Диссертация (1173087), страница 12

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

Текст из файла (страница 12)

График зависимости r(n), где r – атомный радиусэлементы, свидетельствует о наличии встречных тенденций в периодическихизменениях r и E.Таблица 2.3–Упругие свойства металлов в свете периодическойтаблицы МенделееваМеталлЛитий (Li)Бериллий(Be)Бор (B)Магний(Mg)Алюминий(Al)Кремний(Si)Кальций(Ca)Титан (Ti)Ванадий(V)Хром (Cr)Марганец(Mn)Железо(Fe)Кобальт(Co)n34Период22Ряд Группа r, нмIII0,157IIII0,113Реш.ОЦКГЕКE, ГПа5300μ0,420,0351223IIIIIIIIII0,0970,16ТЕТГЕК34542,5-450,35133IIIIII0,143ГЦК69-720,31143IIIIV0,118АЛМ 110-160-204IVII0,197ГЦК26-222324254444IVIVIVIVIVVVIVII0,1460,1310,1270,13ГЕКОЦКОЦККУБ110139-170280-3152000,330,360,31-264IVVIII10,126ОЦК195-2050,28274IVVIII20,125ГЕК2060,3272продолжение таблицы 2.3Никель(Ni)Медь (Cu)Цинк (Zn)284IVVIII30,124ГЦК200-220293044VVIII0,1280,137ГЦКГЕК110-130100-130Германий(Ge)Селен (Se)Рубидий(Rb)Иттрий(Y)Цирконий(Zr)Ниобий(Nb)Молибден(Mo)Рутений(Ru)Родий (Rh)Палладий(Pd)Серебро(Ag)Кадмий(Cd)Индий (In)Олово (Sn)Сурьма(Sb)Теллур(Te)Цезий (Cs)Лантан(La)Церий(Ce)Празеодим(Pr)324VIV0,139АЛМ 820,30,40,380,30,35-343745VVIVII0,160,248ГЕКОЦК552,50,45-395VIIII0,181ГЕК660,27405VIIV0,160ГЕК84-970,35415VIV0,145ОЦК91-1600,39425VIVI0,140ОЦК300-3300,31445VIVIII10,134ГЕК420-5000,31454655VIVIVIII2VIII30,1370,137ГЦКГЦК385115-1250,260,39475VIII0,144ГЦК72-83,50,37485VIIII0,156ГЕК50-530,3495051555VIIVIIVIIIIIIVV0,1660,1580,161ТЕТТЕТРМЭ10,541-5557-780,460,33-525VIIVI0,17ГЕК44-555766VIII IVIII III0,2620,187ОЦКГЕК1,75380,2658---0,182ГЦК440,2559---0,182ГЕК35-980,373продолжение таблицы 2.3Неодим(Nd)Самарий(Sm)Гадолиний(Gd)Тербий(Tb)Диспрозий(Dy)Гольмий(Ho)Эрбий (Er)Иттербий(Yb)Гафний(Hf)Тантал(Ta)Вольфрам(W)Рений (Re)Осмий(Os)Иридий(Ir)Платина(Pt)Золото(Au)Таллий(Tl)Свинец(Pb)Висмут(Bi)Актиний(Ac)Торий (Th)Уран (U)60---0,182ГЕК380,2862---0,18РМЭ34-550,3564---0,179ОЦК56-980,2665---0,177ГЕК57,5-66---0,177ГЕК64-980,2467---0,176ГЕК67-6870---0,1760,193ГЕКГЦК73-115180,24-726VIII IV0,159ГЕК79-1500,29736VIII V0,146ОЦК1900,35746VIII VI0,141ОЦК350-4000,3757666VIII VIIVIII VIII10,1370,136ГЕКГЕК4755750,28776VIII VIII20,136ГЦК520-5900,28786VIII VIII30,139ГЦК150-1750,36796IXI0,144ГЦК78-830,4816IXIII0,171ГЕК8-826IXIV0,175ГЦК14-180,45836IXV0,182РМЭ320,33897XIII----9092---0,1800,12ГЦК 74-80РОМ 210-Рисунок 2.6 – Зависимости E(n) и μ(n) для металлов75В таблице 2.1 показаны сравнительные данные по E и μ для металлов и ихсоединений, используемых в качестве покрытий, показывают, что соединения ввиде карбидов, нитридов и оксидов обладают, в сравнении с основным металлом,существенно большими значениями E и меньшими значениями μ.Таким образом, покрытия, характеризуются значительно большимизначениями E и меньшими значениями μ, чем материал металлическойосновы.

