Технологические плрлметры стлбилизирующей обрлботки глльвлнических покрытий Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012

ст = у-

60с пЪк 3

Наибольшие напряжения: <г

30с

тах —

(6)

(7)

пЪк

При у =0,5к действуют растягивающие напряжения, при у =—0,5к — сжимающие напряжения.

Используя программуМаШСАЭ, получим возможность автоматизированного расчета и вывода графической зависимости угла деформации и осадки (то есть осевого перемещения) детали под действием силы резания и противодействующей ей силы закрепления.

Таким образом, при исследовании получены следующие выводы. На точность механической обработки тонкостенной кольцевой детали влияет множество факторов, которые классифицируются по самым различным признакам, а также имеют разное происхождение и степень влияния на конечный результат обработки. Рассмотрена исследуемая деталь под действием силы резания и сил закрепления, направленных противоположно друг другу. С применением положений теории сопротивления материалов становится возможным расчет общей осевой силы, момента приложенных к заготовке сил, а также вывод зависимости угла поворота сечения кольца и осе-

вого перемещения от действующих сил. Практическое применение полученных результатов позволит компенсировать отрицательное воздействие влияющих на обработку факторов и, следовательно, улучшить качество изготавливаемых деталей.

Библиографический список

1. Ластовский, П. Н. Обеспечение заданных требований точности при автоматизированной токарной обработке тонкостенных деталей летательных аппаратов : дис. ... канд. тех. наук. / П. Н. Ластовский. — Омск, 2009. — 226 с.

2. Биргер, И. А. Расчет на прочность деталей машин : справочник / И. А. Биргер, Б. Ф. Шор, Г. Б. Иоселевич. — М. : Машиностроение, 1993. — 640 с.

МОРГУНОВ Анатолий Павлович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология машиностроения».

ЧХЕТИАНИ Екатерина Юлоновна, аспирантка кафедры «Основы теории механики и автоматического управления».

Адрес для переписки: ekaterina-chkhetiani@yandex.ru

Статья поступила в редакцию 21.02.2012 г.

©А. П. Моргунов, Е. Ю. Чхетиани

"ДК 669 046 И. М. КОВЕНСКИЙ

В. Н. КУСКОВ Л. Н. ВЕНЕДИКТОВ И. Л. ВЕНЕДИКТОВЛ Л. Г. ОБУХОВ

Тюменский государственный нефтегазовый университет

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Рассмотрены диффузионные процессы миграции и аннигиляции точечных дефектов, протекающие в гальванических покрытиях в послеэлектролизный период. Установлены зависимости и определены температурно-временные параметры обработки, которые приводят к снижению концентрации вакансий в электроосаж-денных металлах до равновесных значений, обеспечивая стабилизацию свойств покрытий при эксплуатации.

Ключевые слова: гальванические покрытия, отжиг, стабилизация свойств. Работа выполнена при поддержке гранта Тюменской области.

Электролитическое осаждение металлов и сплавов для повышения конструктивной прочности, износо- и коррозионной стойкости узлов и деталей машин применяется достаточно широко. Известно, однако, что физико-механические свойства гальванических покрытий могут изменяться с течением времени эксплуатации, оказывая влияние на надежность и долговечность конструкции в целом. Ранее показано [1], что изменение свойств при старении осадков Сг, Fe,

№, Со и других металлов с относительно высокой температурой плавления обусловлено процессами миграции и аннигиляции вакансий, избыточная концентрация которых фиксируется после электроосаждения. Однако даже длительное старение (3000 часов и более) не приводит к стабилизации свойств и, прежде всего, внутренних напряжений, вредно влияющих на эксплуатационные характеристики покрытий. В практически приемлемое время релаксация напряжений

пА1 + пУ 1 - 1 и пА0 + пУ0 - 1

(4)

Рис. 1. Схема диффузии вакансии в ГЦК решетке

где пу1 и пу0 — доля вакансий в плоскостях «1» и «0» соответственно; пА1 и пА0 — доля атомов в узлах кристаллической решетки в плоскостях «1» и «0» соответственно;

— частота перескоков атомов в вакансии, показывающая количество переходов атомов в вакансию в единицу времени.

