RU2625619C1 - Method of strength increase of details with coating - Google Patents
Method of strength increase of details with coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2625619C1 RU2625619C1 RU2016139914A RU2016139914A RU2625619C1 RU 2625619 C1 RU2625619 C1 RU 2625619C1 RU 2016139914 A RU2016139914 A RU 2016139914A RU 2016139914 A RU2016139914 A RU 2016139914A RU 2625619 C1 RU2625619 C1 RU 2625619C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- deforming
- ultrasonic
- reinforcing
- plastic deformation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам повышения прочности деталей с покрытиями из материалов с эффектом памяти формы.The invention relates to the field of engineering, and in particular to methods of increasing the strength of parts with coatings from materials with a shape memory effect.
Аналогом изобретения является патент РФ №2548848, который описывает способ поверхностно-пластического деформирования (ППД), заключающийся в обработке вращающейся заготовки сферическим деформирующим элементом более высокой твердости по сравнению с твердостью материала обрабатываемой заготовки. Сферический деформирующий элемент установлен на опорных шариках в акустическом концентраторе, через осевой канал которого подводят смазочно-охлаждающую жидкость. При этом сообщают деформирующему элементу и смазочно-охлаждающей жидкости амплитудно- или частотно-модулированные колебания ультразвуковой частоты. В результате повышается производительность, снижается усилие деформирования, улучшается теплоотвод из зоны обработки и формируются остаточные напряжения.An analogue of the invention is RF patent No. 2548848, which describes a method of surface plastic deformation (PPD), which consists in processing a rotating workpiece with a spherical deforming element of higher hardness compared to the hardness of the material of the workpiece. A spherical deforming element is mounted on the support balls in an acoustic concentrator, through which an axial coolant is supplied. When this informs the deforming element and the cutting fluid the amplitude or frequency modulated oscillations of the ultrasonic frequency. As a result, productivity increases, deformation force decreases, heat removal from the treatment zone improves, and residual stresses are formed.
Недостатком данного способа является низкие физико-механические свойства детали за счет незначительного уменьшения пористости и отсутствия влияния на адгезионную прочность между покрытием и подложкой, т.к. обработка не затрагивает глубинные слои покрытия и границу контакта покрытия с подложкой вследствие недостаточности пластического деформирования только лишь от внедрения в поверхность сферического деформирующего элемента.The disadvantage of this method is the low physical and mechanical properties of the part due to a slight decrease in porosity and the absence of an effect on the adhesive strength between the coating and the substrate, because the treatment does not affect the deep layers of the coating and the boundary of contact of the coating with the substrate due to insufficient plastic deformation only from the introduction of a spherical deforming element into the surface.
Также известен способ поверхностно-пластического деформирования цилиндрических образцов методом обкатки трехроликовым приспособлением, выбранный в качестве прототипа, который заключается в поверхностно-пластическом деформировании путем обкатки цилиндрических образцов с покрытиями из сплавов с эффектом памяти формы (ЭПФ) трехроликовым приспособлением на токарном и фрезерном станках [Бледнова Ж.М., Махутов Н.А., Чаевский М.И. «Поверхностное модифицирование материалами с эффектом памяти формы» Краснодар, 2009 г. стр. 98]. Способ представляет собой обкатку тремя роликами (диаметром 50 мм, шириной 8 мм) с усилием, создаваемым механическим (пружинным) способом, пружинящие элементы тарируются с помощью динамометра ДОС-0,1. Приспособление позволяет проводить обкатку образцов диаметром 8-20 мм со следующими параметрами обкатки: контактная нагрузка (на каждый ролик) - Р=50-3000 Н, скорость обкатки - v=94⋅10-3 м/с, продольная подача - S=0,08 мм/об.Also known is a method of surface-plastic deformation of cylindrical samples by a three-roll rolling test method, selected as a prototype, which consists in surface-plastic deformation by rolling cylindrical samples with coatings of alloys with shape memory effect (EPF) by a three-roller device on turning and milling machines [Blednova Zh.M., Makhutov N.A., Chaevsky M.I. “Surface modification with materials with the effect of shape memory”, Krasnodar, 2009, p. 98]. The method consists of running in three rollers (with a diameter of 50 mm, a width of 8 mm) with a force generated by the mechanical (spring) method, the spring elements are calibrated using a DOS-0,1 dynamometer. The device allows run-in of samples with a diameter of 8-20 mm with the following break-in parameters: contact load (for each roller) - P = 50-3000 N, break-in speed - v = 94⋅10 -3 m / s, longitudinal feed - S = 0 , 08 mm / rev
Недостатком данного способа является низкие физико-механические свойства детали, обусловленные незначительным уменьшением пористости и отсутствием влияния на адгезионную прочность между покрытием и подложкой. Это связано с тем, что пластическое деформирование покрытия не создает достаточного уровня энергетического воздействия на зону контакта покрытия с подложкой для осуществления диффузии материалов, т.к. большая часть энергии затрачивается на пластическую деформацию покрытия, способствующую разогреву материалов.The disadvantage of this method is the low physical and mechanical properties of the part due to a slight decrease in porosity and the absence of an effect on the adhesive strength between the coating and the substrate. This is due to the fact that the plastic deformation of the coating does not create a sufficient level of energy impact on the contact zone of the coating with the substrate for diffusion of materials, because most of the energy spent on plastic deformation of the coating, contributing to the heating of materials.
