ка'гдьу из которых образован за один сслунериод прохождения электрического тока. Сарглетры отдельных аратгедтов белого слоя, такие как о.ор:.а, размеры и взаимное расположение ео многом определим качество позерхдосткого слоя после электромеханического удрсчнешл и счазввазт влияние на .эксплуатационные своЯиза обрабатываемых деталей.

На основе анализа .^эрмнроБаная ед:дЕтчнсгс фрагмента белого слоя в течении одного полуп-зрисда злздтрг'чаского тока ' при Эй'О, получены расчетные зависимости, дсзеслявдш? при известных параметрах обрабатываемой поверхности дан выбррдшо-го дефсрлирушего инструмента , определив амплитудное значение тока ь завксшосхи от требуемо! толщины упрощенного слоя, расч;!гать величину сксрссти и подачи, аеобдодммце дня яодучепк-наяеред заданной регулярной ^труктурк (топографии) поверхностного слоя __

«г.. /г 0 с ! г-Р-Иг

V' . а гейт * __

где й - радиус Енстру;.:г;па з шюскосхз, аараляелькой -.г; обр1»*

баткваедол цилиндрической поверхности, 2 - радоус пгстру-

е.

выта в плоскости перпендикулярной оси, обрабатываемой цилиндрической поверхности, ¡а:; _р - радаус крзьизян обрабатываемой поверхности» мы; 8 г - высота илкронеровностей, ш; 0 - частота, тока, Гц; За - амплитудное значение тока, А; ^«¡п - мишмальное значение тока, при котором возмоеео для данного материала образование белого слоя. А; б ок~ размер неупрочяенной 2 о не в о ¿чуток наиравсейпи, аи; $сс - раз.мер неупрсчкеннсп5 зоны в осевом направлении, т.

Рассмотрено вгашез* тешгофпзЕчеекцх процессов при электромеханической обработке ва сформирование структуры упрочшкмой поверхности.' Отмечается, что при псохозденкл тока через '..«¿сто контакта детали с «аегрукеятоаг, образуется внеохотёшвратурянй объеы высокая скорость охла-здзпая которого опредэхчется ануенсиьнш отводом тепла вглубь материала, вследствии чего вокруг аасокотеы-ператур.чого оОъе:.:а имеется зона термического влияния, спектр температур в которой меняется от 1400-1500 °К до температуры окру-казсщей среда, что сказывается на изменении структуры поверхностного слоя обрабатываемого материала. Делается заключение, что ;г.ор,жроьадпе структуры поверхности яри электромеханической обра' битке протекает в два этапа: первый - это образование фрагментов

белого слоя от воздействия внешнего теплового источника (инстсу-

„ ' О

кзлта); второй - это изменение структуры поверхностного слоя за

счет термического воздействия е результате отвода тепла при охлаждении фрагмента '°лого слоя.

Оценка мегсдсп микротвердоста физико-механических свойств поверхности образцов из стали 45 с различным расположением вин-тоооразкых колос (треков) белого слоя на поверхности, выявила болзщус структурную неоднор: .таость в поверхности,. ызвапнув ке-рзвно^ернк»; распределен:^ з-/ повышенной а пониженной твердости. Ори это„. резкость -перепада максимального и шнпгялыюго значений твердое^ происходит в пределах одного зерна.

Проведенные элехстропко-^инроскопические исследования доказали, что в обрабатываемой поверхности шеет место структурная не-едкородноегь, яьлягодяся результате:.: рассада мартенсита белого слоя и аарт<=нсята згишлки стали 45 на составлявших от со^ Змно-трооститнош до ь-артечеитгой структуры, б результате к^тч-■1ия. градиента внеоках температур е зоне термовлашшя.

- . ТалЩ образом электромеханическая обработка ведет к фордкро-.

ваншо крайне неоднородной структур« в ловзрхносг ом" слоз, :са- : растеризуемо! высокой степенью анизотропии прочростяых а плас-" ' тических свойств структурных составлякщях, что пз ткет пе сказаться на повздеши ¡.терзала под нагрузкой и з условиях эксплуатация.