Подставив (4) в (3), получим выражение для расчета потока вакансий вдоль оси X:

3ух - а ■ уу

дп,

дх

(5)

где пу — доля вакансий в плоскостях «1» и «0» соответственно.

Из первого закона Фика [3] коэффициент диффузии В выражается следующим образом:

в покрытиях достигается отжигом при температурах, обеспечивающих, в соответствии с энергией активации [2], протекание диффузионных процессов миграции и аннигиляции точечных дефектов кристаллического строения.

Для определения температурно-временных параметров стабилизирующего отжига рассмотрим диффузионные потоки, приводящие к уменьшению концентрации вакансий в покрытиях до равновесных значений. На рисунке представлена схема, поясняющая потоки вакансий в ГЦК металлах (рис. 1).

В вакансию, обозначенную V и находящуюся в плоскости «0», могут переходить атомы из ближайшего окружения (плоскостей «1» и « — 1»), которые на рисунке выделены черным цветом. Центр координат совпадает с вакансией, а оси перпендикулярны граням.

Поток вакансий вдоль оси X из плоскости «0» вправо и влево с учетом их возможного возвращения на исходное место можно описать уравнением:

X Іух - 4 ■ [(І01 - 7*10) + (І0-1 - 7-10)] -

(1)

где ]01 и ]10 — поток вакансий из плоскости «0» в плоскость «1» в прямом и обратном направлениях соответственно;

30-1 и !10 — поток вакансий из плоскости «0» в плоскость « — 1» в прямом и обратном направлениях соответственно.

Поскольку плоскости «1» и « — 1» смещены относительно плоскости «0» на а/2, потоки ]01 и ]_10 можно сопоставить следующим образом:

а ді 01

2 дх

(2)

х 7УХ - 2 ■ а ■ (701 - 710)

(3)

дх

УХ

(6)

дпУ

С другой стороны, согласно [4], коэффициент диффузии определяется как:

I2

В - —, т

(7)

где L — величина пути миграции вакансии до ее аннигиляции;

т — время, в течение которого концентрация вакансий снижается до равновесных значений. Приравняв правые части (6) и (7), выразим т:

I2

]УХ

дх

дпу

(8)

После подстановки (5) в (8) получим:

а2 ■ уу

(9)

С учетом экспоненциальной температурной зависимости [3], частота перескока вакансий при заданной температуре Т1 может быть выражена как:

Ут 1 - Ут2 ■ Є

- о (1 1 )

к Т1 Т 2 ,

(10)

где а — параметр кристаллической решетки.

Аналогично соотносятся потоки ]0-1 и ]10. Подставим выражения (2) в (1):

где пТ2 — частота перескока вакансий при температуре Т2;

О — энергия активации перескока вакансий; к = 1,381 • 10-23 Дж/К — постоянная Больцмана. Из (9) выразим частоты перескоков вакансий уТ1 и уТ2 при температурах Т1 и Т2:

С учетом пропорциональности величин потоков концентрации объектов диффузии (вакансий и атомов) в соответствующих плоскостях запишем:

I2

ут 1 -

(11)

Т1

701 - УУ ■ пУ0 ■ пА1 710 - УУ ■ пУ 1 ■ пА0г

/Т 2

а2 ■тт2

(12)

Т =

2

I

т =

2

2

I

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

73

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012

износостойкость покрытий обеспечивает отжиг при температуре 0,3Тпё (режим № 2), а повышенную коррозионную стойкость — при 0,35Тт (режим № 3).

Библиографический список

1. Ковенский, И. М. Старение и стабилизация свойств гальванических покрытий / И. М. Ковенский, А. Н. Венедиктов // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2010. - № 3(93). - С. 43-45.

2. Горелик, С. С. Рекристаллизация металлов и сплавов / С. С. Горелик, С. В. Добаткин, Л. М. Капуткина. - М. : Изд-во МИСиС, 2005. - 432 с.

3. Бокштейн, Б. С. Диффузия атомов и ионов в твердых телах / Б. С. Бокштейн, А. Б. Ярославцев. - М. : Изд-во МИСиС, 2005. - 362 с.

