автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Повышение долговечности деталей машин поверхностным модифицированием сплавами с эффектом памяти формы

На правах рукописи

БУДРЕВИЧ Дмитрий Геннадьевич

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПОВЕРХНОСТНЫМ МОДИФИЦИРОВАНИЕМ СПЛАВАМИ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ

05.02.01 - материаловедение (в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 2003

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

БЛЕДНОВА Жесфина Михайловна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

КРАПОШИН Валентин Сидорович

доктор технических наук, профессор ДОМБРОВСКИЙ Юрий Маркович

Ведущая организация: открытое акционерное общество

"НИИ Монтаж"

Защита диссертации состоится "30" сентября 2003 г. в 14:00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.100.02 в Кубанском государственном технологическом университете (г. Краснодар, ул. Московская 2, ауд. А229).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан "_" _ 200_г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, КубГТУ.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

Пунтус А.В.

7 7

' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В настоящее время в машиностроении сплавы с эффектом памяти формы (ЭПФ) используются в основном как функциональные материалы и находят применение в конструкциях различных соединительных и установочных деталей, исполнительных элементов и роботов, тепловых двигателей и др. Высокие характеристики механической усталости, износа, эрозии, демпфирования колебаний этих сплавов, демонстрирующие перспективность их применения для повышения работоспособности (надежности, долговечности и др.) элементов силовых систем, в сочетании с уникальными функциональными свойствами делают их конкурентоспособность просто недостижимой.

Непосредственное использование сплавов с ЭПФ в качестве Конструкционных материалов хотя и открывает широкие возможности, но является дорогостоящим. До настоящего времени их применение ограничивается в основном отдельными нишами рынка из-за высокой стоимости и сложной технологии получения полуфабрикатов и деталей. Для компенсации этих недостатков необходимо создание новых экономичных технологий обработки поверхности и" нанесения покрытий из этих сплавов на детали машин.

Разработка технологий поверхностного модифицирования на основе сплавов с ЭПФ позволяет не только повысить механические свойства конструкционных материалов, но и обеспечить их новым комплексом функциональных свойств. Такие материалы могут быть использованы для создания разъемных соединений деталей машин, в которых на сопрягаемом участке поверхности детали получают слой сплава с ЭПФ, термомеханические свойства которого обеспечивают посадку с натягом при сборке соединения и свободную посадку при его разборке.

Работа выполнена по НИР "Повышение долговечности деталей машин с помощью создания поверхностных самоорганизованных структур с памятью формы" при поддержке Министерства образования Российской Федерации (код проекта 201.01.01.115) 2001 -2002 гг.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

оэ щ шп510 \

Цель работы - разработка методов повышения долговечности деталей поверхностным модифицированием материалами с памятью формы. Задачи исследования:

- разработать методику прогнозирования прочности и циклической долговечности трехкомпонентных систем;

- оценить функционально-механические возможности поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ;

- разработать технологию поверхностного модифицирования среднеугле-родистых и низколегированных сталей сплавом с ЭПФ;

- провести экспериментальные исследования долговечности сталей, поверхностно-модифицированных сплавом с ЭПФ.

Методы исследования. Исследования проводились экспериментальными и численными методами с применением математического моделирования. При этом использовались основные положения теорий: металловедения мартенситных превращений, механики разрушения, неравновесной термодинамики, фрактального материаловедения, технологии машиностроения.

Научная новизна. Разработана методика прогнозирования прочности и циклической долговечности трехкомпонентных систем на основе титана, позволяющая оптимизировать состав компонентов для поверхностного легирования.

Разработана технология аргонодуговой наплавки сплава с ЭПФ (нити-нола) на поверхность сталей 45 и 40Х с нанесением промежуточного подслоя из чистого металла (никеля), позволившая получить прочное и надежное покрытие требуемой толщины.

Разработан способ соединения деталей, имеющих цилиндрическую поверхность сопряжения, а тг-кже конструкция и способ получения составных коленчатых валов с помощью поверхностного модифицирования сплавом с ЭПФ.

Определены оптимальные размеры толщины покрытия из сплава с ЭПФ, обеспечивающие необходимые посадки с натягом гладких цилиндрических соединений, рекомендуемых Единой системой допусков и посадок (ЕСДП).

Разработана модернизированная методика мультифрактальной параметризации микроструктуры материалов с использованием ЭВМ, заключающаяся в изменении алгоритма разбиения геометрического множества носителя меры (микроструктуры) на ячейки, что позволило повысить точность определения мер ячеек при проведении мультифрактальной параметризации.

Практическая значимость работы. Экспериментально подтверждено повышение циклической долговечности при многоцикловой усталости в условиях изгиба с вращением, малоцикловой механической и фрикционно-механи-ческой усталости в условиях симметричного изгиба и граничного трения сталей 45 и 40Х после поверхностного-модифицирования сплавом с ЭПФ нитинол.

Разработана методика тренировки покрытия с ЭПФ для получения требуемых функционально-механических свойств. В основе способа лежит метод поверхностного пластического деформирования обкаткой роликами или шариками при охлаждении.

Разработана технология получения исполнительных элементов систем промышленных роботов в виде стальных стержней с промежуточным слоем сплава с ЭПФ, включающая самораспространяющийся высокотемпературный синтез и горячее изостатическое прессование порошка сплава нитинол, помещенного в оправку между стальными стержнями. Технология внедрена на ЗАО "Техническая керамика" (г. Краснодар).

На защиту выносятся:

- Методика выбора компонентов бинарных и тройных систем на основе ти-

ТЯНО ТТТТСТ ТТГ\ОлûУиТ1Г»'Г11ГЧТ,Л ГГ»» ТТЛ Г* Г» Ооиия Г» ТТ/ЭГТТ ТА плпт тттт»атиг*т »тт*туттт*ттл^ту»г\»х

долговечности.

- Технология поверхностного модифицирования сталей сплавом с ЭПФ на основе титана {нитинол), включающая аргонодуговую наплавку и поверхностное пластическое деформирование обкаткой, повышающая их долговечность и расширяющая их функциональные возможности.

- Результаты экспериментальных исследований циклической долговечности

сталей, поверхностно-модифицированных сплавом нитинол, при испытаниях на механическую и фрикционно-механическую усталость.

- Модернизированная методика мультифрактальной параметризации микроструктуры материалов с использованием ЭВМ, заключающаяся в изменении алгоритма разбиения носителя меры с целью повышения точности расчетов мультфрактальны х характеристик.

- Способ получения разъемных соединений цилиндрических деталей, поверхностно-модифицированных сплавом с ЭПФ.

- Расчет допусков и посадок разъемных соединений деталей машин, получаемых путем поверхностного модифицирования сплавом с ЭПФ.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: Международной молодежной научной конференции "XXV Гагаринские чтения", 6-10 апреля 1999, Москва, МАТИ (ТУ); Международной научно-практической конференции "Новые материалы и технологии на рубеже веков", 14-16 июня 2000, Пенза, ПГТУ; 5-ом Собрании металловедов России, 10-13 сентября

2001, Краснодар, КубГТУ; 2-ом Международном междисциплинарном симпозиуме "Фракталы и прикладная синергетика", 26-30 ноября 2001, Москва, ИМЕТ им. A.A. Байкова РАН; Всероссийской научно-технической конференции "Методы и технические средства оперативной оценки структурно-механического состояния металла элементов конструкций и машин", 26-28 ноября

2002, Москва, МЭИ (ТУ); Международном конгрессе "Механика и трибология транспортных систем", 10-13 сентября 2003, Ростов-на-Дону, РГУПС.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 6 статей в отечественных изданиях и 1 в зарубежном издании. Общее количество страниц 83. Получен один патент и одно положительное решение по заявке на патент РФ, подано 2 заявки на патенты РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 7 глав, приложения и перечня основных результатов и выводов. Она содержит 98 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 195 наименований. Число страниц - 167.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматриваются следующие вопросы: роль сплавов с эффектом памяти формы в современном машиностроении и анализ их механических свойств; анализ возможностей использования сплавов с ЭПФ для поверхностного модифицирования; анализ существующих технологий получения поверхностно-модифицированных материалов, в том числе обладающих ЭПФ.

Эффект памяти формы в сплавах основан на термоупругих бездиффузионных мартенситных превращениях и не является единственным нетривиальным явлением, которыми обладают эти сплавы (рисунок 1). Наибольший практический интерес помимо ЭПФ представляет также явление псевдоупругости, при котором пластическая деформация, достигающая десятков процентов, восстанавливается после снятия нагрузки.

Исследования в области сплавов с ЭПФ нашли отражения в работах отечественных (В.Г. Курдюмова, Л.Г Хандроса, И.И. Корнилова, В.А. Лихачева,

B.Н. Хачина, Ю.К. Конверистого, С.Д. Прокошкина, Л.М. Капуткиной,

C.В. Шишкина, Н.А. Махутова, В.Э Гюнтера и др.) и зарубежных (С.М. Веймана, К. Шимидзу, Л. Делэя, Э. Хорнбогена, К. Ооцуки, Я. Ван-Хумбека и др.) ученых.

Существующие на сегодняшний день технологии поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ относятся к микро- и нано-технологиям, использующимся для нужд микроэлектромеханических систем, в которых толщина покрытия не превышает нескольких микрон, обеспечивая достаточный уровень

Я <х

Рисунок 1 - Эффекты, проявляемые сплавами с термоупругими мартенсит-ными превращениями: 1 - однократный ЭПФ, 2 - многократнообратимый ЭПФ. 3 - псевдоупругость, 4 - псевдотермич-ность, 5 - резиноподобный эффект, 6 -генерация-релаксация реактивных напряжений, 7 - тренировка сплава

функциональных свойств в необходимом масштабном уровне. К таким технологиям относятся в основном методы ионно-плазменной обработки. Для нужд машиностроения наибольший интерес представляют массивные покрытия, которые могут применяться в условиях сложного напряженного состояния, ин-

_ ' ■> 1 *

тенсивного изнашивания, ударных воздействии и т.п. Покрытия должны выдерживать эти воздействия и, кроме того, должны иметь диффузионную связь с материалом основы. Технологиями получения массивных покрытий, приводящими к образованию прочного и надежного соединения на границе покрытия с подложкой, являются методы наплавки, горячего изостатического прессования и диффузионного соединения. Эти методы достаточно хорошо изучены, разработаны их различные варианты, они широко внедрены в промышленность, однако проведенный анализ показал отсутствие сведений об использовании этих методов для поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ с целью повышения функционально-механических возможностей деталей машин.

Во второй главе в результате моделирования разработана общая методика выбора компонентов металлических систем, образующихся на поверхности упрочненных и легированных материалов. На основе существующих подходов к оценке прочности и долговечности, основанной на аналогии между деформированием, разрушением и плавлением (К.А. Осипов, B.C. Иванова, В.В. Федоров, М.И. Чаевский), предложена энергетическая модель оценки циклической долговечности поверхностно-упрочненных и легированных материалов (Ж.М. Бледнова). В качестве модели детали с поверхностно-модифицированным слоем, рассматривается композит, состоящий из покрытия и основы.

Согласно рассматриваемой модели разрушение материала при приложении внешней нагрузки наступает после того, как в любом локальном объеме достигается предельный уровень внутренней энергии, равный теплосодержанию металла в жидком состоянии, а в качестве критерия прочности принимается величина энергоемкости металла или сплава. Для оценки циклической долговечности N поверхностно легированных материалов Ж.М. Бледновой предложено уравнение

ИГ. (1)

где \¥ - необратимая работа упругопластического деформирования за один цикл, определяемая по петле механического гистерезиса, р - эмпирический коэффициент, а - коэффициент термомеханической активности, Q — энергоемкость металла или сплава.

