автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Научно-прикладные основы повышения износостойкости инструментальных материалов путем использования прогрессивных технологий

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ПОДІЛЛЯ (м. Хмельницький)

і Г 0.. На правах рукопису

1 3 0:;ї і, . і УДК621:787.785.9.902

ГЛАДКИЙ ЯРОСЛАВ МЖОЛАЙОВИЧ

НАУКОВО-ПРИКЛАДНІ ОСНОВИ ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ІНСТРУМЕНТАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ ШЛЯХОМ ВИКОРИСТАННЯ ПРОГРЕСИВНИХ

ТЕХНОЛОГІЙ

Спеціальність 05.02.04-тертя та зношування в машинах

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Хмельницький -1998

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Технологічному університеті Поділля (м. Хмельницький)

Науковий консультант: Заслужений працівник народної освіти

України, доктор технічних наук, професор Сілін Радомир Іванович, Технологічний університет Поділля, ректор університету

Офіційні опоненти:

1. Доктор технічних наук, професор, Носовський Ігор Георгієвич, Київський інститут військово-повітряних сил України, професор кафедри матеріалознавства, технології і ремонту авіаційної техніки, м. Київ;

2. Доктор технічних наук, професор, Тихонович Вадим Іванович, Фізико-технологічний інститут метанів та сплавів НАБ України, головний науковий співробітник, м. Київ;

3. Лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки доктор технічних наук, професор, Голубець Володимир Михайлович Український державний лісотехнічний університет, декан технологічногс факультету, зав. кафедрою технології металів, м Львів

Провідна установа: Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», м. Київ.

Захист відбудеться « /^» 7!&0&?у>/^сЛ, 1998 р. о 10 годині нг засіданні спеціалізованої вченої ради Д 70.052.02 прр Технологічному університет Поділля за адресою: 280016, Україна м.Хмельницький вул.Інститутська, 11, 3-й учбовий корпус

З дисертацією можна ознайомишся в бібліотеці Технологічного університет Поділля за адресою: м Хмельницький, вул. Кам'янецька, 110/2 Автореферат розісланий ‘У/<091 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, доцент

Г.С.Калда

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Лкіуаіьиісп, теми. Вирішення важливої державної троблеми підвищення продукіивносгі метапооброблтоїочої промжіювості вимагає від верстаго-інегруменгальюї галузі розробки і впровадження високоефективного усталювати, різального інструмету (РІ), інструментальних матеріалів (ІМ) і прогресивних технологій. Техніко-екошмічні показники механічної обробки залежать від стійкості РІ. Тому при розробці нових типів і вадів інструментів особлива увага приділяється питанням підвищення їи довговічюсгі і надійності, які закладаються на всіх етапах створення, починаючи з конструювання і закінчуючи технологічним його забезпеченням і виготовленням. Вказані напрямки нерозривно пов'язані між собою, тому комплексне вдосконалення хімічного складу і структури ІМ, технології термічного зміщення і натесали зіюсостійких покрить може підвищиш економічну ефективність використання РІ, особливо на автоматичних лініях і гнучких виробничих системах.

Розвиток науково-технічіюго прогресу в області обробки металів різанням неможливий без рацорильтого впровадження нових ІМ і прогресивних технологій поверхневого зміцнення робочих поверхонь інструментів. В останні роки розроблені метода поверхневого зміцнення інструмепгів фізичним або хімічним осадженням карбідів із парогаювої фази і імпульсні методи обробки ІМ - лазерна, електронно-променева, плазмова та інші. Але, незважаючи на суттєве під вищення зносостійкості ( в

2.„5 рази) ІМ, поряд з такими перевагами слід визначити порівняно високу їх вартість, у багатьох випадках складність обладнання і високі вимоги до техніки безпеки, одночасно зростає схильність їх до крихкого руйнування. Стійкість інструмента зберігається тільки до переточування. Як свідчать статистичні дані, основними причинами виходу ішіруменгів із ладу являються зношування і сколювання його робочих поверхонь (50.. .70%).

На практиці РІ, ж правило, піддаються одночасній дії зношування і зовнішнюю силового навантаження, що приводить до втрати їх працездатності. Тому обгрунтований вибір ІМ, виду термічного зміцнення, технологічних умов нанесення зносостійких покрить іа робочі поверхні інструментів можливий тільки на основі комплексного вивчення закономірностей їх зношування і руйнування в різних умовах кої гтактної взаємодії та зовнішнього силового навантаженій.

В зв'язку з тим, що процзс різання завжди д инамічний дуже важливім є дослідженій циклічної мідюсті і трішиностійкості. Якщо дослідження їх) визначятню циклічної міцності ІМ проводитися багатьма щуковими центрами, то їх ірішиносгійгасть гри статичних і циклічних навантайсеннях із-за методичних зсладностєй вивчена дуже слабо. !.....

Враховуючи практично вичерпані можливості підвищення продукшвносг механічної обробки матеріалів різанням за рахунок пщвищгння фізико-механічі іи> властивостей поверхневих шарів РІ, особливої уваги заслуговують нові метода як основані ш зміні фізико-механічної ситуації в зоні різання.

Великий вклад в вивчення проблем, зв’язаних з протесами зношування РІ і різних умовах конгаюшї взаємодії, внесли Т.Н. Лоладзе, В.О. Остафьєв, IB. Кра гельський В.В. Шекеля, ЮГ. Кабавдщ, О.С. Вфендака, В.М. Голубець* ДІЇ Гаркуног АГ. Кузьменко таін.

В іплікаціях ОМ Романіва, ВВ. Панаоока, B.C. Іванової, С.В. Сережеге Я.Б. Фрідмана, LT. Носовського, ВХ Тихоновича, ВХ Похмурського, В.Г. Карпепк АО.Лебедаа, ЮХ Бабея, Г.М. Никифочина, МЛ Майстренко та ін. відобража результати досліджень впливу струкіурно-механічіюш стану матеріалу на загальї закономірності руйнування в різних умовах зовнішнього навантаження.

Незважаючи m велику кількість досліджень, критерії Bt^opy та застосувані ІМ, особливо з точки зору одночасно виооких показників зносостійкості та міццос обгрунтовані недостатньо. Розробка таких критеріїв дозволип, закласти основ застосування ІМ, скорашш номенклатуру використання і підвищити довговічність F які працюють в умовах одночасного впливу складного зовнішнього навантаження зношування.

Зв’язок з науковими програмами, планами, темами Дижріацвйна роба пов’язана з виконанням перспективного плану науково-дослідної роботи виклада1 Технологічного унівфситсту Поділля (м. Хмельницький) за пріоршетним напрямко розвитку науки і техніки “Екологічт чиста енергетика та ресурсозберігак техіюлогій”, сформульованим у Постанові Верховної Ради України №2705 і 16.10.92. Дослідження виконувались також та замовлення виробничого об’едщн “Чфншнілегмаш ” (м. Чернівці) та НВО “Новатор” і ‘Термогааставшмаг” ( Хмельницький), заводу “Електроприлад ” (м. Камяі ець-І Іодільський) у рамі госвдоішірних робіт.

Мета роботи: розробка теоретичних і практичних основ під вищення зносостійкості за рахунок встановлення закономірностей зношування і руйнування в різних умої контактної взаємод ії шляхом раціонального використання структурного стану ІМ поверхневого зміщення, шо забезпечить поєднання високого опору зношування опором крихкого руйнування при динамічних навантаженнях;

розробка нових технологій підвищення продуктивності механічної оброб конструкційних матеріалів шляхом зміни фізико-хімічшї сиіуаид в зоні різання.

Основні завданш наукового д<)сіііження:

1. Розробиш математичну модель втомного зношування з урахувам фізико-механічних властивостей ІМ, парамефів їх тріїдаїюсгійкосгі при щклічно

з

навантаженні, що враховує як етап накопичення пошкоджень, так і етап зародженні і розповсюдження мікршрінц-ін.

2. Побудувати багагофакгорну модель, що враховує вплив таких основних факторів як тиск, температура, швидкість, шорсткість та інші параметри, які визначаються безпосєредіїьо з експерименгів на тому, або зношування.

3. Виходячи із кониешц втомного зношування, провести дослідження впливу структурних факторів на циклічну трішціюстійкість ЇМ та мікромеханізми ік руйнування і одержати матемаїичту модель зношування, яка б адекв&іно відповідай експериментальним результатам.

4. Дослідити вплив корозійних і технологічних середовищ на корозійно-втомну міцність і трішиностійкість ЇМ Визначиш характер їх впливу на механізм руйнування і провести оцінку зіюсостійкості ЇМ в присутності техноіюгічного масіильш-охолоджуючого середовиша

5. Дослідній вплив металургійних факторів, поверхневого фрикційного

зміцнення (ФЗ) і струкіурних перетворень при обробні холодом (ОХ) на рівень опору поширення трішин і ЗІЮСОСТІЙКІСТЬ. '

. Розробиш технологію нанзсення низькотемпературних хімічних покршь ш ЇМ з метою підвиїцгнш їх працездатності

6. Розробиш теорію підвищенім продуктивності механічної обробки

конструкційних матеріалів за рахунок зміни фізико-хімічної ситуації в зоні сіружкоутворення основаної на ефекті водневого окрихчення(ВО). -

Сформулювати основні вимоги до методів транспортування водаю (В) в зону різання і на їх основі розробити конщяцію створення на поверхні інсгруменіу акумуляторів В.

7. Розробиш фізико-магемашчну модель даі*узії В в зону стружкоутворення і на основі термомеханічної теорії різання вивести математичні залежності для визначення величин контактних напружень на передній поверхні інсгруменіу. Провести експериментальну перевірю/ теоретичних розрахунків і дати тиукове обтрушування впливу В на хіміко-мехаї гічні пронеси в зоні різання.

Наукова новтна:

1. Запрогововаго двосщдійна модель втомного зношування високоміцних ІМ, яка включає стадію накопичення пошкоджень і зародження втомних тріщин та стадію росту тріщиніз відділенням частинок матеріалу.

2. Для опису процесу втомного зношування вперше у світовій практиці використані параметри циклічної трішиностійкості - порошний - коефіцієнт інтенсивності напружень, пцклічна в'язкість руйнування і параметри С, і а рівняння Періса

3. Так як параметри циклічної трішиностійкості є чутливими до впливу структурних, металургійних факторів, умов навантаження і зовнішнього середовиша,

то розроблена модель дозволяє оціниш вплив цих факторів на знососііикісп досліджуваних матеріалів.

4. Розроблена наукова концапця забезпечення пратірздагності та підвищен» зносостійкості ІМ шляхом використання ошимальшго струкіурюш стану ратцоївдьним вибором поверхневого зміцнення.

5. Показана доцільність застосування підходів механіки руйнування до кількісного огосу деяких аспектів руйнування ІМ, в тому числі в присушост маетильнсккалодауючого технологічного сєредовиша (ЗОТС).

6. Вперше показана гсрспектиш гість спеціальних тішькотемгерагурни? хімічних ткршьдгаговерхнг^'обробки шлрумешальнихшввдсорізальних сталей: метою підвищення параметрів їх втомної, корозійно-втомної мкдюсті, трішиносгійкост і зносослійкосгі шляхом використанні ефекіу заліковування поверхневих дефекіів, щ( виникають в процесі термічної і кінцевої мехаї тічної обробки.

