Введение к работе
Диссертационная работа посвящена решению проблем методического и метрологического обеспечения (единства и требуемой точности) измерений относительной износостойкости упрочнённых слоев и покрытий. Объект исследования - упрочнённые поверхности и износостойкие покрытия. Предмет исследования - методическое обеспечение контроля износостойкости упрочнённых слоев и покрытий при трении о закреплённый абразив.
Актуальность темы: Исследования триботехнических и механических свойств с использованием современных методов контроля - научная задача, без решения которой невозможно создание новых материалов. Важной эксплуатационной характеристикой материалов является их износостойкость. Как правило, сокращение срока службы деталей обусловлено разрушением поверхностных слоев рабочих поверхностей. На практике увеличение износостойкости конструкционных материалов достигается за счет использования защитных (износостойких) покрытий и различных способов упрочнения и модификации поверхностных слоев.
Практически в любых узлах трения при эксплуатации машин и механизмов различного назначения в той или иной мере наблюдаются явления, связанные с воздействием абразивных частиц, которые интенсифицируют процессы изнашивания.
Поэтому для научно-обоснованного выбора способа упрочнения или состава износостойкого покрытия необходимо проведение оценки износостойкости с учетом воздействия абразива. Однако, на сегодняшний момент отсутствие общепринятой методики измерений, позволяющей контролировать относительную износостойкость с единых методических позиций, ограничивает эффективное использование накопленного опыта различных авторов для решения проблем повышения износостойкости.
Таким образом, важность и актуальность вопросов методического и метрологического обеспечения измерений относительной износостойкости упрочнённых слоев и покрытий определяется необходимостью получения объективной и достоверной информации непосредственно при измерениях, а также требованиями обеспечения корректной сопоставимости результатов, полученных при решении задач контроля качества материалов.
Целью диссертации является разработка методического обеспечения контроля износостойкости упрочнённых слоев и покрытий при абразивном изнашивании.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Совершенствование метода контроля износостойкости упрочнённых
слоев и покрытий. Разработка методик измерений износостойкости упрочнён
ных слоев и покрытий;
2. Научное обоснование границ применимости методик измерений по сис
тематическим составляющим погрешности (показателям правильности);
-
Разработка метрологического обеспечения испытательного оборудования (методики аттестации и её проведение) на примере машины трения SRV-III;
-
Обоснование условий экспериментального определения случайной составляющей погрешности (показателей прецизионности) методик измерений износостойкости упрочнённых слоев и покрытий;
-
Определение метрологических характеристик методик измерений (показателей прецизионности, правильности и точности), подготовка методик к аттестации и её проведение.
Методы исследования
Теоретические исследования выполнены на основе классических законов теории погрешностей, математической статистики и метрологии.
Экспериментальные исследования базируются на методах триботехниче-ских испытаний материалов при трении о закрепленный абразив с применением машины трения SRV-III и методах измерений массы и длины.
Обработка результатов проводилась с использованием методов математической статистики средствами вычислительной техники.
Научная новизна
-
Разработан метод контроля относительной износостойкости упрочнённых слоев и покрытий с неизвестной плотностью, основанный на измерении линейного износа образцов и применении вспомогательного образца для определения толщины слоя (покрытия). (Патент РФ № 2315284)
-
Разработан метод контроля относительной износостойкости упрочнённых слоев и покрытий высокой износостойкости и/или значительной толщины, основанный на использовании специального образца с двумя рабочими поверхностями, предусматривающий их последовательное изнашивание. (Патент РФ № №2373520)
3. Обоснована возможность использования машины трения SRV-III для реализации программ испытаний материалов на износостойкость при трении о закреплённый абразив.
-
Получены расчетные зависимости для оценки систематической составляющих погрешности методик, на основании которых обозначены границы их применимости. Оценено влияние погрешностей используемых средств измерений на значение систематической составляющей. Даны обоснованные рекомендации для повышения достоверности получаемых результатов посредством уменьшения систематических составляющих погрешности методик.
-
Выполнено экспериментальное обоснование выбора условий, позволяющих оценить показатели качества методик в соответствии с требованиями нормативных документов государственной системы обеспечения единства измерений.