Основным преимуществом использования в качестве критерия прочности величины энергоемкости является то обстоятельство, что энергоемкость может быть вычислена для бинарного сплава при любой концентрации второго компонента на основании термодинамических характеристик и диаграммы состояния. Для полностью упорядоченного бинарного сплава величина энергоемкости определяется из следующей зависимости

е=

Ч<=1 ) 2 ) ^м ) 1=1

где А*, - концентрация легирующего компонента, Т5 - температура солидус сплава; Г0 - рабочая температура; Аь В, - константы теплоемкости компонентов, - энтропии плавления компонентов, Л - газовая постоянная.

Если для определения термодинамических параметров бинарных систем использовался принцип аддитивности, то при расчете энергоемкости тройных и многокомпонентных систем возникает необходимость учета энтальпийных и энтропийных параметров самовоздействия и взаимодействия, отражающих влияние концентрации компонентов на их термодинамические активности.

Б результате моделирования построены обобщенные диаграммы энергоемкости бинарных сплавов на основе железа, титана и меди со всеми элементами Периодической системы, имеющими с ними диаграммы состояния, отдельно рассмотрены диаграммы состояния сплавов с ЭПФ. Рассчитаны энергоемкости тройных систем на основе титана с переходными элементами (рисунок 2). Эти данные могут быть непосредственно использованы для выбора наиболее рациональных путей легирования бинарных и тройных сплавов на основе этих элементов.

1U

Величина энергоемкости не является единственным критерием прочности металлов и сплавов, в случае сплавов с ЭПФ структурный фактор превалирует над прочностью межатомной связи и его величина учитывается с помощью коэффициента термомехани- Рисунок 2 - Энергоемкость

тройной системы Ti-Nb-Zr, ческой активности в уравнении циклической 0,239-10"3 кДж/моль

долговечности (1). Определение этого коэффициента на основе дислокационных моделей прочности вызывает значительные трудности из-за сложности определения энергии взаимообмена. Применительно к сплавам с ЭПФ структурный фактор можно количественно описать с позиций синергетического подхода и фрактального материаловедения (глава V), развиваемого B.C. Ивановой, A.C. Баланкиным, А.Г. Малыгиным. A.A. Оксогоевым, В.Г. Встовским и др.

В третьей главе описываются: материалы и образцы для проведения исследований, технологическое оборудование, испытательные машины, средства измерения и диагностики.

В настоящей работе использовался получивший наиболее широкое распространение сплав с ЭПФ на основе В2-соединений титана Ti - 50 ат. % Ni (нитинол), который помимо ЭПФ и псевдоупругости обладает также высокими характеристиками коррозионной стойкости и демпфирования колебаний, что обусловило его использование в различных областях техники. Поверхностное модифицирование этим сплавом проводилось с помощью, порошка ПН55Т45 (ТУ 14-1-3282-81, НПО "Тулачермет"). В качестве материала основы были выбраны среднеуглеродистые конструкционные стали 45 и 40Х. Для исследования влияния промежуточных (связующих) подслоев использовались порошки никеля (ПНК1-ВЛ7) и титана (ПТЭМ-1).

Поверхностное модифицирование проводилось на стандартных образцах круглого (0 5 и 10 мм, сталь 45) и прямоугольного (10x5 мм, сталь 40Х) поперечного сечения.

Исследовались следующие методы поверхностного модифицирования: аргонодуговая наплавка порошковой обмазки W-электродом, лазерная наплавка порошковой обмазки, горячее изостатическое прессование цилиндрических образцов с обечайкой, заполненной порошком.

Аргонодуговая наплавка проводилась на экспериментальном сварочном полуавтомате, изготовленном на базе испытательной машины УМЭ-10ТМ и оснащенной сварочной головкой АСГВ-4АР и выпрямителем ВСВУ-400. Наплавку вели по обмазке порошка с клеем БФ.

Лазерную наплавку проводили на установке «Квант-12» (АИГ, Л= 1,06 мкм) импульсного действия, обеспечивающей глубину проплавления до 0,3 мм при скорости 150 мм/мин и частотой импульсов в диапазоне 0,1-гЮ Гц.

Горячее изостатическое прессование осуществляли на модернизированной испытательной машине УМЭ-10ТМ с подключением к пуансонам машины понижающего трансформатора -220/60 В.

Вакуумный отжиг покрытых образцов проводили в камере модернизированной установки "Булат-ЗТ".

"Тренировку" наплавленного сплава проводили методом поверхностного-пластического деформирования (обкатка роликами и шариком) на специально разработанных для этой цели приспособлениях для станков 1А616 и 6Т80Ш. Обкатка осуществлялась при криогенной температуре для чего использовались специальные сосуды Дюара.

Многоцикловые усталостные испытания при изгибе с вращением проводились на машине МУИ-6000. Для проведения малоцикловых усталостных испытаний и износо-усталостных испытаний при симметричном изгибе использовалась опытная 4-х позиционная установка.

Металлографические исследования наплавленных покрытий проводились на оптических микроскопах МИМ-8 и NU-2E. Ренгенофазовый анализ - на ди-фрактометре HZG-4B в Си-Ка излучении. Микротвердость измерялась на приборе ПМТ-3. Массовый износ при испытаниях на фрикционно-механическую усталость измерялся на аналитических весах WA-33.

В четвертой главе приводятся pt'íyjir>ratr>i офабоиси (схиологпческих режимов аргонодуговой и лазерной наплавки сплава шпинол на поверхность сталей 45 и 4()Х; горячего июаашческого прессования сплава иптинол со сга-лыо 45; поверхностного пластическою деформирования ("феннропки") наплавленных покрьпин при охипжденин до icMiicpaiypw М,.

Fla основе метдов планирования гжепернмепi а получены математические модели технологических режимов аргонодуговой наплавки (юпщины. растворимости покрытия, ширины валиков) (рисунок 3). В ходе oipaöouot iex-нологии варьировали следующими параметрами: тлшина обмашт, сварочный ток, частота вращения детин, продольная подача (сгепсш. перекрытия валиков), выле] элекфода и comía над поверхностью детали, расход чащи moro ra sa, скорость XI чЛаждепия де тали.

Рисунок 3 - Схема ;>|ч онодуг опои гшилапкн (л) н техполо! ичсская ном'м рнммп (О) При чаплавке ниншола на сталь, вследствие малой растворимости пиана п железе, в зоне сварки обратился шпермстллпческие соединения типа 7"//•> и Ше2. В граничном слое также наблюдается обраювание хрупкою карбида т-тана 77С'. Эти соединения не обладают "уникальной" пласшчноо ыо шпинола п сильно охрупчивают чоиу соединения, с другой стороны большая разница и ко-эффициетах 1емирратурно1 о раенгиреиия шгана и стали приводит к появлению больших пиуфешшх напряжений, в роулмаю чею па !раиицс соединения образую 1ся мпкрофепшпы. В настящеи рабо1с проблема получения прочно! о и надежно! о соединения на фашще С1аль-И1премегаллпд решалась за счет нанесения на поверхность стали промежуточною слоя из чистого никеля.

Fl

IJH'fiyrií '(

охллж ¡ame

ОК'уК'ПЧн'

,'tvi и

имеющею неотраничснную растворимое ib с железом.

Микроструктура поверхностного слоя после наплавки имесг дедрнтное строение (рисунок 4) и сосюиг преимущественно и) В2-ф;ны (аустснига). Мик-роптердоегг. покрьиия пентачтпелыт ог-личлетем о г микрогпердосш основы.

Микроструктура сплава после лазерной лап.чпвкп не имеет дендритного строения (рисунок 5) и также состоит преимущественно и* аустенигной фазы. Микротвердость покрытия немного выше, чем после артонодуговой наплавки.

Терморепптрующтте свойства порошка H11S5T45 позволяют использовать экзотермический эффект ею струтстурообразовапия, гак называемый салюраспро-страитоицт-я кысокптелтературный синтез (СВС), совмесшо с процессом горячего тоста)пческого прессования (ГШ!). Микроструктура покрытий, полученных комбинированным методом СИС-ГИП (рисунок б), имеет дендритпое строение, по ориешпция дендриюв не имеет четко! о направления. Структура покрытия ттомнмо В2-фа ты также включает побочные фаты T¡Ni3 и оксида титана.

Рисунок 4 - Микроструктура слоя после арт онодуговой наплавки, хЗОО

Рисунок 5 - Лазерная наплавка. ^200

Рисунок 6-СВС-ГИП, х200

Одним из важнейших этапов выявления мартенситной неупругости сплавов с ЭПФ является тренировка мартенсита напряжений в области и эффекта памяти формы в области Тл<Му. Тренировку осуществляли методом поверхностного пластического деформирования (рисунок 7).

б)

.Усилие , Н\ »обкатки 1 - 3-х роликовое устройство для

обкатки, 2 - образец, 3 - патрон,

4 - суппорт, 5 - шпиндель, 6 - труба,

7 - теплоизоляция, 8 - индикатор,

9 - предохранительный клапан,

10 - шарик 08мм, 11 - слой сплава с ЭПФ, 12 - промежуточный слой 13 - материал основы, 14 - ролик

17 Жидкий азот

Рисунок 7 - Схемы приспособлений к станкам 1А616 (а) и 6Т80Ш (б) для поверхностного пластического деформирования при криогенных температурах и последовательность выполнения операций (в-д)

В результате тренировки происходит либо циклирование мартенсита напряжений (у4/<7^<Мл повышение механических свойств) либо циклирование термического мартенсита повышение функциональных свойств).

При создании разъемного соединения деталей машин для получения значительного уменьшения толщины слоя сплава с ЭПФ при обкатке, в нем с определенным шагом протачивают канавки глубиной И,-шириной Ь=(12-1;) и на расстоянии 12 друг от друга (рисунок 7,в-д). Канавки представляют собой емкости для сбора излишков сплава с ЭПФ при обкатке и обратной подачи сплава в зону

сопрягаемых деталей после термической обработки. Затем к центру выступа вращающегося вала подводят ролик и нагружают его усилием обкатки F. В результате у боковых поверхностей ролика образуются пластически деформированные зоны - "волны", а сам ролик погружается на глубину А в обкатываемый слой. После включения продольной подачи суппорта станка сгоняют одну волну в правую канавку, затем меняют направление продольной подачи на противоположное и сгоняют вторую волну в левую канавку. Эту операцию можно выполнить'за один или несколько возвратно-поступательных проходов роликов. Последовательно обкатывая кольца сплава с ЭПФ получают в итоге по всей посадочной поверхности требуемую величину посадочного диаметра вала..

В пятой главе приводятся результаты фрактального и мультифракталь-ного анализа поверхностно-модифицированных материалов с ЭПФ. Согласно классификации B.C. Ивановой сплавы с ЭПФ отвечают второму уровню нёрав-новесности структуры материалов, особенностью которых является наличие в их структуре термоупругого мартенсита, определяющего в качестве механизма деформации деформацию превращения. Процесс поверхностного модифицирования сплавом с ЭПФ с позиций синергетики рассматривался как самоорганизующийся1 на двух этапах: сначала самоорганизация диссипативных структур происходит при поверхностном легировании материала основы, а затем вступают в действие процессы аккомодации движения мартенситных структур при термосиловых проявлениях ЭПФ.

