Экспериментальные исследования эффективности влияния технологии обкатывания стальных деталей на контактную прочность Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 69 Марченко Д.Д. Николаевский национальный аграрный университет, г. Николаев, Украина E-mail: marchenko_vod@mail.ru ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОБКАТЫВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ НА КОНТАКТНУЮ ПРОЧНОСТЬ УДК 621.7; 621.8; 539.4 В статье приведены результаты исследований физико-механических свойств поверхностного слоя и элек- тронно - графических исследований микроструктуры валов, после упрочнения их поверхностным пластическим де- формированием с помощью обкатывания роликами. Описан механизм возникновения дислокационных ячеек в структуре зерен за счет плотности дислокаций после обкатывания. Проведено исследование технологического про- цесса поверхностного упрочнения стальных деталей обкатыванием роликами, а также определенны конструктивно – технологические параметры устройства для обкатывания на показатели технологического процесса упрочнения ка- натных блоков с целью повышения их контактной прочности, что позволяет осуществить оптимизацию технологи- ческого процесса. Ключевые слова: контактная прочность, износ, диффузия, поверхностное пластическое деформирова- ние, клиновой ролик, канатный блок. Вступление Проблема повышения сопротивления контактному смятию, контактной прочности, износостой- кости, которые являются важнейшими характеристиками, которые определяют надежность и долговеч- ность деталей машин и механизмов, становится все более актуальной, поскольку постоянно растет ин- тенсивность работы оборудования. Продолжение срока эксплуатации деталей наиболее экономически можно получить за счет улучшения свойств их поверхностного слоя. Управление свойствами поверхно- сти можно осуществлять за счет изменения структуры металла поверхностного слоя, а также его физико- механических свойств. Одним из эффективных и простых методов упрочнения поверхностного слоя является метод по- верхностного пластического деформирования с помощью обкатывания роликами, одной из основных проблем которого является совмещение чистовой и упрочняющей обработок, позволяющее достичь мак- симальное улучшение структуры и свойств поверхностного слоя. Цель и постановка задачи Целью данной работы является оценка эффективности влияния обкатывания роликами стальных деталей на контактную прочность и исследования технологического процесса поверхностного упрочне- ния обкатыванием роликами на экспериментальной установке в лабораторных и в производственных ус- ловиях. Для выполнения цели работы необходимо было решить следующие задачи: - исследование влияния режимов обкатывания роликами на параметры, которые определяют ка- чество поверхностного слоя (шероховатость покрытия, структура, субхиммикроструктура, микротвер- дость); - исследование поверхностей на контактную прочность после обкатывания роликами с разными режимами; - разработка способа и технологии обкатывания клиновым роликом стальных деталей; - исследование влияния режимов работы устройства на шероховатость поверхности и степень наклепа из определения параметров и характера взаимодействия клинового ролика с обкатыванной по- верхностью канатного блока; - оценка качества выполнения технологического процесса обкатывания и испытания упрочнен- ных стальных канатных блоков в производственных условиях. Моделирование контактного взаимодействия при исследовании эффективности влияния обкаты- вания роликами, а также определение качества выполнения технологического процесса упрочнения пре- дусматривало разработку и изготовление приборов, оснастки, а также написания для них методик прове- дения исследований. Исследование остальных пунктов программы экспериментальных исследований проведено за известными методиками, которые описаны ниже. Экспериментальные исследования эффективности влияния технологии обкатывания стальных деталей на контактную прочность Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 70 Изложение материалов исследований Измерение твердости разных материалов, а именно испытание на микротвердость – это один из тонких способов механических испытаний. При испытании на микротвердость получаем характеристику материала в его микрообъеме. Микротвердость образцов, после обкатывания с разными режимами [1, 2], было исследовано на микротвердомере ПМТ – 3 (рис. 1) согласно рекомендаций [3] но ГОСТ 9450 – 76. Рис. 1 – Определение микротвердости образцов на микротвердомере ПМТ – 3 При определении микротвердости обкатанных образцов, были выбраны 3 метода исследований (табл. 1). Таблица 1 Методы исследований при определении микротвердости образцов № п/п Область применения Короткая методика 1 Оценка микротвердости отдельных структурных составляющих сплава Используется металлографический шлиф с выявленной трав- лением структурой. Отпечатки наносятся в отдельные струк- турные составляющие сплава со следующим их измерением и определением микротвердости 2 Оценка градиента микротвердости по толщине поверхностного слоя после поверхностного упрочнения Используется поперечный или косой металлографический шлиф. Отпечатки наносятся от поверхности вглубь через оп- ределенные интервалы со следующим их измерением и опре- делением микротвердости по толщине поверхностного слоя 3 Оценка разброса значений микротвердости в металле или сплаве На исследуемой поверхности металлографического шлифа наносятся произвольно не менее 20 отпечатков со следующим их измерением, определением микротвердости и статистиче- ской обработки полученных результатов Обработка полученных результатов осуществлялась в следующем порядке: 1. Для каждого отпечатка определялась разница измерений d1 – d2, мкм, а потом величина 0,31(d1 – d2), учитывающий коэффициент увеличения микроскопа. После измерения длины диагонали отпечатка подсчитывали число твердости как часть от деления прилагаемой нагрузки F (Н) на боковую поверхность полученного отпечатка: 2 510854,1 d F H   , где d – длина диагонали отпечатка, мкм; 2d /1,854 – площадь боковой поверхности полученного пирамидаидального отпечатка. Полученные данные заносились в протокол результатов измерения отпечатков микротвердости. 2. По таблицам микротвердости определялось значение микротвердости 0,1H (величина на- грузки на пирамиду – 1,0 Н). 3. Высчитывалось среднее значение микротвердости: Экспериментальные исследования эффективности влияния технологии обкатывания стальных деталей на контактную прочность Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 71 n H H n i ср i     1 0,1 . 4. Определяли сводную дисперсию. Среднее значение  ..зnH и  .иH нормально распределен- ных величин сравнивали с помощью t – критерия Стьюдента. 5. Все данные заносились в протокол результатов и на основе их анализа делались соответст- вующие выводы. Механические и много других свойств металлических материалов зависят не только от химиче- ского состава, но и от их строения – структуры [4]. Поэтому, в ходе исследований, был проведен микро- анализ, который был разделен на 3 этапа: - приготовление шлифов (специальных образцов); - химическое травление шлифов для выявления микроструктуры; - исследование микроструктуры металлов и сплавов с помощью цифрового и оптического свето- вого металлографического микроскопов. 1. Приготовления шлифов, благодаря новейшим технологическим возможностям, имели свои особенности, которые отличаются от стандартной (классической) методики. Для исследований были изготовленные шлифы цилиндрической формы, диаметром 30 мм. Ме- таллографические образцы для шлифов были вырезаны из стали 40 до обкатывания и после обкатывания с упрочняющим режимом. Для этого металлографический образец для изготовления шлифа был предварительно вырезан на ручном отрезном станке Labotom - 3 «Struerus» (рис. 2), который обеспечивал резание без деформации и пережога за счет рециркуляционного охлаждения. А потом, с помощью высокоточного (позиционирова- ние объекта с точностью до 0,01 мм) отрезного станка Minitom «Struerus» (рис. 3) с алмазным слоем дис- ками и охлаждение водой, выполняли прецизионное резание, которое обеспечивало высокую чистоту поверхности среза. Рис. 2 – Ручной станок для предыдущего отрезания образцов Labotom – 3 «Struerus» Рис. 3 – Прецизионный станок для точного отрезания образцов Minitom «Struerus» На следующем этапе выполняли приготовление исследуемых образцов к шлифованию и полиро- ванию с целью подготовки шлифов к микроструктурному анализу. Для этого использовали автоматиче- ский электрогидравлический пресс CitoPress – 1 «Struerus» (рис. 4), что благодаря автоматическим сис- темам дозирования смолы, регулирования усилия и определения размеров цилиндров, обеспечивало го- рячую запрессовку образцов. На заключительном этапе приготовления шлифов, использовали шлифовочно-полировочный станок LaboPol – 5 «Struerus» (рис. 5) с полуавтоматическим держателем – вращателем образцов и встро- енным таймером, а также 4 перистальтическими помпами для дозирования алмазных суспензий, лубри- канта и суспензий, что обеспечивало шлифование и полирование образцов (до 3-х шт.), благодаря набору абразивных шлифовочно-полировочных дисков (SiC – карбид кремния) зернистостью 80 - 120 - 180 - 220 - 320 - 500 - 800 - 1000 - 1200 - 4000. 2. Выявление микроструктуры. Шлифы после полирования промывались водой и просушивались фильтровальной бумагой. Для выявления микроструктуры, согласно рекомендаций [5], на шлиф наносили 3 - 5 %-ый рас- твор азотной кислоты (HNO3) в этиловом спирте (C2H5OH) и выдерживали до появления признака трав- ления (до появления светломатового оттенка), потом промывали водой и сушили намоканием фильтро- вальной бумагой. Экспериментальные исследования эффективности влияния технологии обкатывания стальных деталей на контактную прочность Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 72 3. Изучение микроструктуры с помощью прибора КМТ – 1 (рис. 6), который предназначен для измерения микротвердости и исследования микроструктуры образцов. Особенность данного прибора за- ключается в выводе результатов на ПЕОМ и автоматической обработке результатов. Измерение отпечат- ков, а также отображение микроструктуры осуществляется с помощью видеоустройства (увеличение в х500 раз), подключенного к ПЕОМ и специализированному программному обеспечению со статистиче- ской обработкой и возможностью автоматического анализа изображения в соответствии со стандартами измерения твердости. Рис. 4 – Автоматический электрогидравлический пресс CitoPress – 1 «Struerus» Рис. 5 – Шлифовочно - полировочный станок LaboPol – 5 «Struerus» Исследование химического распределения упрочняющих элементов с помощью микрохиманали- за проводился на растровом электронном микроскопе с микрорентгеноспектральным микрохиманализа- тором «Superprobe - 733» фирмы «Jeol» (рис. 7). Рис. 6 – Компьютеризованный микротвердомер КМТ – 1 Рис. 7 – Микрохиманализатор Jeol «Superprobe – 733» Анализ результатов исследования микротвердости показали (табл. 1, [6]), что при обкатывании роликами сталей 40Х и 45 прослеживается значительное снижение микротвердости в переходной зоне между упрочненным слоем и исходным металлом. При обкатывании армкожелеза такого спада не выявлено. Предложенная идея диффузионного переноса упрочняющих химических элементов (Cr, C) из глубинных слоев на поверхность. Распределение упрочняющих химических элементов Cr и C было ис- следовано с помощью микрохиманализатора фирмы Jeol «Superprobe - 733». Установлено, что в пере- ходной зоне содержимое Cr и C уменьшилось на 20 - 30 %, а в упрочненном слое увеличилось до 10 - 15 %. Аналогичные результаты получены в работах [7, 8] на поверхностях трения и при термо- и электромеханическом упрочнении сталей [9]. В этих работах в качестве основных механизмов диффузии называют температурный градиент [10] и электроперенос [11]. Поскольку в нашем случае эти механизмы являются несущественными или совсем отсутствуют, следует считать при ППД существенным механиз- мом диффузии – градиент плотности дислокаций [12]. Диффузия (массоперенос, который сопровождается изменением химического состава металла) элементов в металле направлена перпендикулярно к поверхности обкатывания от участков недеформи- рованного металла, то есть по оси градиентов и в первую очередь пластической деформации, которая оп- ределяет градиент плотности дислокаций и служит дополнительной термодинамической силой, стиму- Экспериментальные исследования эффективности влияния технологии обкатывания стальных деталей на контактную прочность Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 73 лирующая диффузию элементов, которые входят в состав металла. Зона диффузии атомов элементов сравнима с зоной деформационного обкатывания металла. Диффузия легирующих элементов в деформированном обкатыванием слое металла приводит к разным результатам изменения концентрации по глубине упрочненного слоя металла. Диффузионные потоки в поверхности обкатывания карбидообразующих элементов (Cr, C) приводят к тому, что самом поверхностном слое образуются дополнительно карбидная фаза с одновременным уменьшением содер- жимому этих элементов в матрице. В условиях деформирования, зарождения трещин и изнашивания происходит выкрашивания карбидов, которые в процессе превращения укрупняются. Уменьшение со- держимому карбидообразующих элементов в поверхностном слое металла снижает эксплуатационные свойства материалов: контактная прочность, износостойкость при сухом и предельном трении, коррози- онная стойкость, стойкость, против фреттинга облегчает условия фазовых переходов в железоуглероди- стых сплавах (α – γ), то есть является крайне негативным явлением. При накоплении (увеличении) ато- мов элементов (Cr, C), физико - механические свойства поверхностных слоев металла – коррозийная стойкость, контактная прочность металлической основы (твердого раствора) – повышается и это способ- ствует улучшению антифрикционных свойств материалов. Выходя из концепций процессов массопере- носа, который происходит при обкатывании, можно разработать наиболее действенные системы легиро- вания стальных деталей, которые будут в зависимости от условий работы показывать свои максимальные эксплуатационные показатели. Микроструктура образцов, изготовленных с разных валов до поверхностного наклепа, была оди- наковой. Она состоит из перлитных зерен, окруженных доэвтектоидным ферритом (рис. 8, а). После об- катывания изменения в микроструктуре на оптически - цифровых микрофотографиях удалось выявить только в поверхностных слоях вала, обкатанного роликом (рис. 8, б). Они заключались в значительном удлинении в круговом направлении как ферритных, так и перлитных зерен. а б Рис. 8 – Микроструктура образцов поверхностного слоя из стали 40: а – до обкатывания; б – после обкатывания (прибор КМТ – 1, х500) Исследование технологического процесса поверхностного упрочнения стальных деталей обка- тыванием роликами. Создание способов и технологий, которые могут быть применены для упрочнения и повышения износостойкости, контактной прочности деталей путем поверхностной пластической деформации, явля- ется актуальным. В рамках научно-исследовательской работы результаты экспериментальных исследо- ваний по влиянию обкатывания роликами на долговечность стальных деталей, работающих при контакт- ном смятии, проверенные в производственных условиях при работе канатных блоков со стальными кана- тами [13]. В качестве объекта исследования влияния обкатывания роликами на контактную прочность бы- ли приняты канатные блоки, долговечность рабочего профиля которых складывала не больше 3 - 4-х месяцев. Для проведения исследований технологического процесса поверхностного упрочнения канатных блоков с помощью обкатывания роликов использовали экспериментальное устройство (рис. 9), которое содержит роликовый узел и рычажный силовой пружинный механизм поджатия ролика к детали, уста- новленный в корпусе устройства. Ролик устройства для обкатывания сделан клинообразной формы с вы- пуклой образующей рабочего профиля, что позволяет одновременно обкатывать как конические, так и тороидальную поверхности канатного блока и облегчает технологию чистового и упрочняющего обка- тывания. Экспериментальные исследования эффективности влияния технологии обкатывания стальных деталей на контактную прочность Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 74 Для обеспечения оптимального усилия обкатывания при обработке конической поверхности ру- чья канатного блока, где приведенная кривизна контакта ролика с деталью в плоскости подачи имеет значительно больше величины, чем при обкатывании круговой впадины, на конической поверхности средний угол φ вдавливания ролика значительно превысит 5о и следовательно, будет иметь место пере- наклеп поверхности, появится недопустимая волнистость на обработанной поверхности. Поэтому рабо- чая поверхность клинового ролика сделана с переменной кривизной. Рычажный силовой пружинный механизм установлен с клиновым роликом на подшипниках ка- чения. При установлении подшипников скольжения при технологическом процессе возникнет неравно- мерная деформация конической поверхности ручья канатного блока, так как значительные силы трения скольжения, возникающие на поверхностях оси и боковых стенок рычага во время поворота последнего вокруг своей оси через биение профиля клинового ролика, будут то вычитаться из силы пружины, то складываться с ней, в зависимости от направления перемещения оси ролика. Как показали исследования, колебание усилия обкатывания составляют в этом случае до 45 % [14], что и приведет к появлению вол- нистости на боковых конических поверхностях ручья канатного блока. Технологический процесс обкатывания устройством с клиновым роликом проводился на уни- версальном токарно-винторезном станке 1К65 (рис. 10), потому регулирование таких параметров как скорость обкатывания и количество оборотов блока контролировалось на станке при соответствующей настройке. Угол наклона ручья профиля и отклонения формы ручья профиля блока измерялся с помо- щью индикатора. Для отслеживания влияния обкатывания на качество поверхности и на степень упроч- нения изготовлялись переменные клиновые ролики с разным углом вдавливания и профильным радиусом. Ход протекания технологического процесса обкатывания клиновым роликом канатных блоков на экспериментальном оборудовании снимали на видеокамеру (Panasonic SDR – S26) со следующим по- кадровым изучением. Канатный блок 2 (рис. 10) одной стороной устанавливали отверстием под подшипники в ступице в патрон станка и зажимали ее, другую сторону ступицы – с помощью специальной оправки 3 поджима- ли задней бабкой универсального токарно-винторезного станка 4. Устройство 1 квадратным концом кронштейна закрепляли в резцедержатель суппорта станка. Перемещением суппорта станка 4 ролик вво- дили в ручей канатного блока 2 так, чтобы он своей узкой частью рабочего профиля коснулся впадины ручья канатного блока 2. Усилие на ролике можно устанавливать двумя способами: с помощью враще- ния гайки тяги устройства 1, чтобы сжать пружину на необходимую величину (при сжатии пружины на 3,5 мм усилия на ролике составляет 1 кН), а также с помощью станка 4, через ручное перемещение попе- речной салазки рукоятки суппорту, на котором установлено устройство. Рис. 9 – Экспериментальное устройство для обкатывания канатных блоков клиновым роликом Рис. 10 – Общий вид экспериментального оборудования: 1 – устройство для обкатывания канатных блоков; 2 – канатный блок; 3 – оправка; 4 – токарный станок Обкатываемую поверхность блока 2 мажут машинным маслом и включают вращение блока 2 со скоростью 40 - 50 м/мин. При вращении канатного блока 2 и ролика устройства для обкатывания канатных блоков 1 рабо- чие поверхности (торцы) ролика оставляют на обкатываемой поверхности детали два синусоидальных следа, которые по мере вращения блока и ролика постепенно смещаются в круговом направлении, пока вся поверхность ручья не окажется деформированной. Усилие на ролике колеблется в пределах ± 5 %, так как сила трения на оси рычага (балансира) имела, через малый коэффициент трения fк в подшипниках качения 8 - 10 (fк не больше 0,008). Этим Экспериментальные исследования эффективности влияния технологии обкатывания стальных деталей на контактную прочность Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 75 обеспечивается равномерная деформация поверхностного слоя ручья блока. После этого, чтобы исклю- чить контакт ролика устройства 1 с канатным блоком 2, с помощью вращения гайки тяги или ручным пе- ремещением поперечной салазки рукоятки суппорта, выключали вращение блока и перемещением суп- порта выводили ролик из ручья. Для определения показателей параметров оптимизации при влиянии факторов на технологиче- ский процесс обкатывания использовали соответствующее оборудование. Степень наклепа измеряли и определяли после обкатывания с помощью универсального инте- грального динамического твердомера TIME Hardness Tester TH130 (рис. 11), что обеспечивает высокую точность и широкий диапазон измерения, а также подсоединение к ПЕОМ. Для определения шероховатости рабочей поверхности после обкатывания канатного блока была использована следующая методика. До обкатывания шероховатость поверхности канатного блока была сравнена с помощью образ- цов шероховатости ОШ (ГОСТ 9378 – 93, изготовленных в соответствии с требованиями ГОСТ 2789 – 73) с применением лупы. После обкатывания с одними значениями параметров обкатывания при влиянии фак- торов на технологический процесс в профиль канатного блока заливалась самотвердеющая пластмасса на основе акриловых смол «ПРОТАКРИЛ – М», таким образом делались реплики [15]. Рабочую поверх- ность профиля блока в местах снятия реплик обезжиривали ацетоном. После высыхания пасты (время полимеризации 25 - 30 мин. при температуре 35 - 40 ºС), реплика была сошлифована одной стороной. Для измерения в лабораторных условиях шероховатости и волнистости обкатанной поверхности использовали профилограф-профилометр тип А1 (ГОСТ 19299 – 73 и ГОСТ 19300 – 73) модель 252, за- вода «Калибр» (рис. 12) и по профилограмам определялись основные геометрические характеристики поверхности без разрушения образцов. Реплику устанавливали на профилограф-профилометр М – 252 и проводили измерение шерохо- ватости. Применение реплик по данной методике обеспечивает измерение шероховатости с большой точностью и удобством. Погрешность определения шероховатости поверхности при данной методике, по сравнению с натурной, составляет не больше 8 %. Рис. 11 – Измерение твердости профиля канатного блока после обкатывания для определения степени наклепа Рис. 12 – Профилограф-профилометр М – 252 В ходе экспериментальных исследований проведенный анализ экспертной оценки («психологи- ческий эксперимент») и их статистической обработки позволили сделать вывод о наибольшем влиянии на ход и качество выполнения технологического процесса следующих четырех факторов: угла вдавлива- ния ролика; профильный радиус ролика; количество оборотов блока; скорость обкатывания. В результате чего использовался трехуровневый, четырех факторный план Бокса 2-го порядка для проведения экспе- римента [13]. После статистической обработки экспериментальных данных на ПЕОМ (с помощью программ Statistica и Excel) получены математические модели для шероховатости поверхности (ШП) и степени наклепа (СН), которые описывают технологический процесс обкатывания канатных блоков на устройстве. Уравнения регрессии имеют вид: ;280,1405,1 522,0094,0359,0257,0 154,0002,0280,0014,0 4970,05837,02520,02789,09224,1 2 4 2 3 2 2 2 14342 32413121 4321 XX XXXXXX XXXXXXXX XXXXШП     Экспериментальные исследования эффективности влияния технологии обкатывания стальных деталей на контактную прочность Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 76 .931,0925,0 106,0483,0062,1115,0 124,0535,0236,0127,0 1157,0135,07167,02578,05008,47 2 4 2 3 2 2 2 14342 32413121 4321 XX XXXXXX XXXXXXXX XXXXСН     В результате проведения экспериментальных исследований методом крутого восхождения выяс- нены оптимальные конструкторско-кинематические параметры. С помощью планирования эксперимента при оптимизации технологического процесса обкатывания канатного блока клиновым роликом получены следующие оптимальные режимы обработки: профильный радиус ролика (Х1) 15 мм, скорость обкаты- вания (Х2) 40 - 50 м/мин., оптимальный угол вдавливания ролика (Х3) 5 град, количество оборотов блока (Х4) 160 - 180 об. Их оптимальное сочетание формирует качество выполнения технологического процесса поверх- ностного упрочнения стальных деталей обкатыванием роликами в показателях: шероховатости поверх- ности (ШП) – 1 ... 1,9 и степени наклепа (СН) – 46,5 … 56 %. Выводы 1. Исследована диффузия химических элементов поверхностного слоя в процессе поверхностно- го деформирования с помощью микрохиманализа на микрохиманализаторе фирмы Jeol «Superprobe – 733» и анализом изменения микротвердости упрочненного поверхностного слоя. Установлено, что в пе- реходной зоне содержание Cr и C уменьшилось на 20 - 30 %, а в упрочненном слое увеличилось до 10 - 15 %. 2. Предел текучести наклепанного слоя растет в большей мере, чем твердость (100 - 130 % про- тив 20 - 60 %). Благодаря этому по изменению текучести более четко определяется предел деформиро- ванного слоя по вытягиванию зерен в направлении обкатывания. 3. Как показали микроструктурные исследования, упрочнение поверхностных слоев при обкаты- вании образцов роликом в основном связано с возникновением дислокационных ячеек в структуре зерен избыточного феррита. Меньшую деформацию испытывают ферритные пластинки перлита. 4. Увеличение степени наклепа при обкатывании роликом проявляется в большей плотности дислокаций и уменьшении размеру ячеек в субструктуре ферритных зерен, а также в более густой сетке дислокаций в ферритных пластинках перлита. В отдельных районах происходит изгиб и разлом цемен- титных пластин, которые свидетельствуют о предельной степени пластической деформации поверхност- ного слоя. Это подтверждается началом лущения поверхности, обкатанной роликом. 5. Созданный комплекс лабораторных приборов для экспериментальных исследований физико- механических свойств стальных деталей сложной формы, которые работают под контактной нагрузкой, в т. ч. канатного блока, таких как степень наклепа рабочей поверхности и шероховатости обкатанной по- верхности. Это обеспечивает получение корректных показателей технологического процесса упрочнения на разработанном устройстве с клиновым роликом. 6. Определение механико-технологических свойств обкатанных канатных блоков с помощью устройства с клиновым роликом, таких как угол вдавливания и профильный радиус клинового ролика, количество оборотов стального канатного блока и скорость обкатывания дали возможность согласовать возможные пределы варьирования основных конструктивно - технологических режимов упрочнения предлагаемым устройством и определиться с формой клинового ролика. В результате проведения экспе- риментальных исследований выяснены оптимальные конструкторско - кинематические параметрами. 7. Проведенные экспериментальные исследования доказали адекватность результатов физиче- ского и математического моделирования процессов, которые происходят во время обкатывания рабочей поверхности канатного блока клиновым роликом. Это позволяет рекомендовать разработанные матема- тические модели для использования при упрочнении стальных деталей. Литература 1. Бутаков Б. І. Дослідження ступеня зміцнення та дифузії хімічних елементів в поверхневому шарі в процесі поверхневого деформування / Б. І. Бутаков, Д. Д. Марченко // Матеріали ІІ-ої Міжнародної студентів і молодих учених науково-практичної конференції «Перспективна техніка і технології – 2006». – Миколаїв. – С. 113-116. Экспериментальные исследования эффективности влияния технологии обкатывания стальных деталей на контактную прочность Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 77 2. Бутаков Б. И. Влияние поверхностной пластической деформации на степень упрочнения и диффузию химических элементов в поверхностном слое / Б. И. Бутаков, Д. Д. Марченко // Вестник Харь- ковского национального автомобильно-дорожного университета. Сборник научных трудов. – Харьков : Северо-восточный научный центр. Транспортная академия Украины, 2009. – Выпуск 46. – С. 17-21. 3. Паршев С. Н. Микротвердость материалов: Методические указания к лабороторной работе / С. Н. Паршев, Н. Ю. Полозенко. – Волгоград : ВолгГТУ, 2004. – 15 с. 4. Самохоцкий А. И. Лабороторные работы по металловедению: Учебное пособие для технику- мов / А. И. Самохоцкий, М. Н. Кунявский. – М. : Машиностроение. – 184 с. 5. Жарков В. Я. Материаловедение. Материаловедение и технология конструкционных материа- лов. Микроанализ металлов и сплавов: методические указания к выполнению и оформлению лаборатор- ной работы №1 для студентов всех специальностей и форм обучения / В. Я. Жарков, В. П. Мельников. – Брянск : БГТУ, 2007. – 15 с. 6. Бутаков Б.И. Повышение контактной прочности стальных деталей с помощью поверхностного пластического деформирования / Б.И. Бутаков, Д.Д. Марченко // Проблеми трібології. – 2008. – № 1. – С. 14 - 23. 7. Рыбакова Л. М. Структура и износостойкость металла / Л. М. Рыбакова, Л. И. Куксенова. — М. : Машиностроение, 1982. – 212 с. 8. Марковский Е. А. Научные предпосылки создания новых износостойких литых материалов с высокими эксплуатационными свойствами / Е. А. Марковский // Прогрессивные технологи литья и кри- сталлизации сплавов. – 1983. – С. 43-57. 9. Бабей Ю. И. Физические основы импульсного упрочнения стали и чугуна / Ю. И. Бабей. — К. : Наукова думка, 1988. – 240 с. 10. Бокштейн Б. С. Диффузия в металлах / Б. С. Бокштейн. – М. : Металлургия, 1978. – 248 с. 11. Кузменко П. П. Электроперенос, термоперенос и диффузия в металлах / П. П. Кузменко – К. : Вища школа, 1983. – 152 с. 12. Бутаков Б.И. Основные принципы технологии импульсного и малоскоростного воздействия на структуру и свойства металлов и сплавов: дис. на соискание ученой степени доктора техн. наук: 05.02.01 / Бутаков Борис Иванович. – К., 1992. – 533 с. 13. Бутаков Б. И. Оптимизация параметров поверхностного упрочнения обкатыванием роликами канатных блоков с целью повышения их контактной прочности / Б. И. Бутаков, Д. Д. Марченко // Проблеми трибології. – 2010. – № 3. – С. 99-107. 14. Б. И. Бутаков. Усовершенствование процесса чистового обкатывания деталей роликами / Б. И. Бутаков // Вестник машиностроения. – 1984. – №7. – С. 50-53. 15. Аркулис Г. Э. Измерения шероховатости поверхности с помощью реплик / Г. Э. Аркулис, М. И. Куприн, В. Д. Голев, А. М. Игонькин // Вестник машиностроения. – 1971. – № 12. – С. 48-50. Поступила в редакцию 18.04.2017 Экспериментальные исследования эффективности влияния технологии обкатывания стальных деталей на контактную прочность Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 78 Marchenko D.D. Experimental studies of the effectiveness of the influence of the technology of lining the steel parts on contact strength. The results of investigations of the physical and mechanical properties of the surface layer and electron-graphical studies of the microstructure of the shafts are given in the article, after hardening by surface plastic deformation by rolling by rollers. A mechanism is described for the appearance of dislocation cells in the grain structure due to the dislocation density after rolling. The study of the technological process of surface hardening of steel parts by rolling with rollers, as well as certain design and technological parameters of the device for rolling over the indicators of the technological process of hardening of cathode blocks with the purpose of increasing their contact strength, which allows to optimize the technological process. The set of laboratory instruments for experimental studies of the physical and mechanical properties of complex shaped steel parts that work under a contact load, including a cable block, such as the degree of hardening of the working surface and the roughness of the rolled surface. The increase in the degree of cold work during roller rolling manifests itself in a greater density of dislocations and a decrease in the size of the cells in the substructure of ferrite grains, as well as in a denser network of dislocations in perlite ferritic plates. The conducted experimental researches have proved the adequacy of the results of physical and mathematical modeling of the processes that occur during the rolling of the working surface of the cable block with a wedge roller. Key words: contact strength, wear, diffusion, surface plastic deformation, wedge roller, rope block. References 1. Butakov B. І. Doslіdzhennja stupenja zmіcnennja ta difuzії hіmіchnih elementіv v poverhnevomu sharі v procesі poverhnevogo deformuvannja. B. І. Butakov, D. D. Marchenko. Materіali ІІ-oї Mіzhnarodnoї studentіv і molodih uchenih naukovo-praktichnoї konferencії «Perspektivna tehnіka і tehnologії. 2006». Mikolaїv. S. 113-116. 2. Butakov B. I. Vlijanie poverhnostnoj plasticheskoj deformacii na stepen' uprochnenija i diffuziju himicheskih jelementov v poverhnostnom sloe. B. I. Butakov, D. D. Marchenko. Vestnik Har'-kovskogo nacion- al'nogo avtomobil'no-dorozhnogo universiteta. Sbornik nauchnyh trudov. Har'kov : Severo-vostochnyj nauchnyj centr. Transportnaja akademija Ukrainy, 2009. Vypusk 46. S. 17-21. 3. Parshev S. N. Mikrotverdost' materialov: Metodicheskie ukazanija k laborotornoj rabote. S. N. Parshev, N. Ju. Polozenko. Volgograd. VolgGTU, 2004. 15 s. 4. Samohockij A. I. Laborotornye raboty po metallovedeniju: Uchebnoe posobie dlja tehniku-mov. A. I. Samohockij, M. N. Kunjavskij. M. Mashinostroenie. 184 s. 5. Zharkov V. Ja. Materialovedenie. Materialovedenie i tehnologija konstrukcionnyh materia-lov. Mik- roanaliz metallov i splavov: metodicheskie ukazanija k vypolneniju i oformleniju laborator-noj raboty №1 dlja studentov vseh special'nostej i form obuchenija. V. Ja. Zharkov, V. P. Mel'nikov. Brjansk. BGTU, 2007. 15 s. 6. Butakov B.I. Povyshenie kontaktnoj prochnosti stal'nyh detalej s pomoshh'ju poverhnostnogo plas- ticheskogo deformirovanija. B.I. Butakov, D.D. Marchenko. Problemi trіbologії. 2008. № 1. S. 14 - 23. 7. Rybakova L. M. Struktura i iznosostojkost' metalla. L. M. Rybakova, L. I. Kuksenova. M. Mashi- nostroenie, 1982. 212 s. 8. Markovskij E. A. Nauchnye predposylki sozdanija novyh iznosostojkih lityh materialov s vysokimi jekspluatacionnymi svojstvami. E. A. Markovskij. Progressivnye tehnologi lit'ja i kri-stallizacii splavov. 1983. S. 43-57. 9. Babej Ju. I. Fizicheskie osnovy impul'snogo uprochnenija stali i chuguna. Ju. I. Babej. K. : Naukova dumka, 1988. 240 s. 10. Bokshtejn B. S. Diffuzija v metallah. B. S. Bokshtejn. M. Metallurgija, 1978. 248 s. 11. Kuzmenko P. P. Jelektroperenos, termoperenos i diffuzija v metallah. P. P. Kuzmenko. K. Vishha shkola, 1983. 152 s. 12. Butakov B.I. Osnovnye principy tehnologii impul'snogo i maloskorostnogo vozdejstvija na strukturu i svojstva metallov i splavov: dis. na soiskanie uchenoj stepeni doktora tehn. nauk: 05.02.01. Butakov Boris Ivanovich. K., 1992. 533 s. 13. Butakov B. I. Optimizacija parametrov poverhnostnogo uprochnenija obkatyvaniem rolikami kanat- nyh blokov s cel'ju povyshenija ih kontaktnoj prochnosti / B. I. Butakov, D. D. Marchenko. Problemi tribologії. 2010. № 3. S. 99-107. 14. B. I. Butakov. Usovershenstvovanie processa chistovogo obkatyvanija detalej rolikami. B. I. Butakov. Vestnik mashinostroenija. 1984. №7. S. 50-53. 15. Arkulis G. Je. Izmerenija sherohovatosti poverhnosti s pomoshh'ju replik. G. Je. Arkulis, M. I. Kuprin, V. D. Golev, A. M. Igon'kin. Vestnik mashinostroenija. 1971. № 12. S. 48-50.