7. Розроблено принципово новий спосіб подачі В в зону різання до полегшення процесу сіружкоутворення, який базується на створенні на поверхні Р акумуляторів В у вигляді спецщльних гідридних покриттів.

8. Теоретично і експериментально обгрунтований вплив водневого газовоп середовищ на параметри контактної зони при різанні конструкційних матеріалі] окрихчених в процесі їх механо-хішчної взаємодії

Теоретична і практична цінність дослідах іь

Проведено теорсттш узагальнешя і вирішззня значної проблем підвищення довговічності ІМ, які працюють в умовах інтенсивного зношування зовнішнього силового навантаження, за рахунок ратцоїишюго застосування ЇМ, ї Структурних парамефів і методів зміщення. Запрогюноваїи двоспщійна тіиклічт модель втомного зношування, яка включає сщщю накопичення пошкоджень зародження втомних тріщин та стадію рослу трішин із вщщлендам частинок матеріал основіті параметри якої' визначаються з прямих експериментів на втому і циклічн трішиностійкісіь. Створені фізико-магемагичні моделі для опису процесів В< матеріалів в процесі терта та різання і визшчення параметрів контактної зони

Запропонована методика виберу ІМ підвищзюї зіюсосхійкості дп виготовлення РІ, які працюють в важких умовах зовнішньою ситового навантажені та зношування. Розроблені нові метода створення трішин на зразках, призначених дп оцінки в'язкості руйнування і циклічної трішщюстійкосгі; дхщдження кінетики росі втомних трішин; темпзратурних випробувань при знакозмінних навантаження: наїеоенпя і тиіькотемпераіурних поіфипів хімічними методами; створення на поверхі РІ акумуляторів В на основі цдрищв металів. Пракгачіу цінність представляють да гро вплив: струкіури і способу виготовлення на тріщинолійкісгь та зіюсостійкісі швидкорізальних сталей в різних умовах експлуатації; низькотемпературних покритті

на працездатність ІМ; режимів обробки хсясдом та фрикційного зміцнення на скстшуатапійиі характеристики РІ Особливу цінність мають технолога підвищення продукіивносгі механічної обробки конструкційних матеріалів за рахунок їх ВО в зоні різанні

Рівень реалізацій впровадження наукових розробок

На виробничому об'єднанні “Чфгавцшегмаш” розроблено, виготовлено і впроваджено стевд дня дослідження зносостійкості матеріалів деталей кулірного механізму машини КО-4,іцо даю можливість правильного вибору матеріалів пар терта і методів підвищення зносостійкості. Впроваджена технологія нанесення низькотемпературних покрить підвищила зіюсостійкісіь цих деталей в 2 рази. Результати експериментальних доацддаень і промислових випробувань дали можливість рекомендувати для серійного виробництва технології підвищення зносостійкості дискових фрез для фрезерування паяв шлкоугримувачів в'язальних і трикотажних машин На Кам'янепьТТодільському заводі “Електроприлад” впроваджеш технологія підвищення зносостійкості свердел, виготовлених з твердого сплаву ВК6М, для свердління отворів друкованих шаг. Промислові випробування показали ефеїаивність запропонованих технодогійчлійкісіь обробленого інструменту підвищилась в 3...8 рам, що даю можливість підвищити продукіивність обробки і скоротиш затрата на їх придбання. В практику роботи виробничих об’єднань “Новатор» і ‘Термопластавтомаг” (м. Хмельницький) впроваджені запропоновані технологічні методи підвищення зносостійкості інструментів і оброблюваності конлрукщйних матеріалів. Ряд наукових розробок впроваджеш в навчальний процес Технологічного університету Под ілля.

Публікації та апробація робот. За матеріалами диеергаїщ опубліковано 23 роботи Результати доповідались на: Всесоюзній конференції ’Циклічна міцність і підвищення несучої здатності виробів”(Перм, 1978 р.);Всесоюзному симпозіумі з механіки руйнування (Житомир, 1985 р.); семінарі “Підвищення властивостей когоірукщйних сталей легуванням і термообробкою” в інституті пробігаєм люта АН УРСР (Київ, 1989 р.); Всесоюзній конференції ” Нові матеріали і ресурсозберігаючі технології термічної і хіміко-термічі тої обробок деталей машин і інструменгів”(Махачкаіа, 1989 р.); Республіканській конференції “Корозія металів під напруженням і метод и технологічного захисту” (Львів,1989 р.); науковій конференції “Ьперкристалітга кргешсть сталей і сгшавів“(Іжевськ, 1989 р.);т Боковому семінарі ‘Технологічні методи підвищення зносостійкості і втомної міцності конструкційних матеріалів” (Хмельницький 1990 р.); науковій конференції “Наукові основи прогресивних технологій “(Хмельницький 1994 р.); Третьому міжнародному симпозіумі українських інженерів-мехат тіків (Львів, 1997 р.); міжгародрій конференції ‘Зносостійкість і надійність машин (Хмельницький 1997 р.)

Основний внесок автора в розробку наукових результат.

Основні результата' дисерішійної роботи отримані автором самостійно. Зокрема; запропоновані методики оцінки циклічної тріщиносіійкосіі швидкорізальних сталей гри випробуваннях на повітрі і в агресивних технологічних середовищах; сконструйоване і виготовлене обладнання для дослідження матеріалів ш втому [ІД] і зношування; розроблені пристрої для дослідження величин контактних напружень і довжини конгакгшї зони в процесі різання конструкційних магеріалів[20]; запропоновані технології нанесення низькотемпературних зносостійких покриттів [16,23] і створення на поверхні інструмешу спеціальних покрштів-акумуляторів В [22]; проведені екшерймеши, обробка і аналіз результатів випробувань; проаналізовані та узагальнені умови експлуатації та руйнуват и РІ з метою раціонального використання матеріалів для к виготовлення і підвищення працездатності; запропонована концепція підвищення експлуатаційних характеристик ЇМ шляхом заліковування дефектів [23], що виникають в процесі виготовлення; представлені фізико-маїематичні моделі визначення параметрів контактної зони гри окрихченні матеріалів В, що дифундує з поверхні РІ [10] і для опису протесів ВО під час терта та різання матеріалів; дана інтерпретація фізичних процесів взаємодії В з оброблюваним металом в зоні стружкоуїворення.

Характеристика мсгодшюіїц методу предмета доовджишя і об’єкта.

Робота присвячена вирішенню проблеми підвищенім довговічності РІ шляхом раціонального використання ІМ і зміцнюючих технологій, а також підвищенню оброблюваності конструкційних матеріалів за рахунок зміни фізико-хімічтюї ситуації в зоні різання, що обумовило широке застосування експериментальних досліджень з використанням сучасних методів і обладнати для механічних випробувань, металографічних, хімічних, ренпеносірукіурних і елекіроннофракіографічних досліджень з дотриманням стандартних методик. Розробка нових способів оцінки тршщносгійкосгі і зносостійкості швидкорізальних ІМ базується на основних положеннях лінійної механіки руйнування. В дослідженні використовувались загально визнані метода теорії ймовірностей, математичної статистики, шанування експериментів. В створенні математичних моделей зношування ЇМ, дифузії В в метал під час тертя та різання, визначення параметрів контактної зони, застосовувався апарат теоретичної механіки, термодшаміки, теорії пружності, інтегрального та диференціального числення. Результати оброблялись на персональних ЕОМ за стандартними методиками

Структура і обсяг роботи. Дисертація скидається зі вступу, восьми розділів, загальних визювків, бібліографічного опеку літераіури з 319 найма іуваїп ими та додатків, містить 300 сторінок, включаючи 151 рисунків та 46 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обгрунтовується акіуальнісіь теми дисертаційної робощ визначається наукова новизна та практи'тна цінність отриманих результатів дослід жень і подасться її аногаиія.

В першому розділі виконаю кораїкий агаліз фізичних особливостей стружкоугоореї іня і нагружень, що діють в зоні різання пластичних матеріалів, особливостей зношування та руйнування РІ. Особливими факторами, що визначають умови роботи інструментів, є значш різниця в фізико-хімічних і механічних властивостях інструментального і оброблюваного матеріалів, дуже високі контактні тиски, температури і швидкості ковзання. Аналіз умов роботи, зношування та руйнування дозволив визначиш причини і основні види втрат їх працездатності. Основною причиною недостатньо високої довговічності РІ вважалося зношування їх елементів, але статистичні дані свідчать, що крім зношування у З0...60% причиною виходу інсгруметпів із ладу є сколювання їх робочих швфхонь. Використання спеціальних ІМ не дозволяє забезпечиш достатню високу довговічність РІ Специфіка зношування та руйнування інструментів обумовлена к зовнішнім силовим навантаженням в процесі роботи Різноманітність видів зношування та руйнування визначає відмінність в критеріях зносостійкості

Підвищенню зіюсостійкосіі ІМ сприяють різноманітні способи поверхневого зміцнення (хіміко-термічта обробка, імплантація, нанесення на поверхню інструментів зносостійких покриттів та ін),що приводить до суттєвого підвищення зносостійкості та ефективності робота РІ Звернуто увагу на те, що практично всі види поверхневого зміщення інструментів різко підвищують їх чутливість до крихкого руйнування. В зв’язку з ним намітилась тенденція заміни існуючих технологій на інші, застосування яких позитивно відбивається на зіюсостійкосіі і трішиностійкості в різних умовах конгакпюї взаємодії'.

Тільки на основі вивчення закономірностей зношування та руйнування ІМ, встановлення критеріїв їх довговічності в різних умовах зовнішнього силового навантаження можна сформулювали основні вимоги до .матеріалів для виготовлення РІ. ІД передумови і визначили основні завдання наукового дослідження.

В другому роздлі викладені основні методичні аспекти роботи. Об' єктом дослідженій були використані інструментальні матеріали; леговані сталі 9ХС і ШХ15; швидкорізальні сталі Р18,Р6М5, Р9К5,Р6М5МП; твердий сплав Т15К6, Т5К10, які були виготовлені і оброблені за стандартними технологіями методом литва і порошкової металургії' .Оцінку циклічної трішиностійкості проюдили за кінетичними діаграмами втомного руйнування (КДВР), що будували гри випробуваннях призматичних зразків при консольному згині з постійною деформацією ш повітрі і в робочих середовищах (дистильована вода, ЗОТС). Дослідження здійстповали на

спеціально скошіруйованій установці, яка дозволяє змінювані амплітуду деформації, частоту навантаження. Втомні дослідження проводили на машині ИМА-5 гри чистому згині з обертанням.

Для фрикційного зміцнення (ФЗ) використали плоскошліфувальний верстат мод ЗГ71 з спеціальними пристроями В якості інлр^'меша використовували металічний даж діаметром 240 мм із сталі Ст.З. Іонго-плазмову обробку зразків проводили на установці УМР 3.279.048. Тріботехнічні характеристики гар тертя визначали на спеціально модернізованому версгагі мод2М112 гри схемі навантаження палець-диск.

