ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.787
DOI: 10.18503/1995-2732-2026-24-1-75-87
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Проблема, связанная с повышением износостойкости и усталостной прочности деталей, изготовленных из подшипниковой стали GCr15, является актуальной. Возросшие эксплуатационные требования перестают быть достигнутыми традиционными методами упрочнения деталей машин. В свою очередь, это может быть обеспечено за счет применения комбинированных методов поверхностного упрочнения, таких как лазерная закалка с последующей ультразвуковой упрочняющей обработкой. Однако на сегодняшний момент существует проблема, связанная с оптимизацией технологического процесса ультразвукового упрочнения деталей типа тел вращения, предварительно подвергнутых лазерный закалке и шлифовке дефектного слоя. Цель работы. Поиск оптимальных значений технологических параметров режима ультразвуковой упрочняющей обработки деталей типа тел вращения, изготовленных из подшипниковой стали GCr15, предварительно подвергнутых лазерной закалке и шлифованию дефектного оплавленного слоя для достижения требуемой шероховатости поверхности, максимальных значений остаточных напряжений сжатия и микротвердости на поверхности. Используемые методы. Основу экспериментальной части составил ротатабельный центральный композиционный план второго порядка. Измерения включали анализ шероховатости, остаточных напряжений и микротвердости на поверхности образцов. Новизна. Разработаны регрессионные зависимости для определения оптимальных значений технологических параметров режима ультразвуковой упрочняющей обработки тел вращения, изготовленных из подшипниковой стали GCr15, предварительно подвергнутых лазерной закалке и шлифованию дефектного слоя. Результат. Полученные зависимости позволяют с точностью не менее чем 95% определить значения параметров режима ультразвуковой упрочняющей обработки для обеспечения требуемых значений качества поверхностного слоя деталей, обеспечить высокую производительность процесса. Практическая значимость. Регрессионные зависимости могут быть использованы как для прогнозирования влияния технологических параметров режима ультразвуковой упрочняющей обработки на шероховатость, величину остаточных напряжений, микротвердость на поверхности, так и для поиска оптимальных значений параметров режима ультразвукового упрочнения шарикоподшипниковой стали GCr15.
Ключевые слова
ультразвуковая упрочняющая обработка, подшипниковая сталь, ротатабельный центральный композиционный план, шероховатость, микротвердость, остаточные напряжения
Авторы выражают признательность за предоставленную возможность проведения экспериментальной части исследования и финансовую поддержку, оказанную в рамках проекта Yongjiang talent project, грант № CIE23AM0105, CIE23AM0106.
Для цитирования
Поиск оптимальных значений технологических параметров режима ультразвуковой упрочняющей обработки тел вращения, изготовленных из подшипниковой стали GCr15, предварительно подвергнутых лазерной закалке и шлифованию / Петроченко С.В., Федоров А.А., Макашин Д.С., Михайленко С.В. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2026. Т. 24. №1. С. 75-87. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2026-24-1-75-87
1. Сапунов С.В. Материаловедение. СПб.: Лань, 2025. 208 с.
2. Земсков Ю.П. Материаловедение. СПб. : Лань, 2024. 188 с.
3. Богодухов С.И., Козик Е.С. Материаловедение. М.: Машиностроение, 2023. 504 с.
4. Галимов, Э.Р., Абдуллин А.Л. Современные конструкционные материалы для машиностроения. СПб.: Лань, 2025. 268 с.
5. Иванов, И.А., Губенко С.И., Кононов Д.П. Поверхность деталей машин и механизмов. СПб.: Лань, 2022. 156 с.
6. Gradient nanostructure and residual stresses induced by ultrasonic nano-crystal surface modification in 304 austenitic stainless steel for high strength and high ductility / C. Ye, A. Telang, A.S. Gill, S. Suslov et al. // Materials Science and Engineering: A. 2019, no. 613, pp. 274–288.
7. Effect of ultrasonic nanocrystalline surface modification on the microstructural evolution of Inconel 690 alloy / K. Li, Y. He, I.H. Cho, C.S. Lee et al. // Materials and Manufacturing Processes. 2015, no. 30, pp. 194–198.
8. Effects of ultrasonic nanocrystalline surface modification (UNSM) technique on the tribological behavior of sintered Cu-based alloy / A. Amanov, Y.S. Pyun, S. Sasaki // Tribology International. 2014, no. 72, pp. 187–197.
9. Surface amorphization of NiTi alloy induced by ultrasonic nanocrystal surface modification for improved mechanical properties / C. Ye, X. Zhou, A. Telang, H. Gao et al. // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2016, no. 53, pp. 455–462.