Задачей изобретения является усовершенствование способа повышения прочности детали с покрытием с эффектом памяти формы, позволяющее обеспечить повышение физико-механических свойств детали с покрытием.The objective of the invention is to improve the method of increasing the strength of a coated part with a shape memory effect, which allows to increase the physicomechanical properties of the coated part.
Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности между покрытием и подложкой, а также уменьшение пористости покрытия с эффектом памяти формы.The technical result of the invention is to increase the adhesive strength between the coating and the substrate, as well as reducing the porosity of the coating with a shape memory effect.
Технический результат достигается тем, что способ повышения прочности детали с покрытием поверхностно-пластическим деформированием путем обкатки деформирующим элементом включает поверхностно-пластическое деформирование с последующим упрочнением покрытия ультразвуковой обработкой с частотой ультразвуковых колебаний 18-22 кГц упрочняющим элементом, при этом расстояние между деформирующим и упрочняющим элементами составляет 10-30 мм, а линейная скорость перемещения пятна деформации деформирующих и упрочняющих элементов 50-100⋅10-3 м/с при продольной подаче 0,08-0,12 мм/об. Сила прижима деформирующего элемента составляет 50-3000 Н, а упрочняющего элемента составляет 100-1000 Н.The technical result is achieved in that a method of increasing the strength of a part coated with surface-plastic deformation by rolling in with a deforming element includes surface-plastic deformation followed by hardening of the coating by ultrasonic treatment with an ultrasonic frequency of 18-22 kHz reinforcing element, while the distance between the deforming and reinforcing elements 10-30 mm and the linear velocity of the spot deforming strain and strength members 50-100⋅10 -3 m / s etc. longitudinal feed of 0.08-0.12 mm / rev. The clamping force of the deforming element is 50-3000 N, and the reinforcing element is 100-1000 N.
При формировании многослойных композитных поверхностных слоев с увеличением толщины слоя основным показателем качества композиции является адгезионная прочность. Повышение адгезионной прочности достигают формированием переходных слоев. При нанесении на стальную основу многокомпонентных материалов в качестве переходного слоя могут использоваться металлы, имеющие неограниченную растворимость в материале-основе и других напыляемых материалах.In the formation of multilayer composite surface layers with increasing layer thickness, the main indicator of the composition quality is adhesive strength. An increase in adhesive strength is achieved by the formation of transition layers. When applying multicomponent materials to a steel base, metals having unlimited solubility in the base material and other sprayed materials can be used as a transition layer.