МШНЗШЯЩ свойств СШИ 45 ПОСЛЕ

алашсшАшявсйои СШЛШЙ

В настоящее вре.ед э отечественной и зарубежно! литературе , практгческа отсутствуют данное об изменении физшм-шшшесзж свойств после элекгрс:.:эхгнтескоГ: обработка, в особенности. о зазасшссхл этих свойств от топографа поверхности доела ЯЛ). -иехскичэсад© своЛстпа опраделялнсь при испытаний па статическое растякеквз упрочненных 3*0 образцов из пормалззсЕанкой стали 45. Глубяна упрочненного слоя состазляла-аорядка 200' жи, что ао отношении к с;зсму сэченаа образца составляло 2 %. Топография поверхности определялась различной степень» перекрытия треков белого слоя.

На рис.2 представлена сводные графики изменения кехшпгчвс-' ких характеристик стали 45.в зашгатаостг от топография упроч- . ценной поверхности при сйО. Установлено, что ас иере облачения треков, характеристик прочности стали 45, такие как, предел текучести впредел прочности б*в растут и достигают своего иакекмального значения при%сплошном ¿¡злом слое. При ¿то«.? характеристики пластичности, такие как, относительное удокшешш <?, относительное сужение ^ , несколько аадаит. .Характер талона меняется с волокнистого на кристаллически* с плоской поверхностью раздела. Это свидетельствует о склопнсстя упрсчпепшсс об-раапоа к хрупкому раэрушенсг, прхтчшой которого является иаиа-чы» высокопрочной структура, зятрудшшцей реаляяацзв пластических сдвигообразований на поверхности.

Для выяснения чрезвычайно слогной картина форшросатм комплекса механстескас свойств стал.! 45 с гсянем ^труатувко-но-одиооодкш иоверхностпш сдаем, долученньп прк ЭЬО, проведено пряное детальное ;:аучсяае нволпороднестя деформаций по ишрооб-ластям в процессе пластического до^орш.розангл. 3:г?..—"~ закпи*-мбрясстеИ ьшрекеодиородной пластической деформации способствует покпзлагхр тога, кадям. образом йормиру»угся прочкоетпке. я плас-

iäojteja. TepMoptpyrax BaajmeaHl a"

■liosaEbEoM oOocmo :.t3ra.ua

i

iiiO.X

ceo.tohä rpacaii h3:tei;s!uj£ usxauinacka:: xapaiccepacTKK cxajy: 45 noc.ie smo e aasacJUJocTJa ot Toaornacpaii

eoecpxhoc5k

sm

Pari. 2

■ ■ ' л :

пгчеекие свойства сплава в цело;,?, дают представ-энез о характера -начада. ¡^распространения пластической де^оргацлс по объему, которое подготавливается прздаеетвуадей шист^еслой детюриац;;--е2. Наличие на поверхности образцов треков белого слоя существенно меняет карглг/ протеканля гвшрогластпческж; деАоргъат,:!**. Зто проявляется б докализгпЕЗ р1 .асределбшг 1стрсд©£сри51:.ай: есла деформация в исходных образцах прохода® одяоуодя? лоергд-стьоя равномерного распределения по всеР длже образца -л локальные всплеск™ мшфодеформациЛ не арззшавт значений г^ 2, то наличие на поверхности "твердое" треков вздет к резкому шмё-еешта механкзча сдвлгсоОразсзаяня. Наибольшая интенсапность глкродефоркедиЯ { 2,5-3) наблюдается по глссроучастхам кой" прослойки (походный м&тернел), чегда лак пластическое тэ~ чениа со «лесоучастком белого слоя практически отсутствует. По мере сближения треков, т.е. о утдеяьшекшл доли "мягкой" -слоГжг, наблюдается увеличение уровня локальных всплесков иг-кроде!ормацп2 а "иягк.';" прослойках (г^4,0) при сохранена:! барьерного аффекта белого слоя. Расчет коэффициента варпадки К показал,.что по .даре сбдлгекия тргкев белого слоя, уровень неоднородное^ г/икропласткческого течения деформируемых образцов зозрастазг, свидетельствуя о еклоиностз упрочненных образцов к. хрупкому разруыеяла.

