Аналітичні та інженерні критерії оцінки абразивної зносостійкості виливків як їх показник
скачатиУДК 658.6АНАЛІТИЧНІ ТА ІНЖЕНЕРНІ КРИТЕРІЇ ОЦІНКИ АБРАЗИВНОЇ зносостійкості ВЛИВОК ЯК ПОКАЗНИК ЇХ ЯКІСНОСТІ.. Ю.Волков
Магнітогорський державний технічний університет ім.Г.І.Носова, м.Магнітогорськ, Україна,
Теоретичні та експериментальні роботи, виконані з метою вивчення абразивної зносостійкості, вказують на взаємозв'язок хімічного складу, технології виготовлення, структури та зносостійкості ливарних сплавів та виливків, але не дозволяють однозначно визначити критерії її оцінки та чисельні характеристики [1]. Формування спеціальних властивостей виливків обумовлено дією ряду факторів, таких як: хімічний склад, механічні властивості, характеристики технологічних процесів, мікро- і макроструктури, що отримуються, а також їх властивості. Застосування подібних підходів до питань формування якісних виробів не дозволяє отримати продукцію, що відповідає сучасним вимогам, оскільки не враховує специфічних для кожного виду лиття умов.
Більшість дослідників, що працюють в галузі абразивного зношування металів та сплавів, пропонують свої критерії зносостійкості. Такі критерії найчастіше відображає трактування теорій зношування. З огляду на це застосування подібних критеріїв на практиці сильно утруднено через специфічність і труднощі отримання фізико-механічних характеристик входять в ці критерії [2].
На думку М.М.Хрущова відносна зносостійкість сталей після загартування лінійно збільшується у разі підвищення твердості.
деb`-коефіцієнт, що залежить від хімічного складу сталей;
H0,H-твердість сталі у відпаленому та загартованому станах.
М.М.Тененбаум такожоперує твердістю, хоча вони отримали дані, суперечать цьому. І.В.Крагельський у різний час пропонував різні аналітичні залежності для оцінки зносостійкості матеріалів. При спробі визначити емпіричним способом фактичну площу при пружному контакті пар тертя, що взаємодіють, він використовує узагальнену пружну константу Кірхгофа.
;
деµ1, µ2таE1, Е2-коефіцієнти Пуассона та модулі пружності контактуючих тіл 1 і 2.
Характеристики, що входять в даний критерій, структурно не чутливі. Інший критерій - інтенсивність зносу включає характеристики, які не враховують властивостей ні випробуваного матеріалу, ні контактуючого з ним.
Багато уваги приділяється енергетичній теорії зношування. Варіантів енергетичного підходу до механізму зношування багато, але у кожному їх використано поняття " обсяг зношеного матеріалу " .
;
де - уявна щільність енергії тертя;WT-робота тертя;Vзн- обсяг зношеного матеріалу.
При цьому робота тертя:
WT=fNLT; деf/- коефіцієнт тертя;N- навантаження;LT- шлях тертя. Для інженерних розрахунків та прогнозування вибору більш зносостійких матеріалів використовувати "обсяг зношеного матеріалу" не можна, так як для отримання чисельних значень необхідно знати важко обумовлені або взагалі не в реальних умовах характеристики.
Г.Я.Ямпольський як критерій оцінки зносостійкості при ковзанні по абразивному прошарку запропонували "комплекс механічних та трибологічних властивостей" - відношення твердості до коефіцієнта стружкоутворення. Однак можливість визначення для реальних партертя коефіцієнта стружкоутворення утруднена.
В.М. Кащеєв допускає можливість застосування як критерію оцінки зносостійкості металевих матеріалів при ковзанні по абразиву "коефіцієнта жорсткості кристалічної решітки", проте для реальних сплавів роздільна оцінка жорсткості кристалічної решітки кожної фази неможлива.
;
деК. -постійна Больцмана;h-постійна Планка;т -маса електрона;-характеристична температура Дебая.
Р.Коhl запропонував критерій "щільності енергії зміни форми", в даному критерії невраховано, що не для кожного сплаву за його високої твердості та крихкості фіксуються межа міцності, межа плинності та відносне подовження.
;
де-0.2межа плинності;в - межа міцності;d-відносне подовження при руйнуванні.