Для повышения качества композитных поверхностных слоев как по критерию адгезии, так и по критерию эксплуатационных и функциональных свойств, перспективным является использование интенсивных технологических полей (силовых, термических, электрических и др.). К числу наиболее универсальных технологических воздействий относится ультразвуковая обработка (УЗО), отличающаяся высокой адаптивностью к существующим технологиям, возможностью применения в широком диапазоне частот, позволяющая интенсифицировать технологический процесс и существенно повысить физико-механические характеристики композиции, а также повысить адгезионную прочность.To improve the quality of composite surface layers, both by the adhesion criterion and by the criterion of operational and functional properties, the use of intensive technological fields (power, thermal, electric, etc.) is promising. The most universal technological impacts include ultrasonic treatment (RCD), which is highly adaptable to existing technologies, can be used in a wide frequency range, allows to intensify the process and significantly increase the physicomechanical characteristics of the composition, as well as increase the adhesive strength.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что к вращающемуся валу с нанесенным поверхностным покрытием подводят ролик и нагружают в радиальном направлении с усилием обкатки Р1 (фиг. 1). В результате у боковых поверхностей ролика образуются пластически деформированные зоны - "волны", а сам ролик погружается на определенную глубину в обкатываемый слой. После включения продольной подачи суппорта станка волна сгоняется по направлению движения деформирующего и упрочняющего элементов (фиг. 1). Непосредственно за деформирующим роликом на расстоянии 10-30 мм с той же скоростью продольной подачи (из диапазона 0,08-0,12 мм/об) движется упрочняющий элемент, в виде рабочего наконечника ультразвукового магнитострикционного преобразователя из твердого сплава, и производит доуплотнение материала с частотой ультразвуковых колебаний 18-22 кГц. Эту операцию можно выполнить за один или несколько поступательных проходов.The essence of the proposed method lies in the fact that a roller is brought to a rotating shaft with a surface coating applied and loaded in the radial direction with a break-in force P1 (Fig. 1). As a result, plastically deformed zones — “waves” —are formed at the side surfaces of the roller, and the roller itself is immersed to a certain depth in the rolling layer. After turning on the longitudinal feed of the machine support, the wave is driven in the direction of movement of the deforming and reinforcing elements (Fig. 1). Directly behind the deforming roller at a distance of 10-30 mm with the same longitudinal feed rate (from the range of 0.08-0.12 mm / rev), a reinforcing element moves in the form of a working tip of an ultrasonic magnetostrictive transducer made of hard alloy, and makes a sealing of the material with the frequency of ultrasonic vibrations of 18-22 kHz. This operation can be performed in one or more translational passes.
При комбинированном упрочнении инструмент ультразвукового воздействия 4 (фиг. 2) под действием статической силы Р2 и значительной ударной силы, создаваемой колебательной системой, пластически деформирует покрытие 2. При этом покрытие в зоне контакта с роликом деформирующего элемента 3 пластически деформируется, происходит устранение остаточной пористости, сглаживание вершин микронеровностей и упрочнение нанесенного слоя с формированием сжимающих остаточных напряжений. В процессе ППД происходит повышение температуры покрытия и накопление внутренней потенциальной энергии, а последующая ультразвуковая обработка упрочняющим элементом способствует интенсификации процесса диффузии материала покрытия в материал-основу, что повышает адгезионную прочность связи покрытия с основой. При этом для достижения технического результата расстояние между деформирующим и упрочняющим элементами должно составлять 10-30 мм. Ультразвуковая обработка создает значительные остаточные напряжения как в продольном, так и в поперечном направлениях, что препятствует зарождению и развитию трещин.When combined hardening, the ultrasonic tool 4 (Fig. 2) under the influence of the static force P2 and a significant impact force created by the oscillating system, plastically deforms the
К параметрам совместно-последовательного ППД и УЗО относятся: сила прижатия роликов к детали, продольная подача, скорость перемещения пятна деформации, статическая сила прижатия ультразвукового наконечника и частота его колебаний.The parameters of the joint-sequential PPD and RCD include: the force of the rollers against the part, the longitudinal feed, the speed of movement of the deformation spot, the static force of the pressing of the ultrasonic tip and the frequency of its oscillations.
В процессе ППД в покрытии возрастают остаточные напряжения, увеличивается плотность дислокаций, а также формируется развитие субструктуры. В результате ультразвуковой обработки происходит измельчение зеренной структуры до субмикрокристаллических и наноразмеров. Таким образом, при комплексной обработке, включающей ППД и УЗО, создаются условия диффузионного массопереноса атомов внедрения вглубь материала как по границам зерен, протяженность которых увеличивается, так и по телу кристаллов, за счет образования легкоподвижных комплексов с вакансиями и повышенной диффузионной проницаемости в искаженных областях решетки вблизи ядер дислокаций. Дополнительное множественное скольжение зеренной структуры увеличивает торможение дислокации. Плотность дислокаций намного больше, чем при простой обкатке роликом. В результате степень наклепа повышается в 1,5-2 раза и соответственно увеличивается уровень остаточных сжимающих напряжений.During the PPD process, the residual stresses in the coating increase, the dislocation density increases, and the development of the substructure is also formed. As a result of ultrasonic treatment, the grain structure is ground to submicrocrystalline and nanoscale. Thus, in complex processing, including PPD and RCD, conditions are created for the diffusion mass transfer of interstitial atoms deep into the material along grain boundaries, the length of which increases along the body of crystals, due to the formation of easily mobile complexes with vacancies and increased diffusion permeability in distorted regions of the lattice near dislocation nuclei. An additional multiple gliding of the grain structure increases the drag of the dislocation. The density of dislocations is much higher than with simple rolling in a roller. As a result, the degree of hardening increases by 1.5–2 times and, accordingly, the level of residual compressive stresses increases.