Структуру матеріалів і зміцнених нерв вивчали на металографічних і елєкіронних мікроскопах МИМ-8М і ЛЗУМООСХ. Мікрсфрактографічі мй аналіз троюд или на електронному мікроскопі ЭМ-200 і растровому мікроскопі РЭМ-200 з використанням метода приц№нсгомікрофракгографічного аналізу.

В іреіьому роздані відзначається, що серед великої кількості механізмів зношування втомний механізм найбільш розповсюджений Знос у більшості випадав (крім абразивного) реатзуєіься після тривалої д ії виступів однієї' поверхні по виступам іншої піц дією напружень, що д іють на поверхні металу.

ЗапропоюванаІВ. Крагельським мод ель втомного руйнування є громіздкою і маяопрвдзшою для пракшчного використання, крім того прямі випробування ш зношування надтвердих ЇМ і визначення параметрів моделі методично ускладнені. Тому, залишаючись в межах втомного руйнування, зроблена строба побудувати модель, що враховує як етап накопичення пошкоджень і зародження тріїщн, так і етап розвитку^ мікропгріїїщн з урахуванням таких факторів як тиск температура, швидкість, шорсткість та ік Основні параметри моделі визначаються з дослідів на зношування та втоміу трітциіюсгійкісгь.

Модель стадії щюдмсения тріщин. Встановиш», що зародження тріїщн почитається на перших етапах накопичення втомних пошкоджень. Найпростішою і найбільш розговсюдженою формою рівняння кривої втоми є рівняння виду

<т" ■ ДГ = И,; ат ■ а = £>;о-“ ■ N. (1)

де <г -напруження, або дня випадку контактної втоми таж; N -число ц иклів до руйнування; п-шючнз чшю циклів ; П і Ог -поточна і гранична накопичена

тшкоджуваїпсть; ст_1 - гранищ витривалості на базі Л/о циклів. Швидкість

накопичення хюшкодал'штюсіі = от. Представимо рівняння втоми в

СІТІ

безрозмірному нормованому виг ляді

ггт „ _

= Я . (2)

а - а_ і п

о_

N

де О -безрозмірт міра гошкоджуваносгі; 0 ^ < 1: О =0 гри п =0; П-\ три

сг=<т_1 і П~М, сг0 -напруження, що шримуєіься шляхом оетрашлящ кривої етоми на вертикальну вісь і відпзвідае ш змісту границі втоми. При ковзанні шорстких тіл л і N виражаються через шлях терта 5:

Ії=>щ-8Н і л = л05, (2)

се/70- середнє чшю вилупів ш одиниці довжини поверхні; -5^- шлях терта, що щдгювідає граничіюму стану поверхні при відділеній часгашк Тоді дата втоми запишеться у виглщзі

= ат5=0/п

1 ” / Щ / п0 (3)

/2? ^ЛЗ лг

а - <т_! о

360 ~-----ЗГ -~-=£> (4)

оь - Ллг

Зеяичина шгсживносгі пошкоджуваності є розмірною величиною

<Ю <ут - о" 1

-- - --------, (5)

СГо - С7_, ■Здг

їж на прзкшці доцільно користувазигя її безроомірнхо величиною, дая 'гаго ххузілимо перемінні і отримуємо *

<Ю _<і(Р-Б„) от-а

ллг-—- ^ - — ір;

-і

£Й’ Ста - О"

»гл «ж _/?»

иі) X ~~ Т_і

бо —ПГ =----------------------------------------------Ч (7)

^ т = сг • /; £коефшієнг тертя; ^ іг0 - гранищг виїризалості та тимчасовій опір ри зсуві Пошкода^ванісіь 15- зв’язана з гоїшоджуваностами О і £>/,які навчаються за ф-жхо(1) з ексгеримешу, оіввцщошяшям

П ~т ~т

Ь = —~----------Н=і- (8)

Я/ О'

і зв’язку з тим, що інгасивність зношування, ф-ла (7) є безрозмірною, а О- має озмірнісгь довжини і гакопичедая вггомних пошкоджа* викликає зношування оверхні, природ*ю допустити, що зношувати и„, пов'язаш з пошкод-кувгагісгю

ерез деякий коефіцієнт зношування к„ (9)

Тоді, івдлшшяючи (9) у мраз (8), отримуємо значення коефіцієнт інтенсивності зношування на стадії накопиченга пошкоджуваності

дик ат - ст“ ди„ тш-т™

---------= Кі--------------------------- (Ю)

ао сг0 - <т , аЬ г0 - г™

Приведені викладки зводщься до того, щоб виразиш інтенсивність зшшування через границю вшривалості г0 і границю втоми г, гри зсуві Параметри т, к„ вшшчаються з ехсгеримешу.

Модель стадії розвитку тріщини. Малі тріщини що утворитися вгасщдок циклічної взаємодії вилупів контактуючих поверхонь, шіврозмірні з розмірами відоїфемлюваних частинок і їх розвиток може буш значно інішсивнішим ніж макроскопічних, а інколи вони можуть і призупинишся. Для опису їх росту запропоновані моделі, параметри яких визначиш дуже складно. Це пов'язано з розмірами малих тріщин в долі мікрометрів і в зв'язку з цим застосували теорії малих тріщин для опису процесу зношування поверхні постає проблематичним. Тому в розробленій моделі використані основні положення розвиту макроскопічних тріщин, які описуються методами лінійна' механіки руйнування з допомогою КДВР, яка представляє собою функцію шввдкосгі росту тріїщни від коефіцієнта інтенсивності напружень (КІН). В першому наближенні КДВР представляли у вигляді рівняння Періса

с///с/Аг = С, ■ (Кх)п (11)

Для наших цілей гредлавимо рівняння КДВР у випад

сіЦсіМ = С2 • -*'д _ р або <11/М = С3 • ~ , (12)

Кг,-К„

/с Л гй '

де К - прикладене зшчення КІН; К0і КГс -троговий і критичний КІН; С2)С3,п-щраметри рівняній, які вюначжлься з експериментів. КД ВР є функцією суттєво ттМйною з показником П ,тоді як для тракттних цілей виявляється більш кортсним з досташьою точністю викорилаїи п у випцщ куасово-лийної

— = 0 КХ<К&

СІМ

— - с. - —!аКА. Ка<К,< КҐ

СІМ 4 ІеК^-ІеК» й- *- *

Найгросгішаю кусковс>лщійною моделлю буде функція

|г°

ЗумовирівностіпгощгвдКДВР(11,13 і 14) визначаємо коефіцієнти С4 і С5 через параметр С, рівняння Пфіса

ОЛ іул+і

- 1 & Д!

'5"(л + і)' 2^-ЛГ*

С5 = 7—-4 • —-------- (15)

При проходженні функцій (1) і (14) через точку Ка, коефіцієнт С5 визначається:

с,=с,.{клу. (16)

Перехід від КДВР до моделі зношування виконаємо при слцг/ючих припущеннях:

ІДІляхтерта *9 між поверхнями та число циклів N впливу на поверхню в межах мікротрішин пов’язані співвідЕюшапими N - щ ■ Б;

2.Проиес зношування носиїь циклічний характер і складається з етапів

накопичення шшкод/куваносгі, зародження і розвитку втомної тріщини, відділеній

частинки зносу матеріалу при деякому значенні 1 - У0,що співразміріа з розміром

частинки по товщині .

"0 '

ЗДгга отаку івдружеііо-деформовшюго стану у вершині втомної тріщини використовується розв'язок ДДжошсаі ДРууке.

З урахуванням прийнятих обмежень, модель розвину трішини машме випвщ

1=р(Ь’і)~К«.

= Ъ к _к- О7)

с& К/с Кл

4.На фоні періодичного віддіїюнш часшнок, доцільно розглядати середню швцщсісгь розвитку реальної тріщини в межах відО до /0

«) шСП°МЬ.ї*!Ь?±.Л. (18)

ёМ)сР у0 І 'їтЛ (кГс-ка)

або

</Л ^ В2 ■ а - К а

Сь - \, (19)

лм)ср 5 {К{с-Кау

де

В2 = -1== • (а0 • Ь + /■ • Ь0 ■ Ь) (20)

■4л ■ 1

а0 і Ь() -коефіцієїпи рівними ДДжоїсга і ДРууке; Ь - розмір поііфхні терта.

З урахуванням (19) формула для середньої швидкості зшшувшим нриймас

виглвд

гіи„, . Д • а -КІ

або

{В2.а)л-К“

М кі-кі ’ 1 }

йи".-і, В1а-Ка,

Л№

кЛ-ка

= л0 ■ С5

Сумфний коефіцієнт інтенсивності зношуванні визначають як суму коефіцієнт першої (10) іадругої (21) стаді

сІЗ ~ а"‘ - а"{ ^ Кл - Ка { >

Вплив температури на зношування в моделі (23) враховується через залежність віц на кожного параметра, або інтегральним шляхом у вигладі:

сіБ

у\ , (24)

V о’о <7_[ К& К1

в якій всі параметри вюшчені при Т = Т0.

Аналогічно у багагофакторній моделі може буїи врахований вшив твердості НУ, швидкості V, іюрспсосгі Д поверхонь та других факторів.

(25)

ЛсгГ-с/? ’

Експериментальна перевірка моделі проведена для швидкорізальної сталі Р6М5 для чого зщійяейі випробуванім ш статичну і циюіічіу трішиїюстійкість та зношування при кімнатній темгературі і 7730 К .Відмічено, що особливістю поведінки сталі є ріст основних параметрів іріщдаосіійкосгі з ростом температури Залежність інтенсивності зносу від тшпераіурив діапазоні 373 - 573°К близькадо гінфболічіюї, а від тиоу має вигляд степеневої функції, яка проход ить через нуль тазу. Наближено ш залежність може бути описана лінійною функцією з нулем інтенсивності зносу ш осі

тисків в точні а - сг_^ , в якій знос дуже малий і відповідає гранилі знососгійкосіі а-к (рис.1).

Рис. 1. Залежність інтенсивності зносу піц: а) темгератури гри сталому тиску, б) при сталій температурі

Розроблена методика оцінки знососгійкосіі матеріалів за випробуваннями ш знос і циклічну тріщшосгійкість, що включає гаступнісщдії: 1)доодцженга матеріалів на циклічну трішиносгійкість за стандартними методами і вияияення параметрів Кл, КАі, С\, п; 2) за прийнятими значеннями критичної довжини тріищни і числа

мікронерівіюстей на одиниці шляху терта та заданому тиску визначають величини С5,В2 за ф-ми (16 і 20), а коефіцієнт зносу - за (22); 3) розраховують інтенсивність

зношуваній і здійснюють порівняльну відносну ощжу знососгійкосіі.

Результати іюріві нлы юї оцінки зносостійкості ІМР18, Р6М5 та Р6М5МП гри двох температур (373 / 573°^ ) і тиску а =6МПа свідчать, що модель правильно відображає залежність зносу швидкорізальної сталі від температури і дає можливість порівняти зіюсостійкісгь матеріалів, якщо відомі параметри тріпцсюстійкості. Зокрема, встановлено, що сталь Р6М5 гри температурі 293а К має більш високу зносостійкість ніж сталь Р18, однак, гри температурі 773° К трибодогічні властивості цих сталей практично од накові

Аналіз моделі втомного зношування (2^) показує, що зносостійкість високоміцних матеріалів залежить від їх механічних характеристик (аь,сгл )та опору втомного поширення трішщ, що характеризується гараметрами (Кт, КГс ,С,п).

