CC BY
6ционных кодов. Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион, технические науки. 2006. -№ 3, С. 21- 22.
6. Солонина, А. И. Основы цифровой обработки сигналов: Курс лекций / А. И. Солонина, Д. А. Улахович, С.
М. Арбузов, Е. Б. Соловьева / Изд. 2-е испр. И перераб. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 768 с.
7. Червяков Н.И., Велигоша А.В, Калмыков И.А., Иванов П.Е. Цифровые фильтры в системе остаточных классов // Радиоэлектроника. 1995. Т.38. №8. С.11- 20.
УПРОЧНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН С _ПРИМЕНЕНИЕМ НАНОРАЗМЕРНЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Горленко Александр Олегович
доктор технических наук, профессор Брянский государственный технический университет
г. Брянск
SURFACE HARDENING LAYER OF MACHINE PARTS OF NANOSIZED CARBON MATERIALS Gorlenko Alexander, Doctor of Technical Sciences, Professor Bryansk State Technical University, Bryansk
АННОТАЦИЯ
В работе описаны технология и оборудование для создания антифрикционных упрочненных поверхностных слоев деталей машин на основе применения наноразмерных углеродных материалов с целью повышения износостойкости, приведены результаты триботехнических испытаний цилиндрических образцов нормализованным методом.
ABSTRACT
In work the technology and the equipment for creation of antifrictional strengthened blankets of details of cars on the basis of application of nanodimensional carbon materials for the purpose of wear resistance increase are described, results of tribotekhnichesky tests of cylindrical samples by the normalized method.
Ключевые слова: поверхностный слой; износостойкость; наноалмазы; электромеханическая обработка; упрочнение; триботехнические испытания.
Keywords: blanket; wear resistance; nanodiamonds; electromechanical processing; hardening; tribotekhnichesky tests.
Разнообразие принципиально новых свойств на-ноструктурированных материалов позволяет использовать их для качественно новых приложений в различных отраслях промышленности, в том числе для деталей пар трения машин и механизмов. В технологиях получения и применения наноматериалов размером 1...500 нм все более заметную роль играют кластеры углерода, самыми многообещающими из которых являются наноразмерные углеродные материалы, в частности ультрадисперсные наноалмазы детонационного синтеза.
Имплантирование наноалмазов в поверхностный слой осуществляется при электромеханической обработке (ЭМО) на определенных режимах в коагулированном состоянии (фракции порошка размером 200.250 нм). На поверхность перед обработкой они наносятся обмазкой, предварительно размешанные с консистентным графитным смазочным материалом в определенной пропорции. Частично эти коагулянты графитизируются под действием температуры, что приводит к дополнительному насыщению поверхностного слоя углеродом. Большая часть коагулянтов внедряется в формируемый поверхностный слой, армируя его.
Затем на этой же поверхности проводится ЭМО на
упрочняющих режимах [2, 3]. В процессе высокотемпературного пластического деформирования, под воздействием высоких температур и давлений происходит аустенизация поверхностного слоя стали в зоне контакта. Углерод из обмазки, состоящей из графита и наноалмазов, в твердофазном процессе насыщения диффундирует в поверхностные слои, повышая содержание углерода в аустените. Это хорошо видно на образовании многослойной структуры поверхностных объемов стали на рис. 1.
С ростом содержания углерода и повышенной скорости охлаждения, в структуре стали увеличивается доля перлита с интенсивным снижением толщины фер-ритной окантовки вокруг перлитных зерен, как следствие процесса нормализации стали при интенсивном охлаждении. Во 2-м вышележащем слое (рис. 1) вследствие интенсивного охлаждения структура стали состоит из ферритной оторочки (сетки) и сорбито-тро-ооститных зон (структуры закалки). Следовательно, в процессе упрочнения ЭМО сталь подвергается одновременно нормализации (с ускоренным охлаждением и образованием ферритно-перлитной структуры) и закалке (с образованием ферритно-сорбито-трооститной структуры).