В результате композиция «основа-покрытие» обладает большимизначениями модуля упругости EИП и меньшими значениями коэффициентаПуассона μИП , чем основа.Следствиямипринятыхопределенийисоотношенийявляютсявыражения:k 1'  1 x 2   k и ,k 1'' E ип h п1 x 2  k и ,Eи h иk 1э  1 A 1 x 2  k и  k 1'  k 1'' ,k 2  1 x 2   k и  k 1'k 1э k 2k 1э1 A 1 x 2 k ,иx 1k 1э  (1 x 1 )k 2 1 Аx11 Ax1k3  x2  kи,k 12э k э  Yипs  k и  k 12э  k 3 ,A1 x 1 1 x 2 ,1 Ax1A1 x 1 1 x 2  11 B1 x 1 Yипs  1 M ипshп  A где hпEиhEп и– эффективная толщина покрытия в идеализированной модели,поскольку А – эффективный параметр.76Очевидноh п  h и приприEпE А  ип  1EиEиE п  E ип  E и .Предельные случаи для YИПS и MИПSx1  x 2  1Отсутствие покрытия:Сплошное покрытие:x 1  x 2  0,(достаточно только x1=1,или только x2=1),E ипs 1,EиμMипs  ипs  1;μиYипs M ипsE ипs  E и ,μипsμE ипsE 1  А  ип ,EиEиμμВ1 ипs  1  ип ;μи1 В 1 В μ иYипs EиипsипsEип,ипДалее: п1  1 x 1  ,Δп1Δ п1 п11 x 1 Δ,1 Ax1Δ  ;1 Ax1ΔΔΔ 1 x 1  п1  x 1 s1 ; п1 s1s1  x 1  ,1 A x 1Δ s1  Δ,1 Ax1Δ s11 A  ; s1 1 Ax1 77σ1'  E иΔ п1 п1Δ п1 п1Δσ1э  E ип п1 п1σ 2  σ12э  σ1эσ1''  E пE и Δ,1 Ax 1 hиAE иE п Δ h пΔ  ,1 Ax 1 1 Аx 1 1 A E и ΔEhΔ ип   σ1'  п  σ1''  ,1 Ax 1 hи1 Ax1 Δ,k Δ k  k ΔΔΔσ э  э   12э 3   1 x 2  σ12э  x 2 σ 3  Yипs E и   E ипs  .S Sσ3  Eи Входящий в состав элементарной ячейки параллелепипед №1 споверхностным покрытием характеризуется относительной продольнойдеформацией ΔlП1/lП1, меньшей при х1 ≠ 0 и А ≠ 0, чем относительнаяпродольная деформация элементарной ячейкиΔΔ п1Δ  . п1 1 Аx1:Соответственно деформация ΔlП1/lП1, учитывая допущения рассматриваемойидеализированноймодели,относитсяинепосредственноксамомуповерхностному покрытию, т.е.

