CC BY
4
On the basis of well-known theoretical models, the influence of structural factors of galvanic iron deposits on their strength is analyzed. Models of the dependence of the hardness of the galvanic deposit on the size of the grains, obtained from theoretical data, are considered. Keywords: electrodeposition, microhardness, strength of deposits
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ ПОКРЫТИЙ Серникова Ольга Сергеевна, аспирант (e-mail: [email protected]) Серебровский Владимир Исаевич, д.т.н., профессор (e-mail: [email protected]) Калуцкий Евгений Сергеевич, к.т.н. (e-mail: [email protected]) Курская государственная сельскохозяйственная академия
В статье рассмотрены зависимости износостойкости электроосаж-денных железных покрытий от удельного давления, остаточных напряжений И пути трения. Показаны аналитические и графические интерпретации этих зависимостей.
Ключевые слова: износ, электроосаждение, микротвердость.
Внутренние напряжения в железных покрытиях могут являться резервом повышения их износостойкости за счет управления остаточных напряжений с помощью различных условий электролиза. Следует, однако, отметить, что установленная в работе связь между внутренними напряжениями железных покрытий и их износостойкость является качественной [1,2]. С точки зрения практического использования гораздо удобнее выдвинутую гипотезу представить в математической форме, оценив количественно вклад остаточных напряжений [3]. Отсюда ставилась задача получения математической модели износа в зависимости от различных технологических факторов и ее анализ с целью исследования закономерностей изнашивания железных покрытий. Так как картина поведения покрытий с различными по знаку и величине внутренними напряжениями может изменяться в зависимости от величины удельного давления и пройденного пути, то в рассмотрение были включены и эти факторы [4,5]. Недостаточная изученность механизма явлений приводит к необходимости определения математической модели по данным эксперимента методами математической статистики. Заданную задачу можно представить в виде многофакторной системы. Модель системы показана на рисунке 1. Для простоты на модели показаны лишь управляемые параметры входа: х1 - удельное давление в
2 2 кг/мм ; х2 - остаточные напряжения, кг/см ; х3 - путь трения, м и параметр
выхода Y - износ покрытий, мг.
2С
X,
X,
У
Рисунок 1 - Блок-схема объекта исследования
Независимые переменные х1; х2; х3 варьировались на трех уровнях (таблица 1), верхний из которых кодируются как «+1», основной как «0», нижний как «-1».
Таблица 1 - Условия варьирования факторов
Уровни факторов Код Независимые переменные
Удельное давление, х1 Остаточные напряжения, х2 Путь трения, хз
Основной фактор 0 70,0 +6,0 37,5-103
Верхний уровень +1 85,0 +23,0 60103
Нижний уровень -1 55,0 -11,0 15103
С целью устранения других источников неоднородности, таких, как различная микротвердость, неодинаковая трещиноватость и т.д., образцы покрывались электролитическим железом при режимах, обеспечивающих одинаковую микротвердость, отсутствие трещин и предельно низкий уровень остаточных напряжений. Затем в образцах создавались различные напряженные состояния (согласно таблице 1) с помощью специального приспособления для деформирования.
Для планирования эксперимента использован план Бокса-Бенкина для трех факторов, включающий всего 15 опытов. Матрица плана независимых переменных приведена в сокращенной форме записи:
±1 ±1 0
±1 0 ±3
0 ±1 ±1
.0 и и
Использование таких планов удешевляет проведение эксперимента, так как здесь происходит удобная в технологическом отношении смена уровней факторов. Кроме того, наличие большого числа нулей в строках плана значительно упрощает вычисление коэффициентов математической модели.
