Morphology and Chemical Composition of the Titanium Alloy Surface at the Initial Stage of Grinding with a Cubic Boron Nitride Wheel

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Intensive adhesive interaction is considered to be one of the main reasons for poor machining of titanium alloys by grinding and mutual transfer of materials in contact. Wear products of the grinding wheel embedded in the treated surface are stress concentrators, which significantly reduces the fatigue strength of the material when operating products under alternating loads. This research area is actively developing and is based on the latest world achievements in the field of surface quality control. To a greater extent, the mutual transfer of materials is considered when grinding wheels made of silicon carbide, to a lesser extent – with wheels made of superhard materials. Objective. Investigation of the morphology and chemical composition of the surface of a titanium alloy after grinding with a wheel of cubic boron nitride on a ceramic bond using the latest world achievements in the field of surface quality control. Methods. The state of the relief and chemical composition of the treated surfaces of the titanium alloy VT1-00 are studied using a FEI Versa 3D LoVac raster two-beam electron microscope immediately after the grinding wheel was corrected and after the specified allowance was removed. Grinding is performed on a precision profile grinding machine CHEVALIER mod. Smart-B1224III. Results and discussion. The condition of the treated surface, obtained immediately after the grinding wheel is corrected, indicates a fairly intensive interaction of the tool with the metal being processed. As the processing time increases, the surface condition improves. Based on morphological studies, wear products of the abrasive tool are found on the surface. Its sizes and distinctive characteristics are determined. By the method of microprobe analysis the chemical composition is established fragments of crystals. According to the atomic content of chemical elements, objects are divided into three groups. Conclusions. The presence of wear products of CBN abrasive tools on a ceramic bundle on the surface of a titanium alloy is experimentally proved: CBN crystals, filler (corundum) and a ceramic bundle. Wear products are embedded in the treated surface.

About the authors

V. A. Nosenko

Email: vladim.nosenko2014@yandex.ru
D.Sc. (Engineering), Professor, Volzhsky Polytechnic Institute (Branch), Volgograd State Technical University, 42a Engelsa Street, Volzhsky, 404121, Russian Federation, vladim.nosenko2014@yandex.ru

A. V. Fetisov

Email: fetisov@volpi.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Volzhsky Polytechnic Institute (Branch), Volgograd State Technical University, 42a Engelsa Street, Volzhsky, 404121, Russian Federation, fetisov@volpi.ru

S. P. Kuznetsov

Email: cemen1894@yandex.ru
Volzhsky Polytechnic Institute (Branch), Volgograd State Technical University, 42a Engelsa Street, Volzhsky, 404121, Russian Federation, cemen1894@yandex.ru

