CC BY
54
до х + dx сила а^х, действующая на удерживающую связь, медленно убывает от значения
оу dx = — dx,
Ы2пх
определяемого второй формулой (1) при г=х, 0 = 0, до нуля.
При этом точка приложения перемещается вдоль оси у от 0 до значения
и = -
4 (і -и2) E
—
А/ - x 2п ,
определяемого шестой формулой (1) при г = Л/ - х, 0 = п.
Вычисляя полную работу, совершаемую при продвижении разреза на Л/, мы должны взять интеграл от 2 • 1 оуdxu по всему разрезу (двойка появляется из-за того, что у разреза два берега):
] о у Ы, = 4 (1 -и2)—2 =(и) А/.
0 у 2пЕ х Е
Поток энергии О численно равен работе, отнесенной к единице приращения длины трещины, т. е.
G=
і-и2
E
—2
для плоской деформации, и
і
G = —— E
для плоского напряженного состояния. Аналогично можно вычислить интенсивности освобождения энергии для трещин поперечного и продольного сдвига, а затем, сложив их, получить выражение для трещины общего вида
G=
і -и2
E v 1 E
Таким образом, приходим к двум эквивалентным формулировкам критерия разрушения. Трещина получает возможность распространения в том случае, когда интенсивность освобождающейся энергии G достигает критической величины Gc = 5Г / 5S = const, а коэффициент интенсивности напряжений K достигает критической величины K = const.
c
Проведенное исследование показало, что при реализации технологического процесса шлифования возможно осуществлять управление процессом в зависимости от условий конкретной технологической задачи (точность или производительность) назначением режимов резания.
Список литературы
1. Глебов, В.В. Анализ условий начала распространения трещины / В.В. Глебов, М.Е. Егоров // Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении: сб. Всерос-сийск. науч. техн. конф. — Н. Новгород-Арзамас: НГТУ-Ар НГТУ. — 2007. — С. 88-93.
2. Партон, В.З. Механика разрушения: От теории к практике / В.З. Партон. — М.: Наука, 1990. — С. 240.
3. Скуднов, В.А. Синергетика явлений и процессов в металловедении, упрочняющих технологиях и разрушении: учеб. пособие для студентов вузов / В.А. Скуднов. — Н. Новгород: НГТУ, 2007. — С. 191.
2
УДК 621.791.76/.79
П.И. Бурак, канд. техн. наук, доцент
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
способы нанесения промежуточного Слоя для электроконтактной приварки
Известно, что при электроконтактной приварке (ЭКП) металлической ленты к поверхности детали физический контакт формируется в процессе пластической деформации микронеровностей на свариваемых поверхностях [1-3]. Электроконтакт-ная приварка через промежуточный слой позволяет избежать макродеформации детали благодаря деформированию промежуточного слоя, вид которого определяется не только технологическими возможностями производства, но и физико-химическими и механическими свойствами привариваемых мате-
риалов, параметрами режима приварки, условиями эксплуатации полученных соединений и т. д.
Выбор оптимального промежуточного слоя, обеспечивающего получение высококачественного соединения разнородных материалов, диктуется следующими требованиями к его свойствам:
• хорошая привариваемость в контролируемой среде;
• благоприятные теплофизические характеристики для осуществления твердофазного соединения;
• отсутствие выплесков и непроваров в процессе формирования соединения;
• соответствие модулю упругости основным материалам;
• определенный уровень стабильности механических свойств.
Это обеспечит оптимальное термодеформационное воздействие на привариваемые материалы и, главное, полностью раскроет преимущества элек-троконтактной приварки перед другими методами соединения.
При ЭКП разнородных материалов, учитывая их физико-химические свойства, условия эксплуатации сварного узла, требования к его прочности, стабильности электрофизических и специальных свойств материалов, допустимый уровень пластической деформации деталей и необходимость проведения последующей термомеханической обработки узла, следует выбрать оптимальную технологию приварки (без промежуточного слоя или с его применением) и установить максимально допустимые параметры процесса.