Исследование самоорганизованнкх структур проводили методами фрактального материаловедения: клеточным методом с обработкой диаграммы площадь-периметр и мультифрактальной параметризацией. Анализ полученных результатов показал, что границы зерен В2-фазы сплава нитиноп обладают фрак-тапьностью и имеют клеточную размерность самоподобия £>-1,264.

Для определения характеристик стабильности структуры сплава нитинол по глубине наплавленного слоя проводили мультифрактальную параметризацию по модернизированной методике ИМЕТ им. A.A. Байкова РАН. Модерни-

зация методики заключалась в изменении алгоритма В.Г. Встовского, использующегося при равноячеечном разбиении исследуемого геометрического множества, что позволило повысить точность определения мер ячеек. В результате анализа полученных зависимостей показателей однородности /ш, скрытой периодичности Лцю и адаптивности А ^ структуры по глубине (рисунок 8) устанавливали эффективную толщину слоя, в которой нитинол не претерпел структурной деградации при воздействии концентрированных потоков энергии при наплавке.

'

щ

1 2 Я||

а)

330 360 390 420 450 480 6, 330 360 390 420 450 480 6,

0,3

0,2

0,1

1 2 1

1 ' 1КИ

7

Г1 ^_____ 7

> к 7

V _! [_ гщ

0

330 360 390 420 450 480

420 450 480 б, мкм

... — ........330 360 390

б) мкм г)

Рисунок 8 - Мультифрактальные характеристики структуры наплавленного слоя

сплава нитинол по глубине: (а) - скрытая периодичность Ло, (б) - однородность /'т>

(в) - размерность самоподобия И0, (г) - порог устойчивости 1 - сплав ИМ, 2 -

зона термического влияния, 3 - граничный слой, 4 - материал основы (сталь 45)

В ходе сопоставления данных мультифрактального анализа со свойствами механической усталости сплава нитинол установлено, что величина адаптивности (Л „=0,16) микроструктуры в выбранном масштабном уровне четко

коррелирует с величиной коэффициента термомеханической активности (сг=0,158) и может быть использована в качестве структурного фактора термодинамической модели циклической долговечности поверхностно-модифицированных материалов.

В шестой главе представлены результаты следующих испытаний: многоцикловой механической усталости при изгибе с вращением; малоцикловой механической и фрикционно-механической усталости при симметричном изгибе в условиях граничного трения. Все испытания проводились на воздухе.

Кривые усталости при испытаниях на многоцикловую усталость приведены на рисунке 9,а. Толщина покрытия составляла 1,0±0,05 мм, перед испытаниями образцы подвергались термомеханической тренировке при усилии обкатки 600 Н. Кривые усталости при испытаниях на малоцикловую механическую и фрикционно-механическую усталость представлены на рисунке 9,6. Материал контртела - сталь Р6М5. Толщина покрытия составляла 0,5+0,05 мм, образцы подвергались термомеханической тренировке при усилии обкатки 200 Н.

Рисунок 9 - Результаты усталостных испытаний

Сравнение износостойкости сталей в исходном состоянии и после их поверхностного модифицирования проводили по величине массового износа (рисунок 10).

Рисунок 10 - Линии равного уровня износостойкости (х10~3 м/мг) стали 40Х без покрытия (а) и после поверхностного модифицирования сплавом нитинол (б) в зависимости от контактной нагрузки (Р) и амплитуды деформаций (еа)

Повышение износостойкости объясняется псевдоупругостью деформирования поверхностного слоя с ЭПФ в зоне трения. Во-первых, в области контакта микронеровностей поверхности трения происходит значительное, увеличение действительной площади контакта, что приводит к понижению концентрации напряжений, а, следовательно, вероятности зарождения трещин. Во-вторых, при относительном движении поверхностей трения, вследствие обратимости "пластической" деформации материала с памятью, общая величина ос- < таточной деформации материала значительно мет ше, чем для традиционных материалов. Поэтому для достижения критической величины деформации разрушения (-25 %) требуется гораздо большее напряжение либо длительность испытаний, чем для обычных материалов.

В седьмой главе отражены следующие моменты: проектирование и расчет разъемных соединений деталей машин, получаемых путем поверхностного модифицирования их сопрягаемых участков сплавом с ЭПФ; разработка технологического цикла получения составных коленчатых валов, соединение отдельных частей которого осуществляется за счет свойств памяти формы.

Термомеханический цикл технологии получения разъемных цилиндрических соединений деталей путем поверхностного модифицирования сплавом с ЭПФ включает в себя проведение следующих этапов (рисунок И): нанесение покрытия из сплава на сопрягаемую поверхность детали; механическую обработку полученного слоя до требуемых размеров; термическую обработку; охлаждение ниже М„; тренировку слоя; сборку соединяемых деталей; нагрев до температуры А/ конца обратного мартенситного превращения.

Рисунок 11 - Термомеханический цикл получения разъемных соединений

На основе схем расположения допусков, предусмотренных стандартами ЕСДП (ГОСТ 25346-89, 25347-82, 25348-82), предложена методика расчета эффективной толщины слоя <д>, обеспечивающей надежное соединение для стандартных посадок с натягом, как в системе отверстия, так и в системе вала. Определены удельные давления на поверхности контакта, предельные моменты при кручении и изгибе с кручением соединений, поверхностно-модифицированных сплавом нитинол.

о, Р

V Тренировка

Обозначения:

-зазор

Перспективным направлением применения предлагаемой технологии получения разъемных соединений деталей машин является технология получения составных коленчатых валов. На рисунке 12 изображен составной коленчатый вал в разрезе. Его сборка-разборка производится по термомеханическому циклу, представленному на рисунке 11.

Обозначения:

1 - подшипники качения,

2 - корпус двигателя,

3 - шатунная шейка,

4 - щека кривошипа,

5 - нижняя головка шатуна,

6 - внутренние сквозные

отверстия шеек,

7 - коренная шейка,

8 - противовес, 9 - посадочное место щеки,

10 - посадочное место подшипника, 11 - поверхностный слой с памятью формы

Рисунок 12 - Составной коленчатый вал в разрезе

Соединение шеек и щек кривошипов вала за счет функциональных свойств покрытия с ЭПФ позволяет установить на шатунные и коренные шейки подшипники качения вместо подшипников скольжения, повысив тем самым индикаторную мощность поршневой машины; увеличить толщину щек (самых слабых мест коленчатого вала), повысив тем самым их прочность; уменьшить прогибы вала и, следовательно, амплитуды их поперечных колебаний, за счет практически полного отсутствия износа подшипников качения, что позволит упрочнить вал, как в отношении напряжений изгиба, так и в отношении усталостных явлений от поперечных колебаний; уменьшить время на ремонт/замену подшипников; снизить требования к смазке подшипников, устранив необходимость в отверстиях для смазки; делать нижнюю головку шатуна цельной, что снизит ее материалоемкость и динамическую нагруженность от центробежных сил инерции.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика прогнозирования прочности и циклической долговечности трехкомпонентных систем на основе титана, позволяющая оптимизировать состав компонентов для поверхностного легирования.

2. Разработана технология повышения долговечности стальных деталей, включающая аргонодуговую наплавку сплава с ЭПФ и последующую тренировку покрытия путем поверхностного пластического деформирования (обкатки) при их охлаждении до температуры М,.

3. Установлено наличие фрактальных свойств у материалов поверхностно-модифицированных сплавом с ЭПФ. В случае сплава нитинол клеточная размерность самоподобия его микроструктуры составила Б -1,264. С помощью мультифрактальной параметризации определена величина эффективной толщины слоя, в которой нитинол не претерпевает структурной деградации при воздействии КПЭ при наплавке.

4. Экспериментально подтверждено, что при многоцикловой усталости после поверхностного модифицирования сплавом нитинол предел выносливости <7-1 возрастает в 1,67 раза (сталь 45); при малоцикловой усталости циклическая долговечность УУ возрастает в 8 раз (сталь 40Х, ¿а=0,4 %) и в условиях фрикционно-механической усталости (сталь 40Х, еа=0,35 %, Р=200 Н) долговечность возрастает 3,7 раза. Износостойкость стали 40Х в условиях совместного действия механической усталости и реверсивного трения повышается на 30-5-90 %.

5. Разработан способ соединения деталей, имеющих цилиндрическую поверхность сопряжения (положительное решение по заявке на патент РФ № 2001135004), а также конструкция и способ получения составных коленчатых валов с помощью поверхностного модифицирования сплавом с ЭПФ (патент РФ № 2199037).

6. Впервые предложена методика расчета посадок с натягом гладких цилинд-

рических соединений деталей машин, поверхностно-модифицированных сплавом с ЭПФ, позволяющая определять оптимальные размеры толщины покрытий, обеспечивающие необходимые посадки с натягом, удовлетворяющие требованиям ЕСДП.

7. Разработана комбинированная технология получения исполнительных элементов систем промышленных роботов в виде стальных стержней с промежуточным слоем сплава с ЭПФ, включающая самораспространяющийся высокотемпературный синтез и горячее изостатическое прессование порошка сплава нитинол, помещенного в оправку между стальными стержнями. Технология внедрена на ЗАО "Техническая керамика" (г. Краснодар).

Публикации

1. Бледнова Ж.М., Будревич Д.Г., Махутов H.A., Чаевский М.И. Функционально-механические возможности поверхностного модифицирования деталей материалами с памятью формы для получения разъемных соединений // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2002. - № 5. - С. 74-80.

2. Бледнова Ж.М., Будревич Д.Г. Об общей методике выбора компонентов для поверхностного легирования Н Термическая обработка стали (Теория, технология и техника эксперимента) Межвузовский сборник научных статей - Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 1998. - С. 110-119.

3. Blednova J. M., Chaevsky M. I., Budrevich D. G. The functional and mechanical possibilities of surface alloying by shape memory materials / Proc. Int. Conf. on Martensitic Transformations (ICOMAT-02). Helsinki 10-14 June 2002. // J. de Physique IV. - 2003. - № 9. - 4p.

4. Чаевский М.И., Бледнова Ж.М., Шауро A.H., Будревич Д.Г. Возможности применения эффекта запоминания формы для создания разъемных соединений деталей машин // Сб. тр. 5-го Собрания металловедов России. - Краснодар: Кубан. гос. технол. ун-т, 2001. - С. 83-85.

5. Бледнова Ж.М., Будревич Д.Г. Расчетно-эксперименталъная оценка прочности и циклической долговечности бинарных систем на основе меди II Наука Кубани. Серия "Проблемы физико-математического моделирования.

Естественные и технические науки". - 2002. - № 1. - С. 67-72.

6. Будревич Д.Г., Бледнова Ж.М. Моделирование энергоемкости бинарных и тройных систем // Сб. тезисов научных работ студентов, отмеченных наградами на внешних и внутренних конкурсах. - Краснодар: Изд-во КубГТУ. -Вып. 3,2001.-С. 49-51.

7. Бледнова Ж. М., Будревич Д. Г. О перспективах применения материалов с памятью формы в узлах трения И Трибофатика: Труды 4-го Международного симпозиума по трибофатике (ШТТ 4), 23-27 сентября 2002 г., Терно-поль (Украина) / Отв. Ред. В.Т. Трощенко. - Тернополь: Тернопольский гос. технический ун-т им. Ивана Пулюя, 2002. - Т.2. - С. 681-686.

8. Бледнова Ж. М., Будревич Д. Г. Мулыпифрактальная параметризация микроструктуры наплавки нитинола на сталь И Байкальские чтения - II по моделированию процессов в синергетических системах. Тр. Межд. конф. (Улан-Удэ, 18-23 июля 2002 г.). - Томск: Изд-во ТГУ, 2002. - С. 307-309.

