INFLUENCE OF THE MODES OF MECHANICAL PROCESSING OF STEEL 38KhN3MFA ON THE VALUE OF RESIDUAL MACROSTRESSES

O. Yu Aleksandrova; Александрова О. Ю; A. A Shiryaev; Ширяев А. А; A. V Snegireva; Снегирева А. В; V. N Trofimov; Трофимов В. Н; V. V Karmanov; Карманов В. В

doi:10.15593/2224-9877/2018.1.03

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ 38ХН3МФА НА ВЕЛИЧИНУ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Авторы: Александрова О.Ю¹, Ширяев А.А¹, Снегирева А.В¹, Трофимов В.Н¹, Карманов В.В¹
Учреждения:
1. Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Выпуск: Том 20, № 1 (2018)
Страницы: 27-33
Раздел: СТАТЬИ
URL: https://ered.pstu.ru/index.php/mm/article/view/3064
DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9877/2018.1.03
Цитировать

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Статистика

Аннотация

Технологические остаточные макронапряжения, возникающие в процессе изготовления ответственных и дорогостоящих изделий машиностроения методами резания или обработки металлов давлением, определяют их качество, ресурс и надежность в процессе эксплуатации. Для ряда изделий уровень остаточных макронапряжений регламентируется в конструкторской документации, что требует разработки технологий управления их уровнем с применением неразрушающих методов. Актуальным является контроль уровня остаточных макронапряжений методами неразрушающего контроля в поверхностных слоях изделий. Описаны результаты исследования влияния режимов обработки на уровень остаточного макронапряжения с применением метода рентгеновской дифрактометрии при использовании роботизированного комплекса Xstress 3000. Цель работы - исследование влияния режимов механической обработки стали 38ХН3МФА на величину остаточных макронапряжений. Применялся метод рентгеновской дифрактометрии, позволяющий определять остаточные напряжения в поверхностном слое изделий из любых поликристаллических материалов. Использовался рентгеновский дифрактометр Xstress 3000. экспериментально получены зависимости изменения величины остаточных макронапряжений для стали 38ХН3МФА при различных режимах резания. установлена зависимость уровня остаточных макронапряжений от параметров режимов резания - подачи и скорости резания. Показано, что в выбранном диапазоне параметров режимов резания минимальный уровень остаточных макронапряжений наблюдается при использовании режима резания с минимальной скоростью и подачей. полученные данные могут послужить основой для создания базы данных технолога и позволят управлять уровнем остаточных макронапряжений с целью назначения режимов механической обработки при проектировании технологических процессов, что даст возможность повысить качество продукции, ресурс техники и надежность.

Ключевые слова

остаточные напряжения, неразрушающий контроль, рентгеновская дифрактометрия, напряженно-деформированное состояние, легированная сталь, механическая обработка, прочность, надежность, износостойкость, усталостная прочность.

