WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ Научно-методическое обеспечение реализации долгосрочной областной целевой программы Развитие сельского хозяйства и регулирование ...»

-- [ Страница 1 ] --

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

УДК 621.9.048.4

Инв. №9

УТВЕРЖДАЮ

Ректор университета ФГБОУ

ВПО ОрелГАУ

_Н.В. Парахин

«_»2013 г.

ОТЧЕТ

О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

Научно-методическое обеспечение реализации долгосрочной областной целевой программы «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия в Орловской области на 2013–2020 годы»

Тема 9: РАЗРАБОТКА ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ

ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН

(заключительный) Проректор по научной работе В.С. Буяров (подпись дата) Руководитель темы А.В. Коломейченко (подпись дата) Орел

СПИСОК СОИСПОЛНИТЕЛЕЙ

Руководитель темы, доцент, д.т.н. _А.В. Коломейченко (введение, 1-4 раздел) (подпись, дата) Исполнители темы:

доцент, к.т.н. Н.В. Титов (1 раздел) (подпись, дата) доцент, к.т.н. В.Н. Коренев (1 раздел) (подпись, дата) доцент, к.т.н. В.Н. Логачев (1раздел) (подпись, дата) доцент, к.т.н. А.Л. Семешин (1 раздел) (подпись, дата) ст. препод., к.т.н. И.С. Кузнецов (1-4 раздел) (подпись, дата) Нормоконтролер доцент, к.т.н. _В.Н. Коренев (подпись, дата) 2   

РЕФЕРАТ

Отчет 172 с., 4 ч., 40 рис., 21 табл., 184 источников, 11 приложений.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ, УПРОЧНЕНИЕ, РАБОЧИЕ ОРГАНЫ, ПАЛЕЦ, ЖАТКА,

ЗЕРНОУБОРОЧНЫЙ КОМБАЙН, РЕЖУЩИЙ АППАРАТ,

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МАШИНА, НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СПЛАВ,

АМОРФНЫЙ СПЛАВ, ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ, РЕСУРС.

Объектом исследования является технология повышения износостойкости режущих поверхностей деталей ЭИО с использованием электродов из аморфных или нанокристаллических сплавов.

Предмет исследования – показатели массопереноса электродных материалов, числовые значения толщины, микротвердости, шероховатости и сплошности ЭИП, нанесенными экспериментальными электродами из АС или НКС, их триботехнические характеристики, эксплуатационные свойства экспериментальных деталей машин упрочненных ЭИП, в частности пальцев жаток зерноуборочных комбайнов.

Цель работы – разработка технологии повышения износостойкости рабочих поверхностей режущих деталей электроискровой обработкой с использованием электродов из аморфных и нанокристаллических сплавов.

В ходе проведения научных исследований была выполнена следующая работа:

- проанализированы отечественные и зарубежные открытые источники научно-технической информации;

- разработана физико-математическая модель ЭИО, позволяющая прогнозировать массу материала переносимого с анода на катод и управлять ей путем изменения технологических режимов;

- установлены условия получения и исследованы структуры ЭИП, нанесенных электродами из АС и НКС;

- исследованы параметры эффективности и зависимости массопереноса от энергетических режимов ЭИО;

- определены показатели качества ЭИП, нанесенных электродами из АС и НКС;

- исследованы триботехнические показатели ЭИП, имеющих аморфную или нанокристаллическую структуры, а также разработаны рекомендации по их применению на упрочняемых рабочих поверхностях деталей машин;

- в НОПЦ «Интеграция» проведены эксплуатационные испытания упрочненных и неупрочненных ЭИП режущих деталей (пальцев) жаток зерноуборочных комбайнов, которые показали, что нанесение на режущие поверхности пальцев жаток зерноуборочных комбайнов ЭИП электродами из АС марки 84КХСР позволяет повысить их износостойкость в 1,7-2,3 раза.

- разработан типовой технологический процесс упрочнения ЭИО режущих поверхностей пальцев жаток зерноуборочных комбайнов и электрод, позволяющий повысить их ресурс в 1,4-2 раза. Экономическая эффективность от внедрения предлагаемого технологического процесса в масштабах Орловской области составит свыше 1,6 млн. рублей на программу 2900 изделий.

СОДЕРЖАНИЕ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1 Анализ технического состояния деталей, выбранных для Методы поверхностного упрочнения режущих 1. 1.

2 РАЗРАБОТКА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

3.4.2 Микротвердость электроискровых покрытий ………………

3.4.3 Шероховатость электроискровых покрытий …………………………….. 3.4.4 Сплошность обработки поверхности……………………………...………... 3.6 Производственные испытания………………………………….……………….

4. РАЗРАБОТКА ТИПОВОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ЕГО

4.1 Типовой технологический процесс и рекомендации производству по упрочнению ЭИО режущих поверхностей пальцев жаток зерноуборочных 4.2 Выбор рационального времени обработки…………………………………… 4.3 Сборный электрод для электроискровой обработки…………………………. 4.4 Экономическая эффективность от внедрения разработанного типового 4.4.1 Расчеты по базовой технологии…………………………………………………… 4.4.2 Расчеты по новой технологии…………………………………………………….. 4.4.3 Показатели расчета экономической эффективности ……………………… СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………………. ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………..…………….

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем отчете использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 2.105-95 - Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам.

Нормоконтроль.

ГОСТ 2789-73 - Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения.

ГОСТ 19777-74 - Пальцы режущих аппаратов сельскохозяйственных машин.

Технические условия.

ГОСТ 158-74 - Сегменты, пластины противорежущие и полосы ножевые режущих аппаратов сельскохозяйственных машин. Технические условия.

легированной стали. Технические условия.

ГОСТ 9450-76 - Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников.

ГОСТ 2138-91 - Пески формовочные. Общие технические условия.

ГОСТ 27.410-87 - Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность измерений. Единицы величин.

ГОСТ 7.12-93 - Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая запись. Сокращение слов русском языке.

Общие требования и правила ГОСТ 7.1-2003 - Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая запись. Библиографическое описание.

Общие требования и правила составления.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящем отчете использованы ссылки на следующие термины с соответствующими определениями:

Электроискровая обработка – способ нанесения покрытий токопроводящих материалов, основанный на использовании действия электрического импульсного разряда, проходящего между электродами, в результате протекания которого наблюдается направленный выброс материала, преимущественно материала анода.

Электроискровое покрытие – токопроводящее покрытие, образованное продуктами эрозии электродов, полученное при электроискровой обработке, под воздействием высоких температур и больших скоростей охлаждения (10-9 К/с).

Аморфный сплав – сплав системы металл-металлоид, в которых отсутствует дальний кристаллический порядок в расположения атомов, как правило, термодинамически неустойчив, образуется при замедлении кинетических процессов кристаллизации.

Нанокристаллический сплав – метастабильный, быстроохлаждённый сплав, особенностью которого является сверхмелкокристаллическая структура.

Размер кристаллов (наночастицы) в этих сплавах составляет от 1 до 50 нм.

В настоящем отчете о НИР применяют следующие обозначения и сокращения:

НКС – нанокристаллический сплав;

АС – аморфный сплав;

ЭИП – электроискровое покрытие;

ЭИО – электроискровая обработка;

ИСП – индуктивно связанная плазма.

ВВЕДЕНИЕ

Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 – годы, подпрограмма «Техническая и технологическая модернизация, инновационное конкурентоспособности сельскохозяйственных товаропроизводителей за счет технической и технологической модернизации производства [1]. При старении машинно-тракторного парка, нехватки финансовых средств, многократном удорожании машин и запасных частей к ним, проблема технического оснащения сельскохозяйственного производства не может быть решена только за счет обновления техники. Необходимо эффективно использовать имеющийся парк машин. Поддерживать его готовность за счет технического обслуживания и применения современных технологических процессов ремонта и ремонтных материалов.

неработоспособное состояние не из-за поломок деталей, а за счет изнашивания их рабочих поверхностей. Повышение надежности машин посредством снижения изнашивания является одной из важных научных проблем как для предприятий изготавливающих, так и эксплуатирующих сельскохозяйственную технику.

