ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫ
Print ISSN: 1994-6309    Online ISSN: 2541-819X
English | Русский

Последний выпуск
Том 21, № 3 Июль - Сентябрь 2019

Физико-механические аспекты абразивного изнашивания сталей в условиях охлажденной воздушной среды

Том 21, № 1 Январь - Март 2019
Авторы:

Ан И-Кан,
Вольф Эрнст Леонидович,
Сараев Юрий Николаевич
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2019-21.1-108-121
Аннотация

Введение. Актуальность рассмотренных в статье вопросов обусловлена стратегией освоения перспективных в экономическом отношении регионов России, для которых характерны суровые климатические условия. Это приводит прежде всего к неблагоприятному воздействию на материал деталей эксплуатируемой техники климатически низких температур. Выход из строя деталей, а нередко целых узлов бывает связан чаще всего с их износом, интенсивность которого, как правило, нарастает при воздействии отрицательных температур (к низкотемпературным принято относить процессы, протекающие при температурах ниже 273 К). Наиболее губительным в плане влияния на работоспособность этих элементов механических систем является их абразивное изнашивание. При этом практика эксплуатации техники в северных условиях показала, что интенсивность этого вида механического изнашивания деталей в узлах трения связана с неблагоприятным воздействием на физико-механические свойства, а значит, и на износостойкость сталей охлажденной воздушной среды. Поэтому изучение характера и причин поверхностного разрушения деталей, изготовленных из стальных материалов, представляет как научный, так и сугубо практический интерес. Ферритоперлит является основой для широко применяемых сталей (сплавов), и в рассматриваемом контексте стал предметом настоящего исследования, цель которого: «Выявить закономерности абразивного низкотемпературного изнашивания отожженных углеродистых сталей для их использования при разработке научно обоснованных рекомендаций, необходимых при конструировании высокоизносостойкости металлических материалов». Методы исследования. В научно-прикладном исследовании применялись как аналитические методы, так и экспериментальные износные испытания на установках оригинальных конструкций (защищены авторскими свидетельствами). В качестве расчетной модели для оценки траекторий и параметров скольжения абразивных зерен по рабочей поверхности ускорителя (ротора) использовалось понятие кинематической пары пятого класса (в качестве связи частицы с рабочей поверхностью в рассмотрение было введено понятие фрикционной связи по И.В. Крагельскому). Результаты и обсуждения. Обобщая полученные результаты, отметим следующее. Во-первых, экспериментально зафиксировано влияние схемы воздействия абразивных частиц в условиях низких температур на изнашиваемую поверхность образцов. За счет вогнутой (установка типа ЦУК) или выпуклой (способ кольца) формы изнашиваемой поверхности изменялась схема напряжений на разрушаемой поверхности образца. Отмеченное наглядно прослеживается на кривых износа в условиях охлажденной воздушной среды. Во-вторых, увеличение протяженности межфазовой некогерентной границы в системе α – твердый раствор – упрочняющая карбидная фаза (в отожженном состоянии испытывались углеродистые стали по составу от доэвтектоидных до заэвтектоидных) привело к росту абразивной износостойкости на всем интервале исследованных температур. Вместе с этим обозначенное имеет ряд особенностей, связанных с изменением механизма изнашивания при преодолении порога хладноломкости (от вязкого к хрупкому).


Ключевые слова: абразивный износ, низкотемпературная воздушная среда, стали, закономерности изнашивания, схемы износных испытаний

Список литературы

1. Поисковые исследования повышения надежности металлоконструкций ответственного назначения, работающих в условиях экстремальных нагрузок и низких климатических температур / Ю.Н. Сараев, С.В. Гладковский, Н.И. Голиков и др. // Наукоемкие технологии в проектах РНФ. Сибирь / под ред. С.Г. Псахье и Ю.П. Шаркеева. – Томск: Изд-во НТЛ, 2017. – Гл. 5. – С. 134–202. – ISBN 978-5-89503-607-5.



2. Махутов Н.А., Москвичев В.В., Фомин В.Н. Создание техники северного исполнения – проблема социально-экономического развития восточных регионов России // Вестник РАН. - 2015. - Т. 85, № 2. - C. 155–163. – doi: 10.7868/S0869587315020097.



3. К вопросу построения дорожной карты отечественного арктического материаловедения. Ч. 1 / В.М. Бузник, Н.П. Бурковская, И.В. Зибарева, Р.Н. Черепанин // Материаловедение. - 2017. - № 4. - С. 8–16.



