 |
|
ТРЕНИЕ И ИЗНОС В МАТЕРИАЛАХ
Учебно-методический комплекс дисциплины для специальности 5В071000- –Материаловедение и технология новых материалов
Редактор
Техн. редактор
Протокол заседания кафедры
«Станкостроение, материаловедение и технология ашиностроительного производства» №1«28» сентября 2011 г.
Протокол заседания НМС
Института промышленной инженерии
имени А.Буркитбаева №1 «20»октября 2011 г.
Подписано в печать___.___.200___г.
Тираж___экз. Формат 60х84 1/16. Бумага типографская №1.
Объем ___.___уч.-изд.л. Заказ №___.Цена договорная
______________________________________________________________
Издание Казахского национального технического университета
имени К.И. Сатпаева
Научно-технический издательский центр КазНТУ
Г. Алматы, ул. Ладыгина 32
РЕЦЕНЗИЯ
На Syllabus и учебно-методический комплекс по дисциплине «Материаловедение» для студентов специальности 5В071000 «Материаловедение и технология новых материалов»,5В071200 «Машиностроение», 5В073800 «Технология обработки материалов давлением»
Дисциплина «Материаловедение» относится к циклу базовых дисциплин. УМК по дисциплине составлен в соответствии с Государственным общеобразовательным стандартом высшего профессионального образования и соответствует правилам разработки. Включает в себя все необходимые разделы: формулировку цели и задач дисциплины, ее назначение и связь с другими дисциплинами в системе подготовки бакалавра, минимум необходимых знаний, умений и навыков по дисциплине, основные темы для теоретического изучения на лекционных занятиях, перечень и задания по лабораторным работам, задание для выполнения курсового проекта, вопросы для СРС и СРСП, список необходимой литературы по разделам и модулям.
Содержание лекционного материала представлено в объеме, максимально полно отражающем учебную программу дисциплины. В каждой лекции выделены основные термины, понятия и систематизирован материал таким образом, чтобы его усвоение происходило на основе опорных схем, таблиц, рисунков или же общих понятий. Во всех разделах и модулях лекционного материала представлены основные тенденции развития, пути повышения производительности различных технологических процессов, рассмотрены вопросы экологии и охраны труда. Задания к проведению лабораторных работ включают методику выполнения, перечень необходимых материалов и приборов для выполнения работы, теоретическое введение, порядок выполнения работы. Комплекты тестовых вопросов для текущего, рубежного и экзаменационного тестирования позволяют студентам размышлять над сущностью вопроса.
Для самостоятельного изучения бакалаврами основных терминов и понятий дисциплины «Материаловедение» составлен глоссарий дисциплины. Определения, встречающиеся в разделах дисциплины, приведены в порядке их употребления при изложении содержания дисциплины.
Рецензент
канд. техн. наук
доцент кафедры «Стандартизация, сертификация
и технология машиностроения» М.Ф. Керимжанова
3.6
| Изучение влияния точности размера детали на ее долговечность | осн.2[324-325] |
| Изучение влияния травления на износостойкость деталей | осн.2[351-352] |
| Сравнение методов поверхностной закалки | осн.2[27-30], 3[144-155] |
| Изучение повышения износостойкости цилиндров и сокращения расхода топлива | осн.2[460-462] |
| Влияние финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО) поверхностей трения деталей | осн.2[420-423] |
Сплавы с памятью формы В настоящее время существует свыше 1000 патентов и моделей на технологии получения и использования сплавов с памятью формы. Сплавы с памятью формы выполняют три вида функций:
- проявление эффекта памяти формы при снятии напряжения при нагреве, даже в случае наличия пластической деформации;
-сверхупругий (или псевдо-упругий) эффект с высоким восстановлением упругости;
- высокое демпфирование вибраций.
С ростом деформации выше предела пропорциональности наступает кажущаяся пластическая деформация. При нагреве после разгрузки происходит релаксация деформации, и материал восстанавливает исходную свободную от деформаций форму (рисунок 3.6)
Рисунок 3.6-Схема процесса восстановления формы
С ростом деформации за пределом пропорциональности, деформация упруго релаксирует, и материал восстанавливает начальную форму аналогично разгруженной резине (рисунок 3.7).
Рисунок 3.7− Схема восстановления начальной формы с ростом деформации за пределом пропорциональности
На рисунке 3.8 показано демпфирование вибраций сплава с памятью (рисунок 3.8,а) и обычного сплава (рисунок 3.8,б).
Сверхупругая пружина
а) б)
а – сплавы с памятью формы; б – обычный сплав
Рисунок 3.8 – Демпфирование вибраций
Рисунки 3.9 и 3.10 показывают различие в деформационном поведении кристаллических решеток обычных металлических сплавов и сплавов с памятью формы.