Ультразвуковое воздействие упрочняющим элементом также способствует уменьшению шероховатости поверхности обрабатываемого покрытия, на котором образуется новый специфический микрорельеф, характеризующийся однородностью свойств по всем направлениям. При продолжительной обработке он постоянно воспроизводится.Ultrasonic action by the reinforcing element also helps to reduce the surface roughness of the treated coating, on which a new specific microrelief is formed, characterized by uniformity of properties in all directions. With continuous processing, it is constantly reproduced.
Кроме того, обработка поверхности механическими методами оказывает заметное влияние на величину энергии активации поверхностных слоев покрытия для последующего нанесения многослойных покрытий. Пластические деформации, возникающие в процессе обработки, порождают многочисленные дефекты в кристаллической решетке материала. Атомы в несовершенной кристаллической решетке обладают более высокой потенциальной энергией, что приводит к уменьшению энергии активации. Важным преимуществом УЗО является образование в поверхностном слое деталей с покрытиями остаточных напряжений сжатия значительной силы, а также уменьшение разброса твердости на поверхности материала, свидетельствующего об образовании более однородной структуры.In addition, surface treatment by mechanical methods has a significant effect on the activation energy of the surface layers of the coating for subsequent application of multilayer coatings. Plastic deformations that occur during processing cause numerous defects in the crystal lattice of the material. Atoms in an imperfect crystal lattice have a higher potential energy, which leads to a decrease in activation energy. An important advantage of the RCD is the formation in the surface layer of parts with coatings of residual compressive stresses of considerable strength, as well as a decrease in the spread of hardness on the surface of the material, indicating the formation of a more uniform structure.
Обработка детали поверхностно-пластическом деформированием с последующим упрочнением ультразвуковой обработкой, при указанных параметрах, позволит достичь желаемый технический результат.Processing of the part by surface-plastic deformation followed by hardening by ultrasonic treatment, at the indicated parameters, will achieve the desired technical result.
Пример.Example.
На специальный цилиндрический стальной образец (Сталь 45) диаметром 10 мм было нанесено покрытие из TiNi методом высокоскоростного газопламенного напыления толщиной 0,8 мм, предварительно образцы были обезжирены. После чего образец подвергли ППД путем обкатки и испытаниям на адгезионную прочность, которая определялась методом сдвига. Параметры обработки представлены в табл. 1, а результаты испытаний представлены в табл. 2.A special cylindrical steel sample (Steel 45) with a diameter of 10 mm was coated with TiNi by high-speed flame spraying with a thickness of 0.8 mm, the samples were previously degreased. After that, the sample was subjected to PPD by running-in and tests for adhesive strength, which was determined by the shear method. The processing parameters are presented in table. 1, and the test results are presented in table. 2.
3 других аналогичных образца подвергли совместно-последовательной обработке, включающей ППД путем обкатки трехроликовым приспособлением с последующей УЗО упрочняющим элементом, при этом расстояние между деформирующим и упрочняющим элементами 15 мм, с различными параметрами за один рабочий проход. После чего эти образцы также были подвергнуты испытаниям на адгезионную прочность методом сдвига.3 other similar samples were subjected to co-sequential processing, including PPD by rolling with a three-roller device followed by an RCD reinforcing element, while the distance between the deforming and reinforcing elements is 15 mm, with different parameters in one working pass. Then these samples were also subjected to shear strength tests.
Параметры обработки образцов с покрытием представлены в табл. 1.The processing parameters of the coated samples are presented in table. one.
Результаты испытаний представлены в табл. 2.The test results are presented in table. 2.
