CC BY
25
МЕТОД ОЦЕНКИ ДЕФОРМАЦИОННО-ДЕСТРУКТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЕТАЛЕЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
METHOD OF THE ESTIMATION OF DEFORMATSIONNO-DESTRUCTIVE INDICATORS OF DETAILS OF BUILDING
TECHNICS
Ю.И. Густов, И.В. Воронина, K.A. Любушкин
Y.I. Gustov, I.V. Voronina, KA. Ljubushkin
ГОУ ВПО МГСУ
Метод основан на функциях распределения микрометалла по высоте шероховатой поверхности трения и микротвердости по глубине подповерхностного слоя.
A method is based on the functions of distribution of micrometal on the height of rough surface of friction and microhardness on the depth of subsuperficial layer.
Распределение микрометалла по высоте шероховатого слоя описывается гипсо-центроидной моделью изнашивания в нормализованной системе координат «относительное контурное давление tp - относительное сближение е».
Площадь над гипсограммой (О-Р-1) характеризует долю впадин в пределах шероховатого слоя - парциальный микроизнос Da; площадь под гипсограммой - парциальный микрометалл Dm, т.е. доля выступов в шероховатом слое.
Центры тяжести (Са и Cm) плоских фигур Da и Dm определены точками пересечения биссектрис ^l(e)-^2(e) и Yl(e)-Y2(e). Линия, соединяющая центры тяжести - би-центроида, - пересекается с гипсограммой в полюсе Р. В результате получены координатные величины ta, tm, tpp, tpa, tpm; £a, Em, Ep.
Установлено [l], что величины Da и Dm определяются по отрезкам бицентроиды
D - С P/C C , D - C P / C C
a a a m ' m m a m
ИЛИ
D =[s -£ )l(s -s), D =[s -£ )l(s -s) (l)
a V P a )j V m m V m p/j \ m a; V /
Распределение микротвердости по глубине подповерхностного слоя, согласно склеробатической модели изнашивания, описывается экспонентой (рис.1) Hi = Я0 exp [ahj (h0 + ha (2)
где H0, H; - исходная и текущая микротвердость соответственно, МПа; h0 - глубина трибодеформационного упрочнения (разупрочнения), мкм; ha - мнимая толщина изношенного слоя, мкм; h; - текущая глубина, мкм;
а - показатель трибодеформационного упрочнения (разупрочнения). На поверхности трения микротвердость равна Hs = Hо exp^/(1 + hjh0)]
4/2010
ВЕСТНИК _МГСУ
или
Ks = HJH0 = exp [a/(l + hjko)]
(3)
При микротвердость достигает значения предельной микротвердости
продуктов износа На = Н0 ехр(а)
а
ИЛИ
Ka = HJH0 = exp(a), Откуда следует, что а = ln Ka Учитывая [1], при Ks > 1 Ka = Ks [к°5 + (Ks - lf
(4)
приК8 < 1 Ка = К, К-(К, -1)2 ], получим а = 1пК8 + 1п[к;5 +(к3 -1)05 ],
« = 1пК8 + 1п[К -(К, -1)2]
После преобразования имеем
при К8 > 1 = 1п[к;-5 + К, -1)0-5]/ 1пК
(5)
(6) (7)
при К8 < 1 = 1п[к2 -{К, -1)2]/1пК,
Для обоих случаев справедливо Ьа/И0 = 1пКа/ 1пК, -1
Величина кратного трибодеформационного упрочнения (разупрочнения) К8 определяется экспериментально по склеробате - эпюре распределения микротвердости по глубине подповерхностного слоя (см. рис.2) - и расчетом по установленной формуле К = (О /Б У"10', (8)
Б \ ту / т/ '
где Бту=0,618 - гармоническое значение парциального микрометалла в системе золотой пропорции [2].
Значение глубины определяется также по склеробате.
Таким образом, по выражениям (6,7) оценивается деформационно-деструктивный показатель Ьа/Ь0, характеризующий зоны трибодеформационного упрочнения (К8) и разрушения (износа) при достижении металлом предельной степени упрочнения (Ка).