Рисунок 1. Многослойная структура поверхностных объемов стали 45 после формирования имплантированного наноалмазами слоя и электромеханического упрочнения (х100, травление ниталем):
а - нижний слой - основа материала, нормализованная исходная структура стали; б - 1-й вышележащий слой - нормализованная структура, образованная высокой скоростью охлаждения при нагреве;
в - 2-й вышележащий слой - зона с повышенным содержанием углерода, состоящая из закалочных структур сорбито-трооститного типа;
г - переходный слой или "белый" слой; д - верхний слой - слой спеченного графита, имплантированный наноалмазами
Вследствие высокотемпературного пластического реходный слой, структура которого состоит из метал-деформирования на поверхности стали образуется лической матрицы стали, насыщенной имплантиро-слой спеченного графита с имплантированными нано- ванными наноалмазами.
алмазами, состоящий, в основном, из спеченной мас- Структура наноалмазного графитного слоя (рис. 2) сы графита и наноалмазов. состоит из основы, спеченного графита, наноалмазов
На поверхности раздела ферритно-сорбито-троос- различных размерных групп и включений карбидов титной структуры стали и слоя спеченного графита, различной природы. имплантированного наноалмазами, формируется пе-
Рисунок 2. Структура слоя спеченного графита, имплантированного наноалмазами (х500)
Полученный слой обладает высокими триботех- антифрикционным материалом, армированным имп-ническими характеристиками, так как его основа лантированными наноалмазами и дисперсными части-(спеченный графит) является высокоэффективным цами карбидов различной природы.
Упрочненный нижележащий ферритно-сорби-то-трооститный слой имеет мелкозернистую тексту-рированную износостойкую структуру. Существенным компонентом данной структуры является измельченное зерно феррита, получаемое вследствие перекристаллизации сильно деформированного аустенита при электромеханическом упрочнении. Размер зерна феррита по сравнению с основой материала уменьшается в 15 раз.
Микротвердость поверхностного слоя (при обработке среднеуглеродистых сталей) достигает 1000 HV на поверхности. Глубина общего упрочненного слоя - до 1,2 мм. При этом осуществляется плавный переход твердости упрочненного слоя от поверхности к не-упрочненной сердцевине детали, что не приводит к его отслоению при динамических нагрузках.
Для комплексных сравнительных испытаний износостойкости использовались наружные цилиндрические поверхности образцов, изготовленных из средне-углеродистой стали 45 с использованием следующих технологий:
- объемная закалка, низкотемпературный отпуск (ТО);
- электромеханическое упрочнение обрабатываемой поверхности (ЭМО);
- нанопокрытие системы Si-O-C-N, нанесенное с использованием технологии финишного плазменного упрочнения (ФПУ) в ООО «НПФ «Плазмацентр», г.
По результатам триботехнических испытаний установлено, что износостойкость образцов с имплантированным наноалмазами слоем и последующим электромеханическим упрочнением в период нормального изнашивания повысилась по сравнению (в скобках указаны значения для общего времени испытаний): с тер-мообработанными образцами - в 3,3 (3,9) раза; упрочненными ЭМО - в 1,1 (1,8) раза; обработанными ФПУ - в 1,3 (1,4) раза.
Модификация поверхности трения стали за счет
Санкт-Петербург;
- комбинированная электромеханическая обработка (ИНЭМО) - формирование имплантированого нано-алмазами поверхностного слоя и последующее упрочнение обрабатываемой поверхности.
Комплексные сравнительные испытания образцов проводились на автоматизированной установке, созданной на базе машины трения МИ-1М, нормализованным методом [4, 5].
По результатам анализа регистрируемых параметров определялись следующие показатели три-ботехнических свойств [1]: время приработки Ю, ч; приработочный износ h0, мкм; среднее значение коэффициента трения в период нормального изнашивания ^ отношение максимального значения коэффициента трения в период приработки ГО к ^ среднее значение интенсивности изнашивания в период нормального изнашивания И = ф - Ю) / ^ - L0), где 1 мкм - суммарная величина износа образца за время испытаний, L, мкм - путь трения, пройденный поверхностью образца за время испытаний, L0 - путь трения, пройденный поверхностью образца за время приработки; значение интенсивности изнашивания за общее время испытаний = h / L.
Результаты триботехнических испытаний образцов, изготовленных из стали 45, после различных методов обработки представлены в табл. 1, а также на рис. 3 -6.