Четвергам роздал грисвячений дослідженням впливу струкіурних факторів на втомну трінцп юстійкість і оциці зтососіійкосгі ІМ- легованих та швидкорізальних

а

сталей. Різні структурні стани сталі 9ХС досягнугі гануванням і відтиском пр температурах433,573,673,773,973 0 К. Сірукіуру шввдксрзальної сталі змінювані за рахунок методу її отримання (метод лита - Р6М5 і порошкова металургія Р6М5МП), що дало можливість змінюваш бал карбідної неоднорідності, розмір; карбідів і скреддо відстань між частинками.

Встановлеш, шр технологія виробництва статей В5М5 і Р6М5МП ш вплива на границю втоми а_х, але значно збільшує границю міцності гри згині а3, ударн в'язкість КС і в'язкість руйнування Ки. у сталі Р6М5МП Структура відпуску сутгев впливає на стичну і ицклічну трішиностійкість сталі 9ХС. Пqкэдвiдм^лeшишaf д сорйшо-троосшшся структури приведеш. до значного збільцюння статичне тріїцидастійкості (з 2325 до 56.15 МПа^м )і зменшення шввдсосгі росту тріоди» особливо на другій і третій ділянках КДВР.

Дослідження сталей 9ХС, Р6М5, Р6М5МП показали даже складний харакге] структурної чушивості порогового КІН .ЯГй,який ведязняешя від струкіурн вшивості сг0 2 і ст_1. Для сталі 9ХС відмічена струкіурш нечутливість Ка інтервалі темпераіур 433...773 0 К ,що є дуже важливим, оскільки ігаїрумеищ, щ виготовляються із сталі 9ХС, експлуатуються в умовах роаіріву до 523...623 0 К іои поширення тріїщни залишається нгзмінним Разом з там, не д ивлячись на перевал порошкової сталі Р6М5МП перед литою за характеристиками КС і а3 вона ш згвдш нижчі показники циклічної і сташчюї трішиностійкості (КХс =11.9, Ка =2.63 АГ/с -11.93 МПа4м - дій сталі Р6М5МП і 132; 4.26;13.16 МПа<[м ВІДПОВІЛИ для стала Р6М5).На другій ділянці КД ВР пшвдюсть росу тршдани порошкової ста. дещо нижча, ніж у литої, що характеризується зменшенням куга нашу криве V - АК і відповідно показника сієгені п рівняння Періса (я =3.2 дня ста Р6М5МП і я =4.0-Р6М5), Зменшення КІС, Ка К{с для порошкової сталі Р6М5М1 ' віддасться віислідок зменшення балу карбідеюї наддноріднкхлі і зменшення еєреднь* відстані між структурними елементами, що зменшує здатність горошкової сталі д репаксацд напружень у вершині тріщини і створює можливість передчаснот руйтуванняпригаявносгі як зовнішніх, такі шіугрішніхконцгнтраіорівшпружень.

Оірукіура порошкової сталі вносить суттєві зміни до мікромеханізмі' розповсюдження втомних трішин в пригороговій області. Якщо в ста Р6М5 нтькоамшгітудній області спостерігаються фасетки боріздчагого квазісколу (БКС який є різговедом зсувного мікрорельєфу, то в сталі Р6М5МП спостерігаюш: дисперсні ямкові мікрауїворення, що регулярно розміщав та іюверхні і які імпукл вгомтіу мікрофраюуру злому з окремими фасетками мікроскопів.

Спздфічні осюбливості мікроструктури ІМ Р6М5 і Р6М5МП, а саме твявність велике» кількості карбідів, є причиною реалізації в прсіесі росту втомної тріщини мікромехатазмів румування характерних швищие дтя короткочасного навантаження, ніж для циклічних. Сколи по межі карбід-маїриця, а також сшжяг розтріскування карбідів є домінуючим мікромеханізмом розповсюдження втомних тріщин в сталях такого їласу.

Особливістю мікромеханізмів руйнування сталі 9ХС в припорошвій зоні є утвореній квавіскольїіих областей з «упорядкованою боріадсовою ін|)раструкіурою -ЖС.

Процес росту втомна' тріщ ини у вжокоміцних М носить періодичний характер, що складається із наступних стадій: підростання магістральної тріщини за механізмом БКС; утворення сегарашої тріщини (або тріпщн), внаслідок чого проходить зупинка магістральної тріщини; зустрічний per сепаратної тріщини; коалеецгнщя сепаратної і магістральної' тріщин іішком руйнування перемички.

СірукіураІМ суттєво впливає на їх працзздагаість і оообпиво іатрібаїешчні характеристики Теоретичні розрахунки ішшзгеності здашуванга сталей 9ХС, Р18,Р6М5 і Р6М5МП проведені за формулою (22) моделі зношування свідчать гро важливість структури в формуванні зноахлійкосгі. Ектерименгальт оцінка зносостійкості пуцверджує достовірність теоретичних розрахунків. Найбільшою зносостійкістю відзначається сталь 9ХС із структурою маргиналу відгуску і найменшою - з троостпю-сорбшюю, а дгн швидкорізальних сталей найбільший опір зношуванио має сталь І*6М5 і найменший-Р18 (рж.2).

Рис 2. Кінетика зчошувсппія зразків із швидкорізатгих сталей: 1 - Р18; 2 -

Р6М5; V = 0,33 м//с ;

<7 = 50 МГТа.

0 12 3 т.год

Поверхні знизування швддкорізальних сталей представляють локальні поверхні мікросхогоювання і нєглибокі рижц розміри яких залежать від структури ІМ. Для сталі Р18 характерна наявність невеликих осеред ків схоплювання, а дій сталі Р6М5 поверхня терта має так™ самий вигляд , але з більшими розмірами і більшою кількістю.

Зношуваній шввдкорізальних сталей відбувається шляхом розтріскуванга і виривання зерен карбідної фази та утворення мікраірішин в матриці ІМ і сколювання із неї дрібних частинок Рсшріскування зерен карбідів в них сталях зумошіене їх карбідною неоднорідністю та нерівномірним розподілом локальних напружень і температурних полів; що призводить до підвищення густини дислокацій та накопиченням в поверхневих шарах енергії пружньої деформації і утворення мікротрігцин

Подібність мікромехапізмів руйнування гри втомному розповсюдженні тріщин і при зношуванні свідчить про правомірність прийнятої моделі зношування для високомщіих інструментальних статей.

В п'ятому ровділі роботи приведені дані з дослідження корозійно-втомної міцності, трішиїкхлійкосіі та зносостійкості ІМ 9ХС, Р18, РбМ5,Р6М5МП під впливом джшльованої доди і ЗОТС в різних умовах кошакшої взаємодії та циклічного іивашаження. Дистильована вода представляє класичне нейтральнз технологічне середовищ: (pH=6 -7\ а ЗОТС 3%-ний розчин емульсії виготовленої з емупьсолу ЕГ-2 інгибоватюї кальцинованою содао.

Виявлено, що міцні метастабільні струкіури ггідшвдні в більшій мірі корозійному зниженню втомної міцності, ніж стабільні струкіури. Оцінку впливу корозійного і технологічного середовища проводили за допомогою коефіцієнта чутливості РУ - а_л/а_]с, де <т_, і а_ІС - умовщ гранищ втоми при випробуваннях па повітрі і в корозійно-тєхналогі'вюму середовищ.

Встановлено, що сталь Р6М5 є більш чутливою до впливу дистильованої води на <т_ІС, ніж сталь Р18 (для Р6М5 Д =3.67, а для Р18-2.45). Тоді як вплив ЗОТС на а_ІС є значно слабкішим і знаходиться в межах похибки експерименту.

Різке падіння корозійно-втомної міцності сталей Р6М5 і Р18 при випробуваннях в дистильованій воді знаходить відображення в мікробудові зломів і проявляється в збільшенні числа і розмірів фасеток нинькоенергоємного смолу, що маюіь форму гладких, майже безструктурних площадок. При ц ьому карбідні виділення не впливають на опір втомного поширення тріщин, сліди від яких зустрічаються набагато рід ше, ніж гри випробуваннях на повітрі.

На зразках, що випробовувалися в 3% розчині ЗОТС виявлена зона зарод ження мікротріщиц мікробудова яких носить визокоенергоємний характер, яку не спостерігали гри дослід женнях в д истильованій воді і на повітрі. Мікрорельєф ujd ділянки носить мікроознаки втомного процесу у вигляд і виступів і впадин характерних дня боріздкового мікрорельєфу. На ділянці розповсюдження тріщини мікрофракгографічні особливості злому нічим не відрізняються від виявлених гри випробуваннях у воді. Підвищення рівня умовної границі вломи сталей Р6М5 і Р18 в

17 . ,

3% розчині ЗОТС пов'язане з його суттєвим впливом на характер зародження втомних трішин.

Дистильована вода інтенсифікує per втомних тріщин і чутливість сталі 9ХС до середовища зростає - юна максиманьт для низьковідпушешго маргенешу. Прискорювана дія середовища спостерігається на всіх стадіях росту тріщини і на ділянці Періса юна проявляється у деякою підвищенні гоказника степені п і збільшенні константи С,. При цьому відбувається тражфермація кйкеткюї ісривоі Найбільш яскравим проявом впливу води є наявність структурної чутливості кішшки :їіікріііійдІт,г;пиі і тіороіхжих аміпп^ д &Kthc - ця екличиш при переході від сорбіту до низьшвідоущешго маріенеиіу суттєво шнияуєіься. Коефіцієнт чутливості fith = ДКа /АКЛс, деЛА^ і Д КЛс горогові КІН при виїробуваннях m повітрі і в середовиші характеризує чутливість М до впливу короайш-техналогічіюго середовища в залежності від їх хімічною склццу і структурного стану (рж. 3). Ця залежність в сталях типу ХС найбільш різко виражена для маргенситної структури відцуежу. Агагогічиа тетдозція зберігається три випробовуваншх швидкорізальних сталей під діоо вода. Найбільш чутливою є сталь Р18 (=2.46) і найменш чутивою сталь Р6М5МП(/?Й =1.06). j 1 '

Рис. 3. Зтеоіаасть коефіцієнта тіиву серсхкш-ир від рівня

ЛК&С хртю-крелтктос аіпші:

9ХС (1), 60ХС' (2), 40ХС (3), 20ХС (4). Штриховими лініями позначені лінії впливу середовища На хромокремнівві статі із структурою троосптту і мартенситу. .