к напряжению σПS, которое действовало бы вобразце со сплошным покрытием σИП, если бы его относительная деформацияравнялась относительной деформации локальной области п1 покрытия при п1локальном покрытии σИПS, где:σ пs  σ1''и σ  σ ''п1связаны отношением:т.е. пs |σ пsσпx1  0,Δ п11 п1 ,Δ1 Аx1σпАx1 σ , σ п 1п1 Аx11Аx1 78а снижение σПS сравнительно с σП связано с увеличением долговечностипокрытия.Отметим, что с точки зрения деформаций элементарной ячейки случаи сх1 = 1 или с х2 = 1, обычно подразумевающие полное отсутствие покрытия,могут быть интерпретированы и как наличие бесконечно узких поперечных(при х1 = 1) или при продольных (при х2 = 1) полос покрытия,характеризуемых тем не менее конечными относительными деформациями.Например, при х1 = 1 имеем:lП1 = 0, lS1 = l;ΔlП1 = 0, ΔlS1 = Δl.ΔΔ п1E Δ   и, п1 1 А E ип  s1  , s1С математической точки зрения случай, когда отношение двухбесконечно малых (ΔlП1 и lП1) является конечным числом, довольно обычен.Параллелепипед №1 в случае х1 = 1 вырождается в бесконечно тонкийслой у основания элементарной ячейки, а растягивающие напряженияпринимают вид:ЕΔ E и 2 '  и  ,1σ 1 '' 1 АE ипE п Δ Е п E и Δ ,1 А E ип σ1э  σ 2  σ12э  σ 3  σ э  Е иΔ,Сопоставление сплошного и локального покрытий с точки зрениядействующих на них растягивающих напряжений при одинаковом значенииэффективногонапряженияσЭрастягивающей силы Р, посколькуприводиткситуации(приодинаковойвеличинестороннейрРPР  )эSn 2S n 2h и Н и h ипротивоположнойтой,котораяимеламестосопоставления при одинаковой величине Δl/l: при х1 ≠ 1, х2 ≠ 0 и А ≠ 079растягивающиенапряжениядлялокальногопокрытияпревышаютрастягивающие напряжения для сплошного покрытия.

Действительно:σэСплошное покрытие:Локальное покрытие:Δ σ э1 А σ э, Е ип Yипs E ипσΔ э ,Е ипΔσΔ п11 A   э  п1 1 Аx1 1 Ax1 Yипs E ипσэ1,АEип1x 1 x 1 1 А 2σΔ п1 Δ э , п1Е ипσп  ЕпΔ п1 E пσ . п1Е ип эΔ п1σп  п. п1 1 А x 1 x 11 А 2Процесс формирования покрытия приводит к появлению в нем большихσ пs  Е постаточных напряжений, которые увеличиваются по мере роста толщиныпокрытия и снижают его прочность [57]. Именно эти напряжения являютсяпричиной разрушения большинства покрытий.Известнытехнологическиеприемы,позволяющиерегулироватьостаточные напряжения в покрытиях, а, следовательно, и их прочность,например путем снижения модуля упругости покрытия введением впокрытиедобавокпластическогоматериала,которыеспособствуютрелаксации напряжений в покрытии вследствие пластической деформации[57].Поскольку структура покрытия играет большую роль в сниженииостаточных напряжений, то, в частности, желательно создание структурпокрытий,имеющихмягкиепрослойки.Такогородаподвижныекристаллические структуры имеют низкие модули упругости и сдвига, чтоспособствует релаксации напряжений.

К такому типу относится и локальное80диффузионное покрытие – структура с наличием мягких включений в видеобластей без покрытия.Схематично условная классификация покрытий, с точки зрениярассмотренной теоретической модели локального (ячеистого) покрытия,может быть представлена в виде:YИПS (x1, х2), M ИПS (x1, х2)Частные случаиКвадратно-ячеистые покрытияПолосковые покрытияx1 = x2 = х,YИПS (x), MИПS (x)Поперечно-полосковыеx1 ≠ 0Продольно-полосковыеx2 = 0x1 = 0YИПS1 , M ИПS1x2 ≠ 0YИПS2 , MИПS2x1 = x2 = хYИПS1 (x), M ИПS1 (x)YИПS2 (x), M ИПS2 (x)На этой схеме:А(1 x 1 )(1 x 2 )Yипs (x1 , x 2 )  1 ,1 Ax 1B(1 x 1 )(1 x 2 )M ипs (x 1 , x 2 )  1 ;1 B(1 x 1 )А(1 x 1 ),1 Ax1B(1 x 1 )M ипs1  1 ;1 B(1 x 1 ) 1ипs1YYипs2 1  А(1  x 2 ),А(1 x) 2Yипs (x)  1 ,1 AxB(1 x 1 )(1 x 2 )M ипs (x 1 , x 2 )  1 ;1 B(1 x 1 )Yипs1  1 M ипs1  1 Yипs2M ипs2  1 B(1  x 2 );1 BА(1 x),1 AxB(1 x);1 B(1 x) 1  А(1  x 2 ),M ипs2 (x)  1 B(1  x );1 B81Примеры зависимостей YИПS (x), YИПS1 (x) и YИПS2 (x) численнопредставлены в таблице 2.4 и графически на рисунке 2.7.Таблица 2.4 – Численное представление зависимостей YИПS(x), YИПS1(x) иYИПS2(x) для значений параметра А = 3; 7хYИПSА=3 YИПS1YИПS2YИПSА=7 YИПS1YИПS204,04,04,08,08,08,00,053,3543,4783,8505,6805,7147,6500,12,8693,0773,7004,3354,7067,3000,22,2002,5003,4002,8673,3336,6000,31,7742,1053,1002,1062,5815,9000,41,4911,8182,8001,6632,1055,2000,51,3001,6002,5001,3891,7784,5000,61,1711,4292,2001,2151,5383,8000,71,0871,2901,9001,1071,3563,1000,81,0351,1761,6001,0421,2122,4000,91,0081,0811,3001,0101,0961,7001,01,01,01,01,01,01,0Рисунок 2.7 – Графики зависимостей YИПS(x), YИПS1(x) и YИПS2(x) для А =3; 782Дополнительно на рис.

