Асфандияров Р.Н. – канд. техн. наук, науч. сотр. лаборатории физики твердого тела
450054, г. Уфа, пр. Октября, 71
Asfandiyarov R.N. – Cand. Sci. (Eng.), researcher of the Laboratory of solid state physics of the Institute of Molecules and Crystals Physics
450054, Ufa, Oktyabrya ave., 71
Рааб Г.И. – докт. техн. наук., вед. науч. сотр.
455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38
Raab G.I. – Dr. Sci. (Eng.), leading researcher
455000, Magnitogorsk, Lenin ave., 38
Гундеров Д.В. – докт. физ.-мат. наук., вед. науч. сотр. лаборатории физики твердого тела
450054, г. Уфа, пр. Октября, 71
Gunderov D.V. – Dr. Sci. (Phys.-Math.), leading researcher of the Laboratory of solid state physics
450054, Ufa, Oktyabrya ave., 71
Аксенов Д.А. – мл. науч. сотр. лаборатории физики твердого тела
450054, г. Уфа, пр. Октября, 71
Aksenov D.A. – junior researcher of the Laboratory of solid state physics
450054, Ufa, Oktyabrya ave., 71
Рааб А.Г. – канд. техн. наук, науч. сотр. Научно-исследовательского института физики перспективных материалов
450008, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12
Raab A.G. – Cand. Sci. (Eng.), researcher
450008, Ufa, K. Marks str., 12
Эффективным подходом к повышению сопротивления усталости металлических изделий является создание на поверхности изделия сжимающих остаточных напряжений с помощью его обработки методами поверхностного пластического деформирования (ППД). Один из эффективных методов ППД – процесс безабразивной ультразвуковой финишной обработки (БУФО). Также известным подходом к повышению механических характеристик, в том числе усталостного сопротивления, является создание в изделии ультрамелкозернистого (УМЗ) структурного состояния. Настоящая работа посвящена исследованию с помощью конечно-элементного анализа напряженно-деформированного состояния УМЗ-заготовки, подвергнутой ППД методом БУФО. В качестве материала заготовки выбран технически чистый титан марки Grade 4 в УМЗ-состоянии, полученный методом равноканального углового прессования по схеме «Конформ» (РКУП-К). В ходе исследования проведен анализ напряженно-деформированного состояния очага деформации после однократного удара индентора с последующей разгрузкой в упругопластической постановке задачи. Рассмотрено влияние амплитуды колебаний индентора и его геометрических характеристик на радиальные остаточные напряжения, в том числе глубину их залегания, среднее нормальное напряжение и интенсивность деформации. Установлено, что с увеличением радиуса индентора снижается значение интенсивности деформации (e). Характер распределения параметра e – градиентный, с уменьшением значений от поверхности к центру заготовки. Анализ результатов моделирования показывает, что радиальные остаточные напряжения в области очага деформации являются преимущественно сжимающими и, соответственно, позволят повысить сопротивление усталости готового изделия. Выявлено, что с увеличением амплитуды колебаний индентора возрастают и значения сжимающих радиальных остаточных напряжений – их максимум достигает 540 МПа при амплитуде 75 мкм с глубиной залегания этих напряжений до 0,3 мм. Увеличение радиуса индентора, т.е. фактически площади контакта, ведет к повышению величины сжимающих радиальных остаточных напряжений, причем практически линейно.
An effective approach to increasing the fatigue resistance of metal products is to create compressive residual stresses on the surface of the product using surface plastic deformation (SPD) processing. One of the effective SPD methods is the process of abrasive-free ultrasonic finishing (AFUF). Another well-known approach to improving mechanical properties including fatigue resistance is to create an ultrafinegrained (UFG) structural state in the product. This research focuses on the finite-element study of the stress-strain state of a UFG workpiece subjected to SPD by the AFUF method. Commercially pure Grade 4 titanium in the UFG state obtained by the ECAP-Conform method was chosen as a workpiece material. In the course of the study, the stress-strain state of the deformation zone was analyzed after a single indentation with subsequent unloading under the elastic-plastic scenario. The effect of the indenter oscillation amplitude and its geometry on radial residual stresses including their depth of occurrence, average normal stress and strain intensity was analyzed. It was found that as the indenter radius increases, the strain intensity (e) value decreases. The e parameter distribution has a gradient nature with a decrease in values from the surface to the center of the workpiece. An analysis of simulation results shows that radial residual stresses in the deformation zone are predominantly compressive, and, accordingly, they will increase the fatigue resistance of the finished product. It was established that as the indenter oscillation amplitude increases, the values of compressive radial residual stresses also increase. Their maximum values reach 540 MPa at an amplitude of 75 μm with the depth of these stresses up to 0.3 mm. An increase in the indenter radius, i.e. in fact the contact area, leads to an increase in the magnitude of compressive radial residual stresses with an almost linear behavior.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.