Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2015

где E – эффективная энергия активации процессов старения, Дж/моль; R = 8,31 Дж/(К·моль) – универсальная газовая постоянная. При обработке данных на рис. 4 мы определили коэффициенты уравнения (2):

При E = 148 242 Дж/моль и назначенном времени эксплуатации τ = 9,47·108 с (30 лет) прогнозируемое изменение условного напряжения составит 0,98.

Библиографический список

1.Effect of UV and Hydrothermal Aging on the Mechanical Performance of Polyurethane Elastomers / H. Aglan, M. Calhoun, L. Allie // Journal of Applied Polymer Science. – 2008. – Vol. 108. – Р. 558–564.

2.Investigations on hydrothermal aging of thermoplastic polyurethane material / A. Boubakri, K. Elleuch, N. Guermazi, H.F. Ayedi // Materials and Design. – 2009. – Vol. 30. – P. 3958–3965.

3.Herrera M., Matuschek G., Kettrup A. Thermal degradation of thermoplastic polyurethane elastomers (TPU) based on MDI // Polymer Degradation and Stability. – 2002. – Vol. 78. – Р. 323–331.

4.Davis P., Evrard G. Accelerated ageing of polyurethanes for marine applications. – Polymer Degradation and Stability. – 2007. – Vol. 92. – Р. 1455–1464.

5.Oprea S., Oprea V. Mechanical behavior during different weathering tests for polyurethane elastomers films. – European Polymer Journal. – 2002. – Vol. 38. – Р. 1205–1210.

6.Degradation of polyurethanes in sea water / M. Rutkowska, K. Krasowska, A. Heimowska, I. Steinka, H. Janik // Polymer Degradation and Stability. – 2002. – Vol. 76. – Р. 233–239.

211

7.Яковлев С.Н. Долговечность массивных полиуретановых шин // Вестник Кузбасского государственного технического университета. – 2013. – Вып. 4.

8.ГОСТ Р 53910–2010. Вода. Методы определения токсичности по замедлению роста морских одноклеточных водорослей

Phaeodactylum tricornutum Bohlin и Sceletonema costatum (Greville) Cleve.

9.ГОСТ 9.707–81. Единая система защиты от коррозии и старения. Материалы полимерные. Методыускоренных испытаний на климатическоестарение. – М.: Изд-востандартов, 1990.

212

УДК 621. 923

МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН МЕТОДОМ АЛМАЗНОГО МИКРОВЫГЛАЖИВАНИЯ

А.А. Плотников

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

e-mail: plotnikof@perm.ru

Систематизированы результаты исследований процессов алмазного микровыглаживания. Рассмотрены механизмы модификации поверхностного слоя деталей, в том числе на наноструктурном уровне. Дано представление об основных факторах процессов и их взаимосвязях. Результаты представленного исследования рекомендованы для установления закономерностей процессов отделочно-упрочняющих технологий при разработке основ управления качеством обработки методами алмазного микровыглаживания.

Ключевые слова: алмазное микровыглаживание, поверхностное пластическое деформирование.

Свойства поверхностного слоя в первую очередь определяют качество и работоспособность деталей и машины в целом

впроцессе эксплуатации.

Внастоящее время достаточно активно развивается направление металлообработки, связанное с улучшением свойств поверхностного слоя рабочих поверхностей деталей машин. Практическая реализация данного направления достигается раз-

личными методами поверхностной упрочняющей обработки, в том числе модификацией деформационной обработкой. К такой модифицирующей обработке, безусловно, можно отнести широко известные методы поверхностного пластического деформирования. Их применение позволяет не только существенно увеличить ресурс работы детали, но и комплексно реализовать современные направления совершенствования металлооб-

213

рабатывающего производства – повышение производительности обработки, точности и качества обрабатываемых деталей и др.

Одним из эффективных направлений поверхностного пластического деформирования является алмазное микровыглаживание [1]. Применение методов алмазного микровыглаживания обеспечивает упрочнение поверхностного слоя детали благодаря трем принципиально различным механизмам. На практике упрочнение обеспечивается их сочетанием. Это субструктурное, поликристаллическое и многофазное упрочнения [2].