9. Бледнова Ж. М., Будревич Д. Г. Оценка структурного состояния металла наплавленного нитинола методом мультифрактальной параметризации II Методы и технические средства оперативной оценки структурно-механич. состояния металла элементов конструкций и машин: Сб. докл. Всерос. на-уч.-техн. конф., МЭИ (ТУ), Москва, 26-28 ноября 2002 г. - С. 124-127.

10. Будревич Д.Г., Бледнова Ж.М. Оценка прочности сплавов системы И-МII Новые материалы и технологии на рубеже веков. Сб. материалов Международной научно-технической конференции. Ч. II. - Пенза, 2000. - С. 13-17.

11. Чаевский М.И, Бледнова Ж.М. Бледнов Ю.Г., Будревич Д.Г. Установка для восстановления, упрочнения и исследования механических свойств стальных деталей II Инженерно-техническое обеспечение и машинно-технол. станции в условиях реформирования АПК: Тез. докл. Межд. науч.-практ. конф. (в 2 т., т. 1). - Орел: Изд-во ОрелГАУ, 2000. - С. 130-133.

12. БудревичД.Г., Бледнова Ж.М. Оценка прочности и долговечности сплавов на основе меди // Электромеханические преобразователи энергии: Матер, первой межвуз. науч.-метод. конф. - Краснодар: КВАИ, 2002. - С. 116-119.

13. Бледнова Ж.М., Чаевский М.И., Будревич Д.Г. Технология получения комби-

24 Р 1 г / 2 9 '

нированных стержней с памятью формы // Моделирование, оптимизация и интенсификация производственных процессов и систем: Материалы Межд. научно-технической конференции. - Вологда: ВоГТУ, 200]. - С. 81-83.

14. Будревич Д.Г., Бледнова Ж.М. Оценка необходимой толщины поверхностного слоя, модифицированного материалами с памятью формы, для обеспечения заданных функционально-механических свойств//Прогр. технол. в трансп. с-мах: Сб. докл. V Рос. науч.-техн. конф. Часть. I. - Оренбург. ИГЖ ОГУ, 2002. - С. 180-187.

15. Blednova Jh.M., Budrevich D.G. Evaluation of Adaptability and Structural Stability of Fused Nitinol by Means ofMultifractal Parameterization Method II Contemporary Research in Theoretical and Applied Mechanics, 14th U.S. National Congress on Theoretical andApplied Mechanics Proceedings, Session "Constitutive Modeling of Shape Memoiy Alloys" Ed. D.C. Lagoudas and V. Levitas, Blackburg, June 23-28 2002. - Blackburg, VA, 2002. - p. 421.

16. Бледнова Ж.М., Будревич Д.Г., Махутов H.A., Чаевский М.И. Структурно-механические свойства материалов, поверхностно-модифицированных сплавами с эффектом памяти формы // Заводская лаборатория. — 2003. -№9.-С. 61-64.

Патенты и заявки

1. Патент на изобретение РФ №2199037, F 16СЗ/12. Составной коленчатый вал и способ соединения щек кривошипов с коренными и шатунными шейками / М.И. Чаевский, Ж.М. Бледнова, АЛ Шауро, Д.Г. Будревич. Приор, от 18.06.2001. - 10 с.

2. Положительное решениепозаявкенапатентРФ№2001135004,р 16В4/00.Способ соединения деталей, имеющих цилиндрическую поверхность сопряжения / Д.Г. Будревич, Ж.М. Бледнова, М.И. Чаевский. Приор, от 19.12.2001. - 6 с.

Подписано в печать Z/^jjQW'^ 2. Зак. Xs -fjO 5" Тираж -€OQ

Лиц. ПДNs10-47020 от 11.09.2000 Типография КубГТУ. 350058, Краснодар, ул. Старокубанская, 88/4

Актуальность проблемы. Уже стало трюизмом, что интенсивное использование композиционных материалов требует широкого внедрения принципиально новых технологий - электронно-лучевых, плазменных, импульсных, лазерных. Только благодаря активному взаимному проникновению технологических разработок и междисциплинарного подхода к научным исследованиям, а также взгляду на технологию как на науку, обладающую собственной аксиоматикой, задачами и аппаратом для их решения, стало возможным разработать в последние несколько лет композиционные материалы нового класса, так называемые интеллектуальные материалы, в число которых наряду с пьезоэлектрическими и магнитострикционными материалами, а также реологическими жидкостями входят сплавы с эффектом памяти формы (ЭПФ). Эти материалы обладают рядом нетривиальных свойств: памяти, восстановления, адаптивности, активации, преобразования энергии и имеют также высокие эксплуатационные свойства, работая в условиях механической усталости, износа и эрозии. Однако использование их в качестве конструкционных материалов хотя и открывает широкие возможности, но является дорогостоящим. До настоящего времени их применение ограничивается в основном отдельными нишами рынка из-за высокой стоимости и сложной технологии получения полуфабрикатов и деталей. Для компенсации этих недостатков необходимо создание новых экономичных технологий обработки поверхности и нанесения покрытий из этих сплавов на детали машин. Кроме того, синергетический эффект при использовании покрытий дает возможность объединять свойства двух и более материалов (материала основы и покрытия из сплавов с ЭПФ) с получением композитов, обладающих характеристиками, которые не могут быть получены при использовании одного материала.

В настоящее время в области машиностроения сплавы с ЭПФ используются в основном для обеспечения различного рода функциональных свойств в конструкциях соединительных и установочных деталей, исполнительных элементов и роботов, тепловых двигателей и других конструкциях. Одним из перспективных направлений использования сплавов с ЭПФ является создание на их основе разъемных соединений деталей машин, в которых эффект памяти формы используется для получения гарантированной посадки с натягом между соединяемыми деталями. Известные в промышленности способы использования подобных сплавов в основном ограничиваются их применением в качестве охватывающих деталей (муфт, гильз, хомутов) в трубопроводных системах.

Материалы, поверхностно-модифицированные сплавами с ЭПФ, могут быть использованы для создания разъемных соединений деталей машин, в которых на сопрягаемом участке поверхности детали получают слой сплава с ЭПФ, термомеханические свойства которого обеспечивают посадку с натягом при сборке соединения и свободную посадку при его разборке. Подобная технология может быть использована не только для получения разъемного соединения труб, но и для создания широкого класса разъемных соединений деталей, имеющих цилиндрическую поверхность сопряжения, типа "вал-втулка".

Связь работы с научно-техническими программами. Работа выполнена в соответствии с координационным планом НИР на 1996-2000 гг. отделения Механики процессов управления по проблемам прочности и пластичности РАН по теме "Развитие механики разрушения, обоснование критериев разрушения для различных классов нагружения", а также по НИР "Повышение долговечности деталей машин' с помощью создания поверхностных самоорганизованных структур с памятью формы" по подпрограмме Министерства образования Российской Федерации "Производственные технологии" (код проекта 201.01.01.115)2001-2002 гг.

Цель работы - повышение долговечности деталей поверхностным модифицированием материалами с памятью формы. Задачи исследования:

- разработать методику прогнозирования прочности и циклической долговечности трехкомпонентных систем;

- установить функционально-механические возможности поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ;

- разработать технологию поверхностного модифицирования стали сплавом с ЭПФ, включающую аргонодуговую наплавку сплава нитинол и последующую термомеханическую обработку (тренировку) наплавленного слоя методом поверхностного пластического деформирования при криогенной температуре;

- провести экспериментальные исследования долговечности сталей, поверхностно-модифицированных сплавом с ЭПФ (нитинолом).

Объектом исследования являются металлические материалы (стали), поверхностно-модифицированные сплавами с ЭПФ. Предмет исследования составляют характеристики прочности и долговечности сталей после поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ.

Методология и методы проведенного исследования. Методы исследования, использованные в данной работе, базируются на основных положениях металловедения мартенситных превращений, механики разрушения, неравновесной термодинамики, фрактального материаловедения, технологии машиностроения, математических методов планирования экспериментов. Научная новизна.

- Разработана методика выбора компонентов для поверхностного легирования бинарных и тройных систем на основе титана с целью повышения прочности и циклической долговечности.

- Разработана технология аргонодуговой наплавки сплавов с ЭПФ на основе титана, типа нитинол, на поверхность стали 45 и 40Х, обеспечивающая прочность и надежность получаемой композиции за счет формирования промежуточных подслоев из чистого никеля на границе сталь - нитинол.

- Разработан способ соединения деталей, имеющих цилиндрическую поверхность сопряжения, включающий нанесение сплава с ЭПФ на сопрягаемые поверхности деталей, протачивание канавок в нанесенном слое, пластическое деформирование образовавшихся выступов до размеров, соответствующих диаметру сопряжения второй детали и соединение деталей с последующей термической обработкой.

- Определены оптимальные размеры толщины покрытия из сплава с ЭПФ, обеспечивающие необходимые посадки с натягом гладких цилиндрических соединений, рекомендуемых ЕСДП.

- Разработана конструкция составного коленчатого вала на основе соединения его деталей с помощью покрытия из сплава с ЭПФ, которая позволяет повысить его долговечность, снизить работу сил трения поршневой машины за счет замены трения скольжения на коренных и шатунных шейках вала на трение качения.

- Разработана модернизированная методика мультифрактальной параметризации микроструктуры материалов с использованием ЭВМ, заключающаяся в изменении алгоритма разбиения геометрического множества носителя меры (микроструктуры) на ячейки, что позволило повысить точность определения мер ячеек при проведении мультифрактальной параметризации. Практическая значимость полученных результатов.

- Определены оптимальные режимы технологии аргонодуговой наплавки, позволяющие получать покрытие из сплава с ЭПФ (нитинол) на поверхности стали 45 и 40Х.

- Разработан метод пластического деформирования слоя сплава с ЭПФ, позволивший использовать эффект памяти формы для получения разъемных соединений деталей машин.

- Разработана технология получения комбинированных стальных стержней с промежуточным слоем сплава нитинол комбинированным методом горячего изостатического прессования и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Технология внедрена на ЗАО "Техническая керамика" г. Краснодар.

- Разработана технология, по лучения разъемных соединений деталей машин, поверхностно-модифицированных сплавами с ЭПФ, на примере соединения "вал-втулка".

Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы докладывались на: Международной молодежной научной конференции "XXV Гагаринские чтения", 6-10 апреля 1999, Москва, МАТИ (ТУ); Международной научно-практической конференции "Инженерно-техническое обеспечение и машинно-технологические станции в условиях реформирования АПК", 4-6 апреля 2000, Орел, ОрелГАУ; Международной научно-практической конференции "Новые материалы и технологии на рубеже веков", 14-16 июня 2000, Пенза, ПГТУ; 5-ом Собрании металловедов России, 10-13 сентября 2001, Краснодар, КубГТУ; 2-ом Международном междисциплинарном симпозиуме "Фракталы и прикладная синергетика", 26-30 ноября 2001, Москва, ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН; Межвузовской научно-методической конференции "Электромеханические преобразователи энергии", 20-21 марта 2002, Краснодар, КВАИ; Всероссийской научно-технической конференции "Методы и технические средства оперативной оценки структурно-механического состояния металла элементов конструкций и машин", 26-28 ноября 2002 г, Москва, МЭИ (ТУ).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 6 статей в отечественных изданиях и 1 в зарубежном издании. Общее количество страниц 60. Получено 1 положительное решение по заявке на патент РФ (10 е.), подано 2 заявки на патенты РФ (14 е.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 7 глав, приложения и перечня основных результатов и выводов. Она содержит 167 страниц, 98 рисунков, 15 таблиц и список литературы из 195 наименований. Оригинальные результаты автора отражены в выводах к каждой главе. На защиту выносятся.

