Experimental investigation of tribology-related surface topography parameters and hardness of 16MnCr5 case hardened steel

Abstract

Tribological properties are determinant in the functionality of contacting surfaces of machine elements. The wear resistance or load bearing capacity influence the lifetime of these parts. In this study tribology-related surface topography parameters (Ssk, Sbi) and the hardness of hard turned surfaces are analyzed after hardness and topography measurements. Correlation coefficients were calculated for their relationships. It was found that the cutting parameters affect the wear resistance and the hardness in the opposite direction.

Трибологічні властивості є визначальними у функціональності контактних поверхонь елементів машин. Зносостійкість або несуча здатність впливають на термін служби цих деталей. У цьому дослідженні були проаналізовані параметри тривимірної топографії поверхні (Ssk; Sbi), пов’язані з трибологією (головним чином зносостійкість) і твердість за Віккерсом жорстко точених загартованих поверхонь. Експерименти проводилися на різних рівнях подачі та швидкості різання, а також на двох пластинах КНБ з різною геометрією. Для чисельних результатів розраховано кореляційні зв’язки. В експерименті з жорстким токарним обробленням змінювалися два параметри різання: швидкість подачі (f = 0,04; 0,12; 0,2 мм/об) і швидкість різання (vc = 120; 180; 240 м/хв). Глибина різання була фіксованою (ap = 0,2 мм). Випробування на твердість проводили на універсальному твердомірі (Reicherter UH250).Навантаження становило 10 кПа, а час перебування 10 с. Для вимірювання застосовувався стандарт DIN EN ISO 18265. Тверді точені поверхні аналізували з точки зору зносостійкості та несучої здатності. Параметри топографії Sz, Sa, Ssk і Sbi і значення твердості HV10 були проаналізовані та порівняні один з одним. Параметри Sz, Sa, Sbi і HV10 збільшуються з ростомшвидкості подачі. Це справедливо для параметра Ssk у випадку вставки A (NP-CNGA 120408 TA4; α = 35°). Значення Sz, Sa, Sbi та HV10 нижчі у випадку вставки B (4NC-CNGA 120408; α = 25°). Зв'язок між значеннями твердості та значеннями Ssk слабкий, тоді як значення Sbi мають середньо-сильний зв'язок зі значеннями твердості. Коли параметри рельєфу покращуються, отримують менш сприятливі значення значень твердості. Наведені вище висновки справедливі в проаналізованих діапазонах параметрів жорсткого точіння (ap = 0,2 мм; vc = 120–240 м/хв; f = 0,04–0,2 мм/об). Аналіз можна розширити до аналізу більшої кількості рівнів глибини різання, більшої кількості інструментів і більшої цілісності поверхні або властивостей, пов’язаних з трибологією.