Инструмент новой формы для упрочнения поверхности закаленной подшипниковой стали за счет улучшения свойств поверхностного слоя подшипников, разработали исследователи Уральского федерального университета (УрФУ) и Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН, 14 августа сообщает пресс-служба Минобрнауки РФ.

Изделия из подшипниковой стали применяются во многих областях промышленности — как в производстве бытовой техники, так и в станко- и машиностроении. Для повышения их износостойкости широко используются методы поверхностной обработки деталей. Одним из них является относительно простой и эффективный метод выглаживания.

Суть выглаживания — в пластическом деформировании поверхности детали скользящим по ней инструментом — индентором, который вдавливается в поверхность вращающейся заготовки детали, уплотняя ее.

Профессор кафедры термообработки и физики металлов УрФУ Виктор Кузнецов пояснил, что индентор обычно имеет полусферическую форму и изготавливается из алмаза. Однако в последние годы были предложены другие материалы и формы индентора, а также разработаны новые схемы обработки цилиндрических и плоских поверхностей.

Так, широкое применение получила новая технология упрочнения материалов за счет формирования ультрамелкозернистой и нанокристаллической структуры с помощью наноструктурирующего выглаживания поверхностного слоя.

Ученые из ИФПМ СО РАН и УрФУ провели исследование, для определения оптимальных параметров процесса выглаживания и формы инструмента для формирования наноструктуры и значительного повышения микротвердости поверхностного слоя.

Ими был научно обоснован выбор новой формы индентора — цилиндра вращения из кубического нитрида бора, наклоненного под углом к обрабатываемой поверхности. С этой целью был проведен комплекс численных и экспериментальных исследований процесса наноструктурирующего выглаживания закаленной подшипниковой стали данным инновационным инструментом.

«Анализ результатов исследований позволил выявить закономерности изменения и взаимосвязь контактного давления, коэффициента трения и пластической деформации с формируемой микроструктурой, микротвердостью и шероховатостью модифицированного поверхностного слоя», — рассказал заведующий молодежной лабораторией нелинейной механики метаматериалов и многоуровневых систем ИФПМ СО РАН Игорь Смолин.

Исследователи установили, что плоский цилиндрический индентор обладает высоким ресурсом за счет многократного поворота вокруг своей оси, а возможность управления контактным давлением сжатия и пластической деформацией сдвига достигается за счет изменения угла его наклона к обрабатываемой поверхности.

Инновационный инструмент уже работает на предприятии «Сенсор» в Кургане на этапе финишной обработки деталей трибосопряжений нефтегазопромыслового оборудования и трубопроводной арматуры.

Результаты исследования ученые представили в статье «Моделирование методом конечных элементов и экспериментальное исследование наноструктурирования выглаживания стали AISI 52100 с использованием наклонного плоского цилиндрического инструмента», опубликованной в журнале MDPI Applied Sciences.