Если необходим промежуточный слой, то нужно определить его вид и метод нанесения (см. рисунок).
Фольга, полученная прокаткой расплавленного металла, по активности поверхности почти не уступает компактным свариваемым материалам. Поэтому она применяется в качестве промежуточного слоя в основном для предотвращения образования интерметаллидов в зоне соединения. Толщина
таких слоев составляет 0,05_1,0 мм.
Наилучшие результаты получены при соединении материалов через фольгу на основе никеля.
В ходе исследований установлено, что существенное влияние на качество соединений оказывает ее толщина.
В соединениях с промежуточным слоем толщиной 0,5 мм глубина диффузии легирующих элементов соединяемых материалов в никелевую фольгу не превышает 10 % ее толщины. Если относительная деформация такого промежуточного слоя составляет 50_60 %, то разрушение соединения при механических испытаниях носит вязкий характер и развивается на границе сплав-никелевая фольга.
ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ СЛОЙ
Металлический порошок
(напыление, полимерные материалы, гальванические и диффузионные покрытия, прокатка с помощью связующих материалов (технический вазелин, спиртовой раствор поливинил бутираля))
▼
Аморфный
ленточный
припой
(в исходном состоянии)
Промежуточный слой и способы его нанесения
Дополнительная термообработка приводит к разрушению по середине слоя, где содержание никеля максимально. Таким образом, прочность всего соединения определяется прочностью фольги.
При сварке через промежуточный слой в виде никелевой фольги толщиной 0,25 мм и последующей термообработке разрушение по своему характеру становится в большей степени вязким, несмотря на то, что и в этом случае легирование происходит не на всю толщину слоя (содержание никеля в его середине составляет 100 %).
У промежуточных слоев толщиной 0,1 мм преобладает вязкое разрушение. Такие слои достаточно полно насыщаются легирующими элементами из соединяемых материалов. В результате приварки степень химической, структурной и механической неоднородности уменьшается настолько, что сварные соединения становятся более стойкими, чем при использовании промежуточных слоев другой толщины.
Аморфный ленточный припой может быть толщиной от 0,03 до 0,06 мм на основе Си, Т1, N1, 2п, А1, используемый для пайки меди, титана и их сплавов, нержавеющей стали, жаростойких никелевых сплавов, твердых сплавов типа ВК, циркония и его сплавов, в качестве флюсов. Температура плавления аморфных ленточных припоев в зависимости от марки может составлять от 600 до 1100 °С. Основной недостаток таких слоев — низкое качество сварных соединений, соответствующее по прочности паяным.
Особенностью порошковых промежуточных слоев является то, что, варьируя их состав, можно обеспечить его соответствие химическому составу свариваемых материалов. А это позволяет получать сварные соединения, которые имеют не только высокие прочностные характеристики, но и такие же электрофизические свойства, как у основных материалов.
К сожалению, ЭКП через порошковые промежуточные слои обладает рядом недостатков, один из которых — сложность и трудоемкость операции нанесения равномерного слоя порошка на соединяемые поверхности. Для этого используют различные приемы.
Качество соединений, получаемых через гальванические или напыленные покрытия, во многом зависит от их адгезии к основному материалу. В свою очередь, уровень адгезии определяется качеством подготовки поверхности под покрытие. Для обеспечения необходимого сцепления важным является сходство структур основного и осаждаемого металлов. Более того, взаимная диффузия метал-
Фольга
(в исходном состоянии)
лов основы и покрытия способствует их надежному сцеплению как при нанесении слоя, так и в процессе сварки, если диффузия сопровождается образованием твердого раствора.
По электропроводности, твердости, наличию внутренних напряжений, магнитным и другим свойствам гальванические покрытия отличаются от металлов, получаемых кристаллизацией из расплавов. Слои, осажденные гальваническим методом, обычно имеют волокнистую, нитевидную или столбчатую структуру.
