CC BY
29
4/2010 ВЕСТНИК _МГСУ
ЭНЕРГОТОПОГРАФИЧЕСКИИ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ И СОПРЯЖЕНИЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
ENERGYTOPOGRAPHICAL METHOD OF RESEARCH OF WEARPROOFNESS OF WORKING ORGANS AND INTERFACES OF BUILDING TECHNICS
Ю.И. Густов, И.В. Воронина
Y.I. Gustov, I.V. Voronina
ГОУ ВПО МГСУ
В статье рассматривается изнашивание как процесс поверхностного деформирования и разрушения металлов характеризующийся формирующейся микротопографией поверхностей трения и подповерхностным трибодеформационным упрочнением или разупрочнением.
The article deals with aging as a process of surface deformation and fracture of metals is characterized by the emerging microtopography of friction surfaces and subsurface hardening or softening tribodeformatsionnym.
Основными триботехническими показателями этого сложного многофакторного процесса принято считать: степени деформации и упрочнения (разупрочнения) в активном поверхностном слое, коэффициент трения и его деформационную и адгезионную составляющие, фактическое и контурное давление на поверхности трения, приповерхностную температуру и температуру продуктов износа, показатель фрикционной усталости металла, его элементарный микроизнос и др.
Для определения перечисленных показателей разработан деформационно-топографический метод [1] основанный на уравнении
К/ + 0,5(1 - tpp) / Da = C = [(1 + 8c )/(1 + 8p )p, (1)
где KS = Hs/Ho - степень поверхностного упрочнения — отношение поверхностной Hs и исходной Но микротвердости;
tpp= Pc/Pp - отношение контурного Рс и фактического Рр давлений при полюсном сближении £р (рис.1);
Da - парциальный микроизнос в пределах шероховатого слоя, имеющий смысл поперечного сужения (Da = у) : 0,5(l-tpp) = 8 -относительное удлинение при полюсном сближении;
5с, 5Р - сосредоточенная и равномерная составляющая относительного удлинения 5.
Для определения трибодеформационного поверхностного упрочнения предлагается зависимость
Ks ~ iPmy/Dm fm 'Da , (2)
ВЕСТНИК 4/2010
где Бшу = 0,618 = 1/ ё — гармоническое значение парциального микрометалла в пределах шероховатого слоя поверхности трения; Бш, Ба соответственно парциальное значения микрометалла и микроизноса (Вт+Ба=1).
Трибодеформационное упрочнение продуктов износа для упрочняющихся (К8>1) и разупрочняющихся (К8<1) металлов составляет
К = к, К = К
К05 + к -1)0-5 ], (К, -1)2 ],
К, -
(3)
где Ка= На/ Но — отношение предельной и исходной микротвердости.
Решение (1) относительно равномерной составляющей 5Р дает выражение
*Р =[(1 + " 1. (4)
Соответственно равномерное относительное сужение будет ¥р = 5р /(1 + др ) (5)
С учетом синергизма (кооперативности) твердости и условия ств/ К для изношенной поверхности имеем зависимость
Но = К,[1 + ^/(1 -¥р)}#т(1 + К,ё/¥) (6)
Решение (6) позволяет установить для упрочняющихся металлов взаимосвя-
стт= К1Н0, ств = К1К8И0, Бк=К1К8И0[ 1 +у(1 -ур)], для разупрочняющихся металлов зависимость исходной твердости
Б к = ККНо [1 + ^/(1 ~¥р )] (7)
Из уравнения (6) следует, что коэффициент пропорциональности между пределом текучести и твердостью равен
К -1/к, [1 + ^/(1 -¥р)]2(1 + К8д/¥) (8)
4/2010
ВЕСТНИК _МГСУ
Полученные зависимости (7) позволяют рассчитать предельную удельную энергию деформации Wc, являющуюся основной синергетической характеристикой макро-масштабного разрушения и работоспособности конструкционных металлов. Применительно к микромасштабному разрушению (износу) триботехнических материалов величина Wc рассматривается как энерготопографический критерий износостойкости металлов. Он выражается формулой
Целью работы является установление взаимосвязи между экспериментально полученными значениями износа и экспериментально расчетными величинами предельной удельной энергии трибомеханической деформации Wc.
Результаты исследования на примере ножей дорожной фрезы [2] представлены в табл.1. За эталон приняты ножи из стали 45, для которых экспериментальный линейный износ составляет h=61,56мм и Wc=350MПa.
У
0.$ )/
А
а
4
■
и II *
>
/
/
о
t
\ 5 /
1
Г п
Рис. 2. Вз аимосвязь е^ и з^г ножей дорожных фрез
Рис. 3. Взаимосвязь деталей черпаков ой цепи драги
Графическая зависимость относительной износостойкости материалов £[1 от относительной удельной предельной энергии е« приведена на рис. 2. Установлена линейная зависимость вида
еь = 0,б(^ +1,25), (10)
свидетельствующая о том, что удельная предельная энергия трибодеформации поверхностного слоя Wc может являться критерием износостойкости металлов и работоспособности деталей.