Результаты экспериментально-расчетного определения показателей Ьа/Ь0 применительно к модельным шарнирам черпающего аппарата строительных драг приведены в таблице._
Материал ва к5 Ъо,мкм Ьа/Ь0 Ъа,мкм Ятах, МКМ
ВСН-12 0,580 1,333 60 1,91 114,6 8,47
ОМГ-Н 0,455 1,255 50 2,14 107,0 14,14
ВСН-6 0,406 1,306 70 1,98 138,6 11,05
ОЗШ-1 0,416 1,214 100 2,31 231,0 6,74
ОЗИ-1 0,402 1,164 75 2,60 195,0 13,5
НГ-2 0,514 1,215 70 2,30 161,0 15,89
Х-5 0,320 0,817 25 2,25 56,25 21,89
Т-620 0,409 1,215 40 2,30 92,0 16,99
Т-590 0,36 0,96 30 1,88 56,4 18,59
ОЗН-6 0,44 1,24 90 2,2 198,0 8,1
Известный интерес представляет качественная аналогия выражений (5) с зависимостями относительных объемных прочностных показателей Ка = Бк /ат и
К =°в К вида
5 к ¡От = {о в/ ^т %°е1 От )°'5 + {о В - !)0,5 J, (9)
где БК- истинное сопротивление разрыву, МПа; ств - временное сопротивлению разрыву, МПа; стт - предел текучести металла, МПа.
Для ферритных сталей 0Н3А, 0Н6А и 0Н9А при температуре 20 С [4] получены соответственно расчетные значения БК/стт = 1,93; 2,31 и 2,38, удовлетворительно совпадающие с экспериментальными отношениями БК/стт= 2,05; 2,33 и 2,44. Для сорбити-зированных сталей 50Г2, 40Х и 38ХГН получены расчетные значения БК/стт= 1,67; 1,62 и 1,6 при экспериментальных значениях БК/стт= 1,65; 1,72 и 1,70.
Отмеченное совпадение расчетных и экспериментальных относительных прочностных показателей дополнительно подтверждают обоснованность использования зависимостей (5) для оценки предельных твердостей изнашивающихся металлов.
По результатам исследования можно сформулировать следующие выводы: 1.Значения показателя Ьа/Ь0 изменяются в пределах 1,88...2,60 при среднем 2,19«2,0.
Следовательно, толщина изношенного слоя Ъа практически равна удвоенной глубине трибодеформационного упрочнения (разупрочнения).
2. В первом приближении, зависимость толщины разрушения (износа) металла Ьа от максимальной высоты неровностей поверхностного слоя Ятах можно аппроксимировать функцией Ъа=250(1-0,04 Ятах).
3. Предложенные зависимости предельных прочностных показателей при статическом растяжении подтверждены экспериментальными данными и могут быть использованы для оценки предельных твердостей изнашивающихся металлов.
4/2010 М1 ВЕСТНИК
Литература
1. Густов Ю.И. Повышение износостойкости рабочих органов и сопряжений строительных машин//Дис... докт. техн. наук. М.,МГСУ, 1994 - 529с.
2. 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». Москва: МГСУ, 2007. - с.339-342.
3. Густов Ю.И., Густов Д.Ю., Воронина И.В. Синергетические критерии металлических материалов. // Сборник докладов XV Российско-словацко-польского семинара «Теоретические основы строительства». Варшава, 2006. - с.179-184.
4. Коробко В.И. Золотое сечение и проблемы гармонии систем. Издательство АСВ стран СНГ. М., 1998. - 373с.
The literature
1. Gustov Y.I. Povishenie iznosostoykosti rabochih organov i sopryazheniy stroitel'nyh mashin. Dis...d.t.n. M.:1994-592c.
2. Gustov Y.I., Gustov D.Y., Voronina I.V. Metodologiya opredeleniya tribotehnicheskih poka-zateley metallicheskih materialov.// Sbornik dokladov XVI Slovacko-rossiysko-pol'skogo seminara «Teoreticheskie osnovy stroitel'stva» Zgilina-Varshava-Moskva - 2007,c.339.. .342
3. Gustov Y.I., Gustov D.Y., Voronina I.V. Sinergeticheskie kriterii metallicheskih materialov.// Sbornik dokladov XVI Slovacko-rossiysko-pol'skogo seminara «Teoreticheskie osnovy stroitel'stva» Varshava - 2006, c179.. .184.
4. Korobko V.I. Zolotoe sechenie I problemy garmonii system. Izdatel'stvo ASV stran SNG. M., 1998.-373c
Ключевые слова: сталь, износостойкость, трибодеформация, работоспособность, упрочнение, разупрочнение, твердость, микрометалл.
Key words: steel, wear resistance, tribodeformatsiya, availability, hardening, softening, hardness, mikrometall.
Email автора: tm@mgsu.ru
Рецензент: Баурова Н.И., к.т.н., доцент кафедры «Производство и ремонт автомобилей и дорожных машин» МАДИ