Невысокое качество запасных частей и постоянно возрастающая их стоимость, также стимулируют работы в области создания новых технологий восстановления и упрочнения изношенных деталей машин [2, 3].

Одними из часто изнашиваемых деталей сельскохозяйственной техники являются режущие детали жаток зерноуборочных комбайнов, которые влияют на скорость уборки и на производительность комбайна в целом. Для повышения ресурса необходимо на изнашивающихся поверхностях создавать упрочненные слои или покрытия с высокими физико-механическими свойствами. Существующие способы восстановления и упрочнения, как на стадии изготовления, так и при ремонте, не лишены недостатков, которые ограничивают область применения той восстанавливающих и упрочняющих покрытий на рабочих поверхностях деталей машин, в значительной мере лишённым многих недостатков и получающим в последнее время все более широкое распространение, является электроискровая обработка (ЭИО). Данный способ создавался и совершенствовался отечественными учеными Б.Р. Лазаренко, Н.И. Лазаренко, Г.В. Самсоновым, Б.Н. Золотых, Ф.Х.

Бурумкуловым, А.Д. Верхотуровым, И.А. Бакуто, А.Е. Гитлевичем, В.И. Ивановым и многими другими учёными. Он основан на явлении электрической эрозии и переноса материала анода (электрода) на катод (деталь), при прохождении электрических разрядов в газовой среде, в результате чего на металлической поверхности формируется электроискровое покрытие (ЭИП).

Одним из возможных путей увеличения производительности ЭИО и износостойкости ЭИП является создание в них нанокристаллической и аморфной структур. Получение таких ЭИП возможно при использовании соответствующих электродных материалов. В настоящее время большее количество таких материалов производится в виде лент толщиной 50 мкм, получаемых быстрой закалкой из жидкого состояния со скоростью 106К/с. Данная технология изготовления аморфных сплавов (АС) и нанокристаллических сплавов (НКС) дает возможность получать материалы с набором уникальных свойств, которые по многим показателям превосходят традиционные сплавы. Применение АС и НКС в качестве электродных материалов, позволит повысить производительность процесса, износостойкость рабочих поверхностей, улучшить качество и эксплуатационные характеристики ЭИП. При этом не произойдет увеличение энергозатратности ЭИО.

Однако в научной литературе применение АС и НКС в качестве электродных материалов для ЭИО практически не рассматривается.

Цель работы – разработка технологии повышения износостойкости рабочих поверхностей режущих деталей электроискровой обработкой с использованием электродов из аморфных и нанокристаллических сплавов.

Объектом исследования является технология повышения износостойкости режущих поверхностей деталей ЭИО с использованием электродов из аморфных и нанокристаллических сплавов.

Предмет исследования – показатели массопереноса электродных материалов, числовые значения толщины, микротвердости, шероховатости и сплошности ЭИП, нанесенными экспериментальными электродами из АС или НКС, их триботехнические характеристики, эксплуатационные свойства экспериментальных деталей машин упрочненных ЭИП, в частности пальцев жаток зерноуборочных комбайнов.

Методы исследования. Теоретические исследования строились на основных положениях теории искры, физики газового разряда и электротермической теории эрозии. Экспериментальные исследования проводили с использованием известных, отработанных методов, современных приборов и оборудования с допустимыми величинами ошибок вычислительных операций. Обработка результатов исследований проведена с использованием методов теории вероятности и математической статистики, с помощью пакета прикладных программ «PTC Mathcad 15», «Excel 2007».

Научная новизна работы состоит:

-в разработке математической модели, позволяющей на основании рассчитанных значений средней скорости дрейфа заряженных частиц, диаметра канала искрового разряда, начальных боковых скоростей заряженных частиц, средней концентрации заряженных частиц в разряде и доли тепловой энергии, выделяемой на катоде, рассчитывать массу материала, переносимого на деталь и управлять ею за счет изменения режимов ЭИО;

-в получении ЭИП электродами из АС марок 84КХСР, 2НСР, 82Н7ХСР с нанокристаллической структурой, представляющей собой аморфную матрицу с кристаллами – Fe;

- в установлении эмпирических зависимостей массы электродного материала, переносимого с анода на катод, от начального напряжения процесса и параметров массопереноса, позволяющих определять режимы ЭИО при использовании АС и НКС.

Практическая ценность работы заключается в разработке типового технологического процесса упрочнения ЭИО режущих поверхностей пальцев жаток зерноуборочных комбайнов, повышающего их износостойкость в 1,7…2,3 раза, и конструкции электрода, позволяющей наносить износостойкие ЭИП с аморфной и нанокристаллической структурами.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ технического состояния деталей, выбранных для проведения исследований Исследования надежности современных зерноуборочных комбайнов разных марок показывают, что примерно 12-20 % возможных отказов зерноуборочных комбайнов относятся к режущим аппаратам жаток [4, 5]. В свою очередь, около 90% отказов режущего аппарата возникает из-за износа, поломок и повреждений деталей режущей пары. Анализ данных, полученных в ходе наблюдения, предоставил возможность установить типичные неисправности элементов режущей пары, к которым относятся поломки, выкрашивание и механический износ сегментов и пальцев, ослабление заклепок сегментов и противорежущих пластин.

В работах [6, 7] отмечается, что износ деталей режущего аппарата зависит от состояния растительной массы и количества в ней абразивных частиц (кристаллов кремнезема и частиц кварца). Большое влияние на износ оказывает рельеф полевых участков, механический состав и каменистость верхнего слоя почвы этих участков.

При движении комбайна по неровному, с выраженным рельефом, полю жатка вместе со стеблями захватывает верхний слой почвы, что усиливает эффект контакта элементов режущей пары с абразивом. Кроме этого большое влияние на износ деталей режущей пары оказывает вертикальная сила, возникающая в результате процесса резания, под воздействием которой лезвие сегмента прижимается к режущей поверхности пальца [6, 7, 8, 9].

Проанализировав работу [6], можно утверждать, что зазор между сегментом и режущей поверхностью пальца по длине ножа описывается периодической функцией.

Что обусловлено изгибом ножа в продольном направлении под действием тягового усилия привода, которое вызывает его деформацию и повышенный износ пальцев в местах изгиба ножа. Это подтверждается проведенным нами анализом износов пальцев, которым установлена существенная разница между минимальным и максимальным износом режущей поверхности пальцев одной жатки. Данное обстоятельство определяется конструктивными особенностями режущего аппарата зерноуборочного комбайна.

Обобщая вышеизложенное, можно сделать вывод, что детали режущего аппарата комбайна работают в тяжелых условиях абразивного износа, и существует необходимость в увеличении их износостойкости. Наиболее ответственной, конструктивно и технологически сложной, а также дорогой и массовой деталью режущего аппарата жатки зерноуборочного комбайна является палец. Поэтому для проведения научных исследований были выбраны детали (режущие поверхности) наиболее распространенных современных отечественных и зарубежных зерноуборочных комбайнов:

1. Палец Р230.21.000 (устанавливается на жатки модели РСМ-081.27 и ЖУЖУ-6, ЖУ-7; ЖУ-8,6 комбайнов Дон-1500, ACROS) выполнен из стали 35Л.

Материал противорежущей пластины сталь 65Г ГОСТ 14959;

2. Палец DQ11499 (устанавливается на жатки моделей 319, 323, комбайнов John Deere 1165, 1175, 1185) изготовлен из стали J03502 аналога стали 35Л. Материал противорежущей пластины сталь 1066–аналог стали 65Г;

3. Палец H213405 (устанавливается на жатки типа 600R, 600F и 900D Drapers, комбайнов серии WTS, STS и CTS фирмы John Deere) изготовлен из стали Сk 45 DIN 17200-87 – аналога стали 45 ГОСТ 1050;

4. Палец КG35 379720 (устанавливается на жатки типа Varifeed, High Capacity, Extra Capacity, комбайнов серий СХ, CR, CS и CSX фирмы New Holland) изготовлен из стали EN8D BS970:1955–аналога стали 45 ГОСТ 1050.

