управление микро - и наноструктурированием поверхностных слоев деталей при абразивной обработке

Вестник Брянского государственного технического университета. 2008. № 4 (20) МАШИНОСТРОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ, ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ УДК 621.923 С.Г. Бишутин УПРАВЛЕНИЕ МИКРО- И НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ ПРИ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ1 Представлены результаты исследований механизма накопления деформации обрабатываемого материала. Оценены возможности управления при абразивной обработке формированием тонких поверхностных структур. Ключевые слова: абразивная обработка; пластическая деформация; микроструктурирование и наноструктурирование; поверхностный слой. В конструкционных материалах при финишной абразивной обработке вследствие температурного и силового воздействий формируется измененный поверхностный слой, во многом определяющий эксплуатационные показатели деталей [1]. Структурное состояние и параметры качества поверхностного слоя зависят от обрабатываемого материала, режимов и условий абразивной обработки. Влияние температурного фактора при абразивной обработке стараются свести к минимуму или, по крайней мере, ограничить из-за возможности появления дефектов в виде прожогов на обрабатываемой поверхности [2, 3]. В этих условиях тонкие поверхностные структуры (твердотельные наноструктуры) формируются преимущественно вследствие пластической деформации поликристаллического материала. Наряду с величиной зерна на деформационное упрочнение поликристаллов большое влияние оказывают количество и размер внутренних зеренных блоков, образующихся в результате множественного скольжения зерен при пластической деформации [4, 5]. Блоки представляют собой части зерна с небольшой концентрацией дислокаций, окруженные разнонаправленными полосами скольжения (полоса скольжения – область материала с повышенной плотностью дислокаций). Размеры этих блоков и плотность дислокаций определяются степенью деформации поверхностного слоя. Поверхностные слои, глубина залегания которых не более 1…2 мкм, характеризуются сильно деформированной фрагментированной структурой с максимальной плотностью дислокаций. Следует отметить, что в ряде случаев высокие температуры в зоне резания приводят к значительному снижению плотности дислокаций в приповерхностных слоях. Глубинные поверхностные слои подвергаются незначительной пластической деформации, поэтому в них наблюдаются небольшие, беспорядочно расположенные полосы скольжения и малые дислокационные петли. Наряду с дроблением зерна на блоки происходит разориентация блоков по их границам, что препятствует движению дислокаций. Препятствиями для движения дислокаций являются границы зерен и блоков, дисперсные выделения упрочняющих фаз, примесные атомы, дислокации исходной структуры и др. Таким образом, формирование микро- и наноструктур поверхностных слоев в значительной степени зависит от исходного состояния обрабатываемого материала и может регулироваться степенью деформации, а в отдельных случаях и температурой. Проанализируем механизм накопления деформации поверхностным слоем с целью выявления воз1 Исследования выполнены в рамках гранта Президента РФ МД1383.2008.8 для поддержки молодых ученых. 5 Вестник Брянского государственного технического университета. 2008. № 4 (20) можностей управления при абразивной обработке формированием тонких поверхностных структур для повышения эксплуатационных показателей деталей машин (возможность управления эксплуатационными показателями деталей машин путем формирования тонких поверхностных структур с требуемыми характеристиками была показана ранее [6]). Наиболее часто полагают