По результатам экспериментов получено следующее уравнение регрессии:
¥= 3,6005 + 1,0958x2- 1,5166*2 + 2,725*з - 0,015*^ -
-0,0708*1 - 0,0083*5 + + 0,675*^ - 0,9075^*3, (2)
Адекватно описывающее процесс износа (Трасч=1,0<Ртабл=2,32) для 5% уровня значимости. Проверка значимости коэффициентов регрессии проводилась с помощью 1;-критерия. В уравнении (2) незначимы коэффициенты Ъх2, Ьц, Ь22, следовательно, принимается гипотеза о равенстве этих коэффициентов нулю. Окончательно получаем математическую модель со всеми значимыми коэффициентами регрессии, которая записывает зависимость износа железных покрытий от величины нагрузки, значений остаточных напряжений и продолжительности пути трения:
У = 3,6+ 1,096*!- 1,517^ + 2,725^4-1,5411 +
+0,675^ - 0,907*^ (3)
Полученная поверхность отклика достаточно полога и имеет кривизну лишь по оси х3. Проведем анализ полученной полиномиальной модели (3). На модель воздействуют три фактора линейно, один из них квадратично (криволинейно) и два взаимодействия х! ■ х^ Взаимодействия х! ■ Xj показывают, насколько влияние х! зависит от значения Xj и наоборот. Знак «+» перед коэффициентом Ьу означает, что для уменьшения выхода У (износа) оба фактора должны иметь разные знаки (один возрастает, другой убывает). Знак «-» показывает, что они должны иметь одинаковые знаки (оба возрастают или оба убывают), если необходимо уменьшить износ У. Из уравнения (3) следует, что наименьшую величину износа можно получить при нижнем уровне фактора х!. Тогда линейный эффект будет способствовать уменьшению износа (и эффект взаимодействия также), поскольку перед коэффициентом стоит знак «+». Следовательно, увеличение нагрузки способствует увеличению износа, а их уменьшение - наоборот. Причем зависимость носит почти линейный характер. Знаки минус при коэффициентах показывают, что увеличение величины остаточных напряжений растяжения способствует уменьшению износа железных покрытий. Остаточные напряжения сжатия (нижний уровень фактора), наоборот, приводят к увеличению износа электролитических осадков. В отношении пути трения следует отметить, что его увеличение приводит к уменьшению износостойкости покрытий. Это не противоречит другим исследованиям. Однако полученная при этом зависимость является не линейной (как принято у большинства), а криволинейной.
Величины коэффициентов регрессии модели (3) позволяют также про-ранжировать степень влияния каждого из перечисленных факторов на износостойкость железных покрытий. Наибольшее влияние оказывает величина пути трения, следующими по значению следует признать остаточные напряжения и лишь после этого удельная нагрузка.
В связи с полученным выводом о нелинейной зависимости между износом и путем трения представляет интерес определения типа поверхности
отклика. Для этого уравнение (3) приводится к канонической форме. Это выполняется с помощью методов аналитической геометрии и заключается в переносе начала координат и замене старых координатных осей х1 новыми Х1, повернутыми на некоторый угол относительно старых.
Полученная поверхность отклика является нецентральной и представляет собой гиперболический параболоид (рисунок 2). Каноническая форма уравнения регрессии:
1,724XI - 0Д854 + 0,002ЛГа = 0 Из рисунка 2 становится ясно, почему считается линейной зависимость между износом и путем трения. Это, очевидно, связано с тем, что рассматривается поведение материалов на незначительном отрезке пути, который они апроксимировали линейно. В действительности же поверхность имеет значительную кривизну по оси х3 (путь трения) и зависимость следует признать нелинейной.
виде гиперболического параболоида
Уравнение (3) позволяет определить также скорость изнашивания железных покрытий. Для определения скорости износа достаточно продифференцировать (3) по х3:
&У
— = 2,725+ 3,0 + 0,675л;! - 0,908^, (5)
Из уравнения (5) видно, что интенсивность износа железных покрытий прямо пропорциональна времени испытания, величине нагрузки и остаточным напряжениям. Причем наибольшее влияние оказывает путь трения,
затем остаточные напряжения и лишь третьим по значению является величина нагрузки. Следует также отметить, что и скорость изнашивания электролитических железных покрытий уменьшается с увеличением величины остаточных напряжений растяжения.
Зная величину предельно допустимого зазора сопряжения и определяя темп износа для заданных условий работы, довольно легко по известной методике определить срок службы восстановленной или упрощенной детали.
Таким образом, применение математических методов описания технологических процессов позволило не только получить модель износа в зависимости от трех независимых переменных, но также уточнить некоторые закономерности изнашивания железных покрытий и определить интенсивность износа.
Анализ математической модели показал, что между износом электролитических покрытий и временем испытания существует более сложная связь, чем предполагаемая пропорциональная.
Список литературы
1. Серебровский В.И., Гнездилова Ю.П., Калуцкий Е.С., Левина Е.В. Планирование эксперимента при исследовании износостойкости электроосажденных покрытий // Региональный вестник. 2016. № 2 (3). С. 38-39.