А.І. Лаврентьєв як критерій пропонує "об'ємну енергію руйнування". Високотверді матеріали, а вони найбільш зносостійкі при абразивному зношуванні, пропонованій оцінці не піддаються через високу крихкість.
;
деSK- справжнє опір руйнуванню;т - межа плинності.
І.В. Жителів півдня для ковзання металевих матеріалів по грунту в якості критерію пропонує "роботу руйнування металу". Для застосування цього критерію необхідно провести випробування матеріалів різної твердості в усіх умовах зношування, тобто. визначити зносостійкість експериментальним шляхом.
П.М. Львів як оцінка зносостійкості сплавів, що наплавляються, при ковзанні та ударі по абразиву та металу запропонував "роботу видавлювання канавки". При цьому в критерії вимірювання показників важко реалізувати.
І.Ш.Белінгер для умов абразивного та ударно-абразивного зношування як критерій оцінки зносостійкості запропонував "напруга дряпання". У цьому критерії ідея опору зношування зводиться до спроби повністю вважати її адекватною різання металу, що не може повністю моделювати механіку абразивного зношування в умовах крихкого і втомного зносу.
Флейшер при виборі критерію зносостійкості поєднує в одному критерії умови ковзання по абразиву та металу, узагальнивши це поняттям "уявної щільності енергії тертя". Цей критерій викликає сумніви щодо можливості отримання.
де-середня щільність енергії руйнування, яка визначається за даними механічних випробувань;пk-число контактів до руйнування;R– коефіцієнт акумуляції енергії; - число зносу.
Beckman G. і Kleis V. вважають допустимим як критерій оцінки зносостійкості матеріалів при ковзанні по абразиву та при газоабразивному зношуванні прийняти відношення енергоємності матеріалу при зсуві до міцності одиничного контакту на зріз. При цьому енергоємність матеріалу при зсуві - характеристика, що найбільш тісно пов'язана з реальним механізмом зношування, але методика її визначення досить складна.
Для умов тертя ковзання абразивом при високому контактному тиску B.C. Попов пропонує як критерій оцінки зносостійкості використовувати енергоємність металу. Однак жодна механічна характеристика не може враховувати всю складну гаму зовнішнього силового впливу на поверхню металу одиничної абразивної частки при її ковзанні монолітним абразивом.
Л.І. Погода як критерій оцінки зносостійкості матеріалів при гідроабразивному зносі пропонує використовувати приховану енергіюнаклеп. У цьому критерії враховується прихована енергія наклепу за сумою мікротвердості до і після випробування.
деEуд- питома енергоємність металу;Vкр- критична швидкість удару, постійна даного матеріалу.
Однак і цей критерій не звільняє від випробувань матеріалів на зношування, щоб отримати наклеп, а вже потім його зафіксувати.
Аналіз зазначених критеріїв дозволяє зробити висновок, що аналітичний шлях опису зношування та оцінки зносостійкості дуже складний і мало достовірний. У ряді розглянутих прикладів використані не критерії зносостійкості, а певне трактування передбачуваного механізму зношування [2].
Найбільш адекватний критерій запропонували В.М.Виноградов та Г.І.Сорокін. Для прогнозування зносостійкості сталей - добуток межі міцності на відносне звуження - (в) . Цей критерій може використовуватися для прогнозування зносостійкості сталей, які не мають чіткого прояву порога крихкості, або він відсутній.
Таким чином, існуючі критерії зносостійкості на поточному етапі не можуть застосовуватись для достовірного прогнозування експлуатаційних властивостей та якості литих виробів.
Для формування критеріїв зносостійкості найбільш повно відповідають вимогам можливе застосування методів кваліметрії, коли зовнішні фактори, що істотно впливають на результат операції (властивості сплавів), можуть приймати один з декількох можливих станівQ=Q1,Q2,…Qj>, для яких відома ймовірність їх проявуS(Qj)=Sj.
- Абразивна зносостійкість литих металів та сплавів / В.М.Колокольцев, Н.М. Мулявко, К.Н.Вдовін, Є.В.Синицький / За ред. проф. В.М.Колокольцева.Магнітогорськ: МДТУ, 2004. 228 с.
- Аналітичні та інженерні критерії оцінки абразивної зносостійкості білих легованих чавунів / В.М.Колокольцев, Є.В.Синицький, П.А.Молочков, П.С.Лімарьов, О.А.Миронов // Вісник МДТУ ім.Г . І. Носова, 2004, №1.