Автореферат (1173086), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Показано, что при фиксированной относительной деформации образцадиффузионное покрытие, приводит к увеличению долговечности за счет снижения растягивающихнапряжений в областях локальных покрытий.На основании анализа публикаций отмечено, что результаты рассмотрения вопросаизнашивания контактных поверхностей, взаимодействующих на пятнах фактического контакта, ирасчетная схема износа Барзова А.А. были использованы для рассмотрения механизмов изнашиваниядискретного (локального) диффузионного покрытия режущего инструмента.Однако, ввиду отсутствия известных публикаций по сопоставлению свойств сплошных идискретных (локальных) покрытий, в качестве первого шага был выполнен теоретический анализвлияния локальности покрытия на прочностные свойства образца при деформации растяжением.Анализ проводился на основе теоретической модели одноосного упругого деформирования образцаиз произвольного инструментального материала с исходной геометрией прямоугольногопараллелепипеда длиной Lи шириной Ни и толщиной hи, рис.1.

При этом поверхность образцапредставлена в виде набора условных квадратных ячеек со сторонами l .Рисунок 1. Модель плоского образца сдискретным покрытиемРисунок 2. Схема диаграммы растяжения вобласти упругой деформации для сплошного илокального (ячеистого) покрытия.12где: σПS - растягивающее напряжение, которое действовало бы в образце со сплошнымпокрытием, если бы его относительная деформация равнялась относительной деформациисплошного покрытия.Каждая ячейка имеет сплошное покрытие размером lП1 х lП2 х hИ и область без покрытияlS1 х lS2 х hИ.Отметим, что подразумеваемое отсутствие покрытия на боковых гранях, связанных с толщинойобразца, означает анизотропию его упругих свойств в отношении поперечных деформаций поширине НИ и толщине hИ, (см.

рис. 1). Деформации по ширине НИ характеризует величинакоэффициента Пуассона μИПS, а деформации по толщине hИ определяются только величинойкоэффициента Пуассона инструментального материала μ И.Принципиальной особенностью рассматриваемой модели является сопоставление упругойдеформации сплошного покрытия и локального покрытия; модуля упругости и коэффициентаПуассона, формально выступающего в роли интегральной характеристики композиции«покрытие-основа».Ячейка образца с локальным покрытием, объемом l х l х hИ и модулем упругости ЕИПS,включает в свой состав подъячейку сплошного покрытия в виде прямоугольного параллепипедаобъемом lП1 х lП2 х hИ и модулем упругости ЕИП.Поскольку в процессе обработки на режущий инструмент действуют термомеханическиенагрузки, то и на образец была приложена нагрузка Р, равномерно распределенная по всемуобразцу для того, чтобы теоретически сопоставить сплошное и локальное покрытие дляупругой деформации при растяжении.Сопоставлениедвухгеометрическиодинаковыхобразцовпоказывает,чтоприодинаковых относительных продольных деформациях ячейки имеют различные продольныедеформации: для сплошного покрытия - ΔlП1/lП1, и для локального - Δl/l .Растягивающие напряжения, действующие на эти ячейки также различны:Δ п1Δ, σ Е  п1 , σЕ,σ Еσ Е,ипипипsипs ипsипип ипsипs п1где: σИП – растягивающее напряжение сплошного покрытия,напряжение дискретного (локального) покрытия;сплошного покрытия; δИПS = Δl/lσИПS – растягивающееδП1 = ΔlП1/lП1 – относительная деформация– относительная деформация дискретного (локального)покрытия; ЕИП – модуль упругости сплошного покрытия; ЕИПS – модуль упругости дискретного(локального) покрытия.Эта схема качественно иллюстрирует различия напряжений σипs и σип.

