CC BY
45
Срок службы, лет
—Среднее —Верхняя граница —Нижняя граница
Рис. 2. Зависимость средней величины показателя безотказности от срока службы
бы с доверительными границами.
Доверительный интервал является несимметричным. Это связано с верхней границей. Значение величин, составляющих верхнюю границу, выше 1,0 не имеет смысла. Из рис. 2 видно, что ширина доверительного интервала является достаточно небольшой. Коэффициент вариации не превышает 15 %. Приведенная зависимость может быть заменена прямой линией, что говорит о прямой связи показателя готовности и срока службы образцов АТ. Уравнение для описания этой зависимости выглядит следующим образом:
(Пгот^ = 0,918 - 0,0036т1, (4)
/ „ чстац
где (Пгот )мгн — стационарный показатель мгновенной готовности образцов АТ г'-го срока службы.
Список литературы
1. РД 50-690-89. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по эксперименталь-
ным данным: методические указания. — М.: Госстандарт, 1990. — 132 с.
2. Ермолов, Л.С. Основы надежности сельскохозяйственной техники / Л.С. Ермолов, В.М. Кряжков, В.Е. Черкун. — М.: Колос, 1974. — 224 с.
3. Надежность тягового подвижного состава / В.Г. Галкин [и др.]. — М.: Транспорт, 1981. — 184 с.
4. Шипилов, В.В. Методы оценки эффективности полноприводной автомобильной техники: теоретический труд / В.В. Шипилов, В.Б. Каспаров, А.В. Акимушкин. — Рязань: Рязоблтипография, 2005. — 144 с.
УДК 631.3
А.В. Морозов, канд. техн. наук
А.В. Байгулов
Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия
РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ПОВЕРХНОСТИ ВТУЛКИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ОБЪЕМНЫМ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ ДОРНОВАНИЕМ
Увеличение срока службы узлов трения — одна из важнейших технических задач в машиностроении и ремонтном производстве. Одним из направлений в решении данной задачи является повышение износостойкости за счет снижения коэффициента трения и улучшения антифрикционных свойств поверхностей трения. Чаще всего такими поверхностями являются цилиндрические поверхности деталей машин. При этом для наружных цилиндрических поверхностей технологические методы повышения износостойкости разработаны более полно, чем для внутренних, на долю которых приходится до 60 % всех изнашивающихся цилиндрических поверхностей. Сложности, главным образом, связаны с их труднодоступностью для обработки. Особенно актуально это для деталей из цветных металлов из-за их дороговизны. Перспективными
88
на данный момент считаются ресурсо- и энергосберегающие технологии.
Электромеханическая обработка в технологии повышения физико-механических и эксплуатационных свойств деталей имеет ряд преимуществ перед другими технологиями.
Способы электромеханической обработки внутренних цилиндрических поверхностей слабо исследованы. Существенный эффект удалось получить при ОЭМД стальных втулок, а именно повышение твердости обработанной поверхности, значительное снижение шероховатости и получение качественного прессового соединения, используя при этом минимум оборудования и оснастки.
В статье рассматривается применение ОЭМД к бронзовым втулкам подшипников скольжения, изготовленных из материала БрОЦС 5-5-5. Выбор
материала обусловлен тем, что исследуемая марка бронзы широко используется при изготовлении данных втулок.
ОЭМД осуществлялось по схеме растяжения на вертикально-фрезерном станке со скоростью обработки 200 мм/мин, при силе тока 4000...5000 А в зависимости от рекомендуемой плотности тока для отделочно-упрочняющего режима [1]. Образцы (втулки) устанавливались в разборную обойму с переходной посадкой и обрабатывались дорном из твердого сплава Т15К6 с углом заборного конуса 20°.
С целью идентификации прогнозируемого результата поверхность необработанной втулки сравнивалась с поверхностью втулок, обработанных ОЭМД при силе тока 4000 А и 5000 А.
Электронно-микроскопические изображения были получены с помощью сканирующего электронного микроскопа XL30 ESEM-TMP производства фирмы FEI/Philips Electron Optics.
Микрорентгеноспектраль-ный анализ проводился с помощью спектрометра волновой дисперсии (INCA Wave 700) производства фирмы Oxford Instruments, установленного на данном сканирующем электронном микроскопе.
Исследования проводились при ускоряющем напряжении 30 кВ. При таких условиях глубина проникновения электронов в бронзу составляет ~3 мкм. Элементы регистрировали по характеристическим рентгеновским линиям. В качестве эталонов сравнения для количественного микроанализа (определения массовой доли элементов в точке) использовались соответственно для Cu — чистая медь, Zn — чистый цинк, Sn — чистое олово, Pb — PbS с содержанием свинца 88 %. Сила тока зонда не превышала 60 мкА. Результаты всех количественных измерений корректировались с учетом ZAF коррекции и усреднялись по нескольким точкам измерения.
На поверхности отшлифованного и отполированного образца, подготовленного из необработанной втулки, были получены электронно-микроскопическое изображение и карты распределения Cu, Pb, Zn, Sn. Из анализа эксперимента следует, что медь и цинк
распределены равномерно, а свинец и олово — в виде мелких вкраплений (скорее всего, эвтекто-идных), но равномерно по всей площади.
Для проведения количественного анализа массовой доли элементов использовалось усреднение по площади 75 и 150 мкм, результаты представлены в табл. 1. Состав содержит меди около 90 %, цинка около 6 %, олова около 3 % и свинца около 3 %.
На поверхности отшлифованного и отполированного образца, подготовленного из обработанной ОЭМД втулки, при силе тока 4000 А были получены электронно-микроскопические изображения и карты распределения Си, РЬ, Zn, 8п. На рис. 1 представлена карта распределения свинца, где более светлый цвет соответствует большей массовой доле химического элемента.
В электронно-микроскопическом изображении в отраженных электронах видны области с эле-
Таблица 1
Содержание элементов в анализируемом образце
Размер области Массовая доля элементов, %
анализа, мкм Cu Zn Sn Pb
75 87,3 ± 0,6 5,53 ± 0,05 3,07 ± 0,03 3,09 ± 0,06
150 88,7 ± 0,3 5,58 ± 0,06 2,85 ± 0,04 2,84 ± 0,06
Рис. 1. Карта распределения свинца и интенсивность сигнала отраженных электронов поверхности втулки обработанной ОЭМД при силе тока 4000 А
Таблица 2
Содержание элементов в анализируемом образце
Место анализа Массовая доля элементов, %
Zn Sn Pb
Основа Полоса свинца 1 Полоса свинца 2 89,7 ± 0,6 6,66 ± 0,06 0,91 ± 0,03 5,68 ± 0,05 0,48 ± 0,03 0,06 ± 0,03 3,34 ± 0,03 0,45 ± 0,04 0,05 ± 0,03 0,35 ± 0,04 92,8 ± 0,6 97,7 ± 0,5
300
250
.и*
і 200 н
о
о
Рис. 2. Карта распределения свинца и интенсивность сигнала отраженных электронов с поверхности втулки обработанной ОЭМД при силе тока 5000 А
ментов с большим атомным номером (более светлые — предположительно свинецсодержащие области). Эти области наблюдаются как в продольном, так и поперечном направлении втулки, а также в виде отдельных включений.
На картах распределения элементов отчетливо видно сосредоточение свинца в продольных и поперечных полосах шириной 15...60 мкм (рис. 1). Результаты представлены в табл. 2. Количественные данные по содержанию элементов были получены между полосами свинца и непосредственно на них.
Таким образом, свинец практически до 100 % собирается в локальные полосы выделения на поверхности бронзовой втулки, подвергнутой обработке. А материал основы содержит меди около 90 %, цинка — около 6 %, а олова 3 %.
На внутренней поверхности образца, подготовленного из обработанной втулки при силе тока 5000 А были также получены электронно-микроскопические изображения и карты распределения Си, РЬ, 2п, 8п. На карте распределения свинца (рис. 2) более светлый цвет соответствует большей массовой доле химического элемента.
В электронно-микроскопическом изображении в отраженных электронах видны, как и на предыдущем образце, области с элементами с большим атомным номером (более светлые — предположительно свинецсодержащие области). Эти области наблюдаются как в продольном, так и поперечном направлении втулки, а также в виде отдельных включений. Количественные данные по содержанию элементов были получены между полосами свинца и непосредственно на них, результаты представлены в табл. 3.
С увеличением силы тока и как следствие увеличивается температура в зоне контакта инструмента с деталью, наблюдается уменьшение количества свинца в основе, увеличение количества в усредненной основе и отдельных полосах. Основа усредненная, указанная в табл. 3, — это площадь между полосами свинца.
Из рис. 1 и 2 видно, что свинец локализуется в ямках и полосах, которые остались после чистового точения. При этом неровности заполнены свинцом более полно при токе 5000 А, чем при 4000 А.
Таким образом, объемное электромеханическое дорнование втулок из бронзы БрОЦС 5-5-5 благоприятно влияет на формирование элемент-
Таблица 3
Содержание элементов в анализируемом образце
Место анализа Массовая доля элементов, %
Єй Zn Sn Pb
Основа 1 89,9 ± 0,8 5,83 ± 0,04 3,26 ± 0,04 0,09 ± 0,04
Основа усредненная 70^70 мкм 88,3 ± 0,8 5,47 ± 0,04 3,36 ± 0,04 0,47 ± 0,04
Полоса свинца 1,21 ± 0,03 0,13 ± 0,03 0,09 ± 0,03 98,1 ± 0,5
ного состава на обработанной поверхности, создает необходимый микрорельеф и в зависимости от назначения и условий работы узлов (включающих подшипники скольжения) создает качественное прессовое соединение. Повышенное содержание свинца на поверхности позволяет снизить коэффициент трения и время приработки, повысить
ресурс работы сопряжения подшипник скольжения — вал.
Список литературы
1. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свойства, реализация / В.П. Багмутов [и др.]. — Новосибирск: Наука, 2003. — 316 с.
УДК 669.718
В.А. Алов, канд. техн. наук И.М. Соцкая, канд. техн. наук
Ярославская государственная сельскохозяйственная академия
ПОВЫШЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН
В настоящее время предметом пристального внимания становится изучение и применение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в литейном производстве [1]. Преимущества и новые технологические возможности, открывающиеся при внедрении СВС, позволяют разрабатывать новые высокоэффективные методы поверхностного или объемного упрочнения отливок для деталей машин сельхозназначения. Эти детали подвержены сильному истиранию и ударным знакопеременным нагрузкам по причине специфических условий эксплуатации. Поэтому современное сельскохозяйственное машиностроение требует применения новых железоуглеродистых сплавов, обладающих не только повышенной прочностью, но и рядом специальных свойств, обеспечивающих их длительную и надежную работу.
С этой целью в литейном производстве при модифицировании расплавов используют нанопорошки (НП), которые обладают уникальными физико-химическими и механическими свойствами, и эти свойства могут в определенной степени передаваться получаемым из них или с их участием изделиям. Наномодифицирование является современным высокоэффективным способом изготовления качественных отливок со специальными свойствами за счет повышения дисперсности и однородности структуры сплавов. Однако существующие способы получения и введения НП в расплавы не всегда отвечают необходимым требованиям в связи с их сложностью производства (плазмохимический синтез, метод детонационного синтеза и др.) и особых свойств по сравнению с более крупными порошками [2, 3].
Поэтому получение отливок с высокими специальными свойствами за счет наноразмерной структуры сплавов с минимальными экономиче-
скими затратами требует поиска новых или развития существующих способов синтеза. Этим требованиям, по мнению авторов, как раз и отвечает СВС-процесс. Горение смеси в этом случае не только безгазовое, но и бескислородное. Все продукты реакции горения — твердые и жидкие, причем они могут вовсе не содержать неметаллических фаз и состоять исключительно из металлов и их соединений типа карбидов, нитридов, карбонитридов, боридов, силицидов и др.
Исходя из приоритетов СВС-процесса, авторами разработана и апробирована в промышленных условиях новая комплексная экзотермическая смесь для обработки железоуглеродистых сплавов, содержащая алюминий, фтористый кальций, оксид алюминия, силикокальций и угольную пыль (сажу) [4]. Наличие измельченных присадок сили-кокальция или ферротитана обусловлено тем, что они являются эффективными химическими активными экзотермическими и модифицирующими добавками, оказывающими положительное влияние на температурные, термодинамические и технологические параметры чугуна или стали, их однородность и жидкотекучесть, что способствует повышению дисперсности структуры. При этом модифицирование чугуна небольшими присадками титана основано на образовании оксикарбонитридов этого элемента, служащих активными центрами кристаллизации (графитизации) и поэтому размельчающих макро- и микроструктуру отливок [1]. Кроме того, карбидообразующий титан может выступать в роли графитизатора из-за своеобразных кинетических и термодинамических эффектов.
Металлический алюминий в предложенной смеси является химически активной добавкой, раскисляющей сплав и повышающий его однородность структуры. Угольная пыль кроме модифици-