г 3 4 5 6 7 8

ДК- МПо^і

Вшив ЗОТС на тріщиносгійкість ІМ дещо складніший юна прискорює ріст трішин в усьому діапазоні ДАТ і заповілнгоєсгарт тріщини для сталі Р18 при рівнях ДК близьких до шротових ( Д КЛ =1.63 і АКІ/1С =3.34 МПал[м ), тоді ж для сталі Р6М5 відмічено гвдінга АКЛсз 426, гри випробуваннях тза повітрі, до 2.87

МІІа^[м -вЗОТС

Корсвійш-вгомна тріїщтюсгійкісіь сталі Р6М5МП має свою егкцирку, пк> проявляється на першій і другій ділянках КДВР. В припороговій області вплив

далильоваюї води і ЗОТС /уже незначний (коефіцієнт чутливості до води /?й-1.06,а до ЗОТС рл-і.щ.

Отримані дані корозійго-вггомі юї міцності і тріщидаегійкосгі ІМ дають право Ерипусшш, що ріст тріщин в корозійних середовищах кошршюеіься механізмами Ю, а різниш) в значеннях трогових КІН можна поясниш різним сгепешм проявлення механізмів ВО та анодного розчит енш.

Умови циклічного щвантаження впливають щ опір поширення тріщин в корозійш-технзшгічних середовипщ. Зменшшяя частоти навантаження під вищує шввджгь росту корозійно-втомної тріщини і проявляється в зменшенні А Кл і К Гс та зміні конлаїтг п іСх.

З ростом коефіцієнта асиметрії циклу К шссежруюч'им вплив середовиаца зростає; що відзначається у вигареджаточому росгі п і сщді АКЛ. Наші оцінки дозволяють робити висновок, що ріст К розширює область температур вщпуаку, в межах якого спостерігається вплив води шшрогові значим &КіЛ.

Домінуючими елементами мікробудрви зломів гри випробуваннях в далильованій воді є мікроскопи навколо карбідних ваділень і ц2 є причиною зміни параметрів циклічтюїтрішигостійкості сталей Р18, Р6М5, Р6М5МП.

Поширення тріщин в ЗОТС носить виготенергоємний характер: у мііфобудові зломів зменшується кількість мікроатльних утворень.

Враховуючи важливість вюювків зроблених в третьому розділі роботи гро залежність ішешинносгі зношування від гараметрів щкшчюї трішиюсгійкосгі (п,С1,Ка і КГс ), а також враховуючи вплив корозійних і технологічних середовищ на ід гарамеїри, ірогонуєшя медаль для оцінки зносостійкості високоміцних метастабільних М під діао зовнішніх факторів:

Ліг ат -ат1е Вг а- Ка

___І£- - V _____________!_£_ , ь- ________________^ су(Л

ЛС *1,. —Ш ~т И^2 " ІГ іґ 5 \ )

йг> ,с СГП -<т, . Л л — Л,л„

де івджеом «о> позначені параметри корозтйікндиклі'ішї мщносп, трициностійкосп та зносостійкості

Представлені в п'ятому розділі результати досліджень впливу корозійного і техтгюгічюш оередовищ т втомну міцність і тріщидастійюсть ІМ дозволили зробиш висновок, що дистильована вода, полегшуючи процеси зародження і розшваодженш втомних трішин, і, нз дивлячись на пониження таипераіури контактуючих поверхонь^ зменшує к зносостійкість у порівнянні із зносостійкістю за повітрі Не адекватний характер впливу ЗОТС на гарамстри щклічшї міцності та тріпщтюсгійкосіі, зумовлює неадекватний характер зношування. Найбільшу зносостійкість відмічено в сталі Р6М5МПІ найменшу в сгагіР18.

В шостому розділі представлені технологічні аспехш гвдвищзшя параметрів ттрапегуртностіІМза рахунок зміни структурних і металургійних факторів, пілуадтення механічних харакгфжшк поверхневих шарів шляхом спаіальдаї технології понерхіввого змщдамя та нажсенда покриттів.

Відомо, що в прощі виготовлення РІ в результаті структурних герепюрень грі термічній обробці і кіншвому механічгюму доведенні іюш поверхні виникають мікро - і мафотрішини шйбижяо до 0.1мм, які являеспься коицзпраторами напружень, зменшують фізико-механічні властивості М, підвищують схильність до крихкого руйнування і одаочасно є цапрамиішшз®ного зношування.

З метою підвищення праездзпюсіі РІ розроблег» технологію іивсєння та його поверхню сгиііального низькотемпературного хімічного покриття. В результаті хімічної реащї між біхроматом калію і щавеяевою кисшгою відбувається осадження хрому щ поверхню металу. В усгі і на берегах макро - і мікротріщини і відбувається заліковуванні поверхнзвих дефектів і покращення якосгі поверхні Ефєктивисть розроблена технології перевірялась ш швидкорізальних сталях Р6М5, Р18, Р6М5МЦ, Р6М5ФЗМП, Р7М2Ф6МП птахом порівгкння параметрів статичної і циклічної міщюсгі і трішидасгійкссті та зшсосіійкосіі оброблених і «оброблених в хімічному розчині разків. Хімічш обробкам підвищує границю їх втомної міцності параметри статична і даогічші тріпщюсшкосіі на 40...50%. Зародаення втомних тріщин у 90% випадав відбувається на гранилі карбід- матриця і величина границі втомної міцності залежюь від форми і розміряв карбід ів. Хімічне покрила пцщишує корозійш-вгомну міцність ІМ Р6М5 і Р18 три випробовуваннях в дистильованій воді за рахунок зменпкння адхзр&дйтюго впливу середовиша і водневого фактору, що підвищує період зароджентн корозійно-втомної тріщини: Порівнянвд коефіцієнтів впливу середовиша/^ = ст_і/сг_1с для хімічно оброблених і необроблених разків свідчиш, що хімчноофобжні зразки менш чутливі до впливу середовиша і коефіцієнт впливу для сталей Р6М5 і Р18 практично однаковий-1.45 і 1.42 відповідно.

Оцінку зіюоосгійюосгі інлрумегаальної сталі Р6М5 проводили шляхом порівняння тріботехнічних характеристик зразків оброблених в нюькотемгераіурних хімічних розчинах і без покриття. Товщина нанесеного гюкрига скидала 6...8 мкм і мікротвердість змінювалась з НУ 700...850 одиниць у необробленош зразка до НУ

1050... 1200для обробленого в хімічному розчині, аідарсткісгь поверхні покращувалась на 2-а класи. Зносостійкість швидкорізальної сталі Р6М5 після хімічного шкрипя в

1.5..2.2 рази вища ніж у іЕоброблєної. Таким чином розрсблеш технологія заліковування мікро - і макроірішин підвищує опір зародження і розповсюдження втомних тріїщін та заповільнює процзси зношування швцлкорвальних сталей і може бути рекомещюваш для обробки твердосшивних ІМ одержаних методом порошкової металургів так як юни мають мікропори, що є центрами інтенсивного зношування і

сколювання Заліковування них мікропор шляхом нанесеній низькотемпературних покрипів підвищує яюсостійкість твердрстаашіих пластин в 2...З рази. "

. Надійність і довговічність РІ залежить вщ фізико- механічного стану поверхневих шарів металу і особливо чулішими в цьому відношенні є зношування, шомна мпдісіь, конгакша виша За результатами наукових досліджень з розробки нових методів поверхневого зміцнення РІ запропонована шва технологія фрикційного зміцнення (ФЗ) швидкорізальних сталей Р6М5,Р6М5МП і Р18, яке потягає в імпульсному зміщенні металу' за рахунок температурно- силових тлів при терті між оброблюваною поверхнею та інструментом, в результаті чого на поверхні виникають білі шар^ товщина яких залежить від режимів ФЗ, вждд жї структури ЇМ і складе для сталі Р6М5 10...15 мкм, а для сталі Р6М5МП ' 25...35 ‘ мкм. Під діоо вшжоконцешроваюго джерела таїла і гажу в поверхневих шарах виникають залишкові стискуючі напруження, величиш яких складає 300...400 МПа Формування поверхневих струкіур зажжиіь від ступеня розчинення карбідів* насичення твердого розчину вуглецем і жуючими елементами. Після ФЗ в 6mojvty шарі сталі Р6М5 ш глибині до 100 мкм зафіксовано збільшеній кількості карбідів МсС до13% і до 39% залишкового^'сгенгіушглибині20 мкм, але мікротвердість білого шару' Нц майжеу

два рази менша ніжуматриці.

Максимальний ефект підвищення огору зносу після ФЗ у горівшнні я зразками, які оброблені за стандартною технологією, сгостерігаєіься дпя сталі Р6М5, інтенсивність зношування якої у 4.0...6.5 менша ніж у стацлзртііих^а для сталі Р18 опір зношуванню після ФЗ зростає тільки в 1.3...1.7 рази, що можна поясниш зміною механізму зносу при сухому теріі пщдією дотичних напружень. В поверхневому шарі проходять структурні перетворення залишковою аустеніту (ЗА) в мегастабільний маргеїсиг і на коніаюуючих поверхнях гареважний розвиток отримують процеси окислення за рахунок утворення в поверхневих шарах метастабільного стану, який полегшує процес дифузії кисню і утворення оксидних плівок

Найменша кількість ощадних плівок спостерігається на поверхні терта ФЗ сталі Р18, на якій зустрічаються окремі ділянки мікроскалюваїпи і схоплювання. На поверхні тертя ФЗ сталі Р6М5 виникають вторинні структури, які представляють собою шари оксидів і зношування здійснюється шляхом їх утворення і руйнування. Зношування вибувається шляхом періодичного розколювання і відриву зерен карбідної фази і утворення мііфотрішин в матриц та відділення з неї мікрочастинок.

ФЗ підвищує циклічну трішигостійкість шввдкорЬаііьних сталей - суттєвий вплив режимів ФЗ спостерігається на ікршій ідлянщ КДВР і проявляється в підвищенні рівня Ktjl до 520 МПа4м проти 4.26 МПа^[м для необроблених зразків із сталі Р6М5 і заговільнює кінетику тріщини на другій ділянці діаграми, зменшує значення показника степеня п і підвипує коефіцієнт С, рівняння Періса Розраховані за

моделлю (22) значення інішаивиосхі зношування для різних режимів ФЗ дають якісну ощіку впливу обробки т зносостійкісіь ІМ.

Одним із шггахів підвищення працзздалюсіі РІ є управління його структурними параметрами. Запропонований в ЗО роках проф. Гуляєвим АЛ метод обробки холодом (ОХ) швидкорізальних ІМ знайшов своїх прибічників і противників. Перевірку впливу ЗА і різних умов його перетворення здійснювали на сталях Р6М5, ШХ15.

Встановлено, що ОХ за оптимальними режимами привод ить до часткового перетворення ЗА у розмірі, який не перевищує 7... 10% вщ його загальної кількості приводить до мінімальної стійкості ЗА і його перетвореній відбуваться в областях найбільшої концентрації, тод і як ОХ три 11° К зменшує кількість ЗА у два і більше рази. У сталі, яка не пройшла ОХ, залишковий аустеніт розподілений нерівномірно. ОХ за оптимальними режимами приводщь до мінімальної стійкості ЗА Подальше пониження темпераіури ОХ супроводжуєш^ появою ділянок високої ТВфДОСТІ і зростанням величини ;шкронапружень в щх областях, тоді як при ошимальних температурах спостерігають зменшення локальних розтягуючих гапружепь. Великі колонії невідпущгного мартенситу, які виникають в результаті перетворень ЗА в процесі прикладання зсувних мікроішастичних деформацій, являються джерелами високої концзшравд шпружень і ш них проходить полегшене естафетне ршповсюдасенпя тріщини і вони являються депрами адгезійтюго руйнувати робочих повфхонь РІ ОХ за огпимальними температурами ліквідує із структури ту частину ЗА яка пов’язана з утворенням маргенсту при низьких рівнях напружень.

