Введение к работе
Актуальность темы Важной проблемой машиностроения является обеспечение эксплуатационных свойств деталей, работающих в условиях трения и износа. Решение этих задач связано с внедрением современных технологий поверхностной обработки, обеспечивающих формирование упрочненных поверхностных структур и создающих износостойкие покрытия. Для изделий, работающих в условиях изнашивания, наиболее важными.свойствами является твердость и поверхностная прочность при сохранении пластичности основной массы детали.
К перспективным технологиям упрочнения относят обработку деталей концентрированными потоками энергии, к которым относят также электроискровое легирование (ЭИЛ). ЭИЛ обладает рядом неоспоримых достоинств, в частности, возможностью нанесения на поверхность любого токопроводящего материала; высокой сцепляемостью покрытия с основой, простотой схем технологических наладок, малой энергоемкостью процесса при высокой плотности энергетического потока упрочняющего воздействия, относительно низкой стоимостью применяемого
технологического оборудования и другими. В тоже время ЭИЛ характеризуется низкой производительностью и управляемостью процесса, высокой нестабильностью физико-механических свойств упрочненных структур, повышенной шероховатостью и пористостью обработанной поверхности.
Несмотря на глубину и разносторонность исследований процессов ЭИЛ многие основополагающие вопросы остаются нераскрытыми. Отсутствует единая физическая модель развития анодного массового потока и формирования упрочненного покрытия, нет надежных зависимостей, позволяющих оптимизировать и прогнозировать качество и эксплуатационные свойства покрытия.
Процессы, определяющие ЭИЛ, протекают в неравновесных условиях. К ним относят эрозию легирующего электрода, развитие анодного массового потока, осажденипокрытия и образование упрочненного поверхностного слоя. Современный подход к изучению самоорганизующихся процессов базируется на мезомеханике и фракталах, раскрывающих новый взгляд на анализ, моделирование и прогнозирование структур, развивающихся в термодинамически неравновесных условиях. Математическая теория фракталов предоставляет множество методов описания фрактальных структур, но все они требуют корректировки при рассмотрении реальных процессов. Приложение фрактальной методологии к анализу процессов, сопутствующих ЭИЛ, определяет актуальность выбранной темы исследования.
Работа выполнялась в рамках Федеральной программы «Дальний Восток России» по теме «Разработка и внедрение на предприятиях Дальневосточного
региона Наукоемких ТеХНОЛОГИЙ Обработки мяпрриаппи f; игггпгтпоміпіігрі
высококонцентрированных источников энергии И ВЄІ
I ysgffii
Цель работы. Исследование электроискрового легирования на основе фрактальной параметризации сопутствующих процессов для прогнозирования качества и эксплутационных свойств упрочненных поверхностных структур.
В соответствии с целью работы сформулированы задачи:
-
Выполнить анализ современного состояния вопроса по оценке неравновесности и самоорганизации процесса ЭИЛ.
-
Разработать методику оценки фрактальной параметризации структуры анодного массового потока и покрытия при ЭИЛ.
-
Исследовать влияние условий и режимов ЭИЛ на фрактальные параметры электроискрового процесса.
-
Исследовать взаимосвязь между фрактальными параметрами электроискрового процесса и структурой упрочняющего покрытия.
-
Разработать критерии качества упрочненной - поверхности с использованием фрактальной параметризации структуры покрытия.
-
Разработать рекомендации по оптимизации режимов ЭИЛ и прогнозированию качества упрочненных поверхностных структур. Научная новизна работы:
проведен анализ термодинамики процесса электрической эрозии
материала показывает, что размерное распределение микрочастиц
анодного массового потока представляет диссипативную структуру,
фрактальные параметры которого можно, экспериментально
определять по размерному распределению микрократеров
формируемого покрытия.
разработана методику определения фрактальных параметров
упрочненного электроискровым способом покрытия н формы
отдельных микрократеров.
выполнена классификация. формы микрократеров по
морфологическим признакам и - предложен фрактальный
коэффициент формы микрократера, определено влияние
теплофизических свойств электродного и упрочняемого материалов
на фрактальные параметры формы микролунок.
показана корреляционная связь между фрактальными параметрами
микрократеров, теплофизическими свойствами материала и
режимами ЭИЛ.
Практическая значимость работы:
получен комплекс экспериментально-теоретических зависимостей,
позволяющих анализировать и прогнозировать параметры качества
упрочненных ЭИЛ покрытий.
разработаны рекомендации по использованию электродных
материалов для формирования покрытий, обеспечивающие
требования качества поверхностей и учитывающих условия
последующей эксплуатации изделия.
разработаны номограммы для прогнозирования шероховатости
поверхности, упрочненного ЭИЛ.
Реализация результатов работы заключается во внедрении на ФГУП «Военный завод № 19» (г. Белогорск) при упрочнении режущих инструментов и восстановлении ряда деталей машин, а также в учебном процессе при чтении курсов «Физическое материаловедение» и «Физика взаимодействия материалов с концентрированными потоками энергии и вещества»
На защиту выносятся:
методика определения фрактальных размеров эрозионного потока и
формы микрократеров, характеризующих активность эрозионных
процессов при ЭИЛ;
механизм формирования упрочненного поверхностного слоя и его оценка по фрактальным признакам;
результаты экспериментально-теоретических исследований,
раскрывающие возможность прогнозирования качества покрытия на основе фрактальной параметризации процесса ЭИЛ.
Апробация работы.
Основные результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались на:
III Дальневосточной региональной конференции с всероссийским участием (Благовещенск, 1999 г.);
IV Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводников, диэлектрических и магнитных материалов. (Владивосток, 2000 г.);
II Региональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование». (Хабаровск, 2001 г.);
VI Китайско-Российского симпозиума "Новые материалы и технологии" (Пекин, 2001 г.).
На ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Амурского государственного университета с 2000 по 2004 г.
Публикации результатов диссертационной работы осуществлено в 11 научных статьях и докладах. Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов списка литературы и приложений. Она содержит 145 страниц машинописного текста, 29 таблиц, 40 рисунков и 154 ссыпки на работы отечественных и зарубежных авторов.
Автор выражает сердечную благодарность и, призательность доктору технических наук, профессору Литовке Г В. за консультативную помощь, оказание содействия в проведении экспериментов и обсуждении результатов исследований.
