Wpływ nowoczesnych procesów obróbki cieplno-chemicznej i ściernej na rozkład naprężeń w warstwie wierzchniej stali 17CrNi6-6

STRESZCZENIE: W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące określenia stanu naprężeń własnych powstałych w wyniku kształtowania warstwy wierzchniej materiału poprzez obróbkę nawęglania próżniowego i szlifowania. Synergiczny wpływ obróbki cieplno-chemicznej i ściernej badano na próbkach pierścieniowych wykorzystywanych do badań naprężeń własnych metodą Dawidenkowa. Próbki poddano procesowi nawęglania próżniowego i następnie szlifowano ściernicą elektrokorundową - 38A60K8V oraz ściernicą z ziarnami CBN - RNB80/63B75V. Podczas szlifowania stosowano ciecze obróbkowe: emulsja olejowa 5%, wydatek ok. 20 l/min, olej Micro5000 podawany z minimalnym wydatkiem (MQL) ok. 25 ml/h, obróbka na sucho. Na podstawie przeprowadzonych badań określono wpływ rodzaju ściernicy oraz czynnika chłodząco–smarującego na rozkład naprężeń własnych w warstwie wierzchniej. Najlepsze efekty szlifowania, w odniesieniu do rozkładu naprężeń własnych, uzyskano przy podawaniu cieczy obróbkowej (emulsji olejowej) w trybie obfitym podczas szlifowania ściernicą z ziarnami CBN.

SŁOWA KLUCZOWE: synergizm, naprężenia własne, nawęglanie próżniowe, szlifowanie

ABSTRACT: In this paper we present research concerning the determination of the stresses resulting from forming the material surface layer by vacuum carburizing and grinding. The synergistic effect of thermo-chemical and abrasive treatments was studied on ring samples used for Dawidenkow stress calculation method. The samples were subjected to vacuum carburizing and then grinded using aloxite grinding wheel -38A60K8V and CBN-RNB80/63B75V. When grinding, apart from dry machining, selected cutting fluids were used: 5% oil emulsion with quantity lubrication approx. 20 l/min, oil Micro5000 administered with a minimum quantity lubrication (MQL) approx. 25 ml/h. Based on the study, the effect of grinding-cooling lubricant type on the stresses distribution in the surface layer was defined. Optimum results with respect to the distribution of stresses were achieved for the abrasive treatment in fluid (oil emulsion) under rich lubrication regime using CBN grinding wheel.

KEYWORDS: synergy, residual stresses, vacuum carburizing, grinding

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• Gawroński Z., Wpływ stanu naprężeń własnych w warstwach azotowanych na zużycie o charakterze zmęczenia stykowego. Praca habilitacyjna, Zeszyt naukowy nr 755, PŁ ,1999.
• Golański D, Bielański P., Wierzchoń T., Numerical modelling of residual stresses in boride layers on steel. Surface Engineering, Vol.13, No.2, 145-148, 1997.
• Ramalingam S., Zheng L., Film-substrate interface stresses and their role in the tribological preformance of surface coatings. Tribology International, Vol.28, No.3, 145-161, 1995.
• Djabella H., Arnell R.D., Finite element analysis of the contact stresses in elastic coating/substrate under normal and tangential load. Thin Solid Films, Vol.223, Issue 1, 87-97, 1993.
• Djabella H., Arnell R.D., Two dimensional finite element analysis of elastic stresses in double layer systems under combined surface normal and tangential loads. Thin Solid Films, Vol. 226, Issue 1, 65-73, 1993.
• Bell T., Mao K., Sun Y., Surface engineering design: modelling surface engineering systems for improved tribological performance. Surface & Coatings Technology, Vol.108-109, 360-368, 1998.
• Gawroński Z., Kruszyński B., Kula P., Synergistic effects of thermo-chemical treatment and super abrasive grinding in gears’ manufacturing. Journal of Materials Processing Technology, Vol.159, 249–256, 2005.
• Kruszyński B.W., Gawroński Z., Sawicki J., Zgórniak P., Enhancement of gears fatigue properties by modern termo-chemical treatment and griding processes. Mechanics and Mechanical Engineering. Vol. 12 , No .4, 387-395, 2008,
• Kruszyński B., Surface Integrity in Grinding. University Press, Łódź 2001.
• Kruszyński B., Koncepcja oceny wpływu procesu szlifowania na właściwości warstwy wierzchniej. Konferencja nt. Kształtowanie części maszyn przez usuwanie materiału. I Forum Prac Badawczych, Koszalin 1994.
• Kruszyński B., Togo S, Wójcik R., The Influence of Power Density and Contact Time on the Surface Integrity in Grinding. Międzynarodowa Konferencja "Development in Metal Cutting DMC 2000" Košice (Słowacja), 2000.
• Stachurski W., Sawicki J.: Wpływ warunków obróbki ostrzenia frezów ślimakowych na stan warstwy wierzchniej ostrzy. Inżynieria Materiałowa, Nr 4, 2010, 1241-1244.
• Kula P., Olejnik J., Some technological aspects of vacuum carburizing. Proc. of the 12^th International Federation of Heat Treatment and Surface Engineering Congress. Melbourne, Vol. 3, 195-200, 2000.
• Kula P., Olejnik J., Kowalewski J., New vacuum carburizing technology. Heat Treating Progress, Vol. 1, 57-60, 2001.
• Gräfen W.; Edenhofer B., New developments in thermo-chemical diffusion processes. Surface & Coatings Technology, Vol.200, 1830–1836, 2005.
• Kula P.; Korecki M.; Pietrasik R.; Stańczyk-Wołowiec E.; Dybowski K.; Kołodziejczyk Ł.; Atraszkiewicz R.; Krasowski M., FineCarb® - the flexible system for low pressure carburizing. New options and performance, The Japan Society for Heat Treatment, 133-136, 2009.
• Gräfen W., Hornung M., Irretier O., Rink M., Applications of low-pressure carburizing with high temperatures (1000°C to 1050°C) in industrial practice. Haerterei-Technische Mitteilungen, Vol.62(3), 97-102, 2007.
• Preisser F., Seemann., Zenker W.R., Vacuum Carburizing with High Pressure Gas Quenching – The Application. Proc. of The 1st Interna-tional Automotive Heat Treating Conference, Puerto Vallarta, Mexi-co, 135-147, 1998.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.8-9.373