10. Effect of ultrasonic nanocrystalline surface modification on the water droplet erosion performance of Ti-6Al-4V / A.K. Gujba, Z. Ren, Y. Dong, C. Ye et al. // Surface and Coatings Technology. 2016, no. 307, pp. 157–170.
11. Tribological characteristics of radial journal bearings by ultrasonic nano-crystal surface modification technology / Y. Pyun, J.H. Park, C.M. Suh, I. Cho et al. // International Journal of Modern Physics B. 2010, no. 24, pp. 3011–3016.
12. Effects of ultrasonic nanocrystal surface modification on the wear and micropitting behavior of bearing steel in boundary lubricated steel-steel contacts / H. Qin, Z. Ren, J. Zhao, C. Ye et al. // Wear. 2017, no. 392–393, pp. 177–186.
13. Effect of ultrasonic rolling on the surface integrity and corrosion properties of GCr15 steel before and after quenching / Y. Wang, J. Lin, Y.S. Wang, X. Fu // Materials Research Express. 2022, no. 9, art. 056505.
14. A Study on Surface Hardening and Wear Resistance of AISI 52100 Steel by Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification and Electrolytic Plasma Surface Modification Technologies / N. Magazov, Z. Satbaeva, B. Rakhadilov, A. Amanov // Materials. 2023, no. 16, art. 6824.
15. Surface Microstructure Refinement and Mechanical Properties of GCr15 Steels Improved During Ultrasonic Surface Rolling Processing / X. Xue, S. Xu, X. Ma, J. Han, W. Zheng // Materials Research. 2023, vol. 26, art. e20220606.
16. Триботехническое материаловедение и триботехнология: учеб. пособие / Денисова Н.Е., Шорин В.А., Гонтарь И.Н., Волчихина Н.И., Шорина Н.С.; под общ. ред. Н.Е. Денисовой. Пенза: Пензенский государственный университет, 2006. 248 с.
17. Comparison of Effects of Laser, Ultrasonic, and Combined Laser-Ultrasonic Hardening Treatments on Surface Properties of AISI 1045 Steel Parts / D. Lesyk, W. Alnusirat, S. Martínez, B. Mordyuk et al. // Advanced Manufacturing Processes III. InterPartner 2021. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham, 2022, pp. 313–322.
18. Rolling contact fatigue behaviors of 25CrNi2MoV steel combined treated by discrete laser surface hardening and ultrasonic surface rolling / X. Hu, S. Qu, Z. Chen, P. Zhang, Z. Lu et al. // Optics and Laser Technology. 2022, no. 155, art. 108370.
19. Layered hardening and grain structure refinement of low-alloyed tool steel applying two-stage surface morphology modification by laser phase transformation and ultrasonic peening / D. Lesyk, V. Dzhemelinskyi, B. Mordyuk, S. Martínez et al. // MRS Advances. 2023, no. 8, pp. 988–995.
20. Surface quality improvement of steel parts by combined laser-ultrasonic treatment: determination algorithm of technological parameters / D. Lesyk, V. Dzhemelinskyi, B. Mordyuk, S. Martínez et al. // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2023, no. 2, pp. 17–26.
21. Ultrasonic Surface Finishing of AISI 1045 Steel Hardened by Laser Heat Treatment with Fibre Laser and Scanning Optics: Layered-Structure-Induced Hardening and Enhanced Surface Morphology / D. Lesyk, B. Mordyuk, W. Alnusirat, S. Martínez et al. // Progress in Physics of Metals. 2024, no. 25, pp. 822–867.
22. Finding Optimal Modes of Laser Hardening of GCr15 Bearing Steel / S.V. Petrochenko, Q. Hao, X. Yu, K. Zhao // Russian Engineering Research. 2025, no. 45, pp. 346–353.
23. Набатов В.В. Методы научных исследований. М.: МИСиС, 2020. 328 с.
24. Федоров А.А., Петроченко С.В. Спектральный метод контроля деталей после ультразвуковой упрочняющей обработки. Ч. 1 // Контроль. Диагностика. 2014. № 6. С. 65-72.
25. Полонянкин Д.А., Федоров А.А., Гомонюк Т.М. Влияние статической нагрузки на структурно-фазовый состав нержавеющей стали 12Х18Н10Т, подвергнутой ультразвуковому нанокристаллическому поверхностному модифицированию // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23, № 1. С. 92-102.
26. Петроченко С.В., Федоров А.А. Технология повышения качества рабочей поверхности коллекторов машин постоянного тока при ее механической обработке // Омский научный вестник. 2014. № 1(127). С. 113-117.