Прк приложении ви^шке£ нагрузка на границе белого слоя с исходным мзтеряалом неизбехне Бозкилновенке слоиого налреканно--деформированного состояния, вызванного совкесхас* де<;ор;/<зд:ей различных по сбоям свойствам элементов структуры, каюощ яьля--стел оежй сло2 л яс\*бдныЯ материал. Проь*ж*кныз рэлчетк напряженного сос7ояк:;я образцов со сплошным б^лкл слой»: зргг продельной упругой отзоегтелгьчой дефер'-гадш, показали, что сердаешна образцов находится в усчог-'чх всестороннего перэвноосього ргс-•лггенш, в то дрета как белому слою соответствуя? еялнаюцче тангенциальные напряжения. Лов^'енлз жесткости нггтряжянсго сс~ стсйяв! в облаете стака двухс,чекчо1 гс'стозяциз по сраЕнеялэ.с ■ запряаегао-деферировачным состсоткяк пеугЕрсч-енног-о образца приводд? к. уьеядченгг статкчзской прочности ка уровне предела текучести, что йсдтг.сргдаета1 дэретеЗ схсг.гтгоатьз расчета с з:'-саергслыгесм, а такне лрлзодст к изнеаепжэ вдда кррс?-"^ -рэвакгя, нлнетгхл лостедакад иикропласгсческих деферияцгй н характера чзлела /ирочнс?ьсго образца.

Л;,, , ' ; ;.'■' ■ 12;

Наготе на поверхности высокопрочной структура, каведенног 'ЭМр, ведет к существенному изменена© усталостной прочности стг : ли' 45. Так предел выносливости иормалгзованяоЯ стаял 45 увеличился'более чем на 20 а долтовзчаость в области ограничение усталоотд возросла более чек в пять раз. Следует отметить, чте уотадсстаая прочность материала зависят or топографии упрочнег ной поверхности: tax с увеличением сплошности белого слоя кабл дается рост предела зыносливоста и увеличеназ долговечности, причем максимальное значение предела выносливости достигается пра ешкшои белом слое. ■

Электромеханическое упрочнение закаленной стала-45 ведет г ■аацеьюю'цшашческсЛ прочности, одной аз причин чего ядляется калдчке розупрочнеккой зоны (зо'л: термовлдячия) Еокруг фрагаев та белого слоя, ведусь к пздвлекгж веблагопряятнстс остаточных напряжений. Показано, что проведение операшш поверхностного пластического деТ-ормированая (ПЦД) путей обкатки роликом, как •^инашсц после алектро;:еха:-;дч2ско2 обработки закаленной ехали 4ЭЛ)+ППД), позволяет повысить усталостаузз прочность ва 15-20 $ по сравнению о исходным значении.

• 1акш образе::, проведение исследования показали, что структурно-нееднородное состояние поверхности после электроме-■\ан:г:эзко£ обработки существенно гзкекяе© :.:ел&чэтес<сие csoSotb стали ¿5. Получищые зависимости между структурой и свойствами исследуемого материала позволим? дельнаправлено ^ормзаровахь структуру поверхности исходя из конкретных условий экоплуатагы

PASPASom -тгднсжмЕсясгс шчдаяд

яэасг ОБРАБОТКИ ДЬ УПРОЧЕКЩ шгосюх. •

.'.ijxza тав&вдьва&жа ирожш::С1Я ••

. На оснозакгд -¿с следования структуры упрочненной поверхности к устзксвлспдлс завас/>:осте£ топографа! поверхности пра , электромеханической обработке на прочность а долговечность ш-теркалог предлойзяа технология упрочнен»! плоских нолей, зак-лйчащэяся в ньмдонка сплошной ленты (трека) белого■ слоя,"о рс.душа£ кромке плоского доха из -акалакно?- еталч 7G, киекггего ; сехшнтообсазную £.ерыу. (радиус реаушз£ кромки 160-240 км, тол; ш, иирина 100-150.1Д!).

