ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Эксплуатационные показатели деталей машин и режущих инструментов во мно­гом определяются триботехническими характеристиками поверхностного слоя конструк­ционного или инструментального материала, важной из которых является его износо­стойкость. Управление параметрами состояния поверхности в целях обеспечения регла­ментированного уровня износостойкости достигается методами упрочняющей обработки. Определенное распространение среди них получили методы поверхностного упрочнения концентрированными потоками энергии, позволяющие локализовать требуемую совокуп­ность свойств материала (пределов прочности, выносливости и т.д.) в зонах износа.

Однако традиционно реализуемые технологии не позволяют в ряде случаев обеспечить желаемый результат в отношении износостойкости упрочняемых поверхно­стей, вследствие сложности взаимоувязки режимов обработки, при которых создается определенный комплекс характеристик качества материала: микротвердости, шерохова­тости, остаточных напряжений, структурного состояния и др. Вышеизложенным предо­пределяется необходимость совершенствования существующих технологий упрочнения, а также создание новых форм его выполнения.

Разработка новых способов упрочняющей обработки базируется на основе изуче­ния закономерностей трибопроцессов с применением методов компьютерного моделиро­вания механизма контактных взаимодействий пар трения и оптимизационного анализа. Результатом является выработка технологических рекомендаций по назначению марки конструкционного или инструментального материала, вида и режимов упрочнения, а также условий эксплуатации деталей и инструмента.

С учетом необходимости обеспечения дифференцированной и комплексной форм управления параметрами характеристик изнашиваемого материала, оказывающим наи­большее влияние на его износостойкость, с формированием в итоге их благоприятного сочетания в зонах износа, в Брянской государственной инженерно-технологической ака­демии предложены новые способы упрочняющей обработки поверхностей деталей ма­шин и режущих инструментов.

Сущность одной из них заключается в формировании в поверхностных слоях уп­рочняемого объекта анизотропной структуры за счет нагрева материала до температуры плавления и последующего охлаждения в магнитном поле. Управляя положением плос­кости силовых линий магнитной индукции, удается обеспечить управление векторами анизотропии в формирующихся кристаллитах по отношению к направлению вектора внешней нагрузки. В результате появляется возможность направленной переориентации плоскостей скольжения в кристаллах с позиции создания в них наибольшей сопротив­ляемости сдвиговым деформациям в процессе скольжения. Реализация в определенных направлениях данного способа требует учета полиморфной модификации поверхностных структур и их магнитных характеристик. В качестве источника теплоты использован луч оптического квантового генератора, позволяющий создать необходимый градиент температуры в локальных участках поверхностных слоев с определенной дискретностью теплового импульса.

Кроме того, представляется возможным также осуществить упрочняющую обра­ботку немагнитных (парамагнитных) материалов по аналогичной технологии с примене­нием управляемых магнитных полей. Согласно разработанному способу, на упрочняемую поверхность объекта (немагнитный материал) металлизацией наносят слой ферромагне­тика. Затем производят индукционный нагрев объекта в поле магнитных силовых ли­ний. По мере размягчения подложки (tплавления материала детали должна быть меньше t плавления металлизированного материала) магнитное поле через слой ферро­магнетика «сдавливает» подповерхностные слои обрабатываемой детали, формируя тем самым здесь сжимающие напряжения и повышая микротвердость. Фаза охлаждения также протекает в поле действия магнитных силовых линий. После упрочнения (по ме­ре необходимости) металлизированный слой удаляется известными способами (например, чистовым шлифованием).

Весьма эффективным с позиции износостойкости упрочняемого объекта оказыва­ется способ упрочнения за счет создания в материале определенного уровня магнитострикционных напряжений сжатия. Возможность их образования обусловлена упругими свойствами металлов (ферромагнетиков) и их магнитными свойствами. Магнитное поле в объекте создается постоянным магнитом, находящимся с ним в непосредственном контакте, а также электромагнитом (в том числе расположенным вблизи зоны фрикци­онного взаимодействия).

В зависимости от технологии реализации и условий применения указанные спосо­бы упрочнения обеспечивают повышение износостойкости металлических материалов различного назначения в среднем на 40...50 %, что свидетельствует об их эффективности.