Субструктурное упрочнение возникает при образовании в кристаллической решетке металла большого числа дефектов – дислокаций, при плотностях, доходящих до 1014–1015 м–2. Оно приводит к увеличению сопротивления изнашиванию и разрушению и наиболее характерно для чистых металлов.

При пластическом деформировании в процессе микровыглаживания поверхностного слоя поликристаллических металлов внутри деформирующихся отдельных кристаллов дислокации, скользящие по хаотически расположенным неподвижным дислокациям, испытывают сопротивление. Известно, что благодаря упругому взаимодействию и междислокационным реакциям дислокации не сохраняют хаотичного расположения, а создают различные субструктуры, имеющие определенный порядок в своем расположении. Сопротивление движению дислокации через упорядоченное расположение дислокаций (через субструктуру) отличается от сопротивления при движении через хаотичное расположение. Если при хаотичном расположении сопротивление зависит только от плотности дислокаций, то при наличии субструктуры проявляется влияние ее параметров на сопротивление. Это явление называется субструктурным упрочнением.

Используемые для производства деталей машин металлы имеют поликристаллическое строение. На рис. 1–3 показана поликристаллическая структура поверхностного слоя металла схематическая и реальная до и после обработки микровыглаживанием. Поликристаллический материал состоит из отдельных

214

образований, каждое из которых представляет собой монокристалл. Отдельные монокристаллы могут иметь разнообразную форму и быть расположенными относительно друг друга хаотично либо упорядоченно, т.е. образовывать определенную текстуру. Границы, разделяющие отдельные зерна в поликристалле, вызывают дополнительное упрочнение. Очевидно, что такое упрочнение границами зерен тем выше, чем больше границ и протяженнее их суммарная длина. При поверхностном пластическом деформировании в процессе микровыглаживания происходит дробление зерен и ориентирование их определенным образом, т.е. образование текстуры. С уменьшением среднего размера зерна сопротивление деформированию в большинстве случаев существенно возрастает. Наличие текстуры поверхностного слоя также является фактором упрочнения поверхностного слоя.

Многофазное упрочнение происходит при образовании выделений второй фазы в матрице основного сплава.

Эти выделения могут иметь сходную с основным материалом или иную кристаллическую решетку, создавать поля напряжений, быть проходимыми или плохо проходимыми для дислокаций в процессе деформирования. Они образуют дополнительные препятствия для движения дислокаций и могут существенно повышать сопротивление изнашиванию и хрупкому разрушению металла.

Упрочнение поверхностного слоя деталей машин при поверхностном пластическом деформировании в процессе алмазного микровыглаживания происходит за счет структурных изменений в поверхностном слое металла, наблюдаемых в том числе в сверхмалом диапазоне, соизмеримом с наноуровнем. Таким образом, алмазное микровыглаживание за счет перечисленных выше механизмов поверхностного упрочнения позволяет осуществлять наноструктурирование поверхностного слоя деталей машин.

Методы микровыглаживания, применяемые для упрочнения поверхностей деталей машин имеют существенные различия в конструкциях используемых микровыглаживающих инст-

216

рументов, технологической оснастке, технологических параметрах обработки и т.д. Тем не менее, несмотря на это, ряд эффектов, которые могут быть получены при их применении, имеют сходство и связаны с улучшением наиболее важных показателей эффективности процесса обработки.

Схемы упрочнения при алмазном микровыглаживании дают представление об основных факторах процессов, их взаимосвязях и могут быть использованы для установления закономерностей процессов отделочно-упрочняющих технологий модификации поверхностного слоя деталей и разработки основ управления качеством обработки методами алмазного микровыглаживания.

Библиографический список

1.Плотников А.А., Плотникова Г.В. Основные схемы установки алмазных микровыглаживателей // Вестник Пермского государственного технического университета. Механика и технология материалов и конструкций. – 2000. – № 3. – С. 90–93.

