№ 11 (161) (2024)
Материаловедение в машиностроении
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СМАЗОЧНЫХ СРЕД ДЛЯ НАГРУЖЕННЫХ СОПРЯЖЕНИЙ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ. СООБЩЕНИЕ 1. ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ И СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЗОНЕ КОНТАКТНОЙ ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛОВ ПРИ ТРЕНИИ
Аннотация
Изложены экспериментально-теоретические основы материаловедческого подхода к оценке смазочных сред, который базируется на анализе комплекса структурно-чувствительных свойств антифрикционного материала в зоне трибодеформации и позволяет выявить существенную роль процесса взаимодействия смазочных сред с поверхностью трения. Реологические свойства поверхностного слоя, образующегося в трибоматериале в условиях контактной деформации под действием смазочной среды, определяют условия формирования в нем износостойкой структуры. Сформулированы представления о физико-химических основах действия среды применительно к стандартным задачам упругопластичности, описывающим поведение поверхностно-модифицированных материалов в простейших напряженно-деформированных состояниях. Показано, что в поверхностно-упрочненном материале остаточные напряжения во внешнем слое по знаку совпадают с нагружающими, а во внутриобъемной зоне – противоположны им. Распределения остаточных напряжений в поверхностно-пластифицированном образце оказывается обратным случаю поверхностно-упрочненного материала. Приведены схематические эпюры остаточных напряжений, возникающих в приповерхностном слое материала в результате его упругопластического деформирования при трибоконтактном воздействии в поверхностно-пластифицирующей и поверхностно-упрочняющей смазочной среде. Найдено, что в поверхностно-пластифицированном приповерхностном слое остаточные напряжения носят сжимающий характер, а в поверхностно-упрочненном – растягивающий. На межслойной границе имеет место резкая смена знака остаточных напряжений. Распределение напряжений по глубине материала качественно подобно соответствующим распределениям, полученным для случаев кручения и изгиба. На основе анализа эпюр компонент тензора остаточных напряжений, возникающих в поверхностном слое антифрикционного материала при трении скольжения, выявлены условия реализации пластифицирующего и упрочняющего трибоэффекта в реальных антифрикцонных материалах. Показано, что среди промышленных алюминиевых бронз наибольшей износостойкостью в поверхностно-активных смазочных средах обладают бронзы БрА5, БрА7.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(11 (161)):3-17
3-17
ВЛИЯНИЕ НАНО-CUO И 2-МЕРКАПТОБЕНЗТИАЗОЛА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРУ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА
Аннотация
В настоящее время разработка полимерных композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) является одним из актуальных задач полимерного материаловедения. Это прежде всего связано с его особенными механическими и трибологическими свойствами, благодаря которым СВМПЭ активно внедряется в различных отраслях, таких как машиностроение, создание покрытий и медицина. Однако, для расширения области применения необходимо устранить недостатки в виде низкой поверхностной твердости и прочности. Наиболее эффективным и экономически целесообразным способом снижения недостатков является модификация полимера путем введения различных видов наполнителей. В данной работе исследовано влияние комплексных наполнителей, включающих нано-CuO и 2-меркаптобензтиазол на физико-механические свойства и структуру сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Показано, что введение комплексных наполнителей в СВМПЭ повышает деформационно-прочностные свойства, напряжение при сжатии повысилась на 23… 35 % и твердость по Шору Д на 5…6 % по сравнению с исходным полимером. Разработанные композиционные материалы охарактеризованы с помощью рентгеноструктурного анализа, дифференциально-сканирующей калориметрии и сканирующей электронной микроскопии. Установлено снижение степени кристалличности композитов на основе СВМПЭ с увеличением содержания комплексных наполнителей. Методом электронной микроскопии показано образование сферолитов в надмолекулярной структуре композитов. На основании проведенных исследований сделан вывод, что улучшение физико-механических свойств композитов обусловлено за счет комплексного влияния наполнителей благодаря улучшению их совместимости с полимерной матрицей. Разработанные полимерные композиционные материалы могут применяться в качестве защитных покрытий и футеровок в технике и технологическом оборудовании.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(11 (161)):14-23
14-23
Качество поверхностного слоя, контактное взаимодействие, трение и износ деталей машинами
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ ТРИБОСИСТЕМ
Аннотация
