В работе приведены результаты компьютерного моделирования и экспериментальных исследований упрочнения кольцевого участка плоской поверхности стали 20Х13 в процессе обработки трением с перемешиванием (ОТП) при круговой и веерной траекториях движения инструмента из твердого сплава WC-Co. Разработана конечно-элементная модель процесса, позволяющая спрогнозировать распределение температуры по ширине и глубине кольцевого участка для рассматриваемых траекторий движения инструмента и установить места локализации обратного отпуска. Выполнены экспериментальные исследования влияния траекторий движения цилиндрического инструмента с плоским торцом в процессе ОТП стали 20Х13 на распределение микротвердости в поверхностном слое упрочняемого участка. Показано, что обработка трением с перемешиванием при веерной траектории движения инструмента обеспечивает равномерное упрочнение кольцевого участка поверхности, в то время как при круговой траектории движения в зонах перекрытия дорожек трения происходит разупрочнение материала. Оценка равномерности твердости в кольцевом участке образца стали 20Х13 после поверхностной закалки в процессе ОТП осуществлялась на основе расчета индекса CU, предложенного G. Campana. Характер упрочнения в полной мере согласуется с результатами конечно-элементного моделирования процесса ОТП. Дюрометрические и микроструктурные исследования позволили установить, что веерная траектория движения инструмента обеспечивает упрочнение поверхностного слоя на глубину до 400 мкм с индексом равномерности микротвердости от 0.78 до 1.00. При круговой траектории движения на данной глубине индекс CU находится в диапазоне от 0.48 до 0.72. Рентгенографические исследования упрочненного слоя выявили ярко выраженные пики, соответствующие линиям (110)α, (200)α и (211)α, что позволяет сделать вывод о формировании на данной глубине мартенсита различной степени тетрагональности. Предложенные в работе методы исследования позволяют проводить оценку эффективности процесса ОТП при использовании других обрабатываемых и инструментальных материалов.
