STH - 1 ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ФРИКЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И СНЯТИЯ НАПРЯЖЕНИЙ НА СВАРОЧНЫХ ШВАХ

Фрикционная обработка вращающимся инструментом (FSP), поверхностного слоя металлов основана на управлении интенсивной локализованной пластической деформацией и высокоскоростным термическим воздействием.

FSP реализуется при упрочнении: медных, титановых и магниевых сплавов, углеродистых сталей, металлокомпозитов и других материалов. 

Свойства формируемого поверхностного слоя после FSP зависят от конструкции и материала инструмента.

Упрочнение поверхностного слоя достигается за счет формирования мартенситной структуры.

Обработка трением с перемешиванием (Friction Stir Processing) является

перспективным термомеханическим методом упрочнения поверхностного слоя

металлов  интенсивной локализованной пластической деформацией.

Для достижения оптимальных результатов упрочнения необходимо подобрать

параметры процесса такие, как скорость вращения инструмента, подача,

конструкция инструмента, осевая сила и кинематическая схема движения инструмента.

Средний упрочненный поверхностный слой составляет до 2х мм.

Изменение микротвердости поверхности: исходная  250HV -   упрочненная 1020HV

Обработка трением с перемешиванием околошовной зоны сварных соединений стали 09Г2С обеспечивает выраженное упрочнение материала за счёт термомеханической модификации структуры и может рассматриваться как эффективный инструмент повышения эксплуатационной надёжности сварных конструкций. В зоне перемешивания средний размер зерна уменьшается с 10,2 до 0,95 мкм, что соответствует снижению на 90,7%. Одновременно микротвёрдость возрастает с 190 до 460 HV0,05, то есть на 142,1%, а общая глубина упрочнённой зоны превышает 1100 мкм. До обработки в области стыка основного металла и металла шва наблюдались дефекты, в том числе поры. После ОТП фиксируется снижение количества дефектов и формирование более однородной глобулярной феррито-перлитной структуры. Это создаёт предпосылки для повышения ресурса сварных узлов, работающих в условиях переменных нагрузок и локального износа.

Применение ОТП позволяет повысить прочностные характеристики сварного соединения до уровня основного металла, что имеет принципиальное значение для промышленного использования сварных изделий. Это подтверждается характером разрушения при испытаниях на растяжение: необработанный сварной шов разрушался по телу шва, тогда как после ОТП околошовной зоны образцы разрушались уже в основном металле. По результатам обработки предел текучести увеличился на 15,5%, предел прочности на 23,3%, а относительное удлинение на 78,6%, что свидетельствует не только об упрочнении, но и о сохранении благоприятного сочетания прочности и пластичности. С практической точки зрения это означает возможность снижения риска преждевременного выхода из строя сварных соединений, повышения технологической конкурентоспособности изделий и расширения области применения сварных конструкций в ответственных узлах.