- Методика выбора компонентов бинарных и тройных систем на основе титана для поверхностного легирования с целью повышения циклической долговечности.

- Технология поверхностного модифицирования сталей сплавом с ЭПФ на основе титана (нитинол), включающая аргонодуговую наплавку и поверхностное пластическое деформирование обкаткой, повышающая их долговечность и расширяющая их функциональные возможности.

Экспериментальное подтверждение повышения циклической долговечности сталей, поверхностно-модифицированных сплавов нитинол, при испытаниях на механическую и фрикционно-механическую усталость. Модернизированная методика мультифрактальной параметризации микроструктуры материалов с использованием ЭВМ, заключающаяся в изменении алгоритма разбиения носителя меры с целью повысить точность расчетов мультфрактальных характеристик.

Способ получения разъемных соединений деталей, имеющих цилиндрическую поверхность сопряжения, с помощью поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ.

Расчет допусков и посадок разъемных соединений деталей машин, использующих поверхностное модифицирование сплавами с ЭПФ.

Обозначения и сокращения

ИМ.интеллектуальные материалы;

ЭПФ.эффект памяти формы;

МП.мартенситное превращение;

Ms.температура начала прямого мартенситного превращения;

Mf.температура конца прямого мартенситного превращения;

Md.температура образования мартенсита напряжения;

As.температура начала обратного мартенситного превращения;

Af.температура конца обратного мартенситного превращения;

РФП.ромбоэдрическое фазовое превращение;

РУТ.рост усталостных трещин;

КМУ.контактно-механическая усталость;

ООП.объектно-ориентированное программирование;

БД.база данных;

ПММ.поверхностно-модифицированный материал;

ПМСЭПФ.поверхностное модифицирование сплавами с эффектом памяти формы;

КПЗ.концентрированные потоки энергии;

ГИП.горячее изостатическое прессование;

СВС.самораспространяющийся высокотемпературный синтез;

ППД.поверхностное пластическое деформирование;

ФМУ.фрикционно-механическая усталость;

ГЦС.гладкое цилиндрическое соединение;

ЕСДП.Единая система допусков и посадок.

Содержание

Введение.

I. Анализ возможностей использования поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ для повышения долговечности деталей машин.

1.1. Роль сплавов с ЭПФ в современном машиностроении.

1.1.1. Сплавы с ЭПФ как интеллектуальные материалы.

1.1.2. Термомеханические характеристики сплавов с ЭПФ.

1.2. Анализ механических свойств сплавов с ЭПФ.

1.2.1. Диаграммы деформирования.

1.2.2. Механическая усталость.

1.2.3. Вязкость разрушения и рост усталостных трещин.

1.2.4. Износостойкость.

1.2.5. Эрозионная стойкость.

1.3. Анализ существующих технологий поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ.

II. Оценка прочности и долговечности поверхностномодифицированных материалов.

II. 1. Методы расчета функционально-механического поведения материалов, испытывающих термоупругие мартенситные превращения.

11.2. Термодинамический критерий оценки прочности и долговечности поверхностно-модифицированных материалов.

11.3. Моделирование энергоемкости бинарных и тройных систем.

11.3.1. Основные моменты реализации алгоритма модели.

11.3.2. Энергоемкость и теоретическая прочность чистых металлов.

И.3.3. Обобщенные диаграммы энергоемкостей бинарных систем.

11.3.4. Энергоемкость и теоретическая прочность сплавов с ЭПФ.

11.3.5. Энергоемкости тройных систем на основе титана.

III. Методика и средства проведения исследований.

III. 1. Материалы и образцы для проведения исследований.

111.2. Оборудование для поверхностного модифицирования.

111.2.1. Аргонодуговая наплавка.

111.2.2. Лазерная наплавка.

111.2.3. Горячее изостатическое прессование.

111.2.4. Поверхностное пластическое деформирование.

111.3. Методика исследования эксплуатационных свойств поверхностно-модифицированных материалов.

111.3.1. Испытания на малоцикловую и многоцикловую механическую усталость.

111.3.2. Испытания на фрикционно-механическую усталость.

IV. Отработка технологических режимов поверхностного модифицирования сплавом с ЭПФ типа нитинол.

IV. 1. Разработка технологии аргонодуговой наплавки сплава нитинол.

IV.2. Технологические особенности лазерной наплавки.

IV.3. Комбинированный метод горячего изостатического прессования и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

IV.4. Технологические особенности тренировки сплава с ЭПФ методами поверхностного пластического деформирования.

V. Количественная параметризация микроструктуры материалов, поверхностно-модифицированных сплавами с

V.I. Самоорганизующиеся процессы при поверхностном модифицировании сплавами с ЭПФ.

V.2. Применение методов фрактального материаловедения к исследованию структурного состояния материалов после

ПМСЭПФ.

V.2.1. Метод обработки P-S диаграмм.

V.2.2. Мультифрактальная параметризация.

VI. Испытания на механическую и фрикционно-механическую усталость материалов, поверхностно-модифицированных сплавами с ЭПФ.

VI. 1. Влияние ПМСЭПФ на механическую усталость.

VI. 1.1. Многоцикловое нагружение.

VI. 1.2. Малоцикловое нагружение.

VI.2. Влияние ПМСЭПФ на фрикционно-механическую усталость.

VI.2.1. Результаты испытаний на ФМУ.

VI.2.2. Определение износостойкости по величине массового износа.

VII. применение технологии поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ для расширения функциональномеханических возможностей деталей машин.

VII. 1. Проектирование и расчет разъемных соединений деталей машин, поверхностно-модифицированных сплавами с ЭПФ.

VIL1.1. Термомеханический цикл получения разъемных соединений.

VII. 1.2. Допуски и посадки ГЦС, поверхностно-модифицированных сплавами с ЭПФ.

VII.1.3. Расчет функционально-механических характеристик.

VII.2. Разработка технологии ПМСЭПФ для создания составного коленчатого вала.

В настоящее время создан новый класс металлических материалов с ранее неизвестными физико-механическими функциональными свойствами. Эти материалы способны при изменении температуры возвращать значительные неупругие деформации, проявлять резиноподобную упругость, осуществлять преобразование тепла в механическую работу, подвергаться тренировке и т. д. Совокупность подобных явлений обычно объединяют одним термином - эффект памяти формы (ЭПФ). Свойства сплавов с ЭПФ исследованы довольно подробно и находят обширное применение в инженерной практике, индустрии биоматериалов, химических датчиков, строительства, электроники, технологии обработки металлов, хранения и переработки информации, оптики и т. д.

Сплавы с ЭПФ обладают не только уникальными функциональными свойствами, но и имеют также высокие эксплуатационные характеристики работы в условиях механической усталости, износа, эрозии, демпфирования колебаний. Такое деформационное поведение демонстрирует перспективность применения этих сплавов для повышения работоспособности (надежности, долговечности и т. п.) силовых систем, а в сочетании с уникальными функциональными свойствами делает их конкурентоспособность просто недостижимой.

Непосредственное использование сплавов с ЭПФ в качестве конструкционных материалов хотя и открывает широкие возможности, но является дорогостоящим. До настоящего времени их применение ограничивается в основном отдельными нишами рынка из-за высокой стоимости и сложной технологии получения полуфабрикатов и деталей. Для компенсации этих недостатков необходимо создание новых экономичных технологий обработки поверхности и нанесения покрытий из этих сплавов на детали машин.

Разработка технологий поверхностного модифицирования на основе сплавов с ЭПФ позволяет не только повысить механические свойства конструкционных материалов, но обеспечить их новым комплексом функциональных свойств. Такие материалы могут быть использованы для создания разъемных соединений деталей машин, в которых на сопрягаемом участке поверхности детали получают слой сплава с ЭПФ, термомеханические свойства которого обеспечивают посадку с натягом при сборке соединения и свободную посадку при его разборке. Подобная технология может быть использована не только для получения разъемного соединения труб, но и для создания широкого класса разъемных соединений деталей, имеющих цилиндрическую поверхность сопряжения, типа "вал-втулка".

Существующие на сегодняшний день технологии поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ относятся к микро- и нано-технологиям, использующимся для нужд микроэлектромеханических систем, в которых толщина покрытия не превышает нескольких микрон, обеспечивая достаточный уровень функциональных свойств в необходимом масштабном уровне. К таким технологиям относятся в основном методы ионно-плазменной обработки. Для нужд машиностроения наибольший интерес представляют массивные покрытия, которые могут применяться в условиях сложного напряженного состояния, сильного износа, ударных воздействий и т.п. Покрытия должны выдерживать эти воздействия и, кроме того, должны иметь диффузионную связь с материалом основы. Технологиями получения массивных покрытий, приводящими к образованию диффузионного взаимодействия на границе покрытия с подложкой, являются методы наплавки, горячего изостатического прессования и диффузионного соединения. Эти методы достаточно хорошо изучены, разработаны их различные варианты, они широко внедрены в промышленность, однако проведенный анализ показал отсутствие сведений об использовании этих методов для поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ с целью повышения функционально-механических возможностей деталей машин.

Содержание диссертационной работы построено следующим образом:

- в первой главе рассматривается: роль сплавов с эффектом памяти формы в современном машиностроении и анализ их механических свойств; анализ возможностей использования сплавов с ЭПФ для поверхностного модифицирования; анализ существующих технологий получения поверхностно-модифицированных материалов, в том числе с эффектом памяти формы, во второй главе в результате моделирования разработана общая методика выбора компонентов металлических систем, образующихся на поверхности упрочненных и легированных материалов. На основе существующих подходов к оценке прочности и долговечности, основанной на аналогии между деформированием, разрушением и плавлением, предложена энергетическая модель оценки циклической долговечности поверхностно-упрочненных и легированных материалов;

- в третьей главе описываются: материалы и образцы для проведения исследований, технологическое оборудование, испытательные машины, средства измерения и диагностики.

- во четвертой главе приводятся результаты отработки технологических режимов аргонодуговой и лазерной наплавки сплава с ЭПФ типа нитинол на поверхность сталей 45 и 40Х; горячего изостатического прессования сплава нитинол со сталью 45; поверхностного пластического деформирования ("тренировке") наплавленных покрытий при криогенных температурах.

- в пятой главе на основе синергетического подхода дается классификация сплавов с ЭПФ как самоорганизующихся на двух этапах, на первом этапе - при структурообразовании за счет воздействия концентрированных потоков энергии, и на втором - при выявлении свойств мартенситной неупругости при проявлении свойств псевдоупругости и памяти формы; приводятся результаты фрактального и мультифрактального анализа микроструктуры наплавленных покрытий из сплава нитинол.

- в шестой главе представлены результаты следующих испытаний: многоцикловой механической усталости при изгибе с вращением; малоцикловой механической и фрикционно-механической усталости при симметричном изгибе в условиях граничного трения.

- в седьмой главе отражены следующие моменты: проектирование и расчет разъемных соединений деталей машин с использованием поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ; разработка технологии поверхностного модифицирования для создания составного коленчатого вала.

I. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ПОВЕРХНОСТНОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ СПЛАВАМИ С ЭПФ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Основные результаты и выводы

1. Разработана методика выбора компонентов для поверхностного легирования бинарных и тройных систем на основе титана с целью повышения прочности и циклической долговечности.