Предложенный способ повышения прочности детали с покрытием с эффектом памяти формы обеспечивает повышение физико-механических свойств детали за счет повышения адгезионной прочности между покрытием и подложкой, а также уменьшения пористости покрытия с эффектом памяти формы.The proposed method of increasing the strength of a part with a coating with a shape memory effect provides an increase in the physicomechanical properties of the part by increasing the adhesive strength between the coating and the substrate, as well as reducing the porosity of the coating with a shape memory effect.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016139914A RU2625619C1 (en) | 2016-10-10 | 2016-10-10 | Method of strength increase of details with coating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016139914A RU2625619C1 (en) | 2016-10-10 | 2016-10-10 | Method of strength increase of details with coating |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2625619C1 true RU2625619C1 (en) | 2017-07-17 |
Family
ID=59495363
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016139914A RU2625619C1 (en) | 2016-10-10 | 2016-10-10 | Method of strength increase of details with coating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2625619C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2725786C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method of increasing strength of a coated part |
RU2765559C1 (en) * | 2021-07-02 | 2022-02-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Method for hardening of a cylindrical product coated using surface-plastic deformation |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3438742A1 (en) * | 1984-10-23 | 1986-04-30 | Maschinenfabrik Alfing Keßler GmbH, 7080 Aalen | METHOD FOR INCREASING THE DURABILITY OF COMPONENTS OF DIFFERENT SHAPING |
RU2325260C2 (en) * | 2004-11-29 | 2008-05-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия | Method of electromechanic preparation of steel and cast iron product surfaces for application of coatings |
RU2349442C2 (en) * | 2007-02-01 | 2009-03-20 | Евгений Владимирович Болтенко | Method for electrochemical processing of machine parts surface |
-
2016
- 2016-10-10 RU RU2016139914A patent/RU2625619C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3438742A1 (en) * | 1984-10-23 | 1986-04-30 | Maschinenfabrik Alfing Keßler GmbH, 7080 Aalen | METHOD FOR INCREASING THE DURABILITY OF COMPONENTS OF DIFFERENT SHAPING |
RU2325260C2 (en) * | 2004-11-29 | 2008-05-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия | Method of electromechanic preparation of steel and cast iron product surfaces for application of coatings |
RU2349442C2 (en) * | 2007-02-01 | 2009-03-20 | Евгений Владимирович Болтенко | Method for electrochemical processing of machine parts surface |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2725786C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method of increasing strength of a coated part |
RU2765559C1 (en) * | 2021-07-02 | 2022-02-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Method for hardening of a cylindrical product coated using surface-plastic deformation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pu et al. | Grain refined and basal textured surface produced by burnishing for improved corrosion performance of AZ31B Mg alloy | |
Lesyk et al. | Microstructure related enhancement in wear resistance of tool steel AISI D2 by applying laser heat treatment followed by ultrasonic impact treatment | |
CN107253148B (en) | Combination method for forming gradient nano structure on surface layer of metal workpiece | |
Li et al. | Influence of multiple ultrasonic impact treatments on surface roughness and wear performance of SUS301 steel | |
Teimouri et al. | Analytical modeling of ultrasonic surface burnishing process: evaluation of through depth localized strain | |
US8782902B2 (en) | Method of making bearing using ultrasonic nano crystal surface modification technology | |
Prevéy et al. | FOD resistance and fatigue crack arrest in low plasticity burnished IN718 | |
Qutaba et al. | A review on peening processes and its effect on surfaces | |
CN108188565B (en) | Device and method for preparing gradient nanostructure with controllable tissue | |
Zhao et al. | Improving plain and fretting fatigue resistance of A100 steel using ultrasonic nanocrystal surface modification | |
Ambrosy et al. | An experimental study of cryogenic machining on nanocrystalline surface layer generation | |
RU2625619C1 (en) | Method of strength increase of details with coating | |
Kumar et al. | Modified shot peening processes—A review | |
CN110091129A (en) | Large-area planar coating composite strengthening method | |
Haghighi et al. | Effect of shot peening operation on the microstructure and wear behavior of AZ31 magnesium alloy | |
CN101733707A (en) | Intensified abrasive machining method for mechanical surface | |
Kirichek et al. | Strain hardening of metal parts with use of impulse wave | |
Bhardwaj et al. | Experimental investigation of multiple laser shock peening on mechanical properties of laser sintering additively manufactured maraging steel | |
RU2581955C1 (en) | Method for combined surface hardening of parts | |
Zhu et al. | Evaluation of an ultrasound-aided deep rolling process for anti-fatigue applications | |
RU2529327C2 (en) | Method of combined surface hardening | |
RU2625508C1 (en) | Method of strength increase of details with coating | |
Volkov et al. | Additional strengthening of “screper” jewelry tool using friction | |
RU2458777C2 (en) | Method of part surface hardening by burnishing | |
EA020478B1 (en) | Method for finishing of articles |