Довговічність, надійність, економічність, конкурентноздатність – основні критерії сучасного розвитку техніки. Відомо [1], що 80% відмов у техніці та передчасних виходів з ладу машин і обладнання відбуваються в результаті зношування їх деталей та вузлів. Собівартість ремонтних робіт висока, а якість не завжди відповідає експлуатаційним умовам роботи. Тому проблема підвищення зносостійкості і довговічності дета­лей машин є надзвичайно актуальною, а її вирішення в більшості випадків поєднують з розробкою нових технологій поверхневої обробки.

Одним із перспективних методів поверхневого зміцнення деталей машин є вібраційно – відцентрова зміцнююча обробка (ВВЗО) [2], яка по­лягає у тому, що на поверхню циліндричної деталі, яка здійснює вібра­ційні коливання певної амплітуди, діють ударні динамічні навантаження спеціальним інструментом що обкочується навколо деталі. Це веде до наклепування приповерхневих шарів, підвищення їх дефектності та дисперсності структури і відповідно мікротвердості. Глибина зміцненого шару під час ВВЗО досягає до 6 мм, а мікротвердість 5,5...9,0 ГПа. Вплив цієї обробки на зносотривкість пар тертя не досліджували. Тому метою даної роботи було вивчення впливу ВВЗО сталі 40Х на її зносостійкість в масляному середовищі.

Методика досліджень. Досліджували кільця шириною 10 мм, зов­нішнім та внутрішнім діаметром відповідно 75 та 62 мм після ВВЗО, гар­тування з низьким відпуском та в нормалізованому стані. Випробування на зносотривкість (сталь по сталі) проводили на машині тертя МІ-1М при швидкості ковзання 0,9 м / с і питомих навантаженнях 1 і 2 МПа в оливі (“славол” М – 3042у ТУ У 13932946.015 – 96) за методикою роботи [3]. ВВЗО проводили на спеціальній установці [4]. Режими оброблення: амп­літуда коливань А = 5 мм, ексцентриситет інструменту ? = 10 мм, колова частота коливань оброблюваної деталі ? = 150,8 с^-1, тривалість обробки t = 28 хв, вага інструменту m = 45 Н. Випробування зносотривкості про­водили після ВВЗО за оптимальним режимом (t = 28 хв).

Для порівняння використовували і інші обробки: нормалізацію та гартування в масло з низьким (200° С) відпуском. Після гартування кіль­ця досягали твердості HRC 52...54. Термооброблені кільця шліфували електрокорундовим кругом до шорсткості поверхні R_a = 0,8...1,2 мкм. Досліджувані кільця закріплювали в спеціальній оправці (рис. 1) і встано­влювали на випробувальну машину.

Досліди показали, що після ВВЗО мікротвердість приповерхневих шарів досягає 8,9 ГПа, а глибина зміцнення 6 мм (рис. 2). При цьому фазові перетворення в приповерхневих шарах відсутні. ВВЗО створює в приповерхневому шарі специфічний структурно – напружений стан, при цьому метал набуває цінних фізико – механічних властивостей. Зерна металу здрібнені, а густина дислокацій досягає 10¹⁰-10¹¹ см^-2. Поверхня

Рис. 1. Зразок (а – кільце, б – вкладка) для дослідження зносостійкості сталі після ВВЗО: 1 – кільце; 2 – оправка; 3 – шайба; 4 – вкладка; 5 – болт.

 

Рис. 2. Мікротвердість сталі 40Х обробленої за різної тривалості обробки:
1 – 6; 2 – 12; 3 – 20; 4 – 28; 5 – 36 хв.

після ВВЗО стає шерехатою з не­рівностями 0,1–0,15 мм, а місцями має виплески до 0,3 мм. зміцнені зразки шліфували електрокорун­довим кругом до шорсткості R_a = 0,8...1,2 мкм.

Характерною особливістю зміцне­них ВВЗО шарів є те, що в припо­верхневих шарах виникають за­лишкові напруження стиску, які в деяких випадках досягають 500-600 МПа.

Наявність на поверхні зразків су­цільного зміцненого шару підви­щує їх зносотривкість при масля­ному зношуванні. Так, знос зразків,

зміцнених ВВЗО при терті з питомим навантаженням 1 МПа зменшився в 1,2 рази в порівнянні з гартованими і в 1,3 в порівнянні з нормалізованими (рис. 3). Характерно, що знос вкладок також зменшується. Зокрема, знос вкладки, яка працює в парі зі зміцненим зразком зменшився в порівнянні з нормалізованим у 3,5 рази, а з гартованим у 2,0.

Підвищення питомого навантаження до 2 МПа збільшує зносотривкість зміцнених зразків порівняно з нормалізованими в 2,0 рази і з гартованими в 1,4 рази. Зносотривкість вкладок при цьому також збільшується відповідно в 4,6 і 2,0 рази. Це явище характерне для зміцнюючих технологій і пояснюється зменшенням коефіцієнту тертя трібопари [4].

Рис. 3. Кінетика зносу сталі 40Х після ВВЗО (a, c – кільце; b, d – вкладка; a, b – 1 МПа; c, d – 2 МПа) в масляному середовищі.

Таким чином, на основі проведених досліджень показано, що ВВЗО підвищує зносотривкість сталі 40Х при терті в масляному середовищі в 1,2...2,0 рази порівняно з гартованими і нормалізованими зразками. Вона може використовуватися для зміцнення деталей кулісного механізму, карданних валів, штоків, осей та ін. деталей транспортних засобів.

Література:
1. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии / Пер. с англ. А. В. Белого, Н. К. Мышкина. Под ред. А. И. Свириденка. – М.: Машиностроение, 1986. – 360 с.
2. Підвищення надійності деталей машин поверхневим пластичним деформуванням: Навчальний посібник для студентів спеціальностей 7.090202 “Технологія машинобудування”, 7.090203 “Металорізальні верстати та системи”. Афтаназів І. С., Гавриш А. П., Киричок П. О. і ін. – Житомир: ЖІТІ, 2001.–516 с.
3. Голубец В. М., Дядченко Б. Т., Бабей Ю. И. Влияние белого слоя на стойкость стали 40Х против абразивного изнашивания. – Физ.-хим. механика материалов, 1972, №3, С. 102 – 104.4. Бабей Ю. И. Физические основы импульсного упрочнения стали и чугуна. – Киев: Наук. думка, 1988. – 240 с.