2. Разработана технология аргонодуговой наплавки сплава с ЭПФ (нитинола) на поверхность сталей 45 и 40Х с нанесением промежуточного подслоя из чистого металла (никеля), позволившая получить прочное и надежное покрытие требуемой толщины. При отработке технологии сконструированы и изготовлены специальные приспособления: для обмазки, охлаждения и поперечной подачи образцов.

3. Разработан способ тренировки покрытия с ЭПФ для получения требуемых функционально-механических свойств. В основе способа лежит метод поверхностного пластического деформирования обкаткой роликами или шариками. При создании разъемных соединений деталей с целью получения значительного уменьшения толщины покрытия при обкатке, в нем с определенным шагом протачивают канавки определенной глубины, ширины и на определенном расстоянии друг от друга.

4. Разработан способ соединения деталей, имеющих цилиндрическую поверхность сопряжения, включающий нанесение сплава с ЭПФ на сопрягаемые поверхности деталей, протачивание канавок в нанесенном слое, пластическое деформирование образовавшихся выступов до размеров, соответствующих диаметру сопряжения второй детали и соединение деталей с последующей термической обработкой.

5. Разработана технология получения комбинированных стальных стержней с промежуточным слоем сплава с памятью формы диаметром от 3 до 20 мм и длиной от 20 до 200 мм. Изготовление стержней производится комбинированным методом, включающим самораспространяющийся высокотемпературный синтез и горячее изостатическое прессование порошка

ПН55Т45, помещенного в оправку между стальными стержнями. Технология внедрена на ЗАО "Техническая керамика" (г. Краснодар).

6. Определены оптимальные размеры толщины покрытия из сплава с ЭПФ, обеспечивающие необходимые посадки с натягом гладких цилиндрических соединений, рекомендуемых ЕСДП.

7. Разработана конструкция составного коленчатого вала на основе соединения его деталей с помощью сплавов с ЭПФ, которая позволяет повысить его долговечность, снизить работу сил трения поршневой машины за счет замены трения скольжения на коренных и шатунных шейках вала на трение качения.

8. Разработана модернизированная методика мультифрактальной параметризации микроструктуры материалов с использованием ЭВМ, заключающаяся в изменении алгоритма разбиения геометрического множества носителя меры (микроструктуры) на ячейки, что позволило повысить точность определения мер ячеек при проведении мультифрактальной параметризации.

9. Экспериментально подтверждено повышение циклической долговечности в малоцикловой и многоцикловой области и износостойкости исследуемых сталей после поверхностного-модифицирования сплавом с ЭПФ (нитино-лом).

1. Burman A., Moster Е., Abrahamson P. On the influence of functional materials on engineering design // Research in Engineering Design. — 2000. No. 12. — pp. 37-47.

2. Wei Z.G., Sandstrom R., Miyazaki S. Review. Shape memory materials and hybrid composites for smart systems. Part I. Shape memory materials. Part II. Shape memory hybrid composites // Journal of Materials Science. — 1998. — Vol. 33.-pp. 3743-3783.

3. TzouH.-S. Multifield transducers, devices, mechatronic systems, and struc-tronic systems with smart materials II The Shock and Vibration Digest. — 1998.- Vol. 30, No. 4. pp. 282-294.

4. Формостабилъные и интеллектуальные конструкции из композиционных материалов / Г.А. Молодцов, В.Е. Биткин, В.Ф. Симонов, Ф.Ф. Урмансов.- М.: Машиностроение, 2000. 352 е.: ил.

5. CulshawB. Smart structures and materials. Boston: Artech House, 1996. -207p.

6. Харрисон Дж.Д., Ходгсон Д.Е. Использование сплавов системы Ti-Ni в механических и электрических соединениях // Эффект памяти формы в сплавах / Под ред. В.А. Займовского. М.: Металлургия, 1979. - С. 429-434.

7. Вольченко Д.А. Сплавы с памятью формы II Автомобильная промышленность. 1991. - №8. - С. 30-31.

8. Peel C.J. Advances in materials for aerospace II The Aeronautical Journal. -1996. Vol. 100. - pp. 487-503.

9. Noor A.K. et al. Frontiers of the material world II Aerospace America. 1998. -Vol.36, No. 4.-pp. 24-31.

10. NoorA.K. et al. Structures technology for future aerospace systems II Computers and Structures. 2000. - Vol. 74. - pp. 507-519.

11. Mantovani D. Shape memory alloys: properties and biomedical applications II JOM. 2000. - Vol. 52, No. 10. - pp. 36-44.

12. Курдюмов Г.В., Хандрос Л.Г. О "термоупругом"равновесии при мартенситных превращениях II ДАН СССР. 1949. - Т. 66, № 2. - С. 211-220.

13. Хачин В. Н. Мартенситная неупругость сплавов II Известия вузов. Физика. 1985. - №5. - С. 82-103.

14. Otsuka К., Wayman С.М. Mechanism of shape memory effect and superelastic-ity // Shape memory materials., eds. Otsuka K. and Wayman C.M. Cambridge University Press, Cambridge, 1998. - pp. 27-48.

15. Greninger A.B., Mooradian V.G. Strain transformation in metastable beta copper-zinc and beta copper-tin alloys II Trans. AIME 128. 1938. - pp. 337-368.

16. Chang L.C., Read T.A. Plastic deformation and diffusionless phase changes in metals The gold-cadmium beta phase. II Trans. AIME 189. - 1951. - pp. 4752.

17. Курдюмов Г.В., Хандрос Л.Г. // Металлофизика. 1981. - Т. 3, № 2. -С. 124-127.

18. Buehler W.J. and Wang F.W. A summary of recent research on the Nitinol alloys and their potential application in ocean engineering II Ocean Engineering. 1967.- 1, pp. 105-120.

19. Buehler W.J, Gilfrich J.V., Wiley R.C. J. Applied Physics, 34 (1963), pp. 14751477.

20. U.S. patent № 3174851. Nickel-base alloys. Buehler W.J., Wiley R.C. Date of patent 23.03.1965

21. Heisterkamp C.A., Buehler W.J., Wang F.E. (Paper presented at the 8th Int. Conf. On Medical and Biomedical Engineering, Chicago, IL 1969).

22. Корнилов И.И., Белоусов O.K., Качур E.B. Никелид титана и другие сплавы с эффектом "памяти" -М.: Наука, 1977. С. 161.

23. Лихачев В.А. Эффект памяти формы. Проблемы и перспективы II Известия Вузов. Физика 1985.-№ 5. - С. 21-41.

24. Лихачев В. А., Кузьмин С. Л., Каменцева 3. П. Эффект памяти формы. -Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. 216 с.

25. Хачин В. Н., Пушин В. Г., Кондратьев В. В. Никелид титана: структура и свойства. М.: Наука, 1992. - 160 с.

26. Бойко B.C., Гарбер Р.И., Косевич A.M. Обратимая пластичность кристаллов. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. - 280 с.

27. Винтайкин Е. 3., Носова Г. И., Плахтий В. Д. Структура и свойства закаленной из расплава ленты из Мп-Си-Сг-сплава с обратимой памятью формы И Металловедение и термическая обработка. 1998. -№10. - С. 31-34.

28. Конверистый Ю.К., Матлахова Л.А., Матвеева Н.М. и др. Характеристики эффекта памяти формы быстрозакаленных сплавов TiNi-TiCu II Металлы.- 1988.-№5.-С. 138-141.

29. Конверистый Ю.К., Матвеева Н.М., Матлахова Л.А. Мартенситное превращение в сплавах системы TiNi-TiCu, полученных сверхбыстрым охлаждением расплава II Металловедение и термическая обработка. — 1988. -№11. -С. 38-41.

30. Гюнтер В.Э., Итин В.И., Монасевич Л.А. Эффекты памяти формы и их применение в медицине. Новосибирск: Наука, 1992. - 742 с.

31. Wayman С.М., Shimizu К. The shape memory (marmem) effect in alloys //Metallurgical Science. 1972.-Vol. 6., No. 10.-pp. 175-183.

32. Delay L. et al. Thermo elasticity, pseudo-elasticity and memory effects associated with martensitic transformation. Parts 1-3 II Journal of Materials Science.- 1974.-Vol. 9, No. 9.-pp. 1521-1555.

33. Сплавы с эффектом памяти формы / К. Ооцука, К. Симидзу, Ю. Судзуки и др. / Под ред. Фунакубо X.: Пер. с японск. М.: Металлургия, 1990. -224 с.

34. Duerig T.W. et al. Engineering aspects of shape memory alloys. London: But-terworth-Heinemann, 1990. - 394 p.

35. Rachinger W.A. A "super-elastic " single crystal calibration bar // British Journal of Applied Physics. 1958. - Vol. 9, № 6. - pp. 250-252.

36. Buehler W.J., Wang F.W. A summary of recent research on the Nitinol alloys and their potential application in ocean engineering II Ocean Engineering. -1967.-№ l.-pp. 105-120.

37. Delay L. et al. // Scripta Metallurgica. 1978. Vol. 12. - pp. 373-376.

38. Melton K.N., Mercier O. The effect of martensite phase transformation on the low cycle fatigue-behavior of polycrystalline NiTi and Cu-Al-Zn alloys II Materials Science and Engineering. 1979. - Vol. 40, № 1. - pp. 81-87.

39. Melton K.N., Mercier O. Fatigue of NiTi thermoelastic martensites II Acta Metallurgica. 1979. - Vol. 27, № 1. - pp. 137-144

40. Melton K. N., Mercier O. The mechanical properties of NiTi-based shape memory alloys II Acta Metalurgica. 1981. - Vol. 29, № 2. - p. 393-397.

41. McNichols J.L., Brookes P.C., Cory J.S. NiTi fatigue behavior II Journal of Applied Physics. 1981. - Vol. 52,No. 12.- pp. 7442-7444.

42. Brown L.C. // Metallurgical and Materials Transactions A. 1981. - Vol. 12A. - pp. 353-355.

43. Brown L.C. // Metallurgical and Materials Transactions A. 1982. - Vol. 18A. -pp. 25-31.

44. Jansen J. et al. // Journal de Physique IV. 1982. - Vol. C4. - pp. 809-812.

45. Oshima R., Youshida N. // Journal de Physique IV. 1982. - Vol. C4. - pp. 803-808.

46. Sade M., Rapacioli R., Ahlers M. Fatigue in Cu-Zn-Al single crystals II Acta Metallurgica 1985. - Vol. 33, № 3. - pp. 487-497.

47. Sade M., Ahlers M. // Scripta Metallurgica. 1985. - Vol. 19. - pp. 425-430.

48. Thumann M., Hornbogen E. // Zeitschrift fur Metallkunde. 1988. - Vol. 29. -pp. 119-126.

49. Tobushi H., Ikai A., Yamada S., Tanaka K., Lexcellent C. Thermomechanical properties ofTiNi shape memory alloys II Journal de Physique IV. 1996 A. -Vol. CI, No. 6.-pp. 385-393.

50. Tobushi H. et al. Cyclic deformation and fatigue behavior of a TiNi shape memory alloy wire subjected to rotating bending // Transactions of the ASME, Journal of Engineering Materials and Technology. 1998. - Vol. 120, No. 1. - pp. 64-70.

51. Tablani R.M., Simha N.K., Berg B.T. // Material Science and Engineering.1999. A273-275. - pp. 644-648.

52. McKelvey A.C., Ricthie R.O. Fatigue-crack propagation in Nitinol, a shape-memory and superelastic endovascular stent material II Journal of Biomedical Materials Research. 1999. - Vol. 47. - pp. 301-308.