Полный текст

Введение В связи с появлением новых материалов и технологий их обработки в различных отраслях машиностроения, в частности атомного машиностроения, горнодобывающей промышленности, производстве транспортных газо- и нефтепроводов, увеличивается количество критериев, по которым оценивается прочность и надежность производимой продукции. При проектировании и изготовлении изделий ответственного назначения одним из регламентируемых параметров, которые указываются в конструкторско-технологической документации, является уровень остаточных напряжений 1-го рода по классификации Н.Н. Давиденкова (ОН1) [1, 2]. Опыт эксплуатации различных конструкций и результаты многочисленных экспериментов доказывают, что ОН1 существенно влияют на надежность и долговечность техники [3, 4], а также на эксплуатационные характеристики деталей - износостойкость, усталостную прочность и т.д. [5-8]. Для определения ОН1 широко применяется метод рентгеновской дифрактометрии (РД). Он достаточно прост и удобен, не нарушает целостности элемента конструкции, сочетается с другими методами и позволяет определить величину ОН1 с точностью, достаточной для решения технологических, конструкторских и научных задач [9, 10]. Теория, материалы и методы исследования Определение величины ОН1 проводилось методом РД с использованием роботизированного комплекса Xstress 3000. Метод РД является универсальным и может использоваться для определения уровня ОН1 в поверхностных слоях изделий из любых поликристаллических металлов и сплавов. Необходимо отметить недостаток данного метода - большие временные затраты, что делает целесообразным его использование при выборочном контроле деталей. Для исследования влияния режимов механической обработки на уровень ОН1 использовались образцы цилиндрической формы Æ117´8,5 мм из стали 38ХН3МФА[3], на поверхности которых выполнены девять групп кольцевых канавок (рис. 1), по три канавки для каждого сочетания параметров режимов резания. Химический состав стали приведен ниже. Использованные в работе режимы резания - в таблице. Материал резца - быстрорежущая сталь Р18. Результаты измерения подвергались статистической обработке. Ниже на рис. 2-4 приведены средние величины ОН1. Для измерения ОН1 цилиндрический образец разрезался на две части вдоль продольной оси, для повышения удобства измерения уровня ОН на внешней поверхности и обеспечения возможности измерения на внутренней части образца. В данной работе измерения проводились на наружной поверхности образца. Определение уровня ОН1 производилось в семи точках для каждой канавки (рис. 5, 6). а б в Рис. 1. Образец из стали 38ХН3МФА: а - эскиз образца; б - общий вид; в - сечение канавки Режимы резания Номер режима Подача S, мм/об Скорость V, м/мин 1 (27) 0,035 5,87 2 (28) 9,18 3 (29) 11,56 4 (30) 0,042 5,87 5 (31) 9,18 6 (32) 11,56 7 (33) 0,055 5,87 8 (34) 9,18 9 (35) 11,56 Химический состав стали марки 38ХН3МФА, мас. % C Si Mn Ni Cr Mo V Cu Fe S P 0,33 0,36 0,5 3,5 1,5 0,35 0,1 0,3 93 0,025 0,025 Рис. 2. Зависимость s1 от скорости резания V: 1-3 (S = 0,035 мм/об); 4-6 (S = 0,042 мм/об); 7-9 (S = 0,055 мм/об) Рис. 3. Зависимость s2 от скорости резания V: обозначения см. рис. 2 Рис. 4. Зависимость si от скорости резания V: обозначения см. рис. 2 Рис. 5. Расположение точек измерения ОН1 Рис. 6. Процесс измерения ОН1 в канавках образца Результаты исследования и их обсуждение В работе измерялись величины главных ОН1 - s1 и s2. По результатам измерений s1 и s2 определялась интенсивность ОН1 - si. Рассмотрим влияние режимов резания на величину s1. Результаты изменения s1 в зависимости от скорости резания V приведены на рис. 2. На графике видно, что с увеличением скорости резания величина s1 возрастает. Однако с увеличением подачи до 0,055 мм/об наблюдается снижение уровня s1. Влияние скорости резания V на величину s2 приведено на рис. 3. Зависимость величины s2 от увеличения скорости резания неоднозначна. При малых подачах (S = 0,035 мм/об) величина s2 с увеличением скорости резания возрастает, а затем уменьшается. Аналогичная зависимость наблюдается при максимальной подаче (S = 0,055 мм/об) - уменьшение величины s2 более интенсивно. При средних значениях подачи тенденция измерения величины s2 противоположна (см. рис. 3). На рис. 4 приведены результаты расчета интенсивности остаточных напряжений si в зависимости от скорости резания V. Зависимость изменения si от скорости резания аналогична зависимости для s1. Заключение Результаты измерения ОН1 в выбранном диапазоне режимов резания показывают, что ОН1 могут существенно изменяться по модулю и по знаку: - с увеличением скорости резания и подачи величина s1 увеличивается в 2 раза; - минимальный уровень s1 и si наблюдается при минимальной подаче и скорости резания; - напряжения s2 являются сжимающими для всех выбранных режимов резания; - уменьшение скорости резания и подачи способствует уменьшению уровня ОН; - с учетом того, что величина s1 имеет положительное значение (растягивающие напряжения), а s2 мало влияет на характер изменения si, в качестве критерия, характеризующего уровень ОН1, можно использовать величину s1. Результаты работы показывают, что, изменяя режимы резания, можно получать требуемый уровень ОН1.

Об авторах