Деформация
сдвига
Рисунок 3.9 – Деформация кристаллической решетки обычного сплава
Деформация
сдвига
Рисунок 3.10 – Деформирование кристаллических решеток с памятью формы
Рисунок 3.9 соответствует поведению обычного сплава. Деформация определяется сдвигом по определенной кристаллографической плоскости под действием внешней нагрузки, деформация решетки не меняется при нагреве. Рисунок 3.10 отображает деформацию кристаллической решетки для сплава с памятью формы. Если сплав с памятью формы (например сплав Ni-Тi с решеткой объемно центрированного куба) при охлаждении происходит кристаллографическое превращение с образованием мартенситной фазы термоупорного типа, отличающейся от мартенсита, образующегося в стали при закалке. Поверхность раздела между исходной фазой и мартенситной фазой при термоупругом превращении может легко перемещаться, следуя изменению температуры или напряжения. В мартенситной фазе термоупорного типа, при которой пластическая деформация протекает за счет процессов двойникования, деформирование осуществляется без протекания процессов сдвига. На рисунке 3.10 мартенситная фаза термоупорного типа, возникшая в результате охлаждения, под действием напряжения пластически деформируется за счет процессов двойникования, при котором кристаллы меняют свою ориентацию упорядоченно в соответствии со строением исходной кристаллической решетки. Если деформированный мартенсит (с) нагревается, происходит обратимое превращение и он возвращается к исходному состоянию (а). Однако, при значительной деформации сплава восстановление протекает не полностью.
Такой тип мартенсита может также создаваться внешней нагрузкой при температуре существования исходного состояния (термоупругий мартенсит, наведенный напряжением). В этом случае исходная фаза переходит непосредственно в мартенсит (с) вдоль пунктирной линии. Но этот мартенсит не стабилен и при разгрузке возвращается в исходное состояние (а). Этот процесс носит название явления сверхупругости.
На рисунке 3.11 указаны интервалы функциональных температур по отношению к температурам превращения для сплавов с памятью формы. Здесь Мs – температура начала мартенситного превращения при охлаждении, Мf – конца превращения. Аs – температура начала перехода мартенсита в исходную фазу при нагреве, Аf – температура конца перехода.
Рисунок 3.11 – Интервалы функциональных температур
Основной принцип работы при практическом использовании сплавов с памятью формы виден из рисунка 3.12.
а)
б)
в)
Рисунок 3.12 – Схема принципа работы сплавов с памятью
на практике
Рисунок 3.12 а – соответствует памяти формы в одном направлении. Мартенсит , созданный за счет охлаждения, деформируется внешней силой и возвращается к исходному состоянию при нагреве. Для использования эффекта памяти формы в двух направлениях используют источник смещения, прочность которого является промежуточной между прочностью мягкой мартенситной фазы и твердой исходной фазы. Этот принцип отражен на рисунке 3.12,б. Возможно и самопроизвольное изменение формы за счет нагрева-охлаждения (рисунок 3.12,в). Такой эффект можно получить за счет соответствующей термообработки сплава или наклепа при температуре образования мартенсита.
Первым примером использования сплава с памятью формы явилась лунная антенна, изготовленная из проволоки сплава Ni-Ti, установленная на луне. При повышенной температуре за счет солнечного тепла антенна приобрела исходную полусферическую форму, что позволило использовать ее в системе связи.
На рисунке 3.13 приведен пример трубного соединения
а) б)
а – холодное состояние, деформирование трубы;
б – нагрев (восстановление формы)
Рисунок 3.13 – Трубное соединение из сплавов металлов с памятью
Если кольцо, растягиваемое при низкой температуре в процессе сборки, затем нагреть, то получают соединение высокой степени надежности. Более 100 тыс. соединений такого типа было использовано в истребителях F-14, и не установлено ни одного случая их разрушения.
Основными областями использования этих материалов являются авиакосмическая и авиационная техника, автомобильная промышленность (системы кондиционирования воздуха, автоматические выключатели, крепежные детали разных типов, регулирующие клапаны, микродвигатели для роботов), а также в электронной промышленности, медицинской технике и т.д.
5 ТРИБОТЕХНОЛОГИЯ
Триботехнология – это направление в классической технологии и трибологии, предметом исследования и разработки которой являются технологические методы управления трибологическими характеристиками поверхностей трения.
Для достижения совместимости материалов элементов конструкции узлов трения машин и механизмов, обеспечивающих их работоспособность и надежность, недостаточно разработать рациональную конструкцию узла трения и корректно выбрать материалы для изготовления элементов этой конструкции. Необходимо правильно изготовить эти детали, в случае необходимости подвергнуть их поверхностному или объемному упрочнению, нанести на них антифрикционные или износостойкие покрытия и т.д., ибо процессы трения и изнашивания во многом определяются геометрическими и физико-механическими характеристиками поверхностных слоев ТС, которые формируются при выполнении цикла технологических операций.
На рисунке 5.1 дана схема повышения пути качества поверхностного слоя деталей ТС различными способами. Повышение качества несущего слоя возможно в результате:
▪ снижения или регуляризации высотных параметров шероховатости, увеличения опорной длины профиля поверхности механическими и электрофизическими методами: алмазно-абразивной обработкой и ее разновидностями; электрохимическим полированием; выглаживанием и обкатыванием; сатинированием в процессе обработки вращающимися металлическими щетками;
▪ формирования пленки или слоя из высокопрочного, износо- или коррозионно-стойкого материала на подложке из материала-основы;
▪ изменения химического состава поверхностного слоя основного материала вследствие его насыщения атомами материала-упрочнителя – поверхностным легированием;
▪ деформационного упрочнения воздействием на поверхностный слой основного материала концентрированными потоками энергии или обработкой поверхностным пластическим деформированием;
▪ термического упрочнения в результате локального термического воздействия на поверхностный слой основного материала;
▪ комбинированием перечисленных методов (рисунок 5.2).
Пов ышение качества поверхностного слоя (формирование гетерогенной структуры)
Рисунок 5.1 − Способы повышения качества поверхностного слоя