4. Гегузин, Я. Е. Диффузионная зона / Я. Е. Гегузин. -М. : Наука, 1979. - 343 с.

5. Ковенский, И. М. Электролитические сплавы / И. М. Ковенский, В. В. Поветкин. - М. : Интермет Инжиниринг, 2003. -288 с.

КОВЕНСКИЙ Илья Моисеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой материаловедения и технологии конструкционных материалов. КУСКОВ Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры транспорта углеводородных ресурсов.

ВЕНЕДИКТОВ Анатолий Николаевич, инженер кафедры материаловедения и технологии конструкционных материалов.

ВЕНЕДИКТОВА Ирина Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры прикладной механики.

ОБУХОВ Александр Геннадьевич, доктор физикоматематических наук, профессор кафедры высшей математики.

Адрес для переписки: imkoven@tsogu.ru

Статья поступила в редакцию 13.02.2012 г.

© И. М. Ковенский, В. Н. Кусков, А. Н. Венедиктов,

И. А. Венедиктова, А. Г. Обухов

Книжная полка

621.01/Т41

Тимофеев, Г. А. Теория механизмов и машин : учеб. пособие для вузов по техн. специальностям / Г. А. Тимофеев ; МГТУ им. Н. Э. Баумана. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Юрайт, 2011. - 351 с. - 1БВЫ 978-5-99161137-4. -978-5-9692-1104-9.

Изложены основы теории механизмов и машин (ТММ), изучены свойства отдельных типов механизмов, широко применяемых в самых разных машинах, приборах и устройствах; рассматриваются задачи совершенствования современной техники, создания новых высокопроизводительных машин и систем, освобождающих человека от трудоемких процессов. ТММ базируется на методах математического анализа, векторной и линейной алгебры, дифференциальной геометрии и других разделов математики, поэтому курс лекций рассчитан на студентов, уже имеющих подготовку по высшей математике, теоретической механике, векторной алгебре, информатике и др.

62-83/М64

Мирошник, А. И. Автоматизированный электропривод : конспект лекций / А. И. Мирошник, О. А. Лысенко ; ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. - 93 с. - 1БВЫ 978-5-8149-1177-3.

Изложен материал по изучению автоматизированных электроприводов. Значительное внимание уделено устройствам замкнутых автоматизированных электроприводов постоянного и переменного тока, принципам их работы и основным характеристикам.

Таблица 1

Температурно-временные параметры стабилизирующего отжига

№ режима отжига Материал покрытия

Ад Си Со N1

1 1 = 100 °С т = 3 ч 1 = 100 °С т = 3 ч 1 = 200 °С т = 3 ч 1 = 200 °С т = 3 ч

2 1 = 125 °С т = 0,75 ч 1 = 125 °С т = 0,75 ч 1 = 250 °С т = 0,5 ч 1 = 250 °С т = 0,5 ч

3 1 = 150 °С т = 0,5 ч 1 = 150 °С т = 0,5 ч 1 = 300 °С т = 0,25 ч 1 = 300 °С т = 0,25 ч

Подставив выражения (11, 12) в (10), получим время, в течение которого концентрация точечных дефектов снижается до равновесного значения при температуре Т2:

‘Г 2

‘Г 1

- (---------)

. ек Т 2 Г1

(13)

где тТ1 — время, в течение которого при температуре Т1 концентрация точечных дефектов снижается до равновесного значения, определенное экспериментально;

тТ2 — расчетное время, в течение которого при температуре Т2 концентрация точечных дефектов снижается до равновесного значения.

Пользуясь экспериментальными данными [1], с помощью формулы (13) можно определить температурновременные параметры обработки, которые приводят к снижению концентрации вакансий в электроосаж-денных металлах до равновесных значений, обеспечивая стабилизацию свойств покрытий в процессе эксплуатации (таблица).

Выбор режимов стабилизирующего отжига зависит от конкретных условий эксплуатации и требований, предъявляемым к покрытиям (твердость, пластичность, износо- и коррозионная стойкость и др.), поскольку температура отжига оказывает различное влияние на свойства [5].В частности, повышенную