Наявність в ІМ ШХ15 і Р6М5 дисперсних включень ЗА високої стійкості зумовлює підвищення оперу втомного руйнування, трпщносгійкосгі і зносостійкості, тому що вони являються ефективними бар' дими на шляху розповсюдження тріщин і мікротаегичних деформацій. Ліквідація областей нестійкого ЗА і підвищення кількості дисперсних його ділянок з одночасним збільшенням запасу пластичності маргенешгої матриці один із шляхів підвищення характеристик конструктивної міцності і тріботехнічних властивостей ІМ

В сьомому {хн іілі роботи розглянута концепція підвищення оброблюваності конструкційних матфіалів за рахунок використання ефекту ВО матеріалів в зоні різані н, розроблега фізико - математична модель впливу В, що дифугщує з поверхні РІ,

і а і троцеси стружкоутве рення і здійснеіа її експериментальна перевірка

Порад з пцщищгнням зносостійкості РІ існує проблема підвищення оброблюваності конструкційних матеріалів і, особливо тих, обробка яких різанням є затрудненою. Існуючі методи ггідвищення оброблюваності не дають бажаних результатів тому що вониие завжди технологічні і трудомісткі

Враховуючи важливість зміни фізико-механічної ситуації в зоні стружкоутворенш піц дією В, розроблена технологія подачі В в зону різання шляхом

никористанш в якості джерела спеціального гокрипя, що представляє хімічні сполуки на оаюві цдрвдв металів, до яких вдауваються вимоги: невизока вартість і доступність; довготривалість використання; достатня для прощу різання кількість В; нешсока тспшіарєакив; визокашввдасть виділення В; багаторазове використання покриття як аіумупяіора В в режимах «зарвдяуванш - розрадяування»; безяжа використання ири ектпушаид. Поіфипя наносиїься на поверхню РІ в два етапи; сгочапу методом фізичного осадження з шропгшмовсн фази наноситься шар зносостійкого покриття ТіМ товщижю4...6мкм,агогім-шар Ті товщиною 6... 10 мкм. Інструмент з таким покриттям занурюєіься на 3...5 хвилин в розчин соляної кислоти, внаслідок чого проходить утворення га поверхні цдриду хитана Особливістю розробжного комшкжсшго покриття є те^ що протре дисоціацд з нього В починається грі температурі 473°К, а виділений В не має можливості проникати в матеріал РІ і впливази ш його фізико-механічні властивості а транегортуєіься в зону максимальних розтягуючих напружень і високих темпераіур.

Цроцзс ВО під час тертя і різання (ІіР) в теоретичних дослідженнях розглядається як стшдогарний режим при умові, що існує постійне джерело газовиділення В, концентрація якого перед зоною тертя і різанш (ЗТР) постійт~С0 і враховується дія тільки одного активного компоненту В, а д ія кисню, азоту та інших компонентів газової суміші не береться до уваги

Взаємодія В з металом в ЗТР відноситься до класу гетерогенних реакцій, що відбувається т границі розд ілу газове» і твердої фаз і складається з слідуючих стадій: адсорбція В на поверхні з газове» фази; транспортування В в зоту передрукування; втрат В на процес ВО; відд ілення про;укіів реакції в стружку. В процесі різання при постійному джерелі газовиділення В на границі ЗТР утворюється воднева хмара, яка окрихчує матеріал ш величину радіуса пластичної зони р, проникаючи в поверхню стружкиізагопговки(рис. 4).

Інстр

0

т—Г -] різання інструментам з

V боднеба нанесеним водневим

Рис. 4. Фізична модель процесу

Дифузійний гогік В в ЗТР опиустьсярівнянншФіка:

Я о = -И ■ §гайС, (27)

а швидкість процесу ВО предегавляємо у вишщі рівняння Ареніуса

У/н = Кн -Ст = Д,я • е~£"/КТ • Ст, (28)

де Кн -постійна швщщосгі ВО, яка не залежить вщ контршращ реагешу, т -показник степеня шввдсосгі ВО; Дя -постійнахарактеристикаданою процесу, Я-універсалька газова постійна; Т -абсолюттаттпфатурапрощсуВО.

Рівнями матеріального балансу В, який доставляється в середину заготовки 1 і в напрямку осі ОХ представляє зміну кониенгращі В го глибині оброблюваного матеріалу

с!2С/сІхг = 2-Сш -Кв ІИ (29)

Для розв'язування цього диференціального рівняння введемо наступні граничніумовкпри х - 0 С -С0 і при х - р (1С/(1х = 0.

Розв'язок (29) представимо у вигляд:

С(*) = Д -є" +А2-є-", (ЗО)

яке після нескладних перетворень маїиме вишад

С(х) = Сй ■ сІ^рк/И ■ р ■ (р - х^/с^рк/О •/>) (31)

Протре ВО буде протікати при умові шявносіі В на границі зони пластична деформацій де контртрапія дорівнює

Сх=р = С,/с1і(ар) = 2С0/(еар + є'*') > Сн тіп, (32) де СНпііп - мінімальна концентрація В ш границі зони ппаспнної деформації, що забезгечуєумову існування ефекіу ВО, якаможе буш предеіавленау вигщщ

р<1п(2СйІСНтп)-Щй (33)

Вплив В на зону різанні розглядаємо з позиції термомеханічної теорії процху різання, окремо аналізуючи вплив В на кожний елемент зони різаній і проікси, що там відбуваються. Співставляючи відносні швадсосгі дафуза В в зрізуваний шар і направлену їй тгоусіріч швидкість руху матеріал, зроблено вжновок про неможливість проникнення В В ПфВИНТР/ зону деформації - площину зсуву і тому перша умова рівноваги елемента стружки, яка вюшчає епюру нормальних напружень на передній поверхні РІ, маїиме випид

О- =Л1І.___________________6ті/І1------------------ (34)

т п + 2 2ц-сое2(ф-у) + (1-м2)5Іп2(ф-у)’ К }

де п - показник степзи, що характеризує епюру нормальних мпружень; тф - зсувні гапруженнянотфихчешго матеріалу в птошині зсуву, ф -кугзсуву, у -передній кут,

/л -середаійкоефіцієнт терта т передай гюверхнцА^. - коефіцієнт, що характеризує

тіфшшмірійсть розпод ілу нормальних напружень вздовж ішошини зсуву.

В зоні вторинних пластичних деформацій проходить безпосередній контакт деформованого матеріалу з джерелом В, що змінює механічні характеристики, умови тертя та деформації. Ця картина ускладнюється наявністю на контакгаій ділянці 70 = 7/2 загальмованого клиновидного тіла, яке сформоване з основного матеріалу (рис.5). Змінамеханічниххарактеристик матеріалу в зоні (1) визначаться концентрацією В, що пройшов через загальмований шар.

Рис 5. Схема зони різання з загальмованим шарам

В загальному випад ку зменшення руйнівного напруження від дії В

Act = a Cq - ехр(~2т ■ %), (36)

де а - коефіцієнт пропорційюсгі, що характеризує конкретний матеріал; С0 - гранична

шнцгшраци В в дашл^ матеріалі, що безгосередньо прилягає до джерела В; ті ^ -

парамеїри, що розраховуються;

m = VJam-a0)/(2RT):

де VH96 ЛО 2 ,мг/кмоль - парціальний молярний об’єм В в металі; = 1,5.. .2,4 • оТ - максимальне руйнуюче напруження в точці (зоні) максимального ВО на глибині уm = К2С /Е ■ ат , де КІС - коефіцієнт ітпенсивіюсті шпружень; Е - модель гружності; (Тт - граниш іекучосгі оброблюваного матеріал а0 - <тт № - руйнуюче напруження за умови Мізеса; параметр £

представляє собою відносну координату глибинного шару, що розглядасіься -# - У/Ут ■ Тоді параметр т може біути запжаний як функція тільки температури 7 для д аного шару матеріалу:

ш.у.-’т<чт.т о,

2 RT

Оскільки основні зміни руйнуючих напружень проходять в зоні вторинних д аформащй припускаємо Act = AqF. Дійсне зсувне напруженій наво/циюго матеріалу qp у шрівнянні з вихідним qFa qF = qFo - AqF. Приймаючи до уваги вплив температури

0°С на зсувні напруження, після спрощень отримуємо:

' Сгу ,273 + в\

ЯР ~ Stofl - ьв • в) - а • С0 • ехр\ j, (38)

де С\ - - • 6^=5 • 10 41 /° С- сталі коефіцієнта, що

К 'У т

враховують вплив в на у визначає положення точки зоии зсуву в матеріалі.

Парамеїри ОС • С0, визначаються експериментально, проводячи доаііджеі тня впливу товщини на механічні характеристики наводнених зразків прямокутного перерізу. Тоді А5Ьти буде відіювідаїи стабілізованому значенню залежності ^ - -Я// = ї(3) Іа - С0 =5^ - бШтіп = аж/при 0=ест.

Якщо прийняти, що вплив В на зсувні напруження ішодненого матеріалу аналогічний вшиву і іа основі іий матеріал та описується лівою чалиною залежіюсті(37). Тоді

Л$Ь тах = $Ь0 " $ЬН тіл ~ ($Ь0 ~ $ьн)(! ~ Ьд ■ в) (39)

Пщсташтяючи отримані залежності (39) у вираз (38), маємо:

Я г(х) — (1 ~ Ьв • 0)\Sm — (SM — Sbf{) ■ exp

ОД • C, a - K, x (1-І-)

(40)

273 + 0 ' V

де а-товщина зрізаного шару металу; К1 - коефіївєнгусадки стружки

Вираз (40) використовуємо для складання і розв'язування рінгешня рівноваги контакті юї зони стружки шляхом обчислення сили ві іуїріші іього терта на діляї ті 10

*0

Ff = frf qF (.x)dx = Яр ■ Ь ■ 10

о

\dx (41)

я^\]

Перевірка отриманих результатів проводилась шляхом порівняння розрахункових значень параметрів пластичної деформації з експериментальними даними при повздовжньому точінні сталі Ст.З (Л}с= 125 МПа л іш, Е=201 ГПа) різцями з твердого сплаву Т15К6 і показала добру відгювіднісгь розробленої моделі реальному

процзсу. Одночасно розрахунки показали зниження коніакшої темпераіури різання на 20% що в кінцевому підсумку є наслід ком під вищення сгійксхлі РІ

Встановляю, що процес наводнення РІ та ВО зони деформ<шії зумовлює комплексну дао ш всі параметри зони різання, результатом якою являється зменшеній стугоні пластичної деформації, довжини кошакгної зони та знижем ія темпераіури контактуючих поверхонь.

