ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.923.1
DOI: 10.18503/1995-2732-2024-22-4-120-133
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Перспективы применения уникального металла с эффектом памяти формы в конструкциях механизмов тормозятся проблемами его механической обработки. Данное исследование предназначено для повышения обрабатываемости нитинола. Цель работы. Доказать возможность фазового превращения «мартенсит – аустенит» нитинола на поверхности технологическими методами, позволяющего добиться точности абразивной обработки плоскостей. Используемые методы. Работа представляет собой экспериментальное исследование с использованием математической статистики. Новизна. Определено, что в отличие от других металлов нитинол нельзя характеризовать хорошей обрабатываемостью резанием при снятии больших объемов припуска с высокой производительностью процесса. Результат. Впервые подтверждена возможность управления фазовыми превращениями в нитиноле параметрами режима шлифования. На основе дисперсионного и регрессионного анализов получены стохастические модели и изучены поверхности отклика - микротвердости, как одной их главных характеристик фазового состава металла, учитывающие влияние режимов шлифования и характеристик абразивного инструмента. Получены изменения точности поверхности при шлифовании поверхности с предварительным термическим упрочнением плазмой и закалкой в воде, так и без нее. В конечном счете обеспечена обрабатываемость нитинола с температурой срабатывания выше +75ºС за счет изменения микротвердости в поверхностном слое деталей благодаря фазовым превращениям. Практическая значимость. Предложены уравнения описания показателя качества поверхности, величины и закономерности изменения погрешности формы плоскостей. Даны рекомендации для кругов, в частности по зернистости и пористости. Разработаны режимы шлифования с обильным охлаждением и параметры термического упрочнения плазмой, позволяющие гарантированно обеспечить отклонение от плоскостности до 7 мкм. Предложен маршрут обработки деталей из нитинола.
Ключевые слова
точность формы, микротвердость, шлифование, термообработка плазмой, никелид титана, фазовые превращения
Для цитирования
Казимиров Д.Ю., Солер Я.И. Обеспечение точности поверхности при шлифовании нитинола с высокой температурой превращений // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22. №4. С. 120-133. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2024-22-4-120-133
1. Влияние отжига на мартенситные превращения в биметаллическом композите «сталь – сплав TiNi», полученном сваркой взрывом / Беляев С.П., Рубаник В.В., Реснина Н.Н., Рубаник (мл.) В.В., Рубаник О.Е. // Металловедение и термообработка металлов. 2010. № 9. С. 30–34.
2. Сенкевич К.С. Перспективы получения и применения гибридных конструкций и композитов из титановых сплавов и нитинола: обзор // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2017. №4. С. 72-78.
3. Soler Y., Kazimirov D. A note on the change in the surface quality characteristics during flat grinding of titanium intermetallic with shape memory effect // Key Engineering Materials. 2022, vol. 910, pp. 9-16.
4. Superelastic and superplastic alloys – problem 2008 year. Open Course Ware. Available at: https://ocw.mit.edu/courses/3-22-mechanical-behavior-of-materials-spring-2008/ pages/ projects/ superelastic_5 (Accessed January 15, 2024).
5. Surface integrity of NiTi shape memory alloy in milling with cryogenic heat treated cutting tools under different cutting conditions / Emre Altas, Meltem Altin Karatas, Hasan Gokkaya and Yuksel Akinay // Journal of Materials Engineering and Performance. 2021, vol. 30, pp. 9426-9439.
6. Zainal A. Zailani, Paul T. Mativenga. Effects of chilled air on machinability of NiTi shape memory alloy // Procedia CIRP. 2016, vol. 45 (Supplement C), pp. 207-210.
7. Yi Yi Tao, Jiu Hua Xu, Wen Feng Ding. A study on grinding performance of porous NiTi shape memory alloy. Key Engineering Materials. 2008, vols. 359-360.
8. Grinding the sharp tip in thin NiTi and stainless steel wires / Yancheng Wang, Bruce L. Tai, Mackenzie Van Loon, Albert J. Shih // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2012, vol. 62, pp. 53-60.
9. Grinding of Ti2AlNb intermetallics using silicon carbide and alumina abrasive wheels / Xin Xi, Tianyu Yu, Wenfeng Ding, Jiuhua Xu // Precision Engineering. 2018, vol. 53.
10. Characterization of mechanical properties of an alloy with shape memory – nitinol / Oliveira T. S., Procópio L. S., Martins P. H. A., de Castro U. D., et al. // COBEM. 23rd ABCM Int. Congr. of Mechanical Engineering Rio de Janeiro. 2015.
11. Soler Y. I. and Kazimirov D. Yu. Influence of abrasive wheels characteristics on phases change of nitinol in different structural conditions // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2020, vol. 15, no. 11, pp. 1218-1233.
12. Kaya E. and Kaya I. A review on machining of NiTi shape memory alloys: the process and post process perspective // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019, vol. 100, pp. 2045-2087.
13. Солер Я.И., Казимиров Д.Ю., Метляев И.А. Повышение эффективности шлифования деталей из материалов с эффектом памяти формы // Вестник современных технологий. 2019. №1(13). С.12-18.
14. Гуляев А.П. Материаловедение: учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986.
15. Солер Я.И., Казимиров Д.Ю. Моделирование теплофизики плоского шлифования деталей летательных аппаратов в MSC. Marc/Mentat // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2005. №5. С. 56-62.
16. Characterisation of microstructure and mechanical properties of linear friction welded α+β titanium alloy to nitinol / Ateekh U. Rehman, Nagumothu K. Babu, Mahesh K. Talari, Yusuf Usmani and Hisham Alkhalefah // Applied Sciences. 2021, vol. 11, 10680.
17. Temperature and strain rate dependent stress-strain behaviour of nitinol / Mahesh K. Gupta, Akash Shankhdhar, Abhinav Kumar, Anant Vermon, et al. // Materials Today Proceedings. 2021, vol. 43, pp. 395-398.
18. Adebayo A. Adeleke, Yansun Yao. High-temperature shape memory loss in nitinol: a first principles study // Physical Chemistry Chemical Physics. 2019, vol. 21(14), pp. 7508-7517.