Effetti dello strato superficiale di campioni di acciaio dopo la lucidatura delle sfere sull'attrito e sull'usura nello scorrimento alternativo a secco

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11315 (2023) Citare questo articolo

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Gli effetti della lucidatura delle sfere sul comportamento tribologico nel movimento alternativo a secco non sono stati ancora studiati. Questo lavoro tenta di colmare questa lacuna. I campioni di dischi di acciaio dopo la fresatura erano lucidati a sfera. Grazie alla lucidatura a sfera, l'altezza media della superficie è scesa all'85% e la microdurezza è aumentata al 20%. La brunitura generava anche tensioni residue di compressione che erano il fattore responsabile dell'aumento della durezza della superficie dell'acciaio. I test trobologici sono stati eseguiti in moto alternativo in condizioni di scorrimento a secco. Una sfera di ceramica di 10 mm di diametro in materiale WC è entrata in contatto con il disco di acciaio. È stato riscontrato che la lucidatura delle sfere porta a miglioramenti nell'usura del disco e nell'attrito della coppia scorrevole. Le diminuzioni massime del coefficiente di attrito e del volume di usura rispetto al campione fresato sono state rispettivamente del 39% e dell'85%. I campioni con l'ampiezza più bassa e l'elevata microdurezza hanno portato al comportamento più elevato.

La lucidatura delle sfere è un processo di finitura che provoca la deformazione plastica di una superficie in cui una sfera dura viene spostata e premuta sulla superficie. Porta ad un miglioramento della finitura superficiale e delle proprietà fisiche e meccaniche del pezzo. Poiché l'inquinamento ambientale è ridotto, questo processo rappresenta un'interessante alternativa alla macinazione. Tipicamente, il diametro della sfera è compreso tra 3 e 12 mm. Nella maggior parte dei lavori la qualità dello strato superficiale è stata stimata sulla base della rugosità superficiale caratterizzata dal parametro Ra (altezza media della rugosità), della microdurezza e delle tensioni residue1. In genere, i parametri di input erano il carico di lucidatura, la velocità di avanzamento e l'avanzamento. La lucidatura delle sfere generalmente porta alla levigatura della superficie, all'aumento della durezza e alle sollecitazioni di compressione3.

I ricercatori hanno studiato principalmente gli effetti della lucidatura a sfera sulla diminuzione dell'altezza della rugosità4,5,6,7,8,9,10,11.

Attabi et al. 4 ha riscontrato che la lucidatura delle sfere dell'acciaio AISI 316L ha portato ad una diminuzione del parametro Ra fino al 93%.

Banh et al.5 hanno raggiunto una diminuzione del parametro Ra del rame privo di ossigeno da 0,89 (dopo la macinazione) a 0,18 µm grazie alla lucidatura con sfere.

Dzionk et al.6 hanno ottenuto una riduzione del parametro Sa (estensione areale del parametro Ra) di quasi il 50% grazie alla lucidatura con sfere ceramiche dell'albero temprato.

Jerez-Mesa et al.7 hanno ottenuto una diminuzione del valore efficace. altezza di rugosità Sq delle superfici Ti-6Al-4 V dovuta alla lucidatura a sfera. Sono stati considerati anche i cambiamenti nell'asimmetria Ssk e nella curtosi Sku. L'effetto delle vibrazioni aggiuntive sulla riduzione dell'altezza della superficie è stato positivo quando il valore iniziale del parametro Sq era inferiore a 2 µm.

Vaishya et al.8 hanno ottenuto una diminuzione dell'altezza della rugosità del 95% del materiale utilizzato negli stampi ottici grazie alla lucidatura a sfera del carburo di tungsteno, la ruvidità superficiale iniziale determinata dal parametro Sa (Ra) era di 5 µm. Un aumento del carico di lucidatura ha portato alla levigatura della superficie.

Kanovic et al.9 hanno ottenuto una diminuzione del parametro Ra della superficie dell'acciaio da 3,4–4,5 a 0,13 µm a causa della lucidatura con una sfera di ceramica.

El-Tayeb et al.10 hanno scoperto che una diminuzione del diametro della sfera causava una riduzione dell'altezza della rugosità superficiale della lega di alluminio del 75%.

Swirad et al.11 hanno ottenuto una diminuzione del parametro Sq del campione di acciaio martensitico a causa della lucidatura delle sfere.

Sono stati studiati anche gli effetti della lucidatura a sfera sull'aumento della durezza 12,13,14,15,16,17,18,19.

Hamadache et al.12 hanno rivelato che l'esponente dell'indurimento dello strato superficiale è aumentato del 10% a causa della lucidatura della sfera diamantata in acciaio 36NiCrMo6.

Bourieba et al.13 hanno scoperto che la lucidatura delle sfere causava aumenti di durezza e resistenza alla rottura di quasi il 30% dei campioni di acciaio S355JR. Nel 14 hanno ottenuto un aumento della durezza del 45%.