-
Оценен вклад систематических и случайных составляющих погрешности в показатель точности разработанных методик измерений. Разработаны ре-
комендации по выбору методик измерений с учетом областей их применения, диапазонов определения и показателей точности.
Практическая ценность состоит в разработке и внедрении методик измерений относительной износостойкости, обеспечивающих проведение контроля упрочнённых слоев и покрытий в условиях трения о закреплённый абразив, определены границы их применимости с учетом показателей точности. Методики отвечают требованиям Закона РФ № 102 от 26 июня 2008 года «Об обеспечении единства измерений».
Разработаны программы, расширяющие область использования машины трения SRV-III применительно к испытаниям на изнашивание при трении о закрепленный абразив.
Методики могут быть использованы при выборе способов упрочнения поверхностного слоя детали (изделия) и состава износостойких покрытий.
На защиту выносятся следующие основные положения
-
Методы контроля износостойкости, позволяющие проводить испытания упрочнённых слоев и покрытий с неизвестными значениями плотности;
-
Модели оценки систематической составляющей погрешности методик по изменению массы и длины в результате абразивного изнашивания при трении о закреплённые частицы и их сравнительная характеристика;
-
Методика аттестации испытательного оборудования на примере машины трения SRV-III;
-
Экспериментальное обоснование выбора условий для оценки показателей качества разработанных методик.
-
Методики измерений износостойкости в результате абразивного изнашивания при трении о закрепленные абразивные частицы, разработанные и аттестованные.
-
Рекомендации по применению методик контроля относительной износостойкости покрытий и упрочненных слоев.
Апробация работы
Содержание и основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: Международной студенческой конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола 2009), Международном совещании заведующих кафедрами материаловедения и технологии конструкционных материалов (Саратов 2010), 11 Международном научно-техническом семинаре «Современные проблемы производства и ремонта в промышленности и на транспорте» (Свалява, Украина 2011), XVII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технологии» (Томск 2011). Результаты исследований положены в основу двух метрологически аттестованных методик измерений.
Основные результаты, полученные при работе над диссертацией, опубликованы в 3 статьях, 3 патентах на изобретения, 4 сборниках материалов, 1 сборниках трудов, 1 тезисах, и 2 аттестованные методики измерений, одна из которых занесена в Государственный реестр. Список публикаций по теме диссертации приведен в конце автореферата.
Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена самостоятельно, обобщает результаты, полученные лично автором и в соавторстве. Совместно с соавторами разработано 2 метода оценки износостойкости упрочнённых слоев и покрытий по изменению линейных размеров, на которые получены Патенты. Автором предложена идея разработки и аттестации методик измерений на изнашивание по закрепленному абразиву. Совместно с соавторами разработаны и аттестованы методики измерений износостойкости по изменению массы и по изменению линейных размеров, удовлетворяющие современным требованиям обеспечения единства измерений. Автором самостоятельно разработана методика аттестации испытательного оборудования по нескольким параметрам. Совместно с научным руководителем и представителем ФГУ «Удмуртский Центр стандартизации, метрологии и сертификации» проведена аттестация машины трения SRV-III. Обсуждение полученных экспериментальных результатов проводилось совместно с научным руководителем и с соавторами публикаций. Основные выводы по выполненной работе сформулированы автором работы.
Связь диссертационной работы с планами НИР и НИОКР.
Работа выполнена в институте прикладной механики УрО РАН в соответствии с планами научно-исследовательских работ по темам 2.2.4.4.9. «Разработка научных основ управления формированием показателей качества контактных поверхностей и точных осесимметричных изделий» (№ гос.per. 01200409266) и 3.9.2.2.4. «Исследование механизмов формирования структуры и свойств многофункциональных материалов с заданными характеристиками» (№ гос.per. 01200708350).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, четырех приложений и списка литературы (137 источников). Диссертация содержит 141 страницу машинописного текста, включая 30 таблиц, 45 иллюстраций. Работа включает четыре приложения, которые содержат: А) статистическую обработку экспериментальных данных;