Упрочнение ножей проводилось' на.фрезерном станке, подало-

&

ченко:л к электросалсвопу блоку. Лабораторные гс&гвдовакия бы-явили оятжальяна реагин злектрдаехаягчеексй обработка с точки" зрения; мжсжалькой" толщйкы а упрочняемостз' поверхности. В ре- .. зулыате поьерхяосгяая твердость упрочненного кздслзя возрастала в 3-4 раза прз ходане упрочкекного слол до I ш, уст&тост-ная прочность возрастала ьа 30-4& %, а далгова^ностъ в шесть раз. Промыоленвие -лспстазгля аодтвердияк 'даззке лабораторных яспытаааЗ - стойкость нсзе5 увеличилась в .5-6 раз, ао сравнению с объекноа закалкой ао заводской технологии. Экономическая эффективность ст внздрвЕсл ЕЛО составила 60 тыс.рублей (дола участия автора в этой суг^е - 2и тыс.рублег), .

В плане практической реалазацот результатов исследования решены следу зэдгз задачи:

1. По оачаякю 1ураевского ¡¿илюстроателького сбъедаиензя "соез" (г.1<!осква) разраоотан, изготовлен н сдая в эксплуатация технологический гс:лпекс для З^ЗЭ плосках поверхностей.

2. Ба я/с "Сокз" внедрен технологический процесс элестроме-ханическоП обработки регудзй крсш? плоских вояеЗ, позьолялг::й увеличить ах срок службы.

•3. Разработана технологическая документация, дозЕОлящая назначать наиболее элективные ре&кш электромехатаческой обра- . боткк реяуцей кромки шгссклх яо«е».

ССЕОВНЫЕ Ви30£Ц .

1. Еа основании ааагаза предаоязнной ¡¿одела всзклкновенад териоущ угдх яалрязеккЗпри адиабатическом характер«» процесса . • электромеханической обработки в зоне контакта инструмента к об- . рабатываеглого материала определен гкергетачесюй коэффициент Кд, умававлидаигай условия >арштровак::я белого слоя. Для этого ев^.сно понятие чраведекаого давления, зависящего от обычжос ксктактных надрякетЛ дри сплсым воздействии я тгр^судругих напряжений. Показано,. что при Э./£ преобладающи являйся тершуп-ругие паарягекия, тхо позволяло получахь зкьчен~е ззергеткческо- • го коэафздленга сооазетсхьузкее о^геярЕн^тоьу ¿штервглу Кд. который обеспечивает аолучениз г£--зсхб£ь*ккх белых слоев» .

2. Предложены расттсзче -заваекюати, связг^-ащяа топогра^г:: упрочшгЕноЕ доьгрхностл с .технодогичес-чллп даранетрада эл&ктро-

• ^

V.лякическо£ обработки (скоростью и подачей), что позволяет целенаправленно формировать структуру поверхности с наперед заданиями фез230-.аехан?ческямл саоЛс-хзаиа.

3. Проведенная оценка *пз:;(о-г.:еханпческ7о; свойств, структурного к разового состоянья псьерх1:остп стаи 45 после алектроме-хаютесгсой обработки с исаакьзоваккеа метода, цихротвердлсти,

.; электроннснкикроскоазческого и реатгеногра«аческого екальзов выявила большую структурную неоднородность, Боледстние распада иартенелтпой структуры наведенного белого слоя и мартенсита ■ за-' кадки да ряд ссгтавлкхздх от сороитно-трсоститной до мартзнсит-•ной с вксскои степень- аназотрог'ш свойств струк:урных составля-икк, что лказиваеток кг повадгнш материала под нагрузке".

4. Анализ кинетики образования наведевкс'; структуры белого слоя пой злемрсайгакичбсхой обработай показал, чго" ¿оршрова-нле структуры поверхности протекает в два этапа: первый - это обра-зевание ¿р'йгиеитов белого сло<: б результате ьисокотемаера-турного, шлзульснсго нагрева от внешнего теплового псточши'л (кйстру.:«кта); вгсро-Л - это .заеаенае структуры поверхности за счет терлшческого воздействия ь результате отвода тепла ери сулггаеяиа траглеьта белого слоя.