З метою перевірки прийнятих гіпотез і теоретичних розрахунків була проведеш серія оцінок величини контактних навантажень на передтій поверхні РІ при точінні сталей Ст.З, 20 і 45 з використанням методу розрізного різця, який дає можливість виясниш характер розподілу коншкших напружень вздовж коніакшої поверхні. Характф зміни навантажив, вздовж довжини контакту дозволяє умовно роадлиіи вппив дифундуючого атомарного В натри ділянки стружкоугеоренш:

1- ділянка безпосереднього контакту у вфшині різального клину. Тому що швидкість дифузії В в метал дорівнює 1...1,5 м/сек, а час конгакіування новоуїворених поверхонь металу з вершиною різвд складе тисячні долі секунди, то якихось суттєвих змін в структурі матеріалу за такий проміжок часу не може відбутися і зменшення величин дотичних і нормальних напружень ш вершині різня відбувається тільки за рахунок адсорбнії водао і зменшення поверхневої енергії у її вершини.

2 - д ілянка, що від повідає загальмованій зоні, або зоні внутрішнього тертя, під дією адсорбованого і дафущіуючого В проходить зменшення довжини ідеї зони і утвореній сепаратних мікрогрішин, що в комплексі полегшує процес різання і зменшує

- енергоємність процесу Сіружкоуїворення. Про те СВІД ЧИТЬ І зміна ВЦІ^ стружки Якщо гри обробці необробленим різирм стружка була под ібна до зливної і умови точіння були важкими (висока температура), то гри обробці хімічнооброблеї іими різцями характер стружки ставав більш фрагментарним і спостерігалося полегшення її відділення.

3 - ділянка зовнішнюю терта. Під дією В, що д ифундував в метал стружки і зовнішніх сил, проходиіь розтріскування стружки, внаслідок чого зменшується довжина контакту і значно величина котпжгаих напружень.

Аі иліз характеру взаємод ії процесів, які проходять в зоні сіружкоуїворення і контакту, показав, що достатньо ефективним шляхом керування процесом точіння конлрукиійних матеріалів з метою забезпечення раціонального стружковщво^ і одночасною вирішення три цьому проблем збільшення! стійкості і надійності інструметпу, зменшення опору і темпераіури різання (у порівнянні з іншими рівними умовами обробки) в основному є використання водень містких покрить, які змінюють довжину контакту стружки з інструментом, зменшують величини нормальних і дотичних напружень і зменшують енергоємність процесу сіружкоуїворення. А в комплексі всі ці зміни призведуть до під вищення продуктивності механічної обробки і СТІЙКОСТІРІ.

27 __ .

У восьмому розділі робот представлені результат промислових і стендових

випробувань РІ з різними технологіями поверхневого зміщення, заліковуваній поверхневих дефектів, технологіями підвищення продуктивності механічної обробки різанням.

За результатами наукових досліджень з розробки нових методів товерхіевого змітряяя РІ запрогюдавата нова технологія ФЗ швидкорізальних сталей Р6М5, Р6М5МП і Р18. Комплексні випробування на циклічну трішинхтійкість та зіюоосгійкіеіь пих ІМ показали доцільність викорилання ідаі технологи для покрашення параметрів працздатносгі РІ Промислові вигробування свердел на виробничо^ об'бдринні «Новатор» показашпщвипкннязшоостйкосіі Рів 2...3 рази

Підвищення зносостійкості дискових фрез Із сталі Р6М5, які використовуються для фрезерування газів шлксуїримувачів трикотажних машин з оешвними параметрами: діаметр - 0= 79лш; товщина -Ь^0.5бші\ число зубів - 2=45\ передій кут - у =5 ; задяй кут - (X =15, проведаю на виробничому обіданні

«ЧеривицЕгмаш». Враховуючи дуже малу товшину фрези ф=0.56 мм\ викорилаш традиційні метода зміхдияя дгм івдвищення твердості зубіів не було можливим, так як вони приводили до окрихчення робочих поверхонь і, як травило, до гюяви скопів і поломки зубців тадеформування фрези

Порівняльна оцнка зносостійкості дискових фрез проводилась після шести вищв обробок іилруменгів: зносостійке елекгрохімічнг хромування; зносостійке аіаарохімічне хромування і фосфазуванщ зносостійке хромування і молібденування; хжрипя нітридами титану, егштамуватшя; атадальне покриття з елемапами водіевих зхшгук-ЯНГ.

Оіщщзві випробовування іроводтли в умовах, наближених до виробничих Ізрезерузакня пазів здійснювали га вфтикально - фрезерному верстаті з числовим рограмним керуванням.

Запропонована технологія обробки - ЯНГ збільшила стійкість трорізних №<ових фрез більше ніж в 2 рази і підтверд ила правильність гіпотези гадаищгння >броблюваносгі конструкційних матеріалів за пяхушк шкерштання ефасту воджвога жрихчента в зоні різання.

Промислову перевірку гіпотези ВО оброблювати) матеріалу в зоні різання роводили в втробничих умовах ши обробні отворів друкованих пгш^ДП), яка дуже юошвоояжеш ш підприємствах радіоелектронна промисловості ДП виготовляють з юмпозицщних матеріалів - фольпований жхлекстшіт, або фольгований гетинакс. Такі [таровані пластини, особливо на основі склотканини, мають значні абразивні ластивості, шр позгачаоїься т зюсосгійкості РІ.

Обробку отворів ДП проводоь твердосплавними свердлами підвищеної юсостійкості ВК-6М, які покривали комплексним 4-х компонентним поіфигом,

шпилювата нпрцгвми титану, епіламувапи; проводили іонне азсяувашю в тліючому розраді; обробляли в магнітному шлі і пжривали спеціальним шкрипям - ЯНГ.

Після обробки 1274 отворів серзйіими свердлами і після їх магнгшм обробки висота мікрожрівностей навкода отворів досягала іраничш допустимої меж| - 40мкм і к івобхідю гЕрезагочуваги, тоді як після обробки 10192 отворів свердлами, щкригими за технологією ЯНГ, висота. мікроіерІЕиосієй була мешюю допустимої і складала32-38шм.

Встановляю, шр зносххлзйкісіь свердел і, вщповуцю, якість обробки отворів ДП гри використанні технології івнзсення сдаіальних шкпигь (ЯНГ) може <5уш щдвищжа в порівнянні із серійними в 3...8 разів. Це дає можливість зекономити зіегніі матеріальні і фінансові ресурси і рекомегщуваїи цю технологію для впровадження, шо і було зд ійсняю на Кам'яїииь-Подаьському заводі «Електроприлад».

Дослідженій ефективності ВО оброблюваних матеріалів і зносостійких гокрипів РІ з метою пщвищяаи продукшвносгі механічної обробки проводили грі повздовжньому точінні на матеріалах, які відрізняються за хімічним складом і за структурою: сталь Ст.З і сталь 174168 ; нержавіюча схаль 03Х18НЮТ; штампова іклрумешальга сталь Х12МФ; легована коїсірукіцйга сталь 40Х в стані поставки і ТЕрмічнхзміцжнзму стані * покращені.

Воднлзе тасичення ТЕфдоаіпзйних ріжучих пластинок у всіх вигадках дає позитивний ефект твдвищгння ріши оптимальної швидкості різання: <2іЗ - на 37%;-12ХМФ - на 19%; 40Х ; їй 13%, а зносххлійке шкрипя ЯНГ триводать, як до підвищені я періоду стійкості РІ, так і до підвищення рівня оптимальної швидкості

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ РОБОТИ

1. Розробеш д вехлдщйт модель втомного зношування високоміцних ІМ, що включає ещад зародження та розвитку втомних тріщин і описується за допомогою параметрів контактної втоми і циклічної трішщостійкосіі з врахуванням впливу температури і факторів корозійно-технологічних середовищ

Встановлено, що керувати працзздпніспо різальшго інлруменіу можш шляхом зміни границі втоми і пороготих КІН, які залежать від структурїіих, металургійних фзкіорів, стану поверхневих шарів та методів їх зміщення і впливу зовнішнього середовиша.

2. Запропоновані методика оцінки зшоосгійкосгі ІМ за результатами випробування матеріалів на циклічну трішиностійкість, яка дозволяє якісно порівняти опір зношування матеріалів і моя© буш рекомендована для оцінки зіюсосгійкосгі надтвфдих матеріалів, металокераміки і шнтетичних алмазів; випробування на зношування для яких є проблематичним через складності шзкрименгального характеру.

3. На основі експериментальних досліджень легованої сталі 9ХС і швидкорізальних сталей Р18, Р6М5, Р6М5МП виявлені загальні закономірності кінетики втомних тріщин в межах гювшї КДВР та зношування в залежності від структурного стану сталей після термічного зміцнення, умов іивангаження та методу 'к виготовлення.

Відмічено дуже складний характер структурної чутливості порогових КІН, який відрізняється від структурної чутливості границі втоми та границі текучості Для сталі 9ХС характерна структурна нечутливість шротових КІН в інтервалі температур відпуску 433-773°А", а для швидкорізальних сталей вони залежал, від розмірів структурних параметрів та балу карбідної неоднорід ності

4. Встановлені чпкі відмінності в мікромехаї гізмах розвитку втомних тріщин в ЇМ в межах окремих д ілянок КДВР в залежності від структурного їх стану. Специфічні особливості мікроструктури ІМ Р6М5 і Р6М5МП є причиною реалізації в процесі росту втомної тріщини мікромеханізмів руйнувати, характерних швидше для короткочасних навантажень, ніж для вдкггічних. Сколи по межі карбщ-матриид, а також сколене розтріскування карбідів є домінуючим мікромеханізмом розповсюдження втомних трішин в сталях такого класу.

5. Зношування швид корізальних сталей від буваєш» шляхом розтріскування і виривання зерен карбідної фази таугворення мікротрішин в матриці ІМ і сколювання із на дрібних частинок Розтріскування зерен карбідів в них сталях зумовлене їх карбідною неоднорідністю і нерівномірним розподілом локальних напружать і температурних полів, що призводить до підвищення густини дислокацій та накопиченням в поверхневих шарах енергії пружної деформації і утворення мікрагріщин

6. Корозійно-технологічне середовище відповідальне за іітгенсифікашо втомних тріщин в інструментальних сталях ЗОТС не однаково впливає на трішиїюстійкість ІМ; воно прискорює ріст трішин в усьому діапазоні ДАТ для сталі Р6М5 і заповшьнює старт трігциїти при рівнях А К, близьких до порогових для сталі Р18. Корозійно-втомна трішигюсгійкість сталі Р6М5МП має свою специфіку. В припороговій області вплив дистильованої води і ЗОТС дуже незначний (коефіцієнт чутливості до води fith =1.06, адо ЗОТС рл =1.10).

7. Розроблені технології підвищення працездатності РІ, які основані на заліковуванні поверхжвих дефектів, що утворюються в процесі їх термічної і кінцжої механічної обробки, зміні фізико-механічних властивостей поверхневих шарів ІМ, яке полягає в імпульсному зміщенні мешу за рахунок темгкраіурю-сигових палів гри терті між оброблюваною поверхнею та іі клруменгом.

Встановлена можливість підвищення циклічної трішиностійкості та зносостійкості М шляхом утворення в їх структурах джперсних включень

зо

залишкового аустеніту, які є ефективними бар’єрами на шляху розвитку тріщиї мікрошастичних деформацій.

8. Підтверджена відома гіпотеза підвищенню працездатності РІ оброблюваності конструкційних матеріалів за рахуіюк зміни фізико-хімічшї сиіуаиіі зоні різання, матеріалів Запропоновані шві технології годччі шдню в зону різання поверхневих шарів нанесеного на РІ ддрвднош шкрипя та акумуляторів вод ню.

9. Розробдагі фізико-маїемашчні моделі для опису прощав воднево окрихченда матеріалів в зоні терта та різання і для вияснення параметрів контакт зони.

Експериментальна перевірка запропонованих гіпотез і теореіичт розрахунків з використанням методу розрізного різця, який дає можливість визначі довжиііу кошакпюї зони та характер решодау контактних навантажень на перед поверхні РІ, дозволила встановиш, що гіропес таводнення РІ та ВО зони деформ; зумовлює комплексну дію В ти всі парамстри зони різання, результатом яко являється зменшення сгепгні пластичної деформації, доігжини кошакшої зони зниження температури контактуючих гюверхонь.

10. Показано, що достатньо ефективним шляхом керування процесом точи конструкційних матеріалів з метою забезпечення ратцошльшш стружковідроду одночасного вирішення три цьому проблем збільшеній стійкості і надійне інлрумешу, зменшення оперу і температури різаній (у порівнянні з іншими рівш умовами обробки) в основному є використання водень містких покрить, які змінюй довжину контакту стружки з інструментом, зменшують величини нормальних дотичних напружень і зменшують енергоємність процесу сгружкоуїворення.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ДИСЕРГАЦІЇ

1. Гладкий Я.Н., Симинькович ВИ, Деев НА Построение кинешчест диаграмм усталости ш результатам испытаний на машине с шгружением образі разной толщины // Метода и средства оценки трещиносюйкости конструюдюнш магершлов,- Киев: Наук/умка Д981.-С. 228-231.

2. Гладкий ЯД, Крыськив АС., Сорокивский И.С. Машины ; исследования циклической іреш^пюсгойкости конструкциоі п шіх маїериалов І І Мето и средства оцатки трешиїюсюйкости конструкциюнных материалов- Киев: № думка. 1981 -С. 241-246.

3. Ас. 750324 Способ изготовления образца с треицпюй / Романив О. Симинькович В.Н., Гладкий Я.Н, Сорокивский И.С., Зима Ю.В. - 0публ23.07.1? г.Бюл. N 27.

4. Использование подходов механики разрушения ддя оцеї обрабатываемости конструкционных сплавов. /Романив О.Н, ГладкийЯ!

МехедаВМ, Зима Ю.В. //Тезисы докладов на 11 Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения-Житомир, 1985,- С. 85.

5. Ковалевский В.В., Гладкий ЯН, Пасечник АА Влияние способа упрочняюшрй обработки на усталостную трешщюстойкосіь и износостойкость инструментальных сталей /Тез. док всесоюзной научно- теоретической конф-Махачкала, 1989,-С. 160.

6. Бабей Ю.И., Пасечник АА, Гладкий ЯН. Фрикциюнная обработка как метод повышения работоспособности быстрорежущих сталей. //Физико-химическая механика маїериалов. -1989.-N 5,- С. 100-101.

7. Циклическая трешиносгойкость быстрорел^ших сталей в коррозионных qpeaax7 Швец БД, Бабей Ю.И., Пасечник АА, ГладкийЯН. //Физико-химическая механика материалов.-1990.-N 4,- С. 26-28.

8. Гладкий ЯН., Пасечник АА Влияние способа производства на циклическую треащностойкость быстрорежущих инструментальных сталей//Уіравление триботехническими и прочностными свойствами механических систем,- Киев: УМК ВО ,1990. - С. 67-71.

9. Гладкий Я , Фельдман М., Насер Гасан Ахмед. Усталостное распространение трещ-пт в инструментальной стали 9ХС. // Проблеми сучасною машиї юбудвання: Збір. наук, праць. - ХмеяьнинькийТУД 1996 - С. 32-35.

10. Силин P R, Мазур Н.П., Гладкий ЯН. Определение параметров контактной зоны при резании материалов, охрупченных методом водородною і исышрнияУ/ Проблемы трибологии (Problans of tribology ).-1996.-Nl.- С. 24-27.

11. Костохрыз С.Г., Падкий ЯН. Математическое моделирование

і іредвариіельнош смещения в номинально нгподвижном контакте. //Проблемы трибологии (Problans of tribology).-1996,- N1 - С. 5-14.

12. Каплун В.Г., Гладкий ЯМ, Снтоик О.В. Дослідження ефективності іонного змшценда твердосплавного інструмеїпуУ/Проблемьі трибологии (Problems of tribology ).-1996-N1.- С.31-84.

13. Гладкий ЯМ. Підвиїдаяи працездатності різального шструмешу при його оброби? холодом. // Проблемы трибошгии (Problems of tribology ).-1996,- N2,- С. 17-22.

14. Гладкий ЯН О некоторых физических особенностях стружкообразования в зоне резания. //Акіуальні проблеми техніки та суспільств: Збір, статей викладачів та наукових співробітників ТУП.-Вип2.-Хмелыіипький; ТУП-1996 - С. 106-113.

15. Определение темгераіур и контактных нагрузок на поверхностях режушєго инструмента. /Силин Р.И., Гладкий ЯН, Мазур Н.П, Бурлаков АА, Милько В.В //Актуалыа проблеми техніки та суспільства Збір, статей викладачів та наукових співробітників ТУП.-Вип.2.-ХмельнипькийТУП.-1996.-С.84-90.

16. Гладкий ЯН. Работоспособі юсіь быстрорежущей стали Р6М5 нижотемгерааурными покрытиями. Проблемы трибологии (Problems of tribology ) 1997,-Nl.-C. 37-41.

17. Кузьмєико АГ, Гладкий ЯН Изнашивание как прощх зарождения развитая трещин// Про&темы трибологии (Problems oftribology).-1997- N2.-C. 46-64.

18. Гладкий Я Механіка водневого окрихчення гри різанні конструкційні матеріалів. //Третій міжнародний симпозіум україжьких інженерів механіків у Львов Тез. доп. Львів: Львівська політехніка.-1997- С.108-109.

19. ЯМ. Гладкий, АА Бурлаков, Н Ковіун Доовдження фізико-мехашчи властивостей юнлрукпидаї сталі Ст.З під впливом водню з використанням мето; акустичної емісії //Вісник Технологічного університету Поділля.- 1997.-N 1.-С. 22-26.

20. Гладкий ЯМ Ексшрименгальга ісревірека фізико - магаиагачної моде впливу водню ш величину контактних шпружень в зоні різання // Проблем трибологии (Problems of tribology) -1997. - N 3. - С. 64-70.

21. Гладкий ЯМ Працездатність швидкорізальних інструментальних сталі після фрикційною зміщення //Прогресивна техніка і технологія машинобудуваї п приладобудування і зварювального виробництва ГІрані Міжнародної науков техичюїконференц^ Кйі'в, НГУ України «КГВ». 1988. - т. 1, С. 230 -233.

22. Гладкий ЯМ Фрикційне зміцнення швидкорізальних інлруменгальш сталей// Проблемы трибологии (Problems of tribology)-1998. -N 2. - C. 111-118.

23. Патент України №22093 А від 23.04.1998. Спосіб підвищені тріїїщностійкосіі інструментальних сталей //ГладкийЯМ, СішнР.1, Семенюк В.1.

Гладкий Я.М. Науково-прикладні основи підвищення зносостійкості інструментальних матеріалів шляхом використання прогресивних технологій.

Дисертація на здобуття вченого ступеню доктора технічних наук за спеціальністю 05.2.04- тертя та зношування в машинах ( рукопис).

Технологічний університет Поділля, Хмельницький, 1998.

В дисертації представлені результати досліджень по розробці нових технологій підвищення тріщиностійкості, зносостійкості різального інструменту та оброблюваності конструкційних матеріалів шляхом зміни фізико-хімічної ситуації в зоні різання. Розроблені фізико-математичні моделі зношування високоміцних інструментальних матеріалів основаних на уявленнях про зношування, як про процес зародження і розповсюдження втомних тріщин. Досліджена циклічна тріщиностійкість інструментальних матеріалів з врахуванням впливу різних факторів. Проведена оцінка працездатності матеріалів. Розроблені технології нанесення низькотемпературних покрить і подачі водню в зону різання. Показана доцільність використання розроблених технологій для підвищення продуктивності механічної обробки матеріалів.

Ключеві слова: тертя, зношування, зносостійкість, втома,

тріщиностійкість, інструмент, інструментальні матеріали, водень, воднева крихкість, оброблюваність.

Гладкий Я.Н. Научно-прикладные основы повышения износостойкости инструментальных материалов путем использования прогрессивных технологий.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.04-трение и изнашивание в машинах (рукопись).

Технологический университет Подолья, Хмельницкий, 1998.

В диссертации представлены результаты исследований по разработке новых технологий повышения трещиностойкости, износостойкости режущего инструмента и обрабатываемости конструкционных материалов путем изменения физико-химической ситуации в зоне резания. Разработаны физико-математические модели изнашивания высокопрочных инструментальных материалов основанных на представлениях об изнашивании, как о процессах зарождения и развития усталостных трещин. Изучена циклическая трещиностойкость инструментальных материалов с учетом воздействия различных факторов. Произведена оценка работоспособности инструментальных

материалов. Разработаны технологии нанесения низкотемпературных химических покрытий и подачи водорода в зону резания. Показана целесообразность использования разработанных технологий для повышения производительности механической обработки материалов.

Ключевые слова: Трение, износ, износостойкость, усталость, трещиностойкость, инструмент, инструментальные материалы, водород, водородная хрупкость, обрабатываемость.

Gladkiy Y.N. Science-applied bases of cutting-tools wear resistance increase by means of special technologies application.

Thesis for a doctor’s degree in technical sciences. Speciality 05.02.04-friction and wear in machines (manuscript).

The Technological University of Podillia, Khmelnitsky, 1998.

In the thesis, the results of research on the development of new technologies for increasing the resistance to cracks and wear of the cutting tools by means of physics-chemical change of conditions in the cutting area are presented. Physics-mathematical models of the high-strength tool materials wear, based on the representation about wear as a process of inception fatigue crack propagation, are developed. The cyclic crack resistance of tool materials, taking into account the exposure to different factors, is explored. The estimation of materials serviceability is carried out. The technologies of coating application of low-temperature chemical coatings and hydrogen feed to the cutting area are developed. The practicability of application of the developed technologies for increasing the capacity of the machining is shown.

Key words: friction, wear, wear resistance, fatigue, crack persistence, instrumental materials, hydrogen, hydrogen fragility, machinability.

Підписано до друку 17.08.1998р. Наклад 100 прим. Замовлення №224

Редакційно-видавничий центр ТУП. 280016 м.Хмельницький, вул.Інститутська 7/1