Химический состав отечественных сталей – аналогов согласно ГОСТ, характеризующих их техническое состояние, представлены на рисунках 1.1…1.4.

Таблица 1.1 – Химический состав стали 35Л ГОСТ 977, % Таблица 1.2 – Химический состав стали 65Г ГОСТ 14959, % Таблица 1.3 – Химический состав стали 45 ГОСТ 1050, % Рисунок 1.1 – Из Рисуно 1.4 - Из Для получения достоверной информации об износах деталей, выбранных для проведения исследований, была продефектована выборка изделий в количестве штук каждого наименования. Измеряли линейный износ режущей поверхности пальца, обращенной к сегменту ножа, при помощи ШЦЦ-I 0-300-0,01 ГОСТ 166-89.

Обработку полученных статистических данных проводили с использованием ПК (приложения А1-А4). Результаты представлены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 – Статистические показатели Наименование изношенной поверхности и поверхность пальца марки Р230.21. поверхность пальца марки поверхность пальца марки поверхность пальца марки КG Анализ полученной информации показал, что от 70 до 92% продефектованных режущих поверхностей деталей требуют своего восстановления (приложение А5).

При этом их максимальный износ колеблется от 1,21 мм до 1,5 мм, а средняя наработка на отказ одного пальца – от 11 до 29 га.

В целом анализ технического состояния пальцев показал, что их режущие поверхности подвергаются воздействию агрессивных сред и материалов и существует необходимость в увеличении износостойкости этих деталей. В свою поверхностей деталей, выбранных для проведения исследований, требуют усовершенствования или замены на новые методы, которые позволяли бы получать износостойкие слои из новых материалов, имеющих высокие физико-механические свойства.

Химический состав материалов, используемых для изготовления пальцев жаток, позволяет применять методы поверхностного упрочнения деталей и методы нанесения упрочняющих покрытий. Многочисленные результаты исследований показывают убедительные преимущества таких методов. Поэтому в дальнейшем в работе проведен анализ и выбор метода упрочнения деталей, позволяющего повысить износостойкость их режущих поверхностей.

1.2 Методы поверхностного упрочнения режущих поверхностей деталей машин Одним из наиболее перспективных направлений повышения износостойкости рабочих поверхностей деталей машин является их упрочнение или модифицирование за счет создания поверхностных слоев с более высокими физикомеханическими и триботехническими свойствами.

Большой вклад в развитие методов упрочнения и модифицирования рабочих поверхностей деталей машин внесли Бурумкулов Ф.Х., Голубев И.Г., Катц Н.В., Курчаткин В.В., Лялякин В.П., Патон Б.Е., Пучин Е.А., Серебровский В.И., Черноиванов В.И., Юдин В.М. и многие другие ученые.

Анализ научно-технической информации показал, что среди широко используемых методов упрочнения режущих поверхностей деталей машин можно выделить термическую обработку (как правило объемную закалку или закалку ТВЧ), химико-термическую обработку, в частности, цементацию, нитроцементацию или борирование, а так же поверхностное пластическое деформирование, лазерное упрочнение, газопламенное, плазменное и детонационное напыление, ЭИО и вибродуговую наплавку (рисунок 1.5).

При выборе способа необходимо учитывать положительные и отрицательные составляющие всех методов, сравнивая механические свойства, необходимые для области применения.

Рисунок 1.5 - Способы упрочнения рабочих поверхностей Поверхностное пластическое деформирование повышает твердость, снижает пластичность, имеет низкую абразивную износостойкость [10].

Термическая обработка самый распространенный метод упрочнения режущих поверхностей деталей. Закалка ТВЧ применяется для упрочнения противорежущих пластин пальцев Р230.21.000 и DQ 11499 и пальца КG35 379720 [11]. Основным недостатком данного метода является небольшое повышение микротвердости, в сравнении с материалом основы детали.

Химико-термическая обработка – метод повышения износостойкости, применяемый, в частности, при изготовлении пальцев марки H213405, которые в настоящее время устанавливаются на всех современных комбайнах фирмы John Deere, поставляемых в РФ [12]. Основной недостаток данного метода (в сравнении с рассматриваемыми): невысокая микротвердость упрочняемого слоя и высокая цена установок, не позволяющая применять данный способ в условиях большинства ремонтных предприятий АПК [13].

Газопламенное напыление, как правило, приводит к существенному усложнению технологии изготовления или ремонта режущих деталей, при этом, в технологии включаются подготовительные операции и операции для снятия внутренних напряжений. Так же для газопламенных покрытий требуется введение операций по увеличению прочности сцепления [14 - 18].

Детонационное напыление позволяет получить более качественное, по сравнению с газопламенным напылением, покрытие. К недостаткам метода можно отнести сложность реализации технологического процесса и трудность установки детали в технологическом оборудовании.

Лазерное упрочнение позволяет получать тонкие слои высокой твердости и микротвердости, хорошей износостойкости. Недостаток этого способа упрочнения – низкий температурный порог, который составляет температуру около 2000 С, и высокая стоимость оборудования [19, 20, 21, 22].

К недостаткам плазменного напыления относится высокая температура при оплавлении, которая приводит к деформации детали, высокие требования к качеству и грануляционному составу самофлюсующихся порошков, относительно большие припуски под механическую обработку, тщательная подготовку подложки перед нанесением покрытий [23, 24].

Вибродуговая наплавка является перспективным и относительно недорогим способом нанесения покрытий на локальные поверхности деталей, но и она не лишена недостатков. К этим недостаткам относятся пористость наплавляемого слоя и неоднородность структуры наплавляемых покрытий, большое выгорание легирующих элементов, а так же деформация детали при высоких энергиях дуги [25, 26].

Одним из перспективных способов получения покрытий является ЭИО, развитый отечественными учеными Лазаренко Б.Р., Самсоновым Г.В., Золотых Б.Н., Верхотуровым А.Д., Бурумкуловым Ф.Х., Гитлевичем А.Е., Ивановым В.И. В результате ЭИО на поверхности подложки образуется слой с измененной структурой и толщиной 10-500 мкм. К достоинствам этого способа упрочнения относятся незначительный нагрев деталей, отсутствие тепловых деформаций, низкая энергоемкость и простота осуществления технологических операций, возможность упрочнения поверхностей сложной формы. К недостаткам этого метода можно отнести небольшую толщину наносимого покрытия и низкую производительность [27, 28, 29].

В современных условиях ремонтные предприятия не имеют возможности покупать дорогое специализированное оборудование для упрочнения сравнительно небольшого количества деталей. В связи с этим можно сделать вывод, что для упрочнения режущих поверхностей пальцев жаток зерноуборочных комбайнов, имеющих сложную форму, наиболее рациональным оказывается применение метода ЭИО.

Есть много различных путей развития метода ЭИО и повышения качества ЭИП. Одним из возможных путей является повышение качества ЭИП и увеличение толщины наносимого слоя за счет применения новых материалов, имеющих аморфную и нанокристаллическую структуру. Внедрение в производство таких материалов должно позволить получить новые функциональные покрытия, способные повысить износостойкость режущих поверхностей деталей сельскохозяйственной техники. В связи с этим научные исследования в данном направлении должны вызвать существенный интерес у специалистов, занимающихся изготовлением и ремонтом техники для сельскохозяйственного производства.

1.3 Основы процесса электроискровой обработки 1.3.1 Принципиальная схема и известные модели процесса Существует множество физических и математических моделей процесса ЭИО.

