6. Улучшение уровня очистки и трибологических свойств рабочих жидкостей при эксплуатации тракторных гидросистем : отчет о НИР / ВНТИЦентр ; исполн : Ленивцев Г. А., Володько О. С., Молофеев М. В. [и др.]. - М. : ВНИПИОАСУ, 2012. - 137 с. - № ГР 01.201062609. - Инв. № 02.201352396.
7. Severa, G. Corecovery of Bio-Oil and Fermentable Sugars from Oil-Bearing Biomass [Электронный ресурс] / G. Severa, G. Kumar, M. J. Cooney // Hindawi Publishing Corporation International Journal of Chemical Engineering. - 2013. - URL: http://www.hnei.hawaii.edu/sites/www.hnei.hawaii.edu/files/IJChE%20Co-recovery%20paper.pdf (дата обращения: 2.05.2015).
УДК 539.219.3:53.09
ОСОБЕННОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ УПРУГИХ ВОЛН НА ПРОЦЕСС МАССОПЕРЕНОСА В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ
Миронова Татьяна Фёдоровна, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Физика, математика и информационные технологии», ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА.
446442 Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.
E-mail: tmironova51@mail.ru
Миронова Татьяна Васильевна, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Физика, математика и информационные технологии», ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА.
446442 Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.
E-mail: mirt 777@mail.ru
Ключевые слова: массоперенос, металлы, радиоактивные, изотопы, упругие, волны.
Цель исследований - улучшить механические свойства и качество поверхности изделий из металлов на основе меди, титана, железа и его сплавов. Образцы в виде цилиндров диаметром 10 мм и высотой 10 мм, изготовленные из чистого металла, подвергались многократной обработке упругими волнами при давлении до 109 Па с частотой до 60 импульсов в минуту в нейтральном газе и насыщающей газовой среде. Температура обработки изменялась в интервале 973-1273 К. В экспериментах применялся метод авторадиографии и послойный радиометрический анализ на установке «Бета-1» с изотопами 63Ni, 14C. Установлено, что скорость диффузии никеля в железе, меди и титане увеличилась в 2 раза, причем концентрационный профиль в титане имел немонотонный характер, а глубина диффузионной зоны превысила таковую в меди и железе. При цементации железа и его сплавов с хромом и титаном в результате обработки произошло ускорение процесса насыщения углеродом в 1,5-2 раза при температуре 1273 К и в 10 раз при температуре 973 К. При этом изменился характер фазообразования, после импульсной обработки поверхностный слой железа глубиной до 40 мкм содержал до 65% аустенита. Установлено, что при импульсном сжатии газовой среды возникает максимум концентрации углерода, соответственно и максимум микротвердости, положение которого определяется параметрами обработки и составом сплава. Понижение температуры диффузионного отжига привело к увеличению эффективности применения импульсной обработки.
Совершенствование промышленного производства, выпуск современных машиностроительных конструкций и сельскохозяйственных машин невозможны без создания и освоения материалов, обладающих самыми разнообразными механическими, физико-химическими и эксплуатационными свойствами. В тоже время, свойства материала определяются его составом, внутренним строением, характером предварительной обработки и, безусловно, состоянием его поверхности. Существенное влияние на механические свойства металлов, такие как твердость и прочность, оказывает содержание цементита в поверхностном слое. Импульсная обработка металлов в условиях сжатия окружающей среды, при которой в образец вводится упругая волна, не вызывающая макроскопической деформации материала, может быть использована для «финишной» обработки изделий.
Цель исследований - улучшить механические свойства и качество поверхности изделий из металлов на основе меди, титана, железа и его сплавов.
Задача исследований - изучить особенности фазообразования и массопереноса в меди, титане, железе и его сплавах при взаимодействии их с никелем и углеродом в условиях упругой деформации.
Материалы и методы исследований. Для экспериментальных исследований была использована специальная установка [1], в которой импульсное воздействие на образец передавалось через газообразную среду. Данная установка позволяла осуществлять многократную импульсную обработку образцов в диапазоне давлений от 105 до 109 Па с частотой от 1 до 100 импульсов в минуту. Обработка образцов проходила либо в нейтральном газе, либо в насыщающей газовой среде. Температуру эксперимента можно было изменять от 973 до 1273 К. Режимы обработки образцов представлены в таблице 1.
В исследованиях применялся метод снятия слоев и авторадиография. На торцевую поверхность подготовленных образцов электролитическим способом наносился слой изотопа 63Ni толщиной 0,3 мкм и активностью 103-104 Бк, причем однородность и толщина покрытия контролировались [2]. Насыщение образцов
углеродом проводилось в твердом карбюризаторе ВаСОз, содержащем радиоактивный углерод 14С, в течение 2 ч при температуре 1253 К. Для измерения активности образцов при проведении послойного радиометрического анализа использовали установку «Бета-1» [3]. В экспериментах также применялся метод авторадиографии. Однако, в случае малых глубин проникновения меченых атомов, стандартное использование указанного метода оказывается малоинформативным, поэтому в отдельных случаях авторадиография выполнялась с косых шлифов при угле среза 4°45' [4].
Таблица 1
Режимы обработки образцов___
Основа Изотоп Температура, К Среда Число импульсов в минуту Длительность импульса, с Максимальное давление, Па Время отжига, с
Ре 63\Н 1073 аргон 40 0,1 109 3,6103
Си 63\Н 1073 аргон 40 0,1 109 3,6103
И 63\Н 1193 аммиак 60 0,1 109 1,08104
Ре 14С 1223 аргон 60 0,1 109 3,6103
Ре-1 %Сг 14С 1223 аргон 60 0,1 109 3,6103
Ре-1,2%И 14С 1223 аргон 60 0,1 109 3,6103
Ре-1,2%И 14С 973 аргон 60 0,1 109 7,2103
Результаты исследований. Результаты проведенных исследований в железе и меди (рис. 1, а, б) показали, что импульсная обработка привела, прежде всего, к существенному увеличению глубины проникновения изотопа в основу. Расчет коэффициентов диффузии дал следующие величины: никеля в железе без обработки й = 6,910 -16 м2/с, после обработки йи = 1,2410 -15 м2/с; никеля в меди: й = 8,710 -16 м2/с и йи = 1,8210 -15 м2/с. То есть, многократная импульсная обработка привела к увеличению скорости диффузии почти в 2 раза.
При обработке титана (рис. 1, в) по аналогичной схеме было установлено, что протяженность зоны массопереноса также увеличилась, а расчет коэффициентов диффузии дал следующие величины: без обработки й = 7,310 -14 м2/с и после обработки йи =8,710 -13 м2/с. Следует заметить, что распределение радиоактивного никеля в основе имело более сложный характер, на глубине порядка 25 мкм появлялся максимум концентрации 631\1, возможно связанный с тем, что обработка проводилась в среде аммиака. При этом вместе с диффузией никеля титан насыщался азотом, поступающим из окружающей среды. Возможно также, что появление максимума на концентрационной кривой связано с многократностью импульсного нагружения, подобно тому, как это происходит, при многократной импульсной ударной или лазерной обработке.
Насыщение образцов углеродом проводили в стандартном карбюризаторе, содержащем радиоактивный углерод 14С [5]. Фазовый анализ зоны массопереноса Ре-армко показал, что в результате цементации в поверхностном слое без обработки образовалось 35% аустенита, а после импульсного воздействия его количество увеличилось до 65%. Установлено также, что после импульсной обработки поверхностный слой представлял собой сочетание двух фаз, а именно а- и р-железа, тогда как цементит отсутствовал.
Микродюрометрический анализ образцов показал, что их микротвердость после импульсной обработки оказалась выше на всем протяжении зоны массопереноса (рис. 2, а), а на глубине порядка 200 мкм имелся максимум микротвердости. Импульсная обработка привела к повышению концентрации углерода в матрице обрабатываемого металла на 15-20%, а в приповерхностном слое - более чем на 30%. Анализ результатов авторадиографии для железа (рис. 2, б) позволил сделать вывод о том, что характер распределения углерода в образцах идентичен изменению микротвердости [6]. Протяженность диффузионной зоны образца после импульсной обработки увеличилась примерно в 1,4 раза. Расчет коэффициентов
Рис. 1. Распределение 63\\ в железе (а), меди (б) и титане (в) до (1) и после (2) диффузионного отжига
При исследовании процесса цементации сплава Fe-1%Cr установлено, что импульсная обработка образцов привела также к возникновению максимума микротвердости (рис. 3, а), а протяженность диффузионной зоны увеличилась в 1,4 раза (рис. 3, б). Заметно отличались и рассчитанные коэффициенты диффузии: без обработки О = 4,4101 м%, после обработки Ои = 1,210-10 м2/с, причем их отношение составило значение Dи/D = 2,7, что практически в 1,5 раза больше, чем для случая Fe-армко.
а б
Рис. 2. Изменение микротвердости железа (а) и концентрационные кривые распределения 14С в железе
до (1) и после (2) обработки
а б
Рис. 3. Изменение микротвердости (а) и концентрационные кривые распределения 14С (б) в сплаве Fe-1 %Cr до (1) и после (2) обработки
Насыщение углеродом сплава Fe-1,2%Ti в аналогичных условиях дало весьма схожие результаты: максимум микротвердости и концентрации углерода, увеличение протяженности зоны массопереноса после импульсной обработки в 1,4 раза. Расчет коэффициентов диффузии дал значения: без обработки D = 3,7101 м2/с после обработки Du= 6,9101 м2/с, а их отношение составило Du/D = 1,9. Следовательно, наиболее эффективным оказалось влияние импульсной обработки для сплава Fe-Cr.
Результаты исследования процесса цементации сплавов при температуре 973 К позволили сделать вывод о том, что при понижении температуры отжига на 250 К эффективность импульсной обработки существенно возрастает. Для сплава Fe-1,2%Ti глубина диффузионной зоны увеличилась с 0,5 до 0,15 мм, а расчет коэффициентов диффузии дал значения: без обработки D = 1,610-12 м2/с, после обработки Du= 1,7101 м2/с, а их отношение составило уже Du/D = 10,6.
Следует подчеркнуть, что и в этом случае наблюдался максимум микротвердости в диффузионной зоне [7], однако его абсолютное значение при данной температуре оказалось несколько ниже, чем при температуре Т=1223 К.
Заключение. По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1) диффузионная подвижность атомов замещения и внедрения в металлах и сплавах в условиях многократного импульсного сжатия газовой среды существенно увеличивается;
2) концентрация углерода в насыщаемом слое металла в условиях импульсного сжатия газовой среды значительно повышается, и, как следствие, растет его микротвердость;
3) при импульсном сжатии газовой среды возникает максимум концентрации углерода, соответственно и максимум микротвердости, положение которого определяется параметрами обработки и составом сплава;
4) понижение температуры диффузионного отжига приводит к увеличению эффективности применения импульсной обработки для металлов и сплавов, что позволяет значительно сократить энергозатраты в процессе обработки.
Библиографический список
1. Мазанко, В. Ф. Диффузионные процессы в металлах под действием магнитных полей и импульсных деформаций : монография: в 2 т. Т. 2 / В. Ф. Мазан:о, А. В. Покоев, В. М. Миронов [и др.]. - М. : Машиностроение, 2006. - 320 с.
2. Бокштейн, Б. С. Диффузия атомов и ионов в твердых телах : монография / Б. С. Бокштейн, Я. Б. Ярославцев. - М. : МИСИС, 2005. - 362 с.
3. Азаренков, Н. А. Моделирование диффузионных процессов и экспериментальное определение параметров диффузии в конструкционных материалах с использованием радиоактивных изотопов / Н. А. Азаренков, В. Е. Семененко, Н. Г. Стервоедов [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. - 2007. - №2. - С. 76-81. - (Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение»).
4. Бородавка, А. Е. Компьютеризированный комплекс для исследования процессов диффузии в металлах и сплавах радиоактивным методом / А. Е. Бородавка, А. С. Посухов, В. Е. Семененко [и др.] // Радиофизика и электроника. -2005. - №4. - С. 162-165.
5. Бобырь, С. В. Анализ процесса графитизации в железоуглеродистых сплавах на основе термодинамики необратимых процессов // Металлофизика и новейшие технологии. - 2013. - Т. 35, Вып. 2. - С. 199-208.
6. Котречко, С. А. Новые подходы к оценке взаимосвязи свойств прочности, пластичности и механической стабильности / С. А. Котречко, Ю. Я. Мешков, А. В. Шиян [и др.] // Металлофизика и новейшие технологии. - 2011. - Т. 33, вып. 9. -С. 1277-1290.
7. Azhaza, V. M. Microstructure and hardness of natural composite materials / V. M. Azhaza, N. A. Azarenkov, V. E. Se-menenko, V. V. Podzolkova // Modern Materials Science: Achivements and Problems. - Kiev, 2005. - Vol. 1. - P. 15-17.
УДК 621.436
ВЛИЯНИЕ РЫЖИКОВОГО МАСЛА НА ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА
СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА
Болдашев Геннадий Иванович, канд. техн. наук, проф. кафедры «Тракторы и автомобили», ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА.
446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.
E-mail: SSAA Ingener@mail.ru
Быченин Александр Павлович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Тракторы и автомобили», ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА.
446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.
E-mail: tia sci ssaa@mail.ru
Приказчиков Максим Сергеевич, канд. техн. наук, доцент кафедры «Технический сервис», ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА.
446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.
E-mail: SSAA Ingener@mail.ru
Быченина Марина Александровна, соискатель кафедры «Тракторы и автомобили», ФГБОУ ВПО Самарская
ГСХА.
446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.
E-mail: tia sci ssaa@mail.ru
Ключевые слова: топливо, смесевое, пара, свойства, противоизносные.
Цель исследования - повысить противоизносные свойства дизельного топлива введением малых (до 10% по объему) доз рыжикового масла. Представлены теоретические предпосылки повышения противоизносных свойств смесевого топлива за счет использования в качестве присадки растительных масел, содержащих органические поверхностно-активные вещества. Приведены методика и результаты поисковых исследований противоизносных свойств смесевого топлива с присадкой рыжикового масла. Исследования проводились на универсальном трибометре типа ТУ на четырехшариковом узле трения. Концентрация рыжикового масла в топливе менялась от 0 до 10% по объему с шагом в 2%. Нагрузка, частота вращения шпинделя и материал деталей узла трения не изменялись. Исследования показали, что при концентрации рыжикового масла 2% по объему средний диаметр пятна износа снизился на 26,1% (с 1,1255 при использовании дизельного топлива без добавок до 0,8317 мм при добавлении 2% рыжикового масла). При концентрации рыжикового масла 4% средний диаметр пятна износа снизился на 35,94% от первоначального. При дальнейшем увеличении концентрации рыжикового масла (6, 8 и 10% по объему) снижение диаметра пятна износа составило соответственно 36,56; 37,32 и 38,57%. Установлено, что для значительного повышения трибологических свойств дизельного топлива достаточно ввести в его состав 2-4% рыжикового масла по объему. Дальнейшее увеличение концентрации противоизносной присадки значительного эффекта не дает, но использование смесевых топлив с содержанием растительных масел до 50% по объему рационально с точки зрения экономии топлив нефтяного происхождения.