Для подтверждения данного вывода исследовали энерготопографические показатели модельных деталей шарниров черпающего аппарата драг [2]. Результаты - в табл.2. Эталоном является наплавка электродами ОМГ-Н, износ которой составляет h=149 мкм и Wc=904 МПа.
График зависимости е^^е«) для деталей драги иллюстрируется на рис.3. Он аппроксимируется линейной функцией вида
еь = 2,875- 0,6), (11)
что подтверждает возможность использования величины Wc в качестве критерия износостойкости металлов.
ВЕСТНИК 4/2010
Таблица 1.
Энерготопографические показатели ножей дорожной фрезы
Материал н0 МПа к8 Ба С % стт >к Wc £ь 8W
МПа
Сталь 45 2250 1,51 0,45 1,22 6,50 361 807 350 1,0 1,0
110ПЗЛ 2080 1,37 0,60 1,15 6,81 358 806 533 1,58 1,53
И-2 4450 1,26 0,44 1,36 4,27 966 1777 795 1,70 2,28
Э-3 4600 1,20 0,42 1,43 3,60 1085 1869 804 2,84 2,30
ВСН-6+ВСН-8 5000 1,20 0,65 1,22 4,65 1008 2034 1597 3,5 4,57
СКБ 5000 1,19 0,6 1,26 3,77 1140 2063 1110 2,75 3,18
ЦН-16 5500 1,18 0,54 1,31 3,78 1237 2278 1365 2,97 3,90
У40Х38ГЗРТЮ 8000 1,25 0,51 1,29 4,55 1680 3232 1753 3,78 5,02
Т-620 8200 0,905 0,62 1,32 2,48 2480 1374 1865 3,60 5,34
КБХ-45 10600 0,882 0,65 1,27 3,42 3201 1692 2568 4,60 7,36
Х-5 11300 0,85 0,645 1,24 4,20 3571 1815 2789 5,9 8,0
Таблица 2.
Энерготопографические показатели деталей черпаковых цепей драг
Материал н0 МПа к8 Ба С % Бк Wc £ь 8w
МПа
ВСН-12 7500 1,333 0,58 1,20 6,10 1350 2911 1848 1,91 2,04
ОМГ-Н 4700 1,255 0,455 1,31 4,26 1043 1935 904 1,0 1,0
ВСН-6 6200 1,306 0,406 1,36 4,45 1314 2447 980 1,75 1,08
ОЗШ-1 5600 1.214 0,416 1,41 3,70 1310 2279 965 2,10 1,07
ОЗИ-1 7300 1,164 0,402 1,44 3,12 1862 3066 1263 2,87 1,40
НГ-2 6500 1,215 0,514 1,31 4,14 1206 2559 1474 2,26 1,63
Х-5 10400 0,817 0,32 1,55 3,50 4472 1600 2827 7,09 3,13
Т-620 6720 1,215 0,409 1,40 3,64 1605 2778 1153 3,39 1,28
ОЗН-6 5300 1,24 0,56 1,25 4,74 1092 2149 1329 1,06 1,47
4/2010 М1 ВЕСТНИК
Выводы
1. Относительная износостойкость испытанных металлов линейно связана с относительной удельной предельной энергией трибодеформации. На том основании величина Wc может служить критерием износостойкости металлов и работоспособности деталей триботехнических систем.
2. Численные значения коэффициента пропорциональности между пределом текучести и твердостью соответствуют экспериментально — справочным величинам. Физический смысл этого коэффициента вытекает из синергетики твердости.
Литература
1. Густов Ю.И., Густов Д.Ю., Воронина И.В. Методология определения триботехнических показателей металлических материалов. // Сборник докладов XVI Словацко-российско- польского семинара «Теоретические основы строительства». Жилина-Варшава - Москва — 2007, С.339...342.
2. Густов Ю.И. Повышение износостойкости рабочих органов и сопряжений строительных машин Дисс. д.т.н. М.:1994 - 529 с.
The literature
1. Gustov Y.I., Gustov D.Y., Voronina I.V. Metodologiya opredeleniya tribotehnicheskih pokazateley metallicheskih materialov.// Sbornik dokladov XVI Slovacko-rossiysko-pol'skogo seminara «Teoreti-cheskie osnovy stroitel'stva» Zgilina-Varshava-Moskva - 2007,c.339. ..342
2. Gustov Y.I. Povishenie iznosostoykosti rabochih organov i sopryazheniy stroitel'nyh mashin. Dis...d.t.n. M.:1994-592c.
Ключевые слова: материалы, износостойкость, трибодеформация, работоспособность, упрочнение, разупрочнение, предел текучести, энергия деформации.
Key words: materials, durability, tribodeformatsiya, availability, hardening of, loss of strength, yield strength, energy of deformation.
Email автора: tm@mgsu.ru
Рецензент: Баурова Н.И., к.т.н., доцент кафедры «Производство и ремонт автомобилей и dopoM:Hbix машин» МАДИ
