Development and research of thеrmоplаstiс methods for hardening details

User Rating:  / 0


V. V. Kalchenko, Dr. Sc. (Tech.), Prof.,, Chernihiv National University of Technology, Chernihiv, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

A. M. Yeroshenko, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof.,, Chernihiv National University of Technology, Chernihiv, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

S. V. Boyko, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof.,, Chernihiv National University of Technology, Chernihiv, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

P. L. Ignatenko, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof.,, Chernihiv National University of Technology, Chernihiv, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2020, (2): 53-60

 повний текст / full article



Purpose. Clarification of the influence of the temperature factor on the quality of the machined surface and the calculation of the contact area of the “workpiece-indenter” depending on the design features of the tool and the machined surface, in order to use the results obtained when assigning processing modes.

Methodology. Experimental studies on the influence of the temperature factor on the hardening process were carried out at a specialized facility developed at the Department of Engineering and Woodworking Technology of CNUT (Chernihiv National University of Technology). The three-roller pneumatic device was mounted on a support of the lathe-screw machine model 1K62. Workpieces were mounted on a special mandrel in a three-jaw chuck. The spindle speed was set using an electronic tachometer; the pressure on the rollers was recorded by a pressure gauge. Before the rolling, the workpiece was kept in a laboratory electric furnace, the preheat temperature was recorded by a logometer. Since the surface quality of surface plastic deformation (SPD) treatment with heating depends on a large number of factors, a central second-order rotatable composite layout was used to obtain the multifactor model. On the basis of a priori information and the results of the previous experiments, the feed (S, mm/rev), pressure (PH) and preheat temperature (T, °C) were taken as factors determining the process. The surface layer hardness was taken as the initial parameter.

Findings. In the study of preheating SPD, the influence of the temperature factor on the hardness of the surfaces of the workpieces was confirmed. Moreover, under different processing modes, this effect occurs in different ways. Probably, this is due to the addition of thermal energy, which is due to the deformation of the surface layer and the heat supplied from the outside. For the investigated steels it is determined that within the limits of 300‒ 450 °C under the modes used during rolling-in V = 30‒70 m/min; S = 0.2‒0.4 mm/rev; P = 300‒2000 N the temperature has a positive effect on the hardness of the rolled-in surface.

Originality. The obtained dependence of the contact area of the indenter-workpiece, depending on the geometrical parameters of the running surface and the tool can be used in selecting the shape and size of the tool, depending on the specific conditions of contact, in the design of new and improvement of existing methods and means of SPD.

Practical value. Using modern software and calculations according to the formulas above, we can predict the quality when machining curvilinear surfaces with variable radius of curvature. And since the specific pressure required for the plastic deformation process to be known depends on the contact area and the force applied to the indenter, it is possible to adjust the reinforcement process by varying the force applied to the indenter depending on the changing contact area.


1. Kalchenko, V., Yeroshenko, A., & Boyko, S. (2018). Crossing axes of workpiece and tool at grinding of the circular trough with variable profile. Acta Mechanica et Automatica, 12(4), 281-285.

2. Zhaoyang, Jin, Keyan, Li, Xintong, Wu, & Hongbiao, Dong (2015). Modelling of microstructure evolution during thermoplastic deformation of Steel by a finite element method. Materials Today: Proceedings, 2S, 460-465.

3. Grajcar, A., Kozłowska, A., & Grzegorczyk, B. (2018). Strain hardening behavior and microstructure evolution of high-manganese steel subjected to interrupted tensile tests. Metals, 8(2), 122.

4. Ehsan Ban, J., Matthew Franklin, Sungmin Nam, Lucas R. Smith, Hailong Wang, Rebecca G. Wells, Ovijit Chaudhuri, … & Vivek B. Shenoy (2018). Mechanisms of Plastic Deformation in Collagen Networks Induced by Cellular Forces. Biophysical journal, 114(2), 450-461.

5. Liu, A.S., Wang, H., & Reich, D.H. (2016). Matrix viscoplasticity and its shielding by active mechanics in microtissue models: experiments and mathematical modeling. Scientific Reports, 6. Retrieved from

6. Ihnatenko, P. L., & Hryshchenko, M. O. (2017). Ensuring the accuracy of the shape of parts with low rigidity of complex geometric shape at processing. Bulletin of the Engineering Academy of Ukraine, (3), 187-190.

7. Verlinden, B. (2018). Severe plastic deformation of metals MJOM Metalurgija. Journal of metallurgy, 165-182.

8. Kowalska, J., Ratuszek, W., Witkowska, M., Zielinrska-Lipiec, A., & Kowalski, M. (2015). Microstructure and texture evolution during cold-rolling in the Fe-23Mn-3Si-3Al alloy. Archives of Metallurgy and Materials, 60, 1789-1794.

9. Megumi Kawasaki, Han-Joo Lee, Jae-il Jang, & Terence G. Langdon (2017). Strengthening of metals through severe plastic deformation. Reviews on Advanced Materials Science, 48, 13-24.

10. Liu, F., Dan, W.J., & Zhang, W.G. (2017). The effects of stress state on the strain hardening behaviors of TWIP steel. Journal of Materials Engineering and Performance, 26, 2721-2728.

Tags: hardeningsurface layertemperaturepressurehardnesscontact areaindenter

Newer news items:

Older news items: