CC BY
16
2[V]t+3/20=V203,
Ks =
1
2 D
a • r
3/2
[V]T+l/202(r) = VOT
K7 =
a ■P112
v Лэ,
(5)
(6) (7)
(8)
Температурные зависимости констант равновесия [4]: IgK, = 13740Т-1 - 3,353; (9)
IgK = 79171,6Т1-15,862;
lgK5= 64273Т"112,510;
(10) (11)
1дК7=21700,5Т"1 - 4,238. (12)
В системе [Ре,\/]т, - \/пОт- О 2иг в равновесии с твердым раствором и кислородом сосуществует одна оксидная фаза то при Т =сопб1 С=1. Задаваясь составом твердого раствора с учетом уравнения равенства активности ванадия яг(13) можно определить равновесное парциальное давление кислорода:
Ы ч. lgxr
Q
FK-V
-(1-х/.
(13)
RT
Здесь QFe V= - 159900 Дж [5].
При реализации равновесия в системе [Fe,V]T, - V nOm
- V rO!-0 2ur с двумя оксидными фазами одновременно при Т= const состав сплава определяется однозначно (С=0) совместным решением уравнений (1) и (3):
lgar=2lgKrl/2lgK3/ (14)
Уравнениями (3) и (5):
lgaF=3/2lgK3-2lgKs, (15)
и уравнениями (5) и (7):
lgar=lgK5-3lgK7. (16)
Диаграмма фазовых равновесий в системе Fe-V-O
На рис. 2 изотермы АВ, А'В', аЬ соответствуют равновесию |Fe -V|T-FeOT-02г; ВС, В'С', be—равновесию |Fe-V|T
- FeV204T - 02r;TCD, С 1D\cd — равновесию |Fe-V|T-V203T— 02r; DE, D'E, de — равновесию |Fe- V|T - VOT -02r.
Линия Bb является геометрическим местом точек че-тырехфазных равновесий |Fe-V|T- FeOT- FeV204T - 02r; линия Cc четырехфазных равновесий |Fe-V|T- FeV204.
v„cl
О и Dd характеризует четырехфазное равнове-
сие |Fe—V|T - V203t- VOt- 02
Рис. 2. Равновесие фаз в системе Fe-V-0
Видно, что оксиды FeO и Ре\/204устойчивы при очень низких концентрациях ванадия в сплаве (Xv <4-10~5), а монооксид при Xv> 0,500.
При всех составах сплава, в которых 0,50 > Xv > 4-10~5, стабилен оксид V203. Выводы
1. Термодинамическим анализом установлено, что при температурах 1273-1373 К в системе Fe-V-O наиболее устойчив оксид V203.
2. В сплавах Fe-V при указанных температурах устойчив аустенит.
Список литературы
1. Хансен М., Андерко К. Структура двойных сплавов. - М: Металлур-
гиздат. - 1962. -281 с.
2. Куликов И.С. Раскисление металлов,- М: Металлургия. - 1975. - 316 с.
3. Куликов И.С. Окислы переходных элементов пятой группы // Изв. АН СССР. Металлы. - 1971. - №3. - С. 48-54.
4. Сталеплавильное производство: Справочник / Под общ. ред.
A.M. Самарина. - М: Металлургия. 1964. -Т.1.-С. 24.
5. Stroms Е. К .The Vanadium - Vanadium Carbide System//J. Phys. Chem.
1962. -V.66.-N 8. -P. 1401 —1408.
УДК 621.922.025; 621.923.02
А.Б. Переладов, И.П. Камкин, А.В. Анохин Курганский государственный университет
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОСТИ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ
Аннотация
В статье описывается разработанная методика сравнительной оценки теплонапряженности процесса шлифования, в основе которой лежит фиксация и анализ цифровых изображений зон побежалостей, образующихся на боковой поверхности шлифуемых призматических образцов.
Ключевые слова: теплонапряженность, шлифование, цвета побежалости, компьютерный анализ изображений.
А.В. Pereladov, I.P. Kamkin, AM. Anokhin Kurgan State University
ESTIMATION METHOD OF CALORIFIC INTENSITY OF GRINDING
Annotation
The article describes the technique of the comparative assessment of calorific intensity of the grinding process, which is based on the fixation and analysis of digital images of discoloration zones, formed on the side ofthe grinded prismatic samples.
Key words: calorific intensity, grinding, discoloration, computer analysis of images.
Введение
При шлифовании и заточке инструментов из инструментальной стали часто образуются прижоги на обрабатываемой поверхности металла, которые свидетельствуют о ее перегреве. На сопряженных поверхностях, которые не подвергаются обработке, под влиянием температуры возможно образование радужных цветов - цветов побежалости, в результате формирования тонкой прозрачной поверхностной оксидной плёнки и интерференции
света в ней. Цвета побежалости становятся видимыми из-за интерференции белого света в тонких плёнках на отражающей поверхности, при этом по мере роста толщины плёнки последовательно возникают условия гашения лучей с той или иной длиной волны. Из практики известно, что если нагревать участок стали, то перейдя температуру 200°С, ее поверхность покроется слабо-желтоватым оттенком, который по мере повышения температуры переходит в оранжевый, пурпуровый, фиолетовый, голубой, синий и около 350°С — в водянисто-зеленый цвет.
Таким образом, имея данные о гамме цветов побежалости, образованных на прилегающих к зоне обработки поверхности, их границах и площадях распространения, мы можем дать сравнительную количественную и качественную оценку теплонапряженности осуществляемого процесса обработки с использованием, например, таблицы температур и цветов побежалости для инструментальных сталей российского инженера А.А. Ржешотар-ского, необходимого регистрирующего лабораторного оборудования и средств измерений.
С использованием вышеуказанных свойств поверхности стали на кафедре автоматизации производственных процессов Курганского госуниверситета была разработана методика проведения сравнительных испытаний, позволяющая оценить нагрев шлифуемой поверхности при обработке шлифовальными кругами, имеющими различные статические и эксплуатационные характеристики. Данная методика была использована, в частности, при проведении сравнительных испытаний шлифовальных кругов с улучшенными режущими свойствами, обеспечивающих пониженную температуру в зоне резания, разработанных для шлифования инструментальных и других сложнолегированных сталей и сплавов, имеющих плохую обрабатываемость. Цель проведенных исследований -определение состава круга, обеспечивающего наименьшую теплонапряженность процесса шлифования для конкретных материалов и условий обработки.
1. Описание эксперимента
Обработка стали осуществлялась на заточном станке модели 3Д642 с гидрофицированной продольной подачей рабочего стола. Суть методики заключается в следующем. Обрабатываемый образец из закаленной быстрорежущей стали Р6М5 (HRC-62 ед., размеры 300х50х20 мм.) подвергался врезному плоскому шлифованию специально изготовленными по различным рецептурам кругами 1 150х10х32 их электрокорунда белого на керамической связке. Шлифование кругами производилось с постоянными режимами: угловая скорость вращения инструмента п = 4500 мин-1, что соответствовало скорости резания V = 35 м/с, глубина шлифования t = 0,03 мм/дв.ход рабочего стола, продольная подача заготовки S = 8 м/мин. Число двойных ходов рабочего стола станка для каждого шлифовального круга при проведении испытаний равнялось 100. Для повышения достоверности результатов исследований сравнение работоспособности шлифовальных кругов осуществлялось на одном образце стали.
В результате выполнения эксперимента на поверхности стального образца, прилегающей к шлифуемой поверхности, под действием температуры процесса были получены оксидные пленки, различные области которых имели различные цветовые оттенки в зависимости от степени нагрева поверхности заготовки. Полученные изображения позволили определить размеры и площади нагретых до определенной температуры поверхностей и по этому показателю судить о теплонапряженности процесса шлифования различными кругами.
2. Анализ изображений
C помощью металлографического микроскопа модели Альтами МЕТ-1М фотографировалась боковая поверхность образца, прилегающая к прошлифованной канавке. С помощью инструмента «Панорама» программного обеспечения Altami Studio 3.2 создавался панорамный снимок поверхности так, чтобы захватить всю исследуемую зону цветов побежалости. Съемка производилась при 50-кратном оптическом увеличении, разрешении камеры 1024x768 (размер одного пикселя - 2,39 мкм).
Основным вопросом, который предстояло решить в ходе работы над методикой, являлся вопрос о границе между зоной побежалостей и металлом, непокрытым оксидной пленкой. Граница зоны побежалости определялась по изменению цветовых характеристик фотографий образца. Как известно, в RGB-модели цифрового цвета каждый элементарный участок изображения - пиксель - описывается помимо координат тремя числами - интенсивностя-ми трех составляющих цвета. R - красная, G - зеленая, B - синяя, причем интенсивности могут принимать значения от 0 до 255 (при однобайтной кодировке). В качестве характеристики для анализа были выбраны модули разности между значениями интенсивностей цвета |R-G|, |G-B| и |R-B|. Оказалось, что именно эти характеристики подвержены меньшему влиянию внешних факторов при съемке (освещенность, настройка «баланса белого» камеры и т.д.), и, следовательно, их анализ позволит получить наиболее адекватную информацию.
Дальнейшее обработка изображений проводилась в пакете MathCAD 14. Сначала было проведено исследование среднего значения разностей |R-G|, |G-B|, |R-B| на 5 случайно выбранных участках одинакового размера, отнесенных нами к границе (изображение было разделено на 25 вертикальных полос, номер полосы, на которой будет выбран участок, определялся из последовательности случайных чисел). Далее определялось соотношение между средним значением разностей на участке, отнесенном к границе зоны побежалостей и средним значением разностей для всего изображения.
Затем в изображении последовательно выделялись участки того же размера, которые использовались при предварительном исследовании, и для каждого участка определялось среднее значение разностей. Если соотношение между этими средними значениями и средними значениями разностей для всего рисунка были такими же, как и усредненные значения, полученные при предварительном исследовании (с определенным допуском), то этот участок относился к границе. Таким образом, было получено множество участков, отнесенных к границе. Центр каждого участка принимался за экспериментальную точку и далее эти точки аппроксимировались кривой вида y(x) = a2x2 + a1x + a0.
Значения неизвестных коэффициентов вычислялись с помощью встроенных функций пакет MathCAD для регрессионного анализа. Панорамные изображения, с выделенными точками и проведенной кривой, приведены на рис.1. Площадь, ограниченная на рисунке кривой и верхней границей изображения, принималась в качестве площади зоны побежалостей.
3. Полученные результаты
Данные о площади, полученные в ходе работы, сведены в табл.1. С использованием выбранного критерия (наименьшая площадь зоны нагрева до определенной температуры) был определен шлифовальный круг (образец № 1) с характеристиками, в наибольшей степени отвечающими требованию минимального нагрева при шлифования данной стали.
62
ВЕСТНИК КГУ. 2012. № 2 (24)
Рис. 1. Панорамные изображения с выделенными экспериментальными точками и границей: а) - область побежалостей при шлифовании кругом 1; б) - область побежалостей при шлифовании кругом 2; в) - область побежалостей при шлифовании
кругом 3
Таблица 1
Результаты эксперимента
Номер круга Площадь зоны побежалостей, мм2 Комментарий
1 7.88 Бифракционный круг (из смеси зерен с различными зернистостями)
2 14.01 Круг стандартной рецептуры, 4 структура
3 9.06 Круг стандартной рецептуры, 6 структура
Вывод
Разработанная методика позволяет достаточно эффективно оценивать работоспособность шлифовальных кругов без применения сложной регистрирующей аппаратуры, в реальных производственных условиях металлообрабатывающих предприятий и абразивных заводов.