Покрытия из Рё, Сг, Со, Бе и Ag носят растягивающие внутренние напряжения, что приводит к растрескиванию, появлению сколов, шелушению, повышенной усталостной прочности металла и разрушению деталей. Покрытия из 2п, Сё, РЬ и 8п вызывают сжимающие напряжения и вследствие этого могут отслаиваться. Одним из факторов, обусловливающих возникновение внутренних напряжений, является несовпадение межатомных расстояний металлов осадка и подложки.
Твердость гальванических покрытий, как правило, выше, чем у массивных образцов соответствующих металлов. Это обусловлено осаждением из водных растворов нежелательных неметаллических примесей разной природы (8, Р, С и др.), образующих включения, а также наводороживанием пленок и связанным с ним искажением структуры вещества.
Мелкозернистые покрытия обладают более высокой твердостью по сравнению с крупнозернистыми, что связано с увеличением свободной энергии, характерным для более мелких кристаллитов. Внешние слои гальванических покрытий, состоящие из более крупных кристаллитов, обладают более низкой твердостью, чем расположенные ближе к подложке мелкокристаллические слои. Твердость однозначно коррелирует с адгезией покрытия к основе. Низкая адгезия при высокой твердости связана со склонностью пленки к растрескиванию. Пористость является основным свойством гальванических покрытий, в которых объемная доля пор может достигать 1 %.
Напыленные тонкие металлические покрытия, используемые в качестве промежуточного слоя при ЭКП металлической ленты, имеют высокое отношение площади поверхности к объему, разную степень упорядочения структуры, малую массу, а также несовершенную кристаллическую решетку, что приводит к новым эффектам и заметным отклонениям от явлений, наблюдающихся в массивных образцах.
Условия термодинамического равновесия в тонких покрытиях существенно отличаются от условий в объеме: покрытие образуется из многих дискретных зародышей при их сильной разориентации и смещении относительно друг друга. Все это приводит к образованию дислокаций и сетки вакансий на поверхностях раздела соединяющихся зароды-
шей и возникновению упругих напряжений в покрытии.
Наиболее важные характеристики покрытий, получаемых газодинамическим напылением, — адгезия, равномерность толщины, структура и механические свойства. Прочность сцепления покрытия с одним из соединяемых материалов достигает 90 МПа. Несовершенные по структуре тонкие покрытия, содержащие после напыления различные виды дефектов, обладают большей свободной энергией, чем фольга аналогичных металлов, аморфный ленточный припой, что способствует активации процесса взаимной диффузии при сварке.
Из практики порошковой металлургии известно, что порошковое тело нестабильно из-за избытка свободной энергии. Это связано прежде всего с наличием чрезвычайно развитой внутренней межфаз-ной поверхности раздела твердого тела с порами.
Кроме выше рассмотренных способов подготовки промежуточного слоя из металлического порошка для ЭКП металлической ленты, существуют различные технологические приемы, такие как закрепление металлического порошка на контактной поверхности ленты с помощью технического вазелина; использование сетки, которую помещают на одну из соединяемых поверхностей и в ее ячейки насыпают порошок. Специальным скребком лишний порошок удаляют с поверхности сетки, а саму сетку убирают непосредственно перед ЭКП материалов. Возможно также использование спиртового раствора поливинилбутираля, с помощью которого готовят суспензию из ультрадисперсного порошка (УДП) никеля. После нанесения на поверхность ленты жидкая масса равномерно растекается, спирт испаряется на воздухе, и на свариваемой поверхности остается равномерный слой УДП. В процессе сварки при Т > 200 °С поливинилбутираль разлагается и полностью испаряется из зоны соединения. Используют клей в качестве связующего вещества, который наносят в виде тонкой пленки на участок детали или на ленту. Затем на этот участок посыпают заведомо избыточное количество порошкового материала. Наклоняя изделие и переворачивая его, излишки порошкового материала удаляют. Таким образом получают на изделии (или на ленте) однослойное расположение частиц порошкового материала. В процессе ЭКП металлической ленты и промежуточного слоя на основе клеящего вещества возможно выделение токсичных веществ, содержащихся в клее, а также прикладываемое давление в процессе ЭКП должно быть достаточным для того, чтобы частицы порошкового материала разрушили слой клея и пленки окислов, создали электропроводный контакт между листовым материалом и поверхностью изделия.
Материал, предназначенный для применения в качестве промежуточного пористого слоя, может
быть получен путем прокатки металлического порошка с последующим его спеканием при температурах 50_300 °С в среде водорода.
Анализ технологических приемов нанесения промежуточного слоя для электроконтактной приварки и проведенные исследования показали, что оптимальным материалом является металлический порошок, который может быть равномерно распределен на соединяемой поверхности детали или ленты методом газодинамического напыления.
На основании этого предложены технологии получения покрытий через промежуточный слой
из порошкового материала при восстановлении и упрочнении деталей машин и механизмов элек-троконтактной приваркой.
Список литературы
1. Клименко, ЮЗ. Электроконтактная наплавка / ЮЗ. Клименко. — М.: Металлургия, 1978. — 128 с.
2. Каракозов, Э.С. Сварка металлов давлением / Э.С. Каракозов. — М.: Машиностроение, 1986. — 280 с.
3. Бурак, П.И. Движущие силы схватывания и образования процесса соединения поверхностей при электрокон-тактной приварке / П.И. Бурак // Международный научный журнал. 2007. — № 4. — С. 33-37.
УДК 629.113.004.53
Г.Д. Кокорев, канд. техн. наук, доцент
И.А. Успенский, доктор техн. наук, профессор
И.Н. Николотов, студент
ФГОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева»
стратегии технического обслуживания и ремонта автомобильного транспорта
Тенденции развития системы технической эксплуатации автомобильного транспорта (АТ) связаны с расширением номенклатуры применяемых стратегий управления надежностью и техническим состоянием объектов, переходом от статических форм к саморегулирующимся динамическим формам.
Применительно к понятию «техническое обслуживание и ремонт» (ТО и Р) АТ в сельском хозяйстве термин «стратегия» в самом общем виде может быть определен следующим образом. Стратегия — совокупность принятых принципов, правил и управляющих воздействий, определяющих комплексное развитие эксплуатационно-технических характеристик конструкции автомобильного транспорта, технологии, методов организации и производственнотехнической базы ее ТО и Р. Данное определение отражает необходимость системного подхода к решению проблемы повышения эффективности ТО и Р, нацеливает на совместные согласованные действия в рамках единой программы всех организаций и предприятий, создающих, эксплуатирующих и ремонтирующих АТ в сельском хозяйстве [1].
В соответствии с действующими стандартами различают следующие стратегии: технического обслуживания по наработке, при которой перечень и периодичность выполнения операций определяются значением наработки изделия с начала эксплуатации или после капитального (среднего) ремонта; технического обслуживания по состоянию, при которой перечень и периодичность выполнения
72
операций определяются фактическим техническим состоянием изделия в момент начала технического обслуживания; ремонта по наработке, при которой объем разборки изделия и дефектации его составных частей назначается единым для парка однотипных изделий в зависимости от наработки с начала эксплуатации и (или) после капитального (среднего) ремонта, а перечень операций восстановления определяется с учетом результатов дефектации составных частей изделия; ремонта по техническому состоянию, при которой перечень операций, в том числе разборки, определяется по результатам диагностирования изделия в момент начала ремонта, а также по данным о надежности этого изделия и однотипных изделий [2].
Стратегии ТО и Р по состоянию (стратегии по состоянию) существенно отличаются от стратегий обслуживания и ремонта по наработке (стратегии по наработке). Они заключаются не только в самом характере технологических процессов ТО и Р, но и в распределении ресурсов, потребных на развитие производственно-технической базы, соответствующей требованиям той или иной стратегии.
Стратегия по состоянию предполагает обеспечение высокого уровня эксплуатационно-ремонтной технологичности конструкций, создание в достаточных объемах эффективных средств диагностирования и неразрушающего контроля, развитие производственно-технической и экспериментальной базы эксплуатационных и ремонтных предприятий автомобильного транспорта. Стратегия же по нара-