Представлена методология для металлополимерных узлов трения превращения процесса трения из разрушительного в созидательный для широкого класса трибоматериалов фрикционного и антифрикционного назначения, а также смазок. Для металлических трибосистем созидательным направлением представлены исследования нитридных, алмазоподобных (DLC), высокоэнтропийных (ВЭС) покрытий. Рассмотрены основные современные методы нанесения покрытий: вакуумно-дуговой метод осаждения покрытий, магнетронный метод распыления, ионное осаждение из паровой фазы углеродных покрытий класса DLC. Рассмотрены особенности высокоэнтропийных покрытий (ВЭП) и покрытий с эффектом памяти формы (ЭПФ). Описаны основные преимущества и недостатки данных методов, а также представлены современные виды покрытий, получаемые PVD-методом. Описаны материалы и методы исследований, включающие в себя нанесение покрытий на установке BRV600, исследование физико-механических свойств, трибологические испытания. Для получения высоких показателей физико-механических и трибологических характеристик определены следующие параметры: для нитридных покрытий CrAlSiN – оптимальная толщина, для углеродных покрытий класса DLC и комбинированных покрытий CrAlSiN + DLC – оптимальная толщина покрытий и технологические режимы нанесения покрытий – величина подачи азота %N и ток индукционных катушек λ, для высокоэнтропийных покрытий TiCrZrHfNb – толщина покрытия, а для CuCrMnFeCoNi влияние меди на коэффициент трения и износостойкость. Полученные покрытия нашли свое применение в тяжелонагруженных трибосистемах: лопатки турбокомпрессора тепловоза 2ТЭ25А и шлицевого соединения трансмиссии хвостового винта вертолета МИ-26. Высокоэнтропийные покрытия предложены для демпферов, которые устанавливаются в узлах крепления двигателя к пилону или пилона к крылу магистрального самолета.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(11 (161)):24-31
24-31
Технологии электро-физико-химической и комбинированной обработки
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ КОМПЛЕКСА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ВОЛНОВЫМ ДЕФОРМАЦИОННЫМ УПРОЧНЕНИЕМ
Аннотация
В работе формулируется необходимость выявления технологического метода обработки, способного обеспечить формирование в обрабатываемом материале за одну технологическую операцию комплекса повышенных эксплуатационных свойств. Для решения поднятой проблемы предлагается использование технологии волнового деформационного упрочнения (ВДУ). Особенность технологии заключается в возможности одновременного управления рядом технологических параметров и воздействии на обрабатываемый материал пролонгированными ударными импульсами, характеризующимися передачей энергии удара в очаг деформации более 65 %. За счет наличия большого числа управляемых технологических параметров, ВДУ позволяет достаточно точно регулировать равномерность упрочнения и формировать упрочненные области на глубине до 15 мм. Возможность точного регулирования равномерности упрочнения позволяет избежать формирования перенаклёпа поверхностного слоя, что существенно отличает ВДУ от других динамических способов поверхностного пластического деформирования, например, чеканки. При неравномерном упрочнении ВДУ, в поверхностном слое формируется регулярно чередующиеся твердые и вязкие области, называемые гетерогенной структурой. Анализ литературных источников показал, что наличие в поверхностном слое таких областей, делает его перспективным для повышения эксплуатационных свойств. В работе приводятся результаты экспериментальных исследований влияния созданной ВДУ гетерогенной структуры на эксплуатационные свойства: сопротивление контактному выкрашиванию; циклическую прочность в условиях знакопеременных нагрузок, коррозионную стойкость. Лабораторные исследования эксплуатационных свойств проводились как на серийном технологическом оборудовании, так и на специально разработанном. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения ВДУ для повышения комплекса эксплуатационных свойств и существовании «универсального» режима обработки.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(11 (161)):32-40
32-40
Технологии механической обработки заготовок
ЭФФЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ ЗАТОЧКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ И ТВЁРДЫХ СПЛАВОВ
Аннотация
Рассмотрены проблемы повышения эффективности заточной операции металлорежущих инструментов из быстрорежущей стали и твёрдых сплавов. В качестве металлорежущих инструментов рассматривались резцы с пластинами твёрдых сплавов, а также свёрла из быстрорежущей стали. В работе исследовались различные способы заточки металлорежущих инструментов, на предмет повышения стойкости затачиваемого инструмента, а также стабильность сохранения стойкости, после переточек. Также было исследовано влияние различных способов заточки на различные показатели качества, такие как шероховатость поверхности, микротвёрдость и величину внутрикристаллических напряжений в материале. Исследования по определению периода стойкости токарных твердосплавных пластин производились при точении бесступенчатых валиков из хромоникелевого сплава, а свёрл из быстрорежущей стали, при сверлении отверстий в котельной стали. По результатам исследований видно, что данные методы способны существенно увеличить период стойкости затачиваемых инструментов. Также рассмотрены варианты совмещения различных способов их заточки с другими путями уменьшения их износа. Результаты показали, что данные комбинированные методы позволяют повысить стойкость инструментов ещё на 15…20 %. Таким образом, по результатам выполненных исследований наукоёмких способов заточки металлорежущих инструментов из быстрорежущей стали и твёрдых сплавов можно сделать вывод о высокой эффективности способа заточки, который заключается в применении импрегнированного дийодидом хрома заточного абразивного круга с подачей в зону обработки йодосодержащей охлаждающей жидкости. Было установлено, что при использовании данного метода заточки, более высокий показатель стойкости достигается у двухкомпонентных твердосплавных пластин токарных резцов, относительно однокомпонентных твердосплавных пластин.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(11 (161)):44-48
44-48