5. ¿ля обоснованного управления -физико-? »хансческжи свойствам.» стали 45, обреботаьцсп олек'тро:.!ехаЙ1ческ'.гч способом, проведана оценка .влияния структурно-неоднородного - поверхностного слоя ка моханичеекче своЗогва стали 45 путей ниавтакий 1га растл--гевге стандартных образцов. Анализ в.ща храгнх деформирования в характера разрушил образцов кз стали 45 с различной топлразвей белогс сдоя ка яоЕзрхкссгк показал, что но .¿еоз увеличения оСгет.но! дэлц ¿елего по£.ер:г'осгаого слоя характеристик.; ярэчиос-

?а б"3) увеличивается, г ч&рактерпстигч ^¡ластичностй' ((Г,

Щ ) у^ень^агл-ся. При &то:л проявляется склонность упрочненных образцов к хрупкому рззрулеккв.

- £. Исследование кикэтица протекания ь^асрояесдаорсдаоЕ д&'-ор-ьацли на образцах стали: 45 с различной тоаогре^-сеК упрочненной поверхности после С..Х' показало суцесггеняое линяние структуры поверхности па характер протекания мпкроалаетичеекпх декору паЗ. Установлено, .что локальная деХораация ас гяжроссласдчм пресекает краЛпе неоднородно: ьаабслыпчя интенсивность иикроипастичес-.ках д.с^сркедий наблюдается в неусрсчвеышх областях гсхсдаого"

материала» тогда как белый слой затрудняет реализацию минропаас- .. тическкх сдвигов. Оценка уровня неоднородности микрспластичес-ют деформаций с помощью коэ";сицнепта вариация К позволила объяснить закономерности изменения ввда кривых деформирования и характеристик прочности ( б*т, 6ТЛ и пластичности (¿Г, Щ ).в зависимости от структурной неоднородности упрочненного слоя.

7. Теоретический анализ напряженно-де-Зоршсрованкого состояния дри упругом растяжении упрочненного образца со сплошным белнм слоен показал сложный характер взаимодействия белого слоя с ría- . териалом основа : сердкаьнна образца находится з условия всесто- . роннего нерашооского растяжения, в то вреда как белому слою способствует сИ2.:аус;;:э тангенсиальные иапрякенкя. Повышение кесткос-ти напряженного состояния б области стыка двухслойной композиций приводит к увеличен;® прочности, расчитаккого на уровне предела текучести по сравнению с геуцрочненкым образном т 15

£. Исследование циклической прочности нормализованной стали 45 с различной топографией белого слоя на поверхности показало, что наличие высокопрочной структуры ведет к повышению как циклической прочности, так и долговечности в области ограниченной еы-косливости. Поскольку усталостная прочность образцов зависит от топографии поверхности, то даны практические рекомендации по формированию поверхностной структуры: максимальное значение предела усталости (как и предела прочности) достигается при сплошном белом слое, дальнейшее дерекргтие тре-коз ведет к уменьшение' характеристик прочности и является нецелесообразном.

S. Ъля повышения эффективности и расширения области примене-ндя 5Ж, особенно для закаленных сталей, предложено применять ее в сочетании с поверхностным пластическим дй^ормироЕРлкем. Исследование влияния комбинированной обработки <Жн-ППЦ) на циклическую прочность нормализованной и закаленной стала 45 показало поведение предела выносливости» соответственно, на ЯО-25 % и 15 -20 % по сравнении с неуярочвенньш состоянием.

10. Разработана технология упрочнения pescara: кромок плоских яогеи ксЕевекво-кеховой дромыпдеьдоегд, позвеяяксая увеличить ра-асуазпо стойкость изделия г 5-6 раз по сравнению с объемной закалкой по ззбодско2 технологии.

Ддя ТУраеБского машиностроительного объединения "Оста" ( г. Москва) спроектированы» изготовлена и внедрены технологический комплекс к технологический процесс для проведения гяектрйиехаяи-

■ièwKoC обработки плоских поверхностей деталей; разработана техническая документация, позволявшая назначать ваиболеё элективные регат электромеханической обработки рехущей крепки нова. Получен Бконсмический эййекг внедрения технологических разработок - 60 % )доля автора в этой сумме - 20

. Основные результата диссертации опубликованы в следу^-гих работах:

1. Гурьев A.B., Дудкина Е.Г., Федоров Л.З. Влияние структура поверхностного слоя ирг электромеханическом упрочнении на ыехапи-ческне характеристики углеродистой. стали //действие алектромагаит-ыкх поле!- на пластичность и прочность металлов и сплавов: Тез. докл. I Всесога. кон-;;. - 1р:лала, ISS7. - C.I25.

