Диссертация (Разработка и исследование способа деформационного упрочнения поверхностей деталей методом деформирующего резания), страница 15

Схема расположения точек измерения микротвердостиНа Рис. 4.2 – Рис. 4.5 представлены диаграммы распределениямикротвердости по высоте ребра для образцов из стали 30ХГСА, на Рис. 4.6 –Рис. 4.9 для стали 38Х2МЮА. Измеренные значения микротвердостипредставлены в Таблицах 33 и 34, Приложения П.2.1. Результаты даннойсерии экспериментов также отражены в работах [87, 88].118Прирассмотренииполученныхданныхпораспределениюмикротвердости формируемого ребра можно выделить ряд закономерностей.Микротвердость упрочненного материала постепенно возрастает от вершиныребра к его основанию.

На образце 1 у вершины ребра значениямикротвердости находились в диапазоне от 272 до 292 HV 0,1, в основанииребра значения составляли от 339 до 394 HV0,1 (Таблица 33 и Таблица 34,приложение П.2.1). В целом значения микротвердости упрочненногоматериала образца 1 лежит в диапазоне от 300 до 350 HV 0,1.Аналогичноеповышениемикротвердостиуоснованияребранаблюдалось и на других образцах. Повышение микротвердости в основанииребра связано с дополнительной деформацией материала ребра в егоосновании.Анализ распределения микротвердости по толщине ребра выявилтенденцию к увеличению микротвердости от тыльной стороны ребра кприрезцовой. Данная тенденция прослеживается для всех образцов заисключением образца 1 и образца 5, где значения микротвердости вприрезцовой зоне немного ниже, чем в сердцевине ребра.

Данное отклонениеот закономерности распределения твердости несущественно и может бытьвызвано неоднородностью свойств материала и погрешностью измерений.Данная закономерность проведена отдельная серия экспериментов на стали30ХГСА.В результате на стали 30ХГСА в центральной части ребрамикротвердость изменялась в диапазоне 254...341 HV 0,1, в основании ребра303…394 HV 0,1. На стали 38Х2МЮА в центральной части ребрамикротвердость составила 287…413 HV 0,1 в основании ребра 326…422HV 0,1.Среднее значение микротвердости по отношению к неупрочненномуматериалу составило, на стали 30ХГСА 26%, максимальное значениесоставило 43%, на стали 38Х2МЮА составило 17%, максимальное значениедостигало 40%.119400HV 0,1Сталь 30ХГСАПрирезцовый рядСредний рядТыльный ряд350300250Граница ребра200150φ = 38°; φ1 = 90°;α = 3°; α = 3°;λ = 54°; γ = 47°;100t = 0,75 мм;Sо = 0,4 мм/об;υ = 0,73 м/с.500123456789101112Номер точки измерения микротвердости13141516Рис.

4.2. Распределение микротвердости по высоте ребра, образец 1HV4000,1Сталь 30ХГСАПрирезцовый рядСредний рядТыльный ряд350300250Граница ребра200φ = 62°; φ1 = 66°;α = 3°; α = 3°;λ = 54°; γ = 47°;150t = 0,75 мм;Sо = 0,4 мм/об;υ = 0,73 м/с.100500123456789101112Номер точки измерения микротвердости131415Рис. 4.3. Распределение микротвердости по высоте ребра, образец 216120400HV 0,1Сталь 30ХГСАПрирезцовый рядСредний рядТыльный ряд350300250Граница ребра200φ = 65°; φ1 = 63°;α = 3°; α = 3°;λ = 54°; γ = 47°;150t = 0,75 мм;Sо = 0,4 мм/об;υ = 0,73 м/с.100500123456789101112Номер точки измерения микротвердости13141516Рис.

4.4. Распределение микротвердости по высоте ребра, образец 3HV4000,1Сталь 30ХГСАПрирезцовый рядСредний рядТыльный ряд350300250Граница ребра200φ = 68°; φ1 = 60°;α = 3°; α = 3°;λ = 54°; γ = 47°;150t = 0,75 мм;Sо = 0,4 мм/об;υ = 0,73 м/с.100500123456789101112Номер точки измерения микротвердости131415Рис. 4.5. Распределение микротвердости по высоте ребра, образец 416121HV4500,1Сталь 38Х2МЮАПрирезцовый рядСредний рядТыльный ряд400350300250Граница ребраφ = 38°; φ1 = 90°;α = 3°; α = 3°;λ = 54°; γ = 47°;200150t = 0,75 мм;Sо = 0,4 мм/об;υ = 0,77 м/с.10050012345678910111213141516Номер точки измерения микротвердостиРис. 4.6. Распределение микротвердости по высоте ребра, образец 5HV4500,1Сталь 38Х2МЮАПрирезцовый рядСредний рядТыльный ряд400350300250Граница ребра200φ = 62°; φ1 = 66°;α = 3°; α = 3°;λ = 54°; γ = 47°;150t = 0,75 мм;Sо = 0,4 мм/об;υ = 0,77 м/с.10050012345678910111213Номер точки измерения микротвердости141516Рис.

4.7. Распределение микротвердости по высоте ребра, образец 6122HV4500,1Сталь 38Х2МЮАПрирезцовый рядСредний рядТыльный ряд400350300250φ = 65°; φ1 = 63°;α = 3°; α = 3°;λ = 54°; γ = 47°;200Граница ребра150t = 0,75 мм;Sо = 0,4 мм/об;υ = 0,77 м/с.100500123456789101112Номер точки измерения микротвердости13141516Рис.

4.8. Распределение микротвердости по высоте ребра, образец 7HV4500,1Сталь 38Х2МЮА400Прирезцовый рядСредний рядТыльный ряд350300250200Граница ребра150φ = 68°; φ1 = 60°;α = 3°; α = 3°;λ = 54°; γ = 47°;t = 0,75 мм;Sо = 0,4 мм/об;υ = 0,77 м/с.100500123 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16Номер точки измерения микротвердостиРис. 4.9. Распределение микротвердости по высоте ребра, образец 81234.2.

Особенности распределения микротвердости по ширине ребра настали 30ХГСАИсследование закономерностей распределения микротвердости поширине ребра макрорельефа, формируемого методом ДР, проводилось настали марки 30ХГСА в состоянии поставки. В качестве инструментальногоматериала режущей части использовался твердый сплав марки Т14К8. Дляоценки влияния соотношения углов φ и φ1 на степень деформационногоупрочнения макрорельефа было изготовлено три образца (Таблица 17).Режущая пластина с углами φ = 62° и φ1 = 66°, формирует оребрение сзазором теоретически равным 13 мкм.

Режущая пластина с углами φ = 65° иφ1 = 63°, формирует оребрение без зазоров. Режущая пластина с угламиφ = 68° и φ1 = 60°, формирует оребрение без зазоров и дополнительносжимает формируемые ребра. Целью эксперимента является проверкапредположения об увеличении твердости формируемого макрорельефа придополнительном сжатии ребер при варьировании углов φ и φ1.Таблица 17.Геометрические параметры инструмента для ДР и режимы резанияОбра-Марказецсталиt,Sо,V,мм мм/об м/сαα1γλε130ХГСА 0,7520,41,263°3°47°54°52°3Послеформированияупрочненнойструктурынаφφ162°66°65°63°68°60°наружнойповерхности образцов, представляющих собой тела вращения в виде вала,были изготовлены металлографические шлифы (Рис.

4.10). Из трех вариантовзаточкирежущегоинструментанаиболеестабильнуюструктурумакрорельефа имели образец 1 и 3 (Рис. 4.10, а, в). Границы между ребрамина фотографии образца 1 (Рис. 4.10, а) хорошо заметны, а на фотографииобразца 3 (Рис. 4.10, в) границы ребер в основании трудно различимы. Это124a) образец 1. φ = 62°, φ1 = 66°б) образец 2 (с отпечатками индентора). φ = 65°, φ1 = 63°в) образец 3. φ = 68°, φ1 = 60°Рис. 4.10. Фотографии шлифов упрочненного макрорельефа на стали30ХГСА125показывает, что инструмент с углами φ = 68°, φ1 = 60°, позволяет получитьмакрорельеф с минимальным или нулевым зазором.При измерении микротвердости по ширине ребра отпечатки ставилисьпо линии перпендикулярной боковой стороне ребра.

Ряды отпечатковрасполагались в разных зонах ребра на разных расстояниях от основанияребра (Рис. 4.11). Ряд 4 расположен в зоне вершины ребра, выше линии«границы вершин», обозначенной на Рис. 4.11. «Граница вершин» обозначаетпредел, до которого следует удалять вершины ребра, чтобы образоватьопорную поверхность. Ряд 3 расположен ниже «границы вершин», поэтомутвердость в данных слоях материала будет определять эксплуатационныесвойства поверхности трения. Ряд 2 приблизительно расположен на высотеравной половине высоты ребра, отсчитываемой от его основания довершины.

Ряд 1 расположен в зоне основания ребра.Прирезцовая сторонаГраница вершины ребраВершина(Ряд 4)Под вершиной(Ряд 3)Средняя часть(Ряд 2)Основание(Ряд 1)0,4 ммТыльная сторонаРис. 4.11. Расположение отпечатков при измерении микротвердости поширине ребра. Сталь 30ХГСА. Образец 3126Для увеличения количества измерений в каждом из рядов отпечаткинаносились по следующим схемам. Если на одном ребре первый в рядуотпечаток ставился на расстоянии, примерно равном 50 мкм, от прирезцовойстороны ребра, то на следующем ребре первый отпечаток располагался нарасстоянии около 25 мкм от прирезцовой стороны ребра. В каждом рядуотпечатки располагались с шагом, приблизительно равным 50 мкм, поэтомупри совмещении результатов измерений в одном ряду шаг измеренийсоставлял около 25 мкм. Измерения повторялись по три раза для разныхребер в одинаковых областях. Для каждого отпечатка индентора измерялосьрасстояние x от прирезцового края до центра отпечатка.

Измеренныезначения твердости отмечались на Рис. 4.12 – Рис. 4.14. Числовые значениямикротвердости приведены в приложении П.2.2 (Таблица 35 – Таблица 37).Результаты измерений, полученные по данной методике, также представленыв работах [89-91].При исходной твердости равной 239 HV 0,1 микротвердость всердцевине ребра в среднем составляла 308…313 HV 0,1, что соответствуетповышению твердости на 29…31%. Формирование макрорельефа с малымзазором (образец 1, φ = 62°, φ1 = 66°) или с дополнительно сжатыми ребрами(образец 3, φ = 68°, φ1 = 60°) приводит к небольшому повышениюмикротвердости в основании ребра и не влияет на твердость в другихобластях ребра. При φ = 62°, φ1 = 66° микротвердость в основании составляла316 HV 0,01, при φ = 68°, φ1 = 60° микротвердость составляла 328 HV 0,1.Экспериментальные данные аппроксимировались полиномиальнойфункцией четвертого порядка с использованием программного обеспеченияMicrosoft Excel.

Аппроксимация данных выявила общую тенденциюраспределения микротвердости по ширине ребра. На расстоянии до 50 мкмот прирезцовой стороны ребра наблюдается зона с повышенной твердостью.Данное наблюдение характерно для всех рядов отпечатков. В целом127микротвердость в прирезцовой зоне на 8% выше, чем в центральной частиребра.Тенденция к повышению микротвердости у прирезцовой зоны ребра(Рис. 4.12 – Рис. 4.14) может быть объяснена действием силы трения междупередней поверхностью режущего инструмента и материалом формируемогоребра. Действия силы трения приводит к торможению слоев материала вузком слое деформируемого материала у передней поверхности резца.Разницаскоростейтечениядеформируемогоматериалаупереднейповерхности и в более удаленных от передней поверхности слоях приводит кувеличению скорости деформации, и, как следствие, к увеличениюнакопленной деформации и микротвердости.Наименьшее увеличение твердости наблюдается на тыльной стороне увершины ребра, что свидетельствует о меньшем увеличении накопленнойдеформации.Послеудалениятреугольныхзаостренийупрочненныймакрорельеф формирует на поверхности детали регулярную структуру изслоев материала с повышенной твердостью и прирезцовых слоев сдополнительным упрочнением.φ = 62°; φ1 = 66°; α = 3°; α = 3°; λ = 54°; γ = 47°;t = 0,75 мм; Sо = 0,4 мм/об; υ = 1,26 м/с.HV 3800,1ОснованиеСталь 30ХГСА360Средняя часть340Ряд под вершиной320Вершина300Аппроксимация.Основание280Аппроксимация.Средняя часть260Аппроксимация.Под вершинойАппроксимация.Вершина2400100200300400Расстояние от прирезцового края ребра, мкмРис.