53. McKelvey A.C., Ricthie R.O. Fatigue-crack growth behavior in the superelastic and shape-memory alloy Nitinol II Metallurgical and Materials Transactions A. 2001. - Vol. 32A, N. 3. - pp. 731-743.

54. Wilkes K.E., Liaw P.K. The fatigue behavior of shape-memory alloys II JOM.2000.-Vol. 52, № 10.-pp. 45-51.

55. Kumar S. et al. Preliminary investigation of nitinol/steel adhesion, creep and wear characteristics / Illinois Institute of Technology Report IIT-TRANS-78-5, June 1978.

56. Jin J., Wang H. // Acta Metallurgica Sinica. 1988. - Vol. 24. - A66.

57. Clayton P. Tribological behavior of a titanium-nickel alloy / Pap. 9th Int. Conf. "Wear Mater.", San Francisco, Calif., Apr. 13-16, 1993 // Wean 1993. -162-164, pt. a, - pp. 202-210.

58. Sing J., Alpas T.T.// Wear.- 1995. -Vol. 181-183.-p. 302-311.

59. Liang Y.N., Li S.Z., Jin Y.B. et al. // Wear. 1996. - Vol. 198. - p. 236-241.

60. Li D.Y. Wear behavior of TiNi shape memory alloys II Scripta Materialia. — 1996. Vol. 43, No. 2. - pp. 195-200.

61. Li D.Y. A new type of wear-resistant material: pseudo-elastic TiNi alloy II Wear. 1998.-Vol. 221.-pp. 116-123.

62. Li D.Y., Liu R. The mechanism responsible for high wear resistance of Pseudo-elastic TiNi alloy a novel tribo-material II Wear. - 1999. - Vol. 225-229. - pp. 777-283.

63. Ye H.Z. et al. Development of a new wear-resistant material: TiC/TiNi composite П Scripta Materialia. 1999. - Vol. 41, No. 10. - pp. 1039-1045.

64. Liu R., Li D.Y. A finite element model study on wear resistance of pseudoelastic TiNi alloy II Materials Science and Engineering: A. 2000. - Vol. 277. - pp. 169-175.

65. Suzuki Y., Kuroyanagi T. Development and application of intermetallic compound II FAEDIC-NT, Titanium Zirconium. 1979. - Vol. 27. - pp. 67-73.

66. Shida Y., Sugimoto Y. Water jet erosion behavior of Ti-Ni binary alloys II Wear. 1991.-Vol. 146.-pp. 219-228.

67. Richman R.H., Rao A.S., Kung D. Cavitation erosion ofNiTi explosively welded to steel II Wear. 1995.-Vol. 181-183.-p. 80-85.

68. Richman R.H., McNaughton W.P. // Journal of Materials Engineering Performance. 1997. - Vol. 6.-pp. 633-641.

69. Hiraga H., Inoue Т., Shimura H., Matsunawa A. Cavitation erosion mechanism ofNiTi coatings made by laser plasma hybrid spraying 11 Wear. 1999. - Vol. 231.-pp. 272-278.

70. Wu S.K., Lin H.C., Yeh C.H. A comparison of the cavitation erosion resistance of TiNi alloys, SUS304 stainless steel and Ni-based self-fluxing alloy I I Wear. -2000. Vol. 224. - pp. 85-93.

71. Херцберг P.B. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов. Пер. с англ. / Под ред. Бернштейна M.JL, Ефименко С.П. М.: Металлургия. - 1989. - 576 с.

72. Miyazaki S., Otsuka К. // Metallurgical Transactions, А. 1986. - Vol. 17А -pp. 53-63.

73. Hornbogen E. Martensitic transformation at a propagating crack II Acta Metallurgies 1978. - Vol. 26, No. l.-pp. 147-152.

74. Meisner L.L., Sivokha V.P., Lotkov A.I., Derevyagina L.A. Surface morphology and plastic deformation of the ion-implanted TiNi alloy II Physica B. 2001. — Vol. 307.-pp. 251-257.

75. Lin H.C., Wu S.K., Chou T.S., Kao H.P. The effect of cold rolling on the martensitic transformation of an equiatomic TiNi alloy II Acta Metallurgica et Materials 1991. - Vol. 39, No. 9. - pp. 2069-2080.

76. Walles E., Chang L., GrummonD.S. Residual stress, adhesion and crystallization of ion-sputtering and IBED processed NiTi films И Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1991. - Vol. 246. - pp. 349-354.

77. He J.L., Won K.W., Chang J.T. TiNi thin films prepared by cathodic arc plasma ion plating II Thin solid films. 2000. - Vol. 359. - pp. 46-54.

78. Miyazaki S., Hashinaga Т., Ishida A. Martensitic transformation in sputter-deposited Ti-Ni-Cu shape memory alloy thin films II Thin Solid Films. 1996. -Vol. 281-282.-pp. 364-367.

79. Quandt E. et al. Sputter deposition ofTiNi, TiNiPd and TiPdfilms displaying the two-way shape memory effect I I Sensors and Actuators A. 1996. — Vol. 53. — pp. 434-439.

80. Chu J.P. et. al. Deposition and characterization of TiNi-base thin films by sputtering II Materials Science and Engineering A. — 2000. Vol. 277. - pp. 11-17.

81. Chen P., Ting J.-M. Characteristics ofTiNi alloy thin films II Thin solid films. -2001. Vol. 398-399. - pp. 597-601.

82. Surbled P. et al. Effect of composition and thermal annealing on the transformation temperatures of sputtered TiNi shape memory films II Thin solid films. — 2001.-Vol. 401.-pp. 52-59.

83. Ikuta K., Hayashi M., Matsuura T. Shape memory alloy thin film fabricated by laser ablation // Proc. IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS'94), Oiso, Japan, 25-29 Jan., 1994. pp. 355-360.

84. Пикалов C.M., Полухин B.A., Кузнецов И.А. Корреляция электромагнитных и механических характеристик плазменных покрытий и критерий не-разрушающего контроля их качества // Металлы. — 1995. № 6. — С. 146152.

85. Дроздов И. А., Уварова В. С., Щербакова JI. Н. Фазовый состав и твердость беспористого порошкового сплава TiNi после закалки и старения по различным режимам II Металловедение и термическая обработка. 1993. -№ 8. - С. 25-27.

86. McNeesse D., Lagoudas D. С., Pollock Т. С. Processing of TiNi from elemental powders by hot isostatic pressing // Materials Science and Engineering: A. -2000. v. 280, No. 2. - pp. 334-348

87. Baumgart F., Jorde J., Reiss H.-C. Memory-Legierungen Eigenschaften, phanomenologische Theorie und Anwendungen //Techn. Mitt. Krupp. Forsch. -1976.-B. 34, H. l.-S. 1-16.

88. Bertram A. Thermomechanical constructive equations for the description of shape memory effect in alloys // Nucl. Engng. and Des. 1982. - Vol.74., No. 2.-pp. 173-182.

89. Волков A.E., Лихачев В.А., Разов А.И. Механика пластичности материалов с фазовыми превращениями // Вести. ЛГУ. 1984. - № 19, Вып. 4. -С. 30-37.

90. Miillerl. Nitinol ein Metall Mit Gedachtnis //Natur Wis sens chafien. 1984. -No. 71.-pp. 507-514.

91. Tanaka K. A thermomechanical sketch of shape memory effect: one-dimensional tensile behavior // Res. Mechanica. 1986. - Vol. 18. - pp. 251-263.

92. Lagoudas D.C., Bo Z., Qidwai M.A. A unified thermodynamic constitutive model for SMA and finite element analysis of active metal matrix composites И Mechanics of composite materials and structures . 1996. - Vol. 3. - pp. 153179.

93. Лихачев В.А., Малинин В.Г. Структурно-аналитическая теория прочногсти. СПб.: Наука, 1993.-471 с.

94. Ермолаев В.А., Лихачев В.А. Физическая модель пластичности превращения // Физика металлов и металловедение. 1983. - Т. 55, № 4. - С. 693700.

95. Patoor Е., Eberhardt A., Berveiller М. Micromechanical modeling of superelas-tucity in shape memory alloys II Journal de Physique IV, Coll. CI. 1996. -Vol. 6.-pp. 277-292.

96. Malygin G.A. Diffuse martensitic transitions and plasticity of crystals with a shape memory effect // Physics-Uspekhi. 2001. - Vol. 44, No. 2. - 173-197.

97. Мовчан А. А. Микромеханический подход к описанию деформации мартен-ситных превращений в сплавах с памятью формы // Известия АН. Механика твердого тела. 1995. - № 1. - С. 197-205.

98. Абдрахманов С.А. Деформация и расчет элементов конструкций из материалов с памятью формы при термосиловом воздействии.: Дис. д-ра физ.-мат. наук: 01.02.04. Бишкек, 1993. - 370 с

99. Шишкин С.В., Махутов Н.А. Экспериментальное определение обобщенной термомеханической диаграммы сплавов с памятью формы при осесим-метричном изгибе II Заводская лаборатория. — 1994. — Т. 60, № 2. — С. 3944.

100. Романов А.Н. Разрушение при малоцикловом нагружении. — М.: Наука, 1988.-279 с.

101. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости материалов. — М.: Металлургия, 1975. 456 с.

102. Федоров В.В. Термодинамические аспекты прочности и разрушения твердых тел. Ташкент: ФАН, 1979. - 169 с.

103. Бледнова Ж.М. Прогнозирование циклической долговечности бинарных сплавов и материалов с покрытиями II Заводская лаборатория. 1988. — №7.-С. 76-81.

104. Бледнова Ж.М. Прогнозирование долговечности бинарных систем на основе энергетического критерия // Аннотации докл. «VI Всесоюзного съезда по теоретической и прикладной механике». Ташкент, 1986. - с. 110

105. Бледнова Ж.М. Повышение прочности и циклической долговечности изделий комбинированными методами обработки: Автореф. дис. . д-ра техн. наук.-Киев, 1989.-35 с.

106. Термодинамические свойства неорганических веществ: Справочник. Под ред. А.П. Зефирова. М.: Атомиздат, 1965. - 460 с.

107. Попов Л.Е., Конева Н.А., Терешко И.В. Деформационное упрочнение упорядоченных сплавов. М.: Металлургия, 1979. - 255 с.

108. Теллес М. Borland С++ Builder: библиотека программиста. СПб.: Питер Ком, 1998.-512 с.

109. Носач В. В. Решение задач аппроксимации с помощью персональных компьютеров. М.: МИКАП, 1994. - 382 с.

110. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов / Синеряев Г.Б., Ватолин Н.А., Трусов Б.Г., Моисеев Г.К. М.: Наука, 1982. -264 с.

111. Физическое металловедение / Под ред. Кана Р.У., Хаазена П. 3-е изд. пе-рераб. и доп. В 3-х т. Т. 2.: Фазовые превращения в металлах и сплавах и сплавы с особыми физическими свойствами: Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1987.-624 с.

112. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе: Справ, изд. / Андриевский Р.А., Спивак И.М. Челябинск: Металлургия. Челябинское отделение, 1989. - 386 с.

113. Вол А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем. — Физмат-гиз.- 1962.-Т. 1, 898 с.

114. Люпис К. Химическая термодинамика материалов: пер. с англ. / Под редакцией Ватолина Н.А., Стомахина А.Я. М.: Металлургия, 1989. - 503 с.