Впервые физическая модель процесса ЭИО была предложена отечественными учеными – основоположниками данного метода – Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко в работах [30 - 32]. Они утверждали, что «При сближении электродов между ними происходит увеличение напряженности электрического поля, которое вызывает зарождение и развитее искрового разряда. Через возникающий канал сквозной проводимости пучок электронов фокусировано ударяется о твердую металлическую поверхность анода. Энергия движения остановленных электронов выделяется в поверхностных слоях анода. Энергия от специального источника питания импульсно подводится к разрядному промежутку, поэтому плотность тока в канале значительно превосходит критические значения. Вследствие этого металл анода локально разогревается, расплавляется и частично испаряется. Капля расплавленного металла отделяется от анода и, опережая его, движется к катоду. В процессе отделения от анода летящая капля успевает нагреться до высокой температуры, закипает и взрывается. Цепь тока прерывается. Фокусирующее действие электромагнитного поля исчезает и образовавшиеся частицы летят широким фронтом. Поскольку перегретая капля и частицы находятся в газовой отделившиеся от анода частицы могут отличаться от материала анода. Достигнув катода, расплавленные частицы анода свариваются с ним и частично внедряются в его поверхность. Движущийся за частицами электрод-анод механически ударяет о катод, перемешивая частицы анода. При этом протекают процессы диффузии и проковывает полученное покрытие, увеличивая его однородность и плотность» [30, 31, 32, 33, 34]. Необходимо отметить, что данная модель процесса применима для высоких напряжений. При низковольтной ЭИО развитие искрового разряда начинается при сближении электродов на расстояние 5-10 мкм, почти при контакте электродов.

М.К. Мицкевич придерживался несколько иной точки зрения на процесс зарождения и развития искрового разряда, утверждая, что развитие искрового разряда начинается с контакта электродов и взрыва контактного мостика, обеспечивающего предварительную очистку поверхности и последующее формирование межэлектродного пространства для развития плазменного разряда [34, 35].

Подробная модель процесса ЭИО предложена А.Д. Верхотуровым в работе [36]. Она отличается от предыдущей модели кинетикой процесса, а так же учитывает поверхностные явления, проходящие на аноде и катоде.

Эту модель можно представить следующим образом. «Искровой разряд оказывает на материал электродов импульсное тепловое и механическое воздействия. Образовавшийся поток электронов приводит к локальному разогреву анода. В результате воздействия этого потока на поверхности электродов появляются объёмные источники тепла, приводящие к возникновению эрозионных лунок на аноде и катоде. В самой лунке можно выделить три зоны: испарения, плавления и напряжённого состояния (рисунок 1.6. б). Данная модель применима для описания ЭИО с невысокими напряжениями и контактным механизмом переноса» [34, 36]. Недостатком данной модели является то, что она не учитывает влияния фазовых превращений, происходящих в электродах при переносе продуктов эрозии.

Рисунок 1.6 – Обобщенная модель процесса ЭИО: а – пробой межэлектродного промежутка; б – образование эрозионных лунок на аноде и катоде; в – момент контакта электродов, которому сопутствует схватывание и обратный перенос; г – формирование на аноде вторичной структуры (ВС) и Обозначение зон: И – испарения; П – плавления; НС – напряжённого Н.Ю. Логиновым и Ю.Н. Логиновым в ходе аналитических исследований разработана еще одна математическая модель процесса ЭИО [37, 38]. Эта модель, по мнению авторов, позволила установить связи между мощностью, скоростью движения электрода и толщиной покрытия. Однако необходимо отметить, что данная работа имеет ряд существенных опечаток и математических неточностей.

Поэтому, учитывая факт того, что результаты теоретических исследований авторы представали в виде безразмерных величин, а так же то, что полученные теоретические зависимости не были полностью подтверждены в экспериментальной части их работы, можно утверждать, что и эта математическая модель не лишена своих недостатков.

В работе [39] Бурумкулов Ф.Х. предложил кинематическую модель ЭИО. В данной модели рассматриваются процессы, проходящие во время первого цикла обработки при контактном начале развития разряда. Одним из достоинств этой работы является то, что в ней система «вибратор-электрод-деталь» рассматривается как упругая колебательная система. Рассмотрев такую систему, автор предлагает следующую модель.

«До прохода импульса тока происходит механическая деформация нагрузок, что создает условие дополнительного подогрева деформированных микрообъемов.

Затем под действием проходящего по мостикам связи импульса тока возникают объемные термические напряжения на поверхностях электродов, что приводит к увеличению их объема, в частности, удлинению электрода. Удлинение электрода создает дополнительное давление и деформацию на площадках фактического контакта. В процессе деформации и оплавления наиболее высоких неровностей электродов происходит сближение двух поверхностей под действием движущегося к поверхности детали электрода, при этом плотность уменьшается, так как увеличивается площадь контактов. Если плотность тока выше критического значения, то начинают расплавляться мостики связи» [39]. В дальнейшем автор представляет процесс переноса металла идущим по механизму мостиковой эрозии.

«Процесс мостикового переноса прекращается разрывом мостика металла и возникновением нового искрового разряда, который служит поверхностным источником тепла, нагревающим микрообъем металла и возбуждающим ударные волны, которые создают давление на поверхности. Под действием этих факторов происходит разрушение (эрозия) микрообъемов поверхностного слоя электрода и перенос его материала на поверхность детали» [39].

Недостатком данной модели является отсутствие прямой физикоматематической зависимости, позволяющей прогнозировать массу переносимого с анода на катод материала и влиять на этот параметр посредством технологических режимов ЭИО.

1.3.2 Эрозия материалов Существуют три представления о физической природе механизма эрозии:

электромеханическая, электротермическая и электродинамическая. Последние два представления наиболее полно развиты Российскими учеными Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко, Б.Н. Золотых, И.Г. Некрашевичем.

В основе первого представления лежит учет чисто механических факторов, являющихся следствием разряда. В основе второго – учет тепловых процессов, развивающихся под действием импульсного разряда. Третье представление учитывает как механические, так и тепловые процессы.

Сторонником электромеханического взгляда на механизм эрозии является американский ученый Вильямс [40]. Согласно его представлениям, под влиянием электрического поля электроны на аноде устремляются внутрь металла, а частицы металла, имеющие положительный заряд, вырываются электрическим полем.

Вильямс считает, что отрыв частиц с поверхности металлов происходит под действием механических сил электрического поля. Материал при этом удаляется, не расплавляясь.

Близкого подхода придерживаются авторы [41, 42-47], исследовавшие выделение энергии при торможении пучка электронов в твердом теле. При торможении электроны проникают на некоторую глубину, называемую пробегом электронов. Проникающий в вещество электрон теряет свою энергию не сразу, а испытывает многократное рассеивание при соударениях с решеткой. Потеря энергии на некотором расстоянии от поверхности металла, составляющем 0,8…0, величины пробега электрона [42]. В связи с этим авторы предполагают, что при ЭИО эрозия происходит за счет многократных взрывов от пучков электронов.

Возможно, процесс протекает следующим образом. Пучок электронов, достигнув анода, внедряется в решетку на расстояние 0,8…0,9 от величины пробега, где выделяется почти вся мощность пучка электронов, при этом на поверхности электрода вскипает материал анода. Высокое давление выбрасывает материал анода в направлении катода, причем в продуктах эрозии могут содержаться и неоплавившиеся частицы.

В настоящее время большинство исследователей придерживаются гипотезы, указывающей на преобладающую роль электротермических процессов в электроэрозионном разрушении металлов. Однако механизм термического воздействия и процессы, протекающие на электродах, в различных работах трактуется поразному. Различие в истолковании механизма процесса эрозии касается в основном определения закономерностей выделения тепла и природы сил, обусловливающих удаление металла из зоны действия разряда.

С.В. Лебедев [48], придерживаясь тепловой концепции по вопросу о природе эрозии электродов, подчеркивал, что основную роль в плавлении металла играет объемный источник тепла. Для доказательства последнего он определял объем расплавленного материала в зависимости от параметров генератора энергии. Однако в расчетах были допущены ошибки, и эта теория, ввиду недостаточно строгих выводов, не стала общепринятой. Автор работы [48] считает, что выделение энергии в поверхностных слоях электродов обусловлено эффектом Джоуля – Ленца, т. е.

рассматривает объемный источник тепла, пренебрегая эффектом теплопроводности.

И.Г. Некрашевич и И.А. Бакуто [49, 50, 51, 52, 53] придерживаются несколько иной точки зрения в толковании роли эффекта Джоуля – Ленца. Согласно мнению этих авторов, процесс образования единичной эрозии лунки представляет серию микровзрывов. Иными словами, они считают, что весь ток из столба разряда в электрод проходит через малую, по сравнению со следом разряда на электроде, площадку. Эта «пятка» канала разряда мигрирует по поверхности электрода.

