Розмір шрифту:
Формування наноструктури в металевих виробах ультразвуковою поверхневою обробкою з числовим програним керуванням
Остання редакція: 2021-05-15
Анотація
Підвищення функціональних властивостей в металевих виробах значною мірою забезпе-чується інтенсивною поверхневою пластичною деформацією за рахунок формування дрібнозе-рнистої наноструктури, регулярного мікрорельєфу на поверхні та гарантованих залишкових напружень стиску у приповерхневих шарах [1].
Формування наноструктури в приповерхневих шарах методом ультразвукового поверхневого модифікування є ефективним технологічним та економічним рішенням для підвищення довговічності і надійності сталевих виробів [2, 3]. Зокрема, ультразвукова ударна обробка багатобойковими та обертовими наконечниками є передовою технологією, при якій ультразвукова енергія виробляється електромеханічним ультразвуковим перетворювачем, що забезпечує керовану механічну обробку поверхні контактом спеціально розроблених сталевих штифтів або кульок [4, 5].
Метою даною роботи є дослідження впливу ультразвукової ударної обробки на зміну структури, розмірів зерна, морфології поверхні та параметрів шорсткості/хвилястості поверхні, а також залишкових напружень в корозійно-стійкій жароміцній сталі 12Х18Н9Т.
В даній роботі, ультразвукова ударна обробка (УЗУО) зразків розмірами 20 мм х 60 мм х 3 мм здійснювалася на верстаті з числовим програмним керуванням. Ультразвуковий інстру-мент монтувався на верстаті перпендикулярно до оброблюваної поверхні зразків при статично-му зусиллі навантаження 50 H. Ультразвукові коливання, які створювалися п’єзокерамічним перетворювачем, підсилювалися ступінчастим концентратором, торець якого коливався з амп-літудою 14…18 мкм [5]. На торці концентратора закріплявся багатобойковий наконечник із сі-мома циліндричними бойками діаметром 5 мм, який обертався за допомогою електродвигуна. Тривалість УЗУО варіювалась в межах 15…60 с.
Формування наноструктури в приповерхневих шарах методом ультразвукового поверхневого модифікування є ефективним технологічним та економічним рішенням для підвищення довговічності і надійності сталевих виробів [2, 3]. Зокрема, ультразвукова ударна обробка багатобойковими та обертовими наконечниками є передовою технологією, при якій ультразвукова енергія виробляється електромеханічним ультразвуковим перетворювачем, що забезпечує керовану механічну обробку поверхні контактом спеціально розроблених сталевих штифтів або кульок [4, 5].
Метою даною роботи є дослідження впливу ультразвукової ударної обробки на зміну структури, розмірів зерна, морфології поверхні та параметрів шорсткості/хвилястості поверхні, а також залишкових напружень в корозійно-стійкій жароміцній сталі 12Х18Н9Т.
В даній роботі, ультразвукова ударна обробка (УЗУО) зразків розмірами 20 мм х 60 мм х 3 мм здійснювалася на верстаті з числовим програмним керуванням. Ультразвуковий інстру-мент монтувався на верстаті перпендикулярно до оброблюваної поверхні зразків при статично-му зусиллі навантаження 50 H. Ультразвукові коливання, які створювалися п’єзокерамічним перетворювачем, підсилювалися ступінчастим концентратором, торець якого коливався з амп-літудою 14…18 мкм [5]. На торці концентратора закріплявся багатобойковий наконечник із сі-мома циліндричними бойками діаметром 5 мм, який обертався за допомогою електродвигуна. Тривалість УЗУО варіювалась в межах 15…60 с.
Ключові слова
Нержавіюча сталь, ультразвукова ударна обробка, зміцнення, оздоблювання, мікрорельєф, наноструктура
Посилання
1. L. Trsko, O. Bokuvka, F. Novy, and M. Guagliano, Effect of severe shot peening on ultra-high-cycle fatigue of a low-alloy steel, Materials and Design. Vol. 27 – 2014. – pp. 103–113.
2. Z. Fan, H. Xu, D. Li, L. Zhang, and L. Liao, Surface nanocrystallization of 35# type carbon steel induced by ultrasonic impact treatment (UIT), Procedia Engineering. Vol. 27 – 2012. – pp. 1718–1722.
3. B.N. Mordyuk and G.I. Prokopenko, Ultrasonic impact treatment – an effective method for nanostructuring the surface layers in metallic materials, Wiley-VCH Weinheim. – 2015. – pp. 417–434.
4. D.A. Lesyk, S. Martinez, V.V. Dzhemelinskyi, А. Lamikiz, B.N. Mordyuk, and G.I. Prokopenko, Surface microrelief and hardness of laser hardened and ultrasonically peened AISI D2 tool steel, Surface and Coatings Technology. Vol. 278 – 2015. – pp. 108–120.
5. D.A. Lesyk, S. Martinez, B.N. Mordyuk, V.V. Dzhemelinskyi, A. Lamikiz, and G.I. Prokopenko, Effects of laser heat treatment combined with ultrasonic impact treatment on the surface topography and hardness of carbon steel AISI 1045, Optics and Laser Technology. Vol. 111 – 2019. – pp. 424–438.
2. Z. Fan, H. Xu, D. Li, L. Zhang, and L. Liao, Surface nanocrystallization of 35# type carbon steel induced by ultrasonic impact treatment (UIT), Procedia Engineering. Vol. 27 – 2012. – pp. 1718–1722.
3. B.N. Mordyuk and G.I. Prokopenko, Ultrasonic impact treatment – an effective method for nanostructuring the surface layers in metallic materials, Wiley-VCH Weinheim. – 2015. – pp. 417–434.
4. D.A. Lesyk, S. Martinez, V.V. Dzhemelinskyi, А. Lamikiz, B.N. Mordyuk, and G.I. Prokopenko, Surface microrelief and hardness of laser hardened and ultrasonically peened AISI D2 tool steel, Surface and Coatings Technology. Vol. 278 – 2015. – pp. 108–120.
5. D.A. Lesyk, S. Martinez, B.N. Mordyuk, V.V. Dzhemelinskyi, A. Lamikiz, and G.I. Prokopenko, Effects of laser heat treatment combined with ultrasonic impact treatment on the surface topography and hardness of carbon steel AISI 1045, Optics and Laser Technology. Vol. 111 – 2019. – pp. 424–438.