115. Тройные системы титана с переходными металлами IV-VI групп / Еременко В. Н., Третьяченко Л.А. Наук, думка, 1987. - 232 с.

116. Будревич Д.Г. Прогнозирование циклической долговечности сплавов на основе титана II XXV ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ. Тезисы докладов Международной молодежной научной конференции. Москва, 6-10 апреля 1999 г. М.: Изд-во "Латмес", 1999. Том 2 - с. 898.

117. Будревич Д.Г., Бледнова Ж.М. Оценка прочности сплавов системы Ti-Ni II Новые материалы и технологии на рубеже веков. Сборник материалов Международной научно-технической конференции. Ч. II. Пенза, 2000. -С. 13-17.

118. Даниленко В.М., Лукашенко Г.М., Прима С.Б. Модельное описание фазовых равновесий в системе Ti-Ni II Порошковая металлургия. — 1991. №5.- С. 70-75.

119. Будревич Д.Г., Бледнова Ж.М. Оценка прочности и долговечности сплавов на основе меди II Электромеханические преобразователи энергии: Материалы первой межвузовской научно-методической конференции. — Краснодар: КВАИ, 2002. С. 116-119.

120. Францевич И.Н., Воронов Ф.Ф., Бакута С.А. Упругие постоянные и модули упругости металлов и неметаллов. Справочник. — Киев: Наукова Думка, 1982.-288 с.

121. Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. — М.: Наука, 1977.-400 с.

122. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди / Дриц М.Е., Боч-вар Н.Р., Гузей JI.C. и др. М.: Наука, 1979. - 248 с.

123. Белоусов O.K. Упругие константы и пластичность сплавов Cu-Zn II Металлы. 2001. -№1. - С. 116-122.

124. Jobu A., Kazumune К., Kazuo К. A stusy on theeffect of stacking fault crack propagation as deduced from dislocation patterns II Metallurgical Transactions.- 1979, A10.-№4.-pp. 503-507.

125. Будревич Д.Г*7, Бледнова Ж.М. Моделирование энергоемкости бинарных и тройных систем // Сборник тезисов научных работ студентов, отмеченных наградами на внешних и внутренних конкурсах. Краснодар: Изд-во Куб-ГТУ. - Вып. 3, 2001. - С. 49-51.

126. Hishitani К. et al. Internal friction of TiNi alloys produced by a lamination process II Journal of Alloys and Compounds. 2002. - Vol. 333. - pp. 159-164.

127. Knowles K.M., Smith D.A. The crystallography of the martensitic transformation in equiatomic nickel-titanium II Acta metallurgica. 1981. — Vol.29. -pp. 101-110.

128. Лотков А.И., Гришков В.Н., Чуев В.В. Особенности кристаллической структуры В2 фазы TiNi II Физика металлов и металловедение. 1990. -№1. - С. 108-112.

129. Дроздов И.А., Уварова B.C., Щербакова Л.Н. Фазовый состав и твердость беспористого порошкового сплава TiNi после закалки и старения по различным режимам II Металловедение и термическая обработка металлов. 1993. - №8. - С. 25-27.

130. Bhanomurthy К., Kale G.B. Reactive diffusion between titanium and stainless steel II Journal of Materials Science Letters. 1993. - Vol. 12. - pp. 1879-1881.

131. Aleman B. Interface microstructure in diffusion bonding of titanium alloys to stainless steel and low alloy steel II Materials Science and Technologies. 1993. - Vol. 9. - pp. 633-641.

132. Kamat G.R. Solid-state diffusion welding if nickel to stainless steel II Welding Journal. 1988.-Vol. 67. - pp. 44-46.

133. He P., Zhang J., Zhou R., Li X. Diffusion bonding technology of a titanium alloy to a stainless steel web with an Ni interlayer // Materials Characterization. -1999.-v. 43.-pp. 287-292.

134. Хокинг В., Васантасри В., Сидки П. Металлические и керамические покрытия: Получение, свойства и применение: Пер. с англ. М.: Мир, 2000. -518с.

135. Japan patent № 58-176517. Соединение для проволоки из сплава с памятью формы. Хонма Масару / Int. CI3 F16G 11/02; F16B 2/200. Date of patent 26.09.83.

136. Matsuo A. et al. Super-elastic Ti-Ni alloy manufactured by combustion synthesis // Nippon Tungsten Review 1990. - Vol. 23. - pp. 1 -7.

137. Zarandi F. M. H., Sadrnezhaad K. Thermomechanical study of combustion synthesized Ti-Ni shape memory alloy II Materials and Manufacturing Process. -1997.-Vol. 12, No. 6.-pp. 1093-1105.

138. Заявка на патент РФ № 2001135004. Способ соединения деталей, имеющих цилиндрическую поверхность сопряжения / М.И. Чаевский, Ж.М. Бледнова, Д.Г. Будревич. МПК7 F 16 В 4/00. Приор, от 18.06.2001. -6 с.

139. Иванова B.C. Синергетика. Прочность и разрушение металлических материалов. М.: Наука, 1992.

140. Mandelbrot В.В. The fractal geometry of nature. — N.Y.: Freeman, 1983. -350 p.

141. Федер E. Фракталы. -M.': Мир, 1991.-260 с.

142. Иванова B.C., Баланкин A.C., Бунин И.К., Оксогоев А.А. Синергетика и фракталы в материаловедении. М.: Наука, 1994. - 383 с.

143. Будревич Д.Г., Бледнова Ж.М. Самоорганизация структуры сплава с памятью формы (TiNi) при наплавке II Электромеханические преобразователи энергии: Материалы первой межвузовской научно-методической конференции. Краснодар: КВАИ, 2002. - С. 114-116/

144. Иванова B.C., Закирничная М.М, Кузеев И.Р. Синергетика и фракталы. Универсальность механического поведения материалов. Учеб. пособие: В 2 ч.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1998. Ч. 1. - 144 с.

145. Halsey Т.С., Jensen М.Н., Kadanoff L.P. Fractal measures and their singularities: The characterization of strange sets // Phys. Rev. A. 1986. - v. 33, № 2. -pp. 1141-1151.

146. Balankin A.S. The concept of multifractal elasticity II Physics Letters A. 1996. -Vol. 210.-pp. 51-59.

147. Cherepanov G.P., Balankin A.S., Ivanova V.S. Fractal fracture mechanics. Review И Engineering fracture mechanics. 1995. - Vol. 51, No. 6. - pp. 9971033.

148. Vstovsky G. V. A controlled multifractal II Physical Letters. 1992. - Vol. 165, № 1.-pp. 41-46.

149. Встовский Г.В., Колмаков А.Г., Терентьев В.Ф. Мультифрактальный анализ особенностей разрушения поверхностных слоев молибдена II Металлы. 1993.-№4.-С. 164.

150. Vstovsky G.V., Bunin I.J. Multifractal parameterization of structure in materials science II Journal of Advanced Materials. 1994. - v. 1, № 3. - P. 230.

151. Встовский Г.В., Бунин И.Ж., Колмаков А.Г., Танитовский И.Ю. Мультифрактальный анализ поверхностей разрушения твердых тел II ДАН. — 1995. -т. 343, №5.-С. 613-615.

152. Встовский Г.В., Колмаков А.Г. Анализ влияния поверхностной обработки на структуру статических изломов малолегированного молибдена с помощью мультифрактального формализма II Физика и химия обработки материалов. 1995. - № 6. - С. 69.

153. Kolmakov A.G., Geminov V.N., Vstovsky G.V., et al // Surface and Coatings Technology, 1995, V. 72, p. 43-50.

154. Vstovsky G.V. // Foundation of Physics, 1997, v. 27, 1 10, p. 1413-1444.

155. Встовский В.Г., Колмаков А.Г., Терентьев В.Ф. // Материаловедение, 1998, №2 с. 19-24.

156. Бунин И.Ж., Колмаков А.Г., Г.В. Встовский Мультифракталы в оценке диссипативных свойств металлических материалов II Известия РАН: Металлы. 1998. - № 1.-С. 103-106.

157. SarkarN., Chaudhuri В.В. Multifractal and generalized dimension of gray-tone digital images И Signal Processing. 1995. - Vol. 42. - pp. 181-190.

158. Встовский Г.В. Фрактальная параметризация структур в металлах и сплавах: Автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук. Москва, 2001. - 60 с.

159. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность: Справочник. — М.: Машиностроение, 1985. -224 с.

160. Бледнова Ж.М., Чаевский М.И., Шауро А.Н. Исследование контактно-циклической долговечности в условиях реверсивного трения II Заводская лаборатория. 2000. - № 11. - С. 82-85.

161. Gil F.J., Planell J. A. Shape memory alloys for medical application / Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part H. I I Journal of Engineering in Medicine.- 1998.- Vol. 212, Issue 6. pp. 473-488.

162. U.S. patent № 4379575. Composite coupling. Martin C.L. / Int. CI.3 F16L 17/02. Date of patent 12.04.1983.

163. U.S. patent № 192696. Self locking threaded fasteners. GlovanR.J., Tier-ney J.C., McLean L.L., Johnson L.L. / Int. CI.6 F16B 35/04; F16B 37/16; B23P 11/02. Date of patent 7.02.1994.

164. Deutches patent № 19834305 Al. Offenlegungsschrift. Pfeifer H.-P., Jany P. / Int. CI.7 F16B 2/06. Anmeldetag 30.07.1998.

165. Mellar R.J. Shape metal alloy simplify pipe joining. Processing. - 1980. -Vol. 26, № 3. - pp. 63-65.

166. Ni-Ti shape memory alloy heat shrinkable sleeves II В ARC Newsletters. — 2000. -№ 195.-pp. 13-14.

167. Stockel D. Werkstoffe mit Gedachtnis Kommen in die Anwendung II Bild Wiss. — 1990. v. 27, № 2. - pp. 14-20.

168. Nagaya K., Hirata Y. Design method of a shape-memory alloy coupling between rods and its dynamic response due to impacts II Transactions of the Japan Society for Mechanical Engineering C. 1991. - Vol. 57, № 533. - pp. 288-295.

169. Бледнова Ж.М., Будревич Д.Г., Махутов H.A., Чаевский М.И. Поверхностное модифицирование материалами с эффектом памяти формы для получения разъемных соединений II Проблемы машиностроения и надежности машин. -2002.-№5. -С. 64-71.

170. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т. 1. -М.: Машиностроение, 1992. 816 с.

171. Берникер Е. И. Посадки с натягом в машиностроении: Справ, пособие. — M.-J1.: Машиностроение, 1966. 168 с.

172. Берникер Е.И. О прочности посадок с натягом при циклическом изгибе II Вестник машиностроения. 1982. - № 7. - С. 38-39.

173. Горшков А.А., Волощенко М.В. Литые коленчатые валы. — М.: Машиностроение, 1964. 195 с.

174. Цветков В.Т. Двигатели внутреннего сгорания. — Харьков: Изд-во Харь-ковск. госуд. ун-та, 1960. С. 211

175. Двигатели внутреннего сгорания. В 3-х кн. Кн. 2. Динамика и конструирование: Учеб. / В.Н. Луканин, И.В. Алексеев, М.Т. Шатров и др.; Под ред. В.Н Луканина. М.: Высш. шк., 1995. - С. 1387

176. УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ЗАО "Техническая керамика", кандидат экономических наук

177. Наряду с экономическим работа имеет экологический и социальный эффекты в связи с улучшением условий труда (расчеты экономического эффекта находятся на ЗАО "Техническая керамика").