References

  1. Носенко В.А. К вопросу об интенсивности контактного взаимодействия d-переходных металлов с карбидом кремния при шлифовании // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2002. – № 5. – C. 78–84.
  2. Xu X., Yu Y., Huang H. Mechanisms of abrasive wear in the grinding of titanium (TC4) and nickel (K417) alloys // Wear. – 2003. – Vol. 255. – P. 1421–1426. – doi: 10.1016/S0043-1648(03)00163-7.
  3. Evaluation of workpiece surface integrity following point grinding of advanced titanium and nickel based alloys / D. Curtis, S.L. Soo, D.K. Aspinwall, A. Mantle // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 45. – P. 47–50. – doi: 10.1016/j.procir.2016.02.343.
  4. Pramanik A., Zhang L.C., Arsecularatne J.A. Machining of metal matrix composites: effect of ceramic particles on residual stress, surface roughness and chip formation // International Journal of Machine Tools & Manufacture. – 2008. – Vol. 48. – P. 1613–1625. – doi: 10.1016/j.ijmachtools.2008.07.008.
  5. Liu J., Li J., Xu C. Interaction of the cutting tools and the ceramic-reinforced metal matrix composites during micro-machining: a review // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. – 2014. – Vol. 7, iss. 2. – Р. 55–70. – doi: 10.1016/j.cirpj.2014.01.003.
  6. Nosenko S.V., Nosenko V.A., Koryazhkin A.A. The effect of the operating speed and wheel characteristics on the surface quality at creep-feed grinding titanium alloys // Solid State Phenomena. – 2018. – Vol. 284. – P. 369–374. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/SSP.284.369' target='_blank'>www.scientific.net/SSP.284.369.
  7. Справочник технолога / под общ. ред. А.Г. Суслова. – М.: Инновационное машиностроение, 2019. – 800 с. – ISBN 978-5-907104-23-5.
  8. Реченко Д.С. Обработка титановых и жаропрочных сплавов высокоскоростным шлифованием // Омский научный вестник. – 2008. – № 4. – С. 59–61.
  9. Митрофанов А.П., Носенко В.А. Исследование технологии микродозированной подачи смазочных композиций с наночастицами при шлифовании жаропрочного сплава с дополнительным воздушным охлаждением // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 4. – С. 6–18. – doi: 10.17212/1994-6309-2019-21.4-6-18.
  10. Ермолаев В.К. Развитие техники подачи СОЖ при шлифовании // РИТМ машиностроения. – 2019. – № 7. – С. 12–18.
  11. Surface-layer composition of titanium alloy after dry grinding by a silicon-carbide wheel / S.V. Nosenko, V.A. Nosenko, A.A. Krutikova, L.L. Kremenetskii // Russian Engineering Research. – 2015. – Vol. 35, iss. 7. – P. 554–557. – doi: 10.3103/S1068798X15070163.
  12. Бокучава Г.В. Трибология процесса шлифования. – Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1984. – 238 с.
  13. Кремень З.И., Юрьев В.Г. Шлифование суперабразивами высокопластичных сплавов. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. – 167 с.
  14. Макаров В.Ф., Сакаев А.Х. Профильное глубинное шлифование лопаток турбин на станке с ЧПУ с непрерывной правкой круга // Вестник УГАТУ. – 2012. – № 4. – С. 52–58.
  15. Полетаев В.А., Цветков Е.В. Качество поверхностного слоя лопаток компрессоров из титана при многокоординатном глубинном шлифовании // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2017. – № 12. – С. 15–19.
  16. Фёдоров Д.Г., Скуратов Д.Л. Экспериментальное исследование качества поверхностного слоя и сил резания при плоском шлифовании титанового сплава ВТ6 // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. – 2014. – № 3. – С. 400–408. – doi: 10.18287/2412-7329-2015-14-3-400-408.
  17. Investigation of the effect of grinding parameters on surface quality in grinding of TC4 titanium alloy / Z. Tao, Y. Shi, L. Sampsa, J. Zhou // Procedia Manufacturing. – 2017. – Vol. 11. – P. 2131–2138. – doi: 10.1016/j.promfg.2017.07.344.
  18. Grinding of Ti2AlNb intermetallics using silicon carbide and alumina abrasive wheels: tool surface topology effect on grinding force and ground surface quality / X. Xi, T. Yu, W. Ding, J. Xu // Precision Engineering. – 2018. – Vol. 53. – P. 134–145. – doi: 10.1016/j.precisioneng.2018.03.007.
  19. Surface grinding of Ti-6Al-4V Surface grinding of Ti-6Al-4V alloy with SiC abrasive wheel at various cutting conditions / A. Mello, R.B. de Silva, A.R. Machado, R.V. Gelamo, A.E. Diniz, R.F.M. de Oliveira // Procedia Manufacturing. – 2017. – Vol. 10. – P. 590–600. – doi: 10.1016/j.promfg.2017.07.057.
  20. On chemical and diffusional interactions between PCBN and superalloy Inconel 718: imitational experiments / V. Bushlya, А. Bjerke, V.Z. Turkevich, F. Lenrick, I.A. Petrusha, K.A. Cherednichenko, J.-E. Ståhl // Journal of the European Ceramic Society. – 2019. – Vol. 39. – P. 2658–2665. – doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2019.03.002.
  21. Grinding behavior and surface appearance of (TiCp+TiBw)/Ti-6Al-4V titanium matrix composites / W. Ding, B. Zhao, J. Xu, Ch. Yang, Y. Fu, H. Su // Chinese Journal of Aeronautics. – 2014. – Vol. 27. – P. 1334–134227. – doi: 10.1016/j.cja.2014.08.006.
  22. Effect of grain wear on material removal behaviour during grinding of Ti-6Al-4V titanium alloy with single aggregated cBN grain / B. Zhao, W. Ding, Y. Zhou, H. Su, J. Xu // Ceramics International, – 2019. – Vol. 45. – P. 14842–14850. – doi: 10.1016/j.ceramint.2019.04.215.
  23. Macerol N., Franca L.F.P., Krajnik P. Effect of the grit shape on the performance of vitrified-bonded CBN grinding wheel // Journal of Materials Processing Technology. – 2019. – Vol. 277. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2019.116453.
  24. Herman D., Krzos J. Influence of vitrified bond structure on radial wear of cBN grinding wheels // Journal of Materials Processing Technology. – 2009. – Vol. 209. – P. 5377–5386. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2009.03.013.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».