2.8 и в таблице 2.5 представлены зависимостиYИПS (x) для А =0,1; 0,2 и MИПS (x) для В = 0,1; 0,2 влияющих на локальноепокрытиедляпараметрахарактеризующегомодульупругостиикоэффициент Пуассона.Таблица 2.5 – Численное представление зависимостей YИПS (x) для А=0,1; 0,2 и MИПS (x) для В = 0,1; 0,2ХA=B=0,1 YипsMипsA=B=0,2 YипsMипs01,10,9091,20,8330,11,080,9261,1590,8630,21,0630,9411,1230,890,31,0480,9541,0920,9140,41,0350,9661,0670,9360,51,0240,9761,0450,9550,61,0150,9851,0290,970,71,0080,9911,0160,9830,81,0040,9961,0070,9920,91,0010,9991,0020,99811111Рисунок 2.8 – Графики зависимостей YИПS (x) для А =0,1; 0,2 и M ИПS (x)для В =0,1; 0,283Согласно использованной концепции двухпредельности приведенныезависимости в абсолютных значениях демонстрируют тенденции изменениймодуля Юнга (уменьшение) и коэффициента Пуассона (увеличение) дляперехода от сплошного покрытия при х = 0 к полному отсутствию покрытияпри х = 1:YИПS х  0  YИПS1 х  0  YИПS2 х  0  1  А ЕИП ,ЕИYИПS х  1  YИПS1 х  1  YИПS2 х  1  1;ЕИПS х  0  ЕИПS1 х  0  Е ИПS2 х  0  ЕИП ,ЕИПS х  1  ЕИПS1 х  1  Е ИПS2 х  1  Е И ;МИПS х  0  МИПS1 х  0  М ИПS2 х  0  1  В 1μИПμИ,МИПS х  1  МИПS1 х  1  М ИПS2 х  1  1;μИПS х  0  μИПS1 х  0  μ ИПS2 х  0  μИП ,μИПS х  1  μИПS1 х  1  μ ИПS2 х  1  μ ИОтметим, что использование полосковых покрытий приводит квозможности распространения трещин вдоль полос.2.2 Теоретические предпосылки формирования дискретногодиффузионного покрытия на рабочих поверхностях инструментаИзвестно,инструмента,чтохрупкоепроисходящееразрушениевотсутствиирабочейчастирежущегосколь-нибудьзаметногоостаточного деформирования, является наиболее частым случаем его отказа[1].

Таким образом, время непрерывной работы инструмента до отказа84вследствии хрупкогоразрушения, характеризует его долговечность взаданном режиме обработки. С точки зрения кинетической концепцииразрушения, акцентирующей внимание на влияние временного фактора напрочность, долговечность служит одной из важнейших прочностныххарактеристик материала (но не изделия в целом с учетом всех егоконструкционных особенностей). Однако для режущего инструмента егопрочностныехарактеристикинаходятсявпрямойзависимостиотпрочностных характеристик материала, в том числе от долговечности,определяемой формулой Журкова – базовой формуле кинетической теориипрочности [51].

Характеристики

Список файлов диссертации