Таблица 1
образования на ней слоя спеченного графита, имплантированного и композиционно упрочненного нано-алмазами и карбидами различной природы, наряду с формированием упрочненной ферритно-сорбито-тро-оститной и ферритно-перлитной мелкозернистой структуры нижележащих слоев материала методом ИНЭМО позволяет повысить износостойкость поверхностей трения, что подтверждается триботехнически-ми испытаниями.
Результаты триботехнических испытаний образцов, изготовленных из стали 45, после различных методов обработки
Триботехническое свойство Показатель Значение показателя для образцов
ТО ЭМО ФПУ ИНЭМО
Прирабатываемость ^ , ч 2,78 2,93 1,95 2,03
1 , мкм 11,5 6,0 3,5 2,5
^ / f 1,58 2,94 3,28 2,60
Антифрикционность f 0,33 0,17 0,035 0,098
Износостойкость 1 мкм 16,1 7,5 5,6 4,1
1„ -10 - 10 2,42 0,82 0,96 0,74
I -10 - 10 41 X 5,55 2,59 1,93 1,42
Рисунок 3. Результаты испытаний образца, изготовленного из стали 45, после объемной закалки и низкотемпературного отпуска
Рисунок 4. Результаты испытаний образца, изготовленного из стали 45, после электромеханического упрочнения
Рисунок 5. Результаты испытаний образца, изготовленного из стали 45, после ФПУ
Рисунок 6. Результаты испытаний образца, изготовленного из стали 45, после формирования имплантированного наноалмазами слоя и последующего электромеханического упрочнения
деталей машин при электромеханической обработке /
Список литературы
1. Бишутин, С.Г. Износостойкость деталей машин и механизмов: учебное пособие / С.Г. Бишутин, А.О. Го-рленко, В.П. Матлахов; под ред. С.Г. Бишутина. - Брянск: БГТУ, 2010 - 112 с.
2. Горленко, А.О. Импульсная электромеханическая обработка / А.О. Горленко, О.А. Горленко // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2011. - № 6 (06). - С. 21 - 25.
3. Горленко, А.О. Упрочнение поверхностей трения
А.О. Горленко // Вестн. БГТУ. - 2011. - № 3. - С. 4 - 8.
4. Горленко, А.О. Технологическое повышение износостойкости цилиндрических поверхностей трения / А.О. Горленко, В.П. Матлахов // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2010. - № 5. - С. 20 - 26.
5. Горленко, А.О. Нормализация триботехнических испытаний для создания базы данных по одноступенчатому технологическому обеспечению износостойкости / А.О. Горленко, М.И. Прудников // Трение и смазка в машинах и механизмах. - №9. - 2008. - С. 7 - 13.
РАЗРАБОТКА УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА НА БАЗЕ МАЛОРАЗМЕРНОГО АНТРОПОМОРФНОГО РОБОТА
Калашников Александр Геннадьевич
Студент
Северо-Кавказский Федеральный Университет
г. Ставрополь
Бондаренко Денис Андреевич
студент
Северо-Кавказский Федеральный Университет
г. Ставрополь
DEVELOPING EDUCATIONAL COMPLEX ON THE BASIS OF SMALL-SIZED ANTHROPOMORPHIC ROBOT Kalashnikov Alexandr, student North-Caucasian Federal University, Stavropol Bondarenko Denis, student North-Caucasian Federal University, Stavropol АННОТАЦИЯ
В работе описывается разработка учебно-методического комплекса по робототехнике для учеников средне образовательных учреждений. Также представлен краткий обзор программируемого робота AR-101M, с помощью которого производятся практические занятия. ABSTRACT
The paper describes the development of educational complex robotics for pupils of secondary educational institutions. Also it provides an overview of the programmable robot AR-101M, by means of which produced practical exercises. Ключевые слова: робототехника; программирование; обучение. Keywords: robotics; programming; training.
Не так давно о роботах и киборгах писали в фантастических произведениях. Но в наше время мир с роботами уже не представляется чем-то безумным.
Не секрет, что роботы, которые раньше ассоциировались с высокими технологиями будущего, уже вокруг нас. Они широко распространены в многих областях нашей жизни. Все чаще робототехника используется в
различных отраслях производства. На заводах роботизированные машины выполняют сложную работу, которая зачастую превосходит человеческие возможности. Нас окружают машины, например, приготавливающие кофе, делающие за нас уборку, строящие космические корабли и т.п.