2. Калуцкий Е.С., Иванов Е.А., Петрухин М.В., Петрусенко Е.А. Исследование факторов, влияющих на качество электролитических покрытий // В сборнике: Молодежная наука - гарант инновационного развития АПК. материалы X Всероссийской (национальной) научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. 2019. С. 300-306.
3. Серебровский В.И., Серебровская Л.Н., Калуцкий Е.С. Повышение прочности деталей при электроосаждении железных покрытий // В сборнике: Эффективность применения инновационных технологий и техники в сельском и водном хозяйстве. Сборник научных трудов международной научно-практической онлайн конференции, посвященной 10-летию образования Бухарского филиала Ташкентского института инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства. Отв. редактор Т.Х. Жураев. 2020. С. 55-57.
4. Серебровский В.И., Сафронов Р.И. Упрочнение поверхности металла композиционными электроосажденными покрытиями // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2009. № 2. С. 75-76.
5. Серебровский В.И., Серебровский В.В., Гнездилова Ю.П., Богомолов С.А. Восстановление и упрочнение деталей машин электроосажденными покрытиями // В сборнике: Актуальные вопросы инновационного развития агропромышленного комплекса. материалы Международной научно-практической конференции. Ответственный за выпуск И.Я. Пигорев. 2016. С. 180-183.
6. О возможности переработки отходов шарикоподшипниковой стали методом электроэрозионного диспергирования/ Хардиков С.В., Агеев Е.В., Зубарев М.А.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 211-214.
7. Восстановление распределительного вала дизельного двигателя/ Латыпов Р.А., Агеев Е.В., Латыпова Г.Р.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 2 (5). С. 146-150.
8. Оценка относительной прочности соединения металлов на этапе схватывания при сварке давлением/ Латыпова Г.Р., Латыпов Р.А., Булычев В.В., Агеев Е.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 2 (2). С. 102-110.
9. Исследование и разработка технологии восстановления вала ротора турбокомпрессора электроискровой обработкой электроэрозионными наноматериалами/ Латыпов Р.А., Денисов В.А., Агеев Е.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 2 (5). С. 141-146.
10. Свойства электроэрозионных порошков, используемых в производстве твердосплавных заготовок/ Кругляков О.В., Угримов А.С., Осьминина А.С., Агеев Е.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 119-121.
11. Исследование свойств спеченных заготовок из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов быстрорежущей стали/ Агеев Е.В., Карпенко В.Ю.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 4 (7). С. 1016.
Sernikova Olga Sergeevna, post-graduate student
Serebrovsky Vladimir Isaevich, Doctor of Technical Sciences, Professor
Kalutsky Evgeny Sergeevich, Ph.D.
Kursk State Agricultural Academy
STUDY OF WEAR RESISTANCE OF ELECTRODEPOSITIONED COATINGS
The article considers the dependences of the wear resistance of electrodeposited iron coatings on specific pressure, residual stresses, and friction paths. Analytical and graphical interpretations of these dependences are shown. Key words: wear, electrodeposition, microhardness.
УДК 669.017
КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКАЯ ТЕКСТУРА В СЛИТКАХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ GD-DY Степаненко Андрей Викторович, к.ф.-м.н., доцент
(e-mail: [email protected]) Гребенкин Сергей Владимирович, к.ф.-м.н., доцент (e-mail: [email protected]) Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г.Екатеринбург, Россия
Проведено исследование процессов образования кристаллографической текстуры в образцах бинарных сплавов системы GdxDy1.x> изготовленных методом электровакуумной плавки из высокочистых компонент. Анализ текстурного состояния выполнен с использованием метода обратных полюсных фигур. Отмечено влияние величины коэффициента теплопроводности материалов на формирование текстурных компонент в слитках бинарных сплавов и формирование анизотропных физических свойств материалов.
Ключевые слова: текстура, поликристаллы, редкоземельные металлы, рентгеновский анализ, анизотропия.
Редкоземельные металлы (РЗМ) составляют около четверти всех известных металлов, благодаря своим уникальным свойствам (ядерным, магнитным, тепловым и др.) находят широкое применение в различных областях промышленности [1]. Благодаря кристаллографической текстуре магни-