4. К вопросу построения дорожной карты отечественного арктического материаловедения. Ч. 2 / В.М. Бузник, Н.П. Бурковская, И.В. Зибарева, Р.Н. Черепанин // Материаловедение. - 2017. - № 5. - С. 22-28.



5. Научно-методические основы дефектоскопии, диагностики и мониторинга состояний материалов и технических систем / М.А. Махутов, М.М. Гаденин, В.В. Иванов, П.В. Миодушевский // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2015. - № 10. - С. 47-56.



6. Кащеев В.Н. К методике определения абразивной износостойкости металлов при низких температурах // Тезисы докладов и сообщений Всесоюзной научно-технической конференции «Работоспособность машин и конструкций в условиях низких температур. Хладостойкость материалов». – Якутск: ИФТПС ЯФ СО АН СССР, 1973. – С. 22–23.



7. Kleis J. Probleme der Bestimmung des Strahlverschleisses bei metallen // Wear. – 1969. – Vol. 13, iss. 3. – P. 199–215. – doi: 10.1016/0043-1648(69)90151-3.



8. The physical mechanism of the formation of metal microspheres in the wear process / J. Kleis, U. Muiste, U. Pilvre, H. Uuemois, H. Uetz // Wear. - 1979. - Vol. 53, iss. 1. - P. 79-85. – doi: 10.1016/0043-1648(79)90218-7.



9. Ишлинский А.Ю. Классическая механика и силы инерции. - М.: Наука, 1987. - 320 с.



10. Патент 1237951 СССР. Установка для исследования ударного абразивного воздействия на образцы / В.Н. Кащеев, А.Н. Солод, Э.Л. Вольф. - Опубл. 15.06.1986.



11. Клейс И.Р. Об изнашивании металлов в абразивной струе // Труды Таллинского политехнического института. - Таллин, 1959. - № 168. - C. 3-27.



12. Ларионов В.П., Ковальчук В.А. Хладостойкость и износ деталей машин и сварных соединений. - Новосибирск: Наука, 1976. - 206 с.



13. Кузнецов В.Д., Добровидов А.Н. Хрупкость рельс при низких температурах и способы ее уменьшения // Сталь. - 1930. - № 3-4. - С. 86-87.



14. Кузнецов В.Д. Хрупкость металлов // Техническая энциклопедия. - М., 1934. - Т. 25. – С. 621–626.



15. Давиденков Н.Н. О хрупком разрушении // Вопросы машиноведения. - М., 1950. - С. 467–474.



16. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел. - М.: Металлургия, 1971. - 264 с.



17. Глезер А.М. О соотношении прочности и пластичности металлических материалов // Деформация и разрушение материалов. - 2016. - № 1. - С. 2.



18. Кащеев В.Н. Абразивное разрушение твердых тел. - М.: Наука, 1970. - 247 с.



19. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. - М.: Машиностроение, 1978. - 213 с.



20. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. - М.: Наука, 1970. - 251 с.



21. Кащеев В.Н., Вольф Э.Л. Изнашивание потоком частиц стальной поверхности и ее температура // Трение и износ. - 1982. - № 4. - С. 655-660.



22. Sorokin G.M., Malyshev V.N. Methods of choosing high-strengthened and wear-resistant steels on a complex of mechanical characteristics // New tribological ways / ed. by T. Ghrib. – Intech Open, 2011. - P. 197-218. – ISBN 978-953-206-7.



23. Давиденков Н.Н. Проблема удара в металловедении. - М.: Изд-во АН СССР, 1938. - 116 с.



24. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. - М.: Наука, 1974. - 640 с.



25. Liebowitz H. Fracture. An advanced treatise. Vol. 6. Fracture of metals. – New York; London: Academic Press Publ., 1969. – 506 p. – ISBN 10: 0124497063. – ISBN 13: 9780124497061.

Благодарности. Финансирование

Работа выполнена в рамках договора о научно-техническом сотрудничестве между НИ ТПУ, ИФПМ СО РАН, ИФТПС СО РАН, ИМАШ УрО РАН и программ фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы, проект III.23.2.1.

Для цитирования:

Ан И-Кан, Вольф Э.Л., Сараев Ю.Н. Физико-механические аспекты абразивного изнашивания сталей в условиях охлажденной воздушной среды // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 1. – С. 108–121. – doi:10.17212/1994-6309-2019-21.1-108-121.

For citation:

An I-Kan, Wolf E.L., Saraev Yu.N. Physical and mechanical aspects of abrasive wear of steels in a cooled air environment. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2019, vol. 21, no. 1, pp. 108–121. doi:10.17212/1994-6309-2019-21.1-108-121. (In Russian).

Просмотров: 265