2.Плотников А.А. Наноструктурирование поверхностного слоя деталей машин методами алмазного микровыглаживания // Инновационные технологии размерной обработки с применением инструментов из сверхтвердых материалов и упрочнения изделий: сб. науч. тр. – Вып. 4. – Магнитогорск, 2011. – С. 72–78.

217

УДК 621.9.047

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ РАСТВОРЕНИЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ СТАЛИ Р6М5 С ДОБАВЛЕНИЕМ TiC В ВОДНОМ РАСТВОРЕ 10 % NaCl

Р.М. Кадырбаев1, Д.В. Хасанов1, А.В. Журавлева1, В.Г. Дураков2

1Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия

e-mail: be.true@mail.ru

2Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, Россия

Проведены экспериментальные исследования электрохимического растворения покрытия на основе стали Р6М5 с добавлением карбидов титана (TiC) в водном растворе 10 % NaCl. Определены особенности электрохимического растворения указанного материала. Показано, что растворение покрытия происходит в активном состоянии до потенциала 6 В. Дальнейшее увеличение значений потенциала до 8 В приводит к пассивации поверхности. Установлено, что значение плотности тока остается неизменным с течением времени при фиксированном значении потенциала φ = 2 и 4 В, а при значении φ = 6 и 8 В наблюдается снижение плотности тока.

Ключевые слова: поляризационная кривая, потенциостат, покрытие, электрохимическое растворение.

Дляувеличениясрокаслужбы режущего инструменташироко применяется нанесение различных покрытий, повышающих его эксплуатационные характеристики. Так, для повышения режущих свойств фрез, протяжек, метчиков, сверл, долбяков, шеверов применяют вольфрамомолибденовые покрытия, в частности, композиций наосновесталиР6М5 сдобавлением карбидовтитана.

Для нанесения указанного покрытия применяются такие методы, каклазернаяиэлектронно-лучевая наплавкиввакууме[1, 2].

218

Вработах [3, 4] показано, что достижение требуемых характеристик качества поверхностного слоя при финишной механической обработке износостойких покрытий, нанесенных указанными методами, возможно за счет применения электроалмазного шлифования (ЭАШ). Такой вид обработки сочетает электрохимическое растворение металла в зоне контакта алмазного круга и обрабатываемой поверхности и механическое удаление растворенных частиц зернами алмазного круга [5]. Следует отметить, что ЭАШ положительно себя зарекомендовало при обработке твердых сплавов и быстрорежущих сталей. Однако для эффективного применения этого способа шлифования при обработке износостойких композиций на основе стали Р6М5

сдобавлением TiC в водных растворах нейтральных солей необходимо изучить особенности электрохимического растворения исследуемого покрытия.

Исследования проводились на потенциостате П-5827М. Потенциал анода изменялся от 0 до 8 В. В качестве электрода сравнения использовали платиновый электрод. Перед погружением в ячейку образцы зачищали на наждачной бумаге и промывали дистиллированной водой. В качестве электролита был использован раствор 10 % NaCl в воде. Исследования проводились на образцах с покрытием на основе порошкового материала Р6М5 с добавлением карбидов вольфрама.

Врезультате проведенных экспериментальных исследований были получены поляризационные кривые электрохимического растворения покрытия Р6М5 с добавлением TiC в водном растворе NaCl (рис. 1).

Особенностью электрохимического поведения данного покрытия в водном растворе 10 % NaCl является то, что растворение в активном состоянии наблюдается до потенциала 6 В. Последующее увеличение потенциала анода сопровождается не-

значительным снижением плотности. Вероятно, это связано с тем, что в диапазоне потенциалов от 6 до 8 В на поверхности анода в результате окисления металла образуется окисный слой, появление которого замедляет анодное растворение и приводит

219

i, А/дм2

Рис. 2. Потенциостатические поляризационные кривые анодного растворения покрытия на основе стали Р6М5 с добавлением TiC в водном растворе 10 % NaCl:

1 – φ = 2 В; 2 – φ = 4 В; 3 – φ = 6 В; 4 – φ = 8 В;

220