2. -¿едоров >,5., ¿удкдда Е.Г. Роль поверхностных упрочняющих обработок углеродистых сталей в повиеснзе соирстивлендя усталостно:^ разруsskhe //..¿лоцгкловая. усталость - критерий разрушения: структура .-¿атерЕалов: Тез. докл. Воесовз. ::сдмп. - Волгоград, IS87. - C.77-7S.

3. Гурьеь A.B., -Федоров A.B., .Еудрсша К.Г. Повшение усталостной прочности закаленных сталей путем применения кокбнкзрованного способа упрочнения //Повызеюге долговечности деталей ;йшнн прогрессивными ^етсда-лл обработки: Тез. докл. обл.кэуч.-техк. нонхе^нщи - ¿олгогргдДЗЬ?^ - С.о-И.

"4. Гурьев А.З., Дгдкпна il.I'., Здоров A.B. Повышение эксплуатационных характер-'-тик утлеродистнх сталей электромеханическим упрочнение« поверхностного слоя //Совершенствование средств и методов расчета изделий иалгнсстроения: Тез. докл. меареса. кенф. - Волгоград, IS£b. - C.II6-II?.

5. ..аловечко Г.В., Даршев С.д., дудклна Е.Г. Тешературно-сн-довые услегкк образована белого слоя при электромеханическом уп-рочнепЕи//4из.-хгш. мех. материалов. -1288.- £5.- C.ÎC3-III.

S. Гурьеь A.B., Федоров A.Ü., Дудкпна М.Г. Роль структурной неоднородности поверхностного слоя в .механизме пластической деформации углеродистой стали//Струдтура и свойства материалов: Тез. докл. научи. кс-нф. - Ьоаокузнецк, 1935. - C.IG4r-IC5.

7. iy-рьев A.B., Федоров A.B., Яудкила H Л". Упрочнение углеродистых сталей комбинированны-.* методом электромеханической обработкой и поверхностного пластического деформирования //Разработка л ароатленная реализация новых механических а физако-хи-

. V7

мкческих методов обработки: Тез.докл.Всесоюз. Komf ~.'.í..IP88-C.6 ..

8. A.C. I40457S, ЮГ G 01 Л/ 17/00 Способ определении толщи- " не упрочненного наклепоы позерхноотяого слоя /Федоров А.З,, Дуд-шша-К.Г., Асеев й.З. - Опубл. 23.05.88, БлЯ.Л23.'

S. Федоров A.B., Дудкика Н.Г. Поверхностное пластическое дз-сорщированге, как метод повышения Активности электронеханичес-koí обработки конструкционных сталей з различном структурном состояние //Ингенси^дкацпч производства и повышение качества изделий поверхностям пластические деформированием: Тез. докл. обл. ковф. - Тольятти, I98S. - С.88.

1С. Маловечкс Г.Б., Параев C.S., Дудкдва Н.Г. Формарованле регулярной структуры поверхностного слоя металла при электромеханической обработке //Ьестянк мая .-к - 1- J1S. - С.51-53.

11. Федоров A.b., дулкпна Н.Г. Целенаправленное изменен® параметров цоЕерхкостаогс слоя конструкционных сталей комблкпрован-пьк упрочнением (ЗШ+ЩДУ/ПоЕБпение качества п падахноога продукции, лрогра'.ыного обеспечена ЭИМ я технических средств обучения: Тез. д<ли. üespecn. конф, - Куйбкаев,1989. - С.276-277.

