Формирование особой структуры и свойств поверхностного слоя сталей высокоскоростным деформирующим резанием

Актуальность Комплексное исследование структуры и свойств сталей с различным содержанием углерода при высокоскоростной обработке деформирующим резанием (ДР) позволит правильно формировать сочетание технологических параметров резания, необходимых для осуществления фазово-структурных превращений в зоне обработки, что, в свою очередь, приведет к повышению эксплуатационных свойств обработанных деталей. Научная новизна работы: 1. Впервые экспериментально установлены отличия структурного состояния поверхностного слоя средне- и высокоуглеродистой сталей после высокоскоростной обработки ДР от структуры тех же сталей после стандартной объемной закалки: − в среднеуглеродистой стали 35 присутствуют остаточный феррит с размером зерен в 20 раз меньше, чем до обработки; сфероидизированный, раздробленный и частично растворенный цементит; остаточный аустенит; − в высокоуглеродистой стали У8 - наноразмерные мартенситоподобные пакетные структуры, кристаллы цементита размером до 10 нм на границах ферритных зерен. 2. Показано, что структурное состояние, сформированное в результате высокоскоростной обработки ДР в сталях 35 и У8, определяет высокий уровень твердости поверхностного слоя (в три раза выше, чем до обработки). Превышение микротвердости по сравнению с объемной закалкой при отпуске до температуры Т=600°С достигает 30%, а сопротивление изнашиванию для стали 40Х увеличивается в 1,7 раза. 3. Установлено, что эффект упрочнения достигается за счет наличия мартенситоподобных структур, изменения морфологии частично растворенного цементита, а также измельчения фаз вплоть до наноразмерного. Практическая значимость работы: 1. Даны рекомендации по сочетанию технологических параметров, обеспечивающих закалку ДР сталей 35, 40Х. Скорость резания должна быть не менее 4м/с в сочетании с подачей не более 0,1мм/об. Глубина резания практически не оказывает влияния на изменение структурного состояния и свойств поверхностного слоя. 2. По коэффициенту трения и относительной износостойкости поверхностный слой стали 40Х после закалки ДР не уступает свойствам, полученным после объемной закалки. При этом для простых цилиндрических поверхностей закалка методом ДР имеет более высокую производительность, низкое энергопотребление и позволяет избежать использования специализированного термического оборудования. 3. При высокоскоростной обработке ДР в высокоуглеродистых сталях следует учитывать износ инструмента, приводящий к появлению инородных включений в упрочненном слое, являющихся дополнительными концентраторами напряжений. 4. Практическая значимость диссертации подтверждена соответствующими актами: акт №0064/09-2255, выдан ПК «Салют» АО «Объединенная двигателестроительная корпорация» о возможном использовании технологии ДР для создания упрочненного слоя на направляющих колонках и втулках листового штампа; акт использования результатов диссертационной работы в учебном процессе в дисциплинах «Спецглавы механической и физико-технической обработки» и «Современные процессы механической и физико-технической обработки».