В работах [54, 55, 56] важная роль отводится действию плоских (поверхностных) источников тепла, образующихся в результате бомбардировки поверхности катода ионами и анода электронами.

Б.Н. Золотых [57, 58] впервые высказал предположение о том, что ход процесса эрозии определяется нестандартным процессом распространения тепла от источников, возникающих на поверхности электродов. В последствии эта гипотеза была подтверждена экспериментальными данными [55, 59]. Сущность данной гипотезы заключается в том, что выброс металла из лунки происходит в результате бурного вскипания расплавленного металла, сопровождающегося выделением растворенных в нем газов, в момент резкого падения давления в зоне разряда.

электродинамической теории физической природы электроискровой эрозии. В работе [31, 32, 62] механизм эрозии объясняется следующим образом. Удар электронного пучка о твердую металлическую поверхность вызывает механическое разрушение кристаллов металла. Вследствие того, что длительность всего процесса прохождения электрического тока мала, электронный пучок успевает расплавить и довести до весьма высокой температуры определенный небольшой объем анода.

Поскольку при этом плотность тока достигает громадной величины, значительно превосходящей ту, при которой действует механизм проводимости свободными электронами, электродинамические силы выбрасывают в межэлектродное пространство весь расплавленный и размягченный объем металла.

В заключении необходимо отметить, что все представленные концепции эрозии имеют право на существование, но выбрать единую концепцию для всех материалов и электрических режимов не представляется возможным. В материалах, имеющих высокие хрупкость и температуру плавления, большую роль играют электромеханические процессы. Для материалов с низкими температурами плавления - больше подходит тепловая концепция. Так как для решения поставленных задач в процессе ЭИО нами будут использоваться АС и НКС, имеющие низкие температуры плавления, то во второй главе работы большее внимание будем уделять тепловым процессам, проходящим при контакте электродов и под действием искрового разряда.

1.3.3 Формирование электроискровых покрытий Особенностью ЭИО является невозможность получения ЭИП большой толщины. Однако при увеличении удельного времени ЭИО толщина ЭИП не только не возрастает, а даже уменьшается. Проанализировав работы [63, 64, 58, 65], можно утверждать, что максимальная толщина получаемого ЭИП зависит, главным образом, от величины энергии импульсов тока, удельного времени обработки, газовой среды и материалов электродов.

Для разработки технологий упрочнения деталей был введен ряд параметров, характеризующих качественное изменение ЭИП в процессе ЭИО. Время, при котором впервые наблюдается отрицательный привес катода, было названо порогом хрупкого разрушения (tx), а время начала уменьшения веса катода–критическим порогом хрупкого разрушения покрытий (tкр). Наиболее важным в технологическом плане для процесса ЭИО является величина tх.

Таким образом, во времени процесс нанесения ЭИП можно разделить на два основных этапа. Во время первого этапа наблюдается увеличение веса обрабатываемого образца (катода). Второй этап характеризуется периодическим уменьшением веса. В начале второго этапа, в результате температурного воздействия и механических нагрузок, от искровых импульсов ЭИП начинает разрушаться и количество разрушенного материала уже превышает количество перенесенного материала. В этом случае наблюдается уменьшение веса катода.

Такая закономерность может объясняться накоплением растягивающих напряжений, действующих в поверхностном слое. Кроме этого в процессе ЭИО изменяются химические и физико-механические свойства поверхности ЭИП. В следствие этого происходит изменение характера процесса теплообмена. [34, 66, 67, 68, 69].

Обобщая вышеизложенное, можно сказать, что для разработки технологий ЭИО необходимым условием является установление технологических параметров tх, и tкр. Эти технологические параметры являются необходимой частью технологического обеспечения процесса ЭИО, так как каждый электродный материала имеет свои tх и tкр. Поэтому установление этих параметров для новых электродных материалов является актуальной технологической и научной задачей.

1.3.4 Структура электроискровых покрытий При ЭИО в поверхностном слое металла проходят структурные превращения, которые изучены в работах Б.Р. Лазаренко, В.И. Лазаренко, И.З. Могилевского, Л.С.

Палатника, А.Д. Верхотурова и многих других ученных [66, 70, 71].

Металлографические исследования, проведенные ими показали, что ЭИП, как правило, состоит из нескольких зон. Количество этих зон определяется параметрами ЭИО и материалами катода и анода. Например, при использовании в качестве электродных материалов сталей образуются преимущественно три зоны.

Первая - зона оплавления, состоит из столбчатых кристаллов «дендритов».

Анизотропию роста этих кристаллов определяет скорость кристаллизации. Рост их главных осей ориентирован в направлении отвода тепла. Толщина дендритов на поперечном шлифе увеличивается от дна к поверхности [72].

Вторая зона – переходная, прилегает к первой. Она содержит белые слои, состоящие из зерен сложной формы. Эти белые слои многие ученные характеризуют как мартенситно-аустенитные, с мелкоигольчатой структурой, имеющей высокую плотность дефектов кристаллического строения. Образования в белом слое мелкоигольчатых мартенситных структур происходит, как правило, из – за субструктурного взаимодействия дефектов кристаллического строения [72].

Авторами работы [73] были получены особые состояния в белых слоях, названные ими псевдоаморфными. Эти слои получены бесконтактной ЭИО на установке марки ЕЛФА с источниками высоких энергий, короткими импульсами 2…10 мкс.

Описанные слои представляют собой стекловидную прослойку в белом слое, состоящую из материала анода и катода, которая кристаллизируется с увеличением температуры. При этом авторы в своих исследованиях приходят к выводу: чем больше энергия импульсов при получении этих слоев, тем выше температура их кристаллизации.

Третья - зона термического влияния искровых импульсов и диффузии химических элементов анода в катод. Ниже этой зоны расположена область материала катода [34, 74, 75, 76].

В настоящее время существует много различных электродных материалов и технологических приемов, которые могут повлиять на структуру и улучшить качество ЭИП. Из проведенного обзора видно, что полученные с помощью этих технологических приемов ЭИП имеют в основном крупнозернистое микрокристаллическое строение. Поэтому создание в ЭИП аморфных структур или структур с нанокристаллическими включениями является сложной, но актуальной научной проблемой, решение которой позволит существенно расширить сферы применения ЭИО.

1.4 Электродные материалы для электроискровой обработки Одним из основных факторов, определяющих эффективность процесса ЭИО, является выбор материала электрода, который должен обладать достаточной прочностью при изгибе и разрыве, хорошей электропроводностью, максимально допустимой электрической эрозией, способствующей наибольшему переносу легирующего материала на упроченную поверхность, и содержать в своем составе компоненты, необходимые для получения упроченного слоя с заранее заданными химическими и физико-механическими свойствами.

В настоящее время для получения ЭИП с высокой износостойкости на деталях и инструменте применяют, главным образом, тугоплавкие металлы и их соединения, например, твердые сплавы на основе карбидов вольфрама, титана с кобальтовой или никель-молибденовой связкой. Покрытие, полученное при ЭИО инструментов, обладает достаточно высокой твердостью и износостойкостью при резании и других видах механической обработки [69]. На данный момент проведено много исследований влияния содержания связующего элемента и размера зерна твердых сплавов на привес катода. Так в работе [77] говорится, что наибольшая величина привеса катода наблюдается для низко - и высококобальтовых сплавов, независимо от времени их обработки. Это объясняется тем, что при ЭИО эрозия анода из низкокобальтовых сплавов лишь частично происходит за счет испарения, а большая её часть — за счет хрупкого разрушения. В случае ЭИО высококобальтовыми сплавами ВК20 и ВК25, которые содержат большую долю легкоплавкого кобальта, эрозия анода проходит преимущественно за счет его плавления и испарения. В тоже время, среднекобальтовые сплавы, содержащие оптимальное сочетание хрупкой (WC) и легкоплавкой (Со) фаз, обладают большей эрозионной стойкостью и соответственно меньшим привесом катода. В работе [69] представлены результаты исследования по установлению взаимосвязи привеса катода и величины карбидных зерен в твердых сплавах, применявшихся в качестве легирующих электродов.