Вместе с темрастягивающее напряжение для сплошного покрытия при относительной деформациилокального покрытия σипs равно σипs= σПS.Очевидно, что неравенство σипs < σип является следствием снижения напряжений,действующих непосредственно на локальные области самого покрытия, что напрямую связано13с вопросом увеличения временного интервала, в течение которого покрытие способно безразрушения выдерживать определенную деформацию образца, согласно представлениямкинетической теории прочности.Использование локальности приводит к уменьшению значения модуля упругости, посравнению со сплошным покрытием, что способствует улучшению его пластических свойств,релаксации напряжений. Характер влияния локального диффузионного покрытия напрочностные свойства образца при растяжении, в рамках сделанных допущений, полностьюопределяется влиянием на прочностные свойства одной элементарной ячейки.На основе разработанной модели определена долговечность режущего инструмента,установлен временной интервал работы режущего инструмента, обусловленный действиемтермофлуктуационного механизма разрушения нагруженных межатомных связей .Характеристикой энергоемкости инструментального материала по отношению к износуслужит эффективная молярная энергия активации Uэф, определяемая разностью:Uэф = Uо - Ω,где: Uэф - эффективная молярная энергия активации за счет внешних и внутренних сил; Uо энергия активации процесса разрушения (без внешней силы); Ω – активационный объем (объемобласти локализации первичного акта разрушения с учетом влияния на него дефектностиматериала изделия);  - приложенное напряжение.Отождествляя долговечность режущего инструмента tд с периодом его стойкостиполучаем выражение для эффективной молярной энергии активации Uэф:Uэф RTlg( TСТ ) ,0,434 o(1)где: о ≈ 10-13 c (время, считающееся достаточным для разрыва межатомной связи); Тст – стойкостьрежущего инструмента, сек.; Т – среднее значение температуры режущей кромки инструмента поКельвину; R – газовая постоянная 8,317 Дж/моль град.Таким образом, кинетический подход к проблеме износа режущего инструмента позволяет наоснове единого подхода, путем использования модификационной формулы Журкова С.Н.,установить взаимосвязь между периодом стойкости режущего инструмента Тст, среднейтемпературой его режущей кромки Т и соответствующей им эффективной величиной молярнойэнергоемкости Uэф процесса износа.Согласно экспериментальным данным, эффективная молярная энергия активации Uэф слокальным диффузионным покрытием больше, чем эффективная молярная энергия активацииUэф с ионно-плазменным покрытием (TiN) на 0,9%, долговечность режущего инструмента вышепримерно в 1,5-2раза, что подтверждено расчетами по формуле (1).В главе рассмотрены принципы и методика формирования диффузионного локальногопокрытия на рабочих поверхностях инструмента.

На основе теоретической модели и формулыдолговечности локального диффузионного покрытия в качестве эффективной промежуточной14среды между инструментальным и обрабатываемым материалами, условий эксплуатациирежущего инструмента и причин его отказов в работе, сформулированы положения о повышениидолговечности режущего инструмента с локальным покрытием при сохранении запаса пластичностиинструмента.

Согласно этим положениям локальное диффузионное покрытие должно:- повышать жесткость инструментального материала, но при этом препятствоватьповерхностному распространению трещин в покрытии, образующихся под воздействиемтермомеханических напряжений;- обеспечить повышение сопротивляемости усталостному разрушению, особенно вусловиях повышенных контактных напряжений, циклического нагружения режущей частиинструмента (операции прерывистого резания).Обобщение преимуществ ячеистой структуры износостойкого диффузионного покрытияна контактных площадках режущего инструмента, позволяет сформулировать их в видеследующих рабочих гипотез:1. Локальное диффузионное покрытие, сравнительно со сплошным покрытием, обладаетспособностью к снижению напряжений, приходящихся на локальные композиции покрытия сосновой.

Облегчению условий их релаксации, а также к частичной компенсации разностифизико-механических характеристик между инструментальным материалом и локальнымпокрытием, что снижает риск хрупкого разрушения режущего клина инструмента при действиициклических нагрузок.2.

Преимущества локального диффузионного покрытия определяются степенью согласованияего параметров с параметрами основы, представленной режущим клином из инструментальногоматериала, устанавливаемыми экспериментально.На основе указанного подхода была сформулирована методика нанесения локальногодиффузионного покрытия, разработано оборудование и технология для ее реализации.В соответствии с рабочими гипотезами сформулировано положение о дискретномдиффузионном покрытии, которое как и сплошное, в своих локальных ячейках сплошности состоит:из тонкого переходного нанослоя (ТПС); диффузионного слоя (ДС) и поверхностного нанослоя(ПНС), причем каждый из слоев имеет свои функции. Диффузионный слой способствует ростузапаса пластичности инструмента и жесткости инструментального материала, что, в свою очередь,снижает склонность режущего клина инструмента к потере формоустойчивости и упругимпрогибам под воздействием термомеханических напряжений, возникающих при резании и,таким образом, снижает вероятность хрупкого разрушения покрытия.Поверхностный нанослой повышает сопротивляемость усталостному разрушению,особенно в условиях повышенных контактных напряжений и циклического нагружениярежущей части инструмента (операции прерывистого резания).Тонкийпереходной нанослойобеспечиваетсовместимостьматериалом, сохраняя при этом прочность инструментального материала.синструментальным15Диффузионное дискретное покрытие может быть различным, поскольку для каждогоматериала формирование покрытия будет носить свой индивидуальный характер, взависимости от химического состава инструментального материала, (см.

Характеристики

Список файлов диссертации