12. ¿едоров А.В.,й^дклнз К .Г., йгршссва С.К. Влияние электро-механаческоЗ обработка на цисычзскую прочность конструкционных стале?- зрп комбинированном способе упрочнения //Снижение матери-, алоемксста деталей к повышение долговечности деталей машпн за счет арзкененЕЯ прогрессивных цетодов термо-хнлет.отек.гаческой к механической соработкл: Тез. до гл. рогпсн.коеф. - Волгоград,ISSS

- С.28-ЗС.

13. Федоров A.B., Дудкнва Ч.Г., йгрыкова С Ai. Структурам р.з-кенен-ш поверхностного слоя п эффективности упрочнена? в результате 2.;0 стальных образцов ь различном исходном состоянии // Структура л прочность материалов в кироко;.; гт-хапазоне теглператур: Тез.докл. ХШ Бсесовз. кауч.-техн. koh¿>. 24-26 октября 1989 г.

- Каунас, ISS3. - С.42-43.

14. Шшлккн H.B., Федоров A.B., рудника П.Г.Исследовакие нестационарного поля структурных де..орглаци£ ка упрочненной поверхности с регулярным ежрорелье^ог.: //Структура в грочнясть :.ате-раалов в широком дааяазеле reirzspr^yp: 1вз. дскл. XIII Лсесоьз. науч.-техн. кокф. - Zay-ac, ISSS'. - С.47-48. -

15. Гурьев A.ii., Н.Г., оедороз 4.3. Влекнгоэ тонко— структурно-неоднородного поверхностного слоя на формирование механических свойств металлически: млтерчалоз //Граягця раздела,

Д8 • .

" apwffiocib и разругаете кошюзксионша материалов / Йн-г А.Ф." Иоффе.Л»,1989. --С.60-64. . .

IG. Федоров A.B., Дудкяна Н.Г., Еурышская I.E., Штрнкова С. Влияние ишульсвого высокотемпературного* воздействия ка структуру в свойства поверхностного слоя стрли 45 //Прогрессивные мето-■ да получения' ыатериалов п покрытий, повышавшие долговечность деталей иашпя:Тез. докл.мелресп. кояф. -Волгоград,IS9G. - С.56-57.

17. Федоров А.З..Дудкина Н.Г,, Йгрнкова G.H. Структурно-ые-ханическое состояние поверхностного слоя закаленное сталеХ, уп-рочкешшх электромеханической обрасЗотког: //Электрофизические методы з технологии воздействия за структуру и свойства ?.;еталли-ческих материалов: Тез.докл. Всесога. семинара -сентябрь 1290 -I.,rS9Q. - G.41-43.

18. Федоров A.B., Дудкина Н.Г. Особенности влияния электромеханического воздействия ка механические характеристики конструкционных сталей //Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов: Тез. докл. II Зсесоюз. науч.-техн. кон:";, декабрь I92G г. - Николаев, 1290. - 0.59. -

19. 1урьев A.C., Дудкана Е.Г., Федоров А.Влияние электромеханического упрочнения на механические свойства углеродистой стали //2из.-хиы. механика материалов. - I9SC. '13. - С.26-30.

2с. комплексные исследования структуры свойств поверхностного слоя конструкционных сталей электромеханической обработки Л.Н.Букяшская, Н.Г.^Удклна и др. //Прогрессивные метода получения конструкционннх материалов и покрытие, Еозулапглх долговечность деталел ыашшгТез.докл.чеЕрес.лйя». - Волгоград, 1991.-J.61

Лпчыц вклад автора. В работе /5/, Ешолнеядо;; в соавторстве с другими ;хследователяг.:д, автором предложена ¡.:одель возникновения термоуцругих напр^лгениГ; исхода из адиабатического характера процесса. Б работе /1С/ авторов яреддогеш расчетные зависпыио-ш, сЕкзнБакшие топографу поверхности с технологическими параметрами 3-50. 3 работах /1,5,16-20/ авторов исследована структура упрочненной поверхносдя и влияние структурно-неоднородного поверхностного слоя после на характеристик:: прочности к пластичности. В работах /2,Е,2,11,12/ автором определены закономерности изменения усталостных характеристик упрочненной стал." 45. Б работах /14-, 1В/ автором исследован характер глтсропласт.!-чесшгс течедия образцов с различной топографией поверхности -иослз З.Х.