Авторы утверждают, что с увеличением размера зерна до 2—3 мкм привес катода повышается, а при дальнейшем увеличении размера зерна (до 8 мкм) — уменьшается. Это объясняется тем, что с уменьшением величины карбидных зерен вольфрама их электроэрозионная стойкость повышается, и соответственно перенос материала анода снижается. Если твердый сплав, например ВК6В, крупнозернистый (величина карбидных зерен ~ 5 мкм), привес катода понижается, но уже за счет малого коэффициента переноса эродированного материала. В работах [78-81] проведено сравнение покрытий, полученных из электрода ВК8, и электрода того же состава (92% WC – 8% Co), но с размером карбидного зерна 70…100 нм и с удельной поверхностью 17 м2/г. Показано, что структура электродного материала сильно влияет на состав, структуру и свойства ЭИП (твердость, модуль упругости, шероховатость, коэффициент трения, износостойкость). Наноструктурный электродный материал обладает более высокой эрозионной способностью.

Условием его высокой эрозионной способности является: высокая доля границ раздела зерен; равномерность распределения наночастиц по границам зерен тугоплавкой фазы. При использовании наноструктурного электрода содержание карбидной фазы (Ti, W)C + W2C в покрытии увеличивается с 60 до 95%, в результате чего твердость увеличивается с 6 до 12 ГПа, а коэффициент трения уменьшается с 0,7 до 0,3 [78, 79, 81].

Однако если критерий твёрдости легирующего электрода можно с большими ограничениями считать приемлемым для получения износостойких покрытий, то его (жаростойким, коррозионностойким и т.д.), непригодно. Кроме того, твёрдые сплавы на основе карбида вольфрама сравнительно неэффективны для ЭИО в связи с их высокой эрозионной стойкостью, а твёрдость легированного слоя, полученного при ЭИО твёрдыми сплавами, в некоторых случаях может быть соизмерима с твёрдостью слоя, полученного ЭИО металлами и графитом [34]. В настоящее время в связи с ростом цен на вольфрам возникает потребность в применении новых материалов, способных повысить физико–механические и эксплуатационные свойства покрытий, полученных ЭИО. Так в работе [82] проведены исследования покрытий на основе карбонитрида титана. Электроды для образования этих покрытий получены спеканием карбонитрида титана в связке на Ni – Mo основе.

Авторы проводили исследования твердости и износостойкости, и пришли к выводу, что твердость таких покрытий может достигать 12 ГПа, а с использованием новых композиционных материалов (карбонитрида титана) износостойкость увеличивается в 1,5 раза.

триботехнических свойств использовали два типа углеродосодержащих материалов:

мелкопористый графит (МПГ) и двумерный композиционный материал углерод – полиакрилонитрильного волокна. Волокна выкладывают в двух перпендикулярных формальдегидная смола) с последующей термической обработкой. ЭИО такими материалами приводит к снижению шероховатости поверхности. Так при использовании МПГ, шероховатость исходного ЭИП, образованного сплавом ВК8, уменьшается на 54%, а при обработке электродом КМУУ - на 60%. Данный факт обусловлен, как сглаживанием бугров, вследствие их оплавления под действием энергии импульсного разряда, так и заполнением графитом пор и микронеровностей на внешней поверхности. По данным микрорентгеноспектрального анализа верхнего слоя толщиной 6…8 мкм, образовавшегося в результате ЭИО покрытия углеродным электродом, в ЭИП содержится от 90 до 65% атомов углерода. Поэтому ЭИО поверхности ЭИП графитом и двумерным углеродом – углеродным композитом ведет к снижению коэффициента трения и росту износостойкости, за счет снижения шероховатости, изменения фазового состава покрытий и появления свободного углерода, выполняющего роль твердой смазки [78].

В работах [83-86] представлены сведения о структуре, фазовом составе и физико-механических свойствах ЭИП, полученных из эвтектических сплавов. В работах [83, 85, 86] ЭИП наносили электродами из порошковых эвтектических сплавов на железной (Fe–Cr–P–C) и никелевой (Ni–Cr–B–Si–C) основах. После ЭИО стали 30ХГСА на поверхности образуется белый нетравящийся слой переменной кристаллические. Одной из причин неполной аморфизации может быть растворение в рассматриваемом слое большого количества металла основы, так как при этом, помимо переноса капель с анода на катод, происходит оплавление катода. Поэтому химический состав покрытия значительно отличается от химического состава материала электрода. Кроме того, частично выгорают легкие элементы – углерод и фосфор. Отклонение химического состава ЭИП от состава электрода затрудняет получение аморфной структуры, но может облегчить образование метастабильных кристаллических фаз. При исследовании покрытий с аморфно-кристаллической структурой на машине торцевого трения без смазочного материала было установлено, что износ исследуемых покрытий в 2…3 раза меньше линейного износа в сравнении с цианированной сталью 30ХГСА и на 5...10% меньше износа ЭИП, полученных электродом из сплава ВК8.

В работе [87] в качестве материала анодов авторы использовали переходные металлы (IV–VI групп) и их бориды, а также износостойкую композиционную керамику «ЦЛАБ2» на основе ZrB2 системы ZrB2 - ZrSi2 – LaB6 со связкой Ni–Cr–Al (30 мол.%) и «ТВС3» системы (TiC – TiB2) со связкой Ni–Cr–Al (30 мол.%). В данной работе авторы доказывают, что данные электродные материалы являются многообещающими для ЭИО. Однако необходимо отметить, что данные исследования направлены в основном на повышение жаростойкости материалов.

Исследования в области создания и применения новых материалов для ЭИО определяют перспективу снижения себестоимости образуемого модифицированного слоя, улучшения физико-механических свойств получаемых ЭИП и развития способа ЭИО в целом [34]. Одним из направлений снижения себестоимости модифицированного вольфрама с одновременным его легирование Сr, Ni, Со, Zr, Fe.

Исследования в этой области материаловедения, как правило, позволяют добиться существенного снижения себестоимости образуемого модифицированного слоя [34, 88, 89].

Обзор традиционных материалов, применяемых для ЭИО, показал, что данные по использованию АС и НКС и получению с их помощью ЭИП в открытых источниках научно-технической информации практически отсутствуют. В связи с этим представляется целесообразным провести комплекс научных исследований по данному направлению.

1.5 Аморфные и нанокристаллические сплавы В течение всей человеческой истории все массивные металлические сплавы обладали кристаллической микроструктурой. Эра АС началась с получения в 1960 г.

первого образца Аu—Si [90]. Охарактеризовать АС можно как сплавы, в которых отсутствует дальний порядок в расположения атомов. Как правило, АС термодинамически неустойчивы, образуются при замедлении кинетических процессов кристаллизации.

В зависимости от стеклообразующей способности аморфные сплавы могут быть синтезированы разными методами. Сплавы с низкой стеклообразующей способностью могут быть получены в аморфном виде посредством конденсации из паровой фазы [91, 92]. Однако этот способ требует больших затрат энергии и малоэффективен. Другие сплавы могут быть получены механическим истиранием [93], в особенности размолом в шаровой мельнице [94] или путем интенсивной пластической деформации [95, 96]. Возможно также использование электролитического осаждения из растворов [97, 98]. Эти методы эффективны, но тоже требуют больших энергетических затрат. Намного более производительным является, так называемый, метод спинингования, заключающийся в скоростном затвердевании расплава на непрерывно охлаждаемом вращающемся барабане [99, 100]. С помощью этого метода АС получают в виде тонких пленок, лент или в кристаллизуются при нагреве выше температуры кристаллизации, которая зависит от скорости нагрева. Во многих АС первичной реакцией при нагреве является выпадение наночастиц в остаточной аморфной фазе. Такие НКС имеют нечто общее со стареющими кристаллическими сплавами. В них матрицей для кристаллической фазы служит аморфная фаза. Некоторые из таких материалов обладают улучшенными механическими свойствами по сравнению с однофазными АС [101].

В наши дни метод кристаллизации аморфных сплавов широко используется для получения НКС и формирования нанокристаллической структуры [102, 103, 104, 105].

В настоящее время промышленностью РФ методом быстрой закалки изготавливаются несколько видов АС и НКС. Массово производятся группы сплавов на основе Fe, Ni и Co. В таблице 1.5 представлены некоторые марки отечественных сплавов. В связи с отсутствием в научно-технических журналах данных по износостойкости, эрозионной стойкости, а так же, в связи с отсутствием каких либо рекомендаций по применению данных сплавов в других технологиях поверхностного упрочнения, нами для проведения исследования было выбрано по одному сплаву из каждой группы. Выбор марки сплава в группе осуществляли исходя из количества накопленных экспериментальных данных и работ по изучению сплава. Так, из сплавов на основе Fe наиболее изученными оказались НКС марки 5БДСР и АС марки 2НСР, из сплавов на основе Co - АС марки 84КХСР, из сплавов на основе Ni - АС марки 82Н7ХСР [24, 102, 103, 104, 105, 106, 107].

Поэтому, выявляя наиболее подходящий для упрочнения деталей сплав и определяя сферы применения для других сплавов, нами в данной работе будет исследоваться ЭИО с применение сплавов 84КХСР, 5БДСР, 2НСР, 82Н7ХСР.

1.5.1 Физико-механические свойства Важными особенностями АС и НКС являются то, что они обладают высокими прочностью, твердостью, износостойкостью [108, 109, 110, 111] и сопротивлением коррозии, включая пассивацию в некоторых растворах [112, 113]. Кроме того, АС демонстрируют сверхпластичность [114], включая сверхпластичность при высокой скорости деформации [115]. Предел усталости АС и НКС сопоставим со значениями для высокопрочных сплавов. Например, в АС на основе Fe, Co и Ni твердость может достигать значений более 1000 МПа, а прочность – свыше 4,0 ГН/м2 [116].

Таблица 1.5 – Наиболее распространенные марки АС и НКС Важным фактором, влияющим на прочность АС и НКС, является их химический состав. В сплавах с одинаковыми элементами основы прочностные свойства меняются в зависимости от вида и концентрации атомов металлоидов. Так в работе [117] показаны исследования твердости АС Fe-В. Авторы делают вывод, что с увеличением содержания бора с 15% до 25% твердость сплава возрастает.

Исследовав зависимость твердости АС от вида атомов металлоидов в Fe80B20, Fe80Si20, Fe80P20, авторы сделали вывод: чем выше по периодической системе порядковый номер группы и период металлоида, тем ниже твердость сплава [114, 118, 119].

Одним из свойств АС является малая упругость, определяемая отсутствием регулярности в расположении атомов [119, 120, 121, 122, 123]. Атомы, находящиеся в неустойчивых положениях, могут сравнительно легко смещаться под действием внешних напряжений, в результате чего приложенное к аморфному металлу напряжение может частично релаксировать. Не упругость аморфных металлов связана со свободным объемом в их структуре, а, следовательно, и с плотностью сплава [118].

Еще одной характерной чертой АС является то, что они, будучи высокопрочными материалами, обладают одновременно чрезвычайно высокой вязкостью разрушения. Концентрация напряжений в вершинах трещин в АС сопровождается большой пластической деформацией, поэтому энергия, необходимая для распространения трещин в таком материале, становится чрезвычайно высокой [118].

1.5.2 Явления, происходящие при нагреве Согласно общепринятым представлениям, АС являются конфигурационнозамороженными, метастабильными веществами без дальнего порядка в расположении атомов [106, 124, 125]. Они стабилизированы ниже температуры стеклования. Из-за своей термодинамической квазиравновестности АС подвержены влиянию пропорциональной разности термодинамического потенциала аморфного и равновесного состояний, что приводит к их релаксации, даже при отсутствии внешних воздействий. Известно два вида такой релаксации - гомогенная и гетерогенная [106]. Гомогенная релаксация происходит однородно во всем объеме материала с сохранением его аморфности. При этом нестабильные атомные конфигурации, возникающие в процессе получения АС, преобразуются в стабильные конфигурации при помощи небольших атомных смещений.

Существенно также и то, что смещение атомов в процессе структурной релаксации меньше межатомных расстояний и происходят они в локальных областях [106].

Гетерогенная релаксация приводит к появлению в материале областей с дальним порядком, т.к. появляется возможность для перемещения атомов на большие расстояния, и характеризуется наличием фазовых границ. Она осуществляется зарождением и ростом метастабильной кристаллической фазы и сопровождается выделением скрытой теплоты фазового превращения. Существенно, что скорость этих процессов появления новой фазы активационным образом растет с повышением температуры [106, 124]. Причем, специфика фазовых превращений в АС и НКС, состоит в том, что при одних и тех же внешних условиях в них могут реализоваться как медленные, так и быстрые, взрывные режимы кристаллизации [106, 126, 127].

Проанализировав процессы, проходящие при нагреве АС и НКС, можно предположить, что за счет высокой скорости охлаждения продуктов эрозии и дискретности процесса ЭИО применение в качестве электродных материалов АС и нанокристаллической структурами, а так же повысить толщину наносимого слоя и производительность процесса.

1.6 Выводы и задачи исследования На основании анализа научной литературы, проведенного в первой главе, было установлено:

1. Одними из часто изнашиваемых являются режущие поверхности деталей жаток зерноуборочных комбайнов. Их максимальный износ колеблется от 1,21 мм до 1,5 мм, при этом от 70 до 92% продефектованных поверхностей требуют своего восстановления.

2. Для восстановления и упрочнения изношенных режущих поверхностей деталей жаток зерноуборочных комбайнов применяется много способов. Однако сложный профиль режущей поверхности, а так же жесткие условия эксплуатации деталей не всегда позволяют обеспечивать их требуемую износостойкость.

3. Среди способов, позволяющих повысить износостойкость режущих поверхностей рассматриваемых в работе деталей машин, важное место занимают методы, позволяющие наносить упрочняющие покрытия с высокими физикомеханическими свойствами. Наиболее перспективным из них, позволяющим упрочнять рабочие поверхности сложного профиля выбранных объектов исследования, является ЭИО.

4. Применение в качестве электродных материалов АС и НКС, имеющих высокую твердость, прочность, пластичность и одновременно обладающих уникальными теплофизическими свойствами, позволит повысить толщину наносимого слоя и производительность процесса. С их помощью, возможно, будет получать ЭИП с аморфной или нанокристаллической структурами, обладающие высокими физико-механическими свойствами и износостойкостью.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 




Похожие работы:

«РУССКОЕ ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ОБЩЕСТВО Томский отдел ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ВОПРОСЫ СОВРЕМЕННОЙ ГЕОГРАФИИ (Материалы Всероссийской научной конференции 20 - 22 апреля 2009 г.) ТОМСК – 2009 УДК 911 Теоретические и прикладные вопросы современной географии. Материалы Всероссийской научной конференции 20 - 22 апреля 2009 г. / Ред. коллегия: Н.С. Евсеева (отв. ред.), И.В. Козлова, В.С. Хромых. – Томск: Томский госуниверситет, 2009.- 343 с. В сборнике публикуются...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ Кафедра истории и культурологии ЭСТЕТИКА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К СЕМИНАРСКИМ ЗАНЯТИЯМ Для студентов всех факультетов Горки 2007 Рекомендовано методической комиссией при совете по гуманитаризации образования и воспитания 27.11.2006 (протокол № 3). Составили: Г. А. ГУСАРОВА, А. М. КУНИЦКАЯ, А. В....»

«К АТА Л О Г ОСНОВНЫХ ЗАВЕРШЕННЫХ НАУЧНО - ТЕХНИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК НАУЧНОИННОВАЦИЙ), ПРЕДЛАГАЕМЫХ К РЕАЛИЗАЦИИ В АПК Научные направления: РАСТЕНИЕВОДСТВО И ЗЕМЛЕДЕЛИЕ ЗООТЕХНИЯ И ВЕТЕРИНАРИЯ ЭКОЛОГИЯ И МЕЛИОРАЦИЯ ЭКОНОМИКА, ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВОМ, ФИНАНСАМИ И МОТИВАЦИЕЙ ТРУДА В АПК МЕХАНИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ВОЛГОГРАД 2013...»

«ЭКОНОМИКА, ОРГАНИЗАЦИЯ, СТАТИСТИКА И ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УДК 311 ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ СТАТИСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЖИЗНИ СЕЛЬСКОГО НАСЕЛЕНИЯ Ларина Татьяна Николаевна, д-р экон. наук, доцент, зав. кафедрой Статистика и экономический анализ, ФГБОУ ВПО Оренбургский ГАУ. 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18. E-mail: lartn.oren@mail.ru Ключевые слова: сельский, население, система, показатели, статистический, анализ. Обеспечение достойного качества жизни сельского населения России...»

«Национальная академия наук Беларуси ГНПО НПЦ НАН Беларуси по биоресурсам УДК 504.054; 665.6 № госрегистрации 20090814 УТВЕРЖДАЮ: Генеральный директор ГНПО НПЦ НАН Беларуси по биоресурсам, член-корреспондент М.Е. Никифоров “” _ 2009 г. ОТЧЕТ О РЕЗУЛЬТАТАХ ПРОВЕДЕНИЯ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ДОБЫЧИ МЕЛА НА УЧАСТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ХОТИСЛАВСКОЕ В МАЛОРИТСКОМ РАЙОНЕ БРЕСТСКОЙ ОБЛАСТИ (В ДВУХ КНИГАХ) Книга Оценка перспективного воздействия на животный и растительный мир...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ГОРНО-АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Биолого-химический факультет Кафедра органической, биологической химии и МПХ СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ Декан БХФ Проректор по УР В.Н. Алейникова О.А. Гончарова __2008 г. _2008 г. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ ХИМИИ по специальности 020101 Химия...»

«Редактор – Т.А. Семакова УДК 630 Инновации и технологии в лесном хозяйстве–2013. Материалы III Международной научно-практической конференции, 22-24 мая 2013 г., СанктПетербург, ФБУ СПбНИИЛХ. Ч. 2. СПб.: СПбНИИЛХ, 2013. – 315 с. В сборник включены доклады участников III Международной научнопрактической конференции Инновации и технологии в лесном хозяйстве, состоявшейся 22-24 мая 2013 г. в ФБУ СПбНИИЛХ (Санкт-Петербург), на пленарном заседании и 10 круглых столах. ISSN 2079-6080 ©...»

«БИОЛОГИЯ УДК: Составители: к.с/х.н. доцент кафедры ботаники и физиологии растений Колмыкова Татьяна Степановна, к.б.н. доцент кафедры генетики Кудряшова Вероника Игоревна Под общей редакцией доктора педагогических наук профессора М.И. Ломшина Биология: программа курса, методические указания, тестовые задания/ составители Т.С. Колмыкова, В.И. Кудряшова; под общшей редакцией М.И. Ломшина. – Саранск: Изд-во Морд. ун-та, 2006 с. Содержит программу курса, изучаемые темы с детализацией материала,...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Технологический институт – филиал ФГОУ ВПО Ульяновская ГСХА Кафедра ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ УТВЕРЖДАЮ СОГЛАСОВАНО Начальник УМО Декан факультета Н.Н. Левина Л.М. Благодарина 24 сентября 2009г. 25 сентября 2009г. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС По дисциплине Механизация и автоматизация технологических процессов растениеводства и животноводства специальности 110305.65 Технология производства и...»

«Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра Теплогазоснабжение и вентиляция МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по дипломному проектированию для студентов специальности 1-70 04 02 Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна Минск БНТУ 2010 УДК 697(075.8) ББК 38.73я7 М 54 Сос тав ите л и: В.В. Артихович, Л.В. Борухова, В.М. Копко, А.Б. Крутилин, Л.В. Нестеров, М.Г. Пшоник, И.И. Станецкая, Т.В. Щуровская Ре це нзе нты: зав. кафедрой...»

«ПРЕЗИДЕНТСКАЯ БИБЛИОТЕКА РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ НОВЫЕ ПОСТУПЛЕНИЯ N 12 с 16 по 30 июня 2013г. Список включает перечень новых книг, поступивших в библиотеку. Книги в списке расположены в систематическом порядке по отраслям знаний в соответствии с таблицами УДК. Для облегчения поиска и заказа книг проставляется шифр, сигла хранения (указание на подразделение библиотеки, в фонде которого хранится издание) и количество экземпляров. К/Х - отдел документохранения Ч/З - читальный зал АБ - абонемент ОНТ -...»

«Министерство образования и науки Украины Севастопольский национальный технический университет МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к расчетно-практическому занятию по дисциплине Основы экологии Определение размеров ущерба, обусловленного загрязнением земельных ресурсов, вследствие нарушения природоохранного законодательства Украины для всех специальностей дневной и заочной форм обучения Севастополь Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)...»

«А. Г. Б Р О И Д О ЗАДАЧНИК ПО О Б Щ Е Й МЕТЕОРОЛОГИИ ЧАСТЬ I Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов гидрометеорологических институтов и университетов БИБЛИОТЕКА Л. ни; г адского Гидрометеорологического Института ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО Л Е Н И Н Г Р А Д • 1970 УДК 551.5(076.1) В задачник включены задачи, охватывающие материал первой части курса общей метеорологии....»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Н.И. Коростелева, Т.В. Громова, И.Г. Жукова БИОТЕХНОЛОГИЯ Учебное пособие Допущено Министерством сельского хозяйства Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 110401 – Зоотехния Барнаул Издательство АГАУ 2006 УДК 575.(072)....»

«1 Содержание ДЕЛОВЫЕ НОВОСТИ Экономика сельского хозяйства России (Москва), 30.11.2012 Урожай-2012 РОССИЙСКОЕ СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО СОХРАНЯЕТ СВОЮ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬ Экономика сельского хозяйства России (Москва), 30.11.2012 УДК 631. 15. 33 ПО ПУТИ ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ Экономика сельского хозяйства России (Москва), 30.11.2012 УДК 631. 15. 33; 631. 11 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГОСПОДДЕРЖКИ СОЦИАЛЬНОЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА. 13 Экономика сельского хозяйства России (Москва),...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра горного дела ГОРНОЕ ПРАВО Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения специальностей направления 130400 Горное дело Апатиты 2007 2 УДК 551.4(07) ББК 26.8 Г 67 Составитель – Юлия Викторовна Федотова, канд. техн. наук,...»

«ФГОУ ВПО УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ Научная библиотека МОРОЗОВ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ Биобиблиографический указатель Ульяновск 2011 1 УДК 016 Морозов Владимир Иванович: биобиблиографический указатель.- УГСХА, научная библиотека.- Ульяновск: УГСХА, 2011.- 51 с. Указатель включает библиографические описания научных работ В.И. Морозова, сгруппированные в разделы Научные труды Материал внутри разделов расположен в хронологическом порядке, затем в алфавите названий....»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Перспективы развития высшей школы МАТЕРИАЛЫ IV МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ Гродно УО ГГАУ 2011 УДК 378(06) ББК 74.58 П 26 Редакционная коллегия: В.К. Пестис (ответственный редактор), А.А. Дудук (зам. ответственного редактора), А.В. Свиридов, С.И. Юргель. Перспективы развития высшей школы : материалы IV П26 Международной науч.-метод....»

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СВОБОДНОЙ КОВКИ Методические указания к выполнению лабораторно-практической работы по дисциплине Материаловедение и ТКМ Новосибирск 2013 Кафедра технологии машиностроения УДК 621.9 ББК 34.5 Составители: Ю.Б. Куроедов, канд. техн. наук, доц. В.В. Коноводов, канд. техн. наук, доц. Е.В. Агафонова, ст. преп. Рецензент П. И. Федюнин, канд. техн. наук, доц. Разработка технологического процесса...»

«Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I Государственное научное учреждение Научно-исследовательский институт экономики и организации АПК ЦЧР России Россельхозакадемии Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Я. Горина Алексеевский...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.