Повышение качества поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки

• Автор: Харченко, Владислав Викторович
• Шифр специальности: 05.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 250 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
§1.1. Механизм формирования упрочнённого слоя при поверхностном
пластическом деформировании
§1.2. Сравнительный анализ методов поверхностно-пластического деформирования и их влияние на геометрические и физико-механические
характеристики упрочнённого слоя
§1.3. Состояние вопроса технологического обеспечения качества
поверхности деталей методом ультразвуковой обработки
§ 1.4. Выводы по литературному обзору. Постановка цели и задач исследования
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ
§2.1. Расчёт давления в зоне контакта инструмента и заготовки
и стойкости индентора при ультразвуковой обработке
§2.2. Расчёт энергии, затрачиваемой на деформирование металла
при ультразвуковой обработке
§2.3. Расчёт степени перекрытия отпечатков от действия индентора
при ультразвуковой обработке
§2.4. Расчёт высоты выступов профиля обработанной поверхности
с учётом степени перекрытия отпечатков от действия индентора
при ультразвуковой обработке
ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ
ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
§3.1. Принцип работы и составные части ультразвуковой установки
§3.2. Входные и выходные параметры, определяющие качество
поверхностного слоя деталей после обработки
§3.3. Методика планирования эксперимента и описание исследуемых образцов
§3.4. Оборудование и методы измерения геометрических и физикомеханических характеристик поверхностного слоя деталей
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ПОСЛЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ
§4.1. Исследование влияния режимов ультразвуковой обработки
на величину шероховатости поверхности деталей
§4.2. Исследование влияния режимов ультразвуковой обработки
на величину волнистости поверхности деталей
§4.3. Исследование влияния режимов ультразвуковой обработки
на величину твёрдости и микротвёрдости поверхностного слоя деталей
§4.4. Исследование влияния режимов ультразвуковой обработки
на величину остаточных макронапряжений поверхностного слоя деталей
§4.5. Исследование влияния режимов ультразвуковой обработки на изменение макро-, микро- и наноструктуры металла и плотности
дислокаций поверхностного слоя деталей
§4.6. Анализ взаимной совместимости геометрических и физикомеханических характеристик поверхностного слоя деталей после
ультразвуковой обработки
§4.7. Практические рекомендации по оптимизации технологического
процесса ультразвуковой обработки
§4.8. Реализация результатов экспериментальных исследований
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Поверхностный слой представляет собой наружную часть изделия с изменёнными по сравнению с основным металлом структурой и составом. В процессе эксплуатации он подвергается интенсивному износу и именно с него в большинстве случаев начинается потеря служебного назначения и разрушение детали (усталостная трещина, абразивный износ, коррозия и др.).
В поверхностном слое выделяют 4 зоны (рис. 1 [1,2,3]):
адсорбированную зону (взаимодействие с молекулами и атомами жидкости из окружающей среды, толщина 1...100 нм), оксидную зону (химическое взаимодействие с окружающей средой, толщина 1... 1 ООО нм), граничную зону (отличная от других зон структура, толщина несколько межатомных расстояний) и деформированную зону (сильно изменённые структура и фазовый состав, толщина 10..1000 мкм) [1, 2, 3].
1 г з

Рис. 1. Структура поверхностного слоя детали: 1 - адсорбированная зона, 2 - оксидная зона, 3 - граничная зона, 4 - деформированная зона,
5 - основной металл
большое число локальных пластических деформаций (лунок), которые постепенно покрывают всю обрабатываемую площадь. ОД образуется в результате периодического внедрения индентора в поверхность материала и зависит от энергии удара и степени перекрытия отпечатков. При этом рисунок поверхности, как правило, состоит из сетки частично либо полностью перекрывающих друг друга лунок [1].
Вибронакатывание и вибровыглаэ/сивание применяется в случаях необходимости выдавливания на поверхности заготовки едва заметных канавок для удержания смазки и продуктов износа в процессе эксплуатации. Оно осуществляется шаром или алмазом, которым дополнительно сообщаются колебания. Изменяя амплитуду и частоту, можно получить требуемый рисунок из сетки лунок. Показатели качества поверхности после вибронакатывапия составляют Ка = 0,06... 1,6 мкм, а'ост = -100...450 МПа, ии = 10...70%, Ь„ = 0,1...3 мм [1,2, 4,5,8].
Чеканка поверхности механическим или пневматическим молотком, форма рабочей части которого соответствует профилю упрочняемой заготовки, позволяет добиться значительных сжимающих напряжений и максимальной глубины наклёпанного слоя, достигающей значения несколько десятков миллиметров. Однако шероховатость после обработки заметно ухудшается, ввиду чего следующей операцией обычно является шлифование. Показатели качества поверхности после чеканки составляют 1 = 8...32 мкм, о'ост = -200...1000 МПа, и„ = 40...50%, Ь„ = 15...40 мм [2, 8].
Дробеструйная обработка осуществляется благодаря использованию кинетической энергии металлических шариков, которые летят в потоке воздушной струи и с высокой скоростью ударяются о поверхность заготовки, упрочняя её. Шероховатость при этом значительно ухудшается. Данный метод обычно используется для упрочнения упругих элементов подвески транспортных средств - пружин, рессор и торсионов, а также для зубчатых шестерен, шатунов, лопаток винтов и других деталей машин, имеющих сложный профиль [2, 3, 7, 8].