ПЕРСПЕКТИВНІ МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ КОНТАКТНОЇ ВИТРИВАЛОСТІ СТАЛІ ЕІ-347Ш
DOI:
https://doi.org/10.31498/2522-9990292025330226Ключові слова:
вальниці, контактна витривалість, залишкові напруження, довговічність, зміцнення мікрокульками, скляні кульки.Анотація
Вальниці машин нового покоління стають все більш складними виробами, до яких
пред'являються високі вимоги щодо забезпечення контактної витривалості, у тому числі при
підвищеній температурі. Для підвищення контактної витривалості застосовують
поверхневе пластичне деформування (ППД). Одним з перспективних напрямків ППД є
зміцнення мікрокульками. Більшість робіт не враховує вплив температури на контактну
витривалість деталей після ППД. Метою роботи є підвищення контактної витривалості
сталі ЕІ-347Ш за рахунок раціоналізації режимів зміцнення мікрокульками та скляними
кульками. Випробування на контактну втому проводилися на установках МКВ-Т при
температурах 20 ºС і 300 ºС. Всі зразки перед зміцненням піддавалися поліруванню. Для цього
було спеціально розроблено пристосування, яке забезпечувало постійний тиск на зразок при поліруванні. Визначення залишкових напружень проводили методом свердління глухого
отвору на зразках свідках. Для визначення впливу тиску робочої рідини на контактну
витривалість були проведені випробування чотирьох партій зразків: в початковому стані і
зміцнених на протязі 3-х хвилин при тиску робочої рідини 0,16; 0,2; 0,25 МПа відповідно.
Розглянуті режими зміцнення призводять до збільшення шорсткості в порівнянні з
поліруванням приблизно на один квалітет. Найменша зміна шорсткості спостерігається при
тиску робочої рідини 0,2 МПа. Глибина зміцненого шару на всіх режимах знаходиться в
межах 0,08 ... 0,1 мм. При тиску робочої рідини 0,16 МПа спостерігалося зниження
мікротвердості, яке пов'язане з нестійкістю процесу і нерівномірністю зміцнення. Визначені
среднелогаріфмічна довговічність та гарантована довговічність; побудовані прямі, що
апроксимують функції розподілу логарифмів кількості циклів. Встановлено, що найбільша
довговічність зразків має місце при зміцненні скляними кульками при тиску робочої рідини 0,3
МПа, що обумовлено сприятливим поєднанням величини залишкових напружень, наклепу,
мікротвердості, які отримані при мінімальному збільшенні шорсткості. Встановлено
закономірності впливу режимів зміцнення мікрокульками та скляними кульками на
контактну витривалість сталі ЕІ-347Ш. Застосовані більш сучасні методики випробувань.
Визначено параметри зміцнення зразків зі сталі ЕІ-347Ш мікрокульками та скляними
кульками, які забезпечують підвищення довговічності при контактному навантаженні. Це
дозволить раціонально призначати режими ППД при проектуванні вальниць для
перспективних газотурбінних двигунів. Удосконалено методику випробувань, що дозволило
підвищити достовірність отриманих результатів.
Посилання
Cretu S., Benchea M., Cretu O. Compressive Residual Stresses Effect on Fatigue Life of
Rolling Bearings. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition,
Proceedings (IMECE). 2007. Vol. 3. P. 1–6. DOI: 10.1115/IMECE2007-43561.
Zhang X., Wu D., Xia Z., Li Y., Wang J., Han E. Comparative Study on Surface Contact Fatigue of Machine Tool Bearing Raceways with Different Rolling Elements: Two Failure Bearings
Case Studies. Tribology Letters. 2023. Vol. 71. P. 1-6. DOI: 10.1007/s11249-023-01722-7.
Cretu S., Benchea M. Residual stresses effect on fatigue life of rolling contacts. 10th
International Conference on Tribology – November 8-10, 2007. P. 106–110.
Aftanaziv I., Strohan O., Svidrak I., Royko Y., Berezovetska O., Bielikov D., Kernytskyy N.,
Chalecki M. Increasing the durability of large-calibre cannon barrels through strengthening them by
surface plastic deformation. Acta Scientiarum Polonorum. Architectura. 2024. Vol 23. P.351–357.
DOI: 10.22630/ASPA.2024.23.27.
Guo J., Zhao A., Yang M. Mechanism of Microstructural Alterations of M50 Bearing Steel
during Rolling Contact Fatigue under High Loads. Metals. 2023. Vol. 13(4). P. 1–15. DOI: 769.
3390/met13040769.
ASTM E837-08. Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the Hole
Drilling Strain-Gage Method. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2008. – 16 p.
Harada Y., Tanaka S. G0400401 Effect of hard microshot peening on fatigue strength of
spring steel. The Proceedings of Mechanical Engineering Congress, Japan. 2015. P. 1–8.
Harada Y., Yoshida K. Effect of Microshot Peening on Surface Characteristics of Spring
Steel. Materials Science Forum. 2010. Vols. 654-656. P. 374-377. DOI:
4028/www.scientific.net/MSF.654-656.374.
Karar G., Kumar R., Chattopadhyaya S. A recent development on the material surface using
shot peening and friction surfacing for industrial applications. AIP Conference Proceedings.17
November. 2022. P.1–8. DOI: 2681. 020027. 10.1063/5.0115763.
MTS3000 – Restan. Automatic System for Residual Stress Measurement by Hole-Drilling.
- SINT Technology s.r.l., 2014. – 8 p.
Rubio H., Bustos A., Castejón C., Garcia-Prada, J.C. Evolution of Rolling Bearing
Technology. Advances in Mechanism and Machine Science. 2023. P.991–1002. DOI: 10.1007/978-
-031-45709-8_97.
Yu B., Chunling X., Gao K., Yang W., Xin W., Sun Z., Zhang B., Tang Z. (2024). Effect of
Compound Surface Modification of Shot Peening and DLC Coating on Surface Integrity and Fatigue
Properties of Gear Steel 16Cr3NiWMoVNbE. Heliyon. 2024. Vol. 10. №18. P.1–13. DOI:
1016/j.heliyon.2024.e37991.
Beswick J. Bearing Steel Technologies: 10th Volume, Advances in Steel Technologies for
Rolling Bearings. 2015. –620 p.
