Статья 10419

Название статьи

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КАВИТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ С НАНОМОДИФИЦИРОВАННОЙ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТЬЮ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ В ПРОЦЕССЕ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 

Авторы

Симонов Николай Петрович, соискатель, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: artemov@pnzgu.ru 

Индекс УДК

532.66:532.528: 621.923 

DOI

10.21685/2072-3059-2019-4-10 

Аннотация

Актуальность и цели. Функциональные характеристики деталей машин во многом определяются свойствами их поверхности. Особую роль играет дефектная структура поверхности, которая в большинстве случаев является причиной усталостного разрушения металла. В этой связи задача разработки технологий модифицирования дефектной структуры поверхности деталей становится весьма актуальной. Цель данной работы заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании возможности использования наномодифицированной смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в условиях развития кавитации как упрочняющей технологии формирования износостойких поверхностных слоев.
Материалы и методы. Для расчета времени схлопывания кавитационного пузырька использовалось уравнение Нолтинга – Непайреса. Расчет числа наночастиц металла, попадающих в каналы микротрещин (МТ) за счет действия кумулятивной струи, выполнен с использованием закона сохранения энергии. Расчет эффективного модуля Юнга поверхностного слоя металла выполнен с помощью формулы, полученной путем модификации формулы для модуля Юнга пористого материала. Для экспериментальных исследований влияния наномодифицированной СОЖ на характеристики поверхности использовались лопатки турбокомпрессора, материал образцов – сплав ЖС6К. Обработка образцов проводилась на плоскошлифовальном станке высокопористыми кругами.
Результаты. В приближении несжимаемой жидкости и в пренебрежениивязкими потерями получена аналитическая формула для времени схлопывания кавитационного пузырька. Показано, что время схлопывания кавитