مطالعه تجربی تاثیر زبری سطح اولیه بر نیروهای فرآیند کوبش سطح و حد دوام قطعات فولاد سخت‌کاری شده 4130

ماشین‌کاری قطعات ساخته شده از فولادهای سخت‌کاری شده، که سختی آنها عمدتاً بالاتر از 45 راکول سی است، سخت‌تراشی نامیده می‌شود. این قطعات که عمدتاً در شرایط بارگذاری خستگی کار می‌کنند، نیازمند مقادیر پایین زبری سطح (در حد 0/15 میکرومتر ra) هستند که در حالت عادی با فرآیند سخت‌تراشی و کوبش بعد از آن، قابل حصول نمی‌باشد. فرآیند سنگ‌زنی، با وجود بهبود در صافی سطح قطعات، از یک سو منجر به افزایش تنش‌های پسماند کششی شده و از سوی دیگر به دلیل شوک‌های حرارتی شدید، نواحی جوانی‌زنی ترک را افزایش می‌دهد و بنابراین ممکن است استحکام خستگی را کاهش دهد. در این مقاله، تاثیر افزوده شدن یک فرآیند سنگ‌زنی قبل از فرآیند کوبش بر صافی سطح و نیروهای فرآیند مطالعه شده و با هدف در نظر گرفتن تاثیرات فرآیند سنگ‌زنی بر استحکام خستگی، تنش‌های پسماند و حد دوام قطعات تولید شده توسط طرح فرآیند ساخت سخت‌تراشی، سنگ‌زنی و کوبش ساچمه‌ای فولاد سخت‌کاری شده 4130، مورد مطالعه تجربی قرار گرفته است. بر اساس نتایج حاصل، در نمونه‌هایی که قبل از فرآیند کوبش، سنگ‌زنی شده باشند، زبری سطح به طور متوسط 91/56 درصد بهبود یافته و نیروهای فرآیند کوبش به طور متوسط 39/52 درصد کاهش یافته و در عین حال، تنش‌های پسماند سطحی فشاری هستند. در نتیجه این عوامل، حد دوام قطعات تولیدی به طور متوسط 10/95 درصد نسبت به نمونه سخت‌تراشی افزایش یافته است.

Experimental Study of the Effect of Initial Surface Roughness on Ball Burnishing Forces and Endurance Limit of AISI 4130 Hardened Steel

Machining of hardened steels, which their hardness is generally higher than 45 Rockwell C, is called hard turning. These components usually work under dynamic loading conditions and require a high level of surface finish (in the order of 0.15 μm Ra) which cannot be achieved by sequential hard turning and burnishing processes. However, there are serious concerns about this complement grinding operation; the grinding process, on one hand, increases tensile residual stresses and on the other hand, increases crack nucleation regions. Therefore, these two factors might decrease workpiece fatigue strength. So, in this paper, the effects of adding a grinding operation before the ball burnishing process, have been experimentally studied on final surface roughness and burnishing forces; at the same time, in order to consider the possible destructive effects of the grinding process, a set of experimental measurements including surface residual stresses and endurance limit measurement, have been done for AISI 4130 fatigue samples. Based on the achieved results, adding a grinding operation before the burnishing process has led to a 91.56% improvement in surface finish and a 39.52% reduction in burnishing forces. In addition, surface residual stress is compressive and there is a slight difference in the magnitude of compressive residual stresses in comparison to burnished hard turned samples. Due to these positive findings, the endurance limit of produced samples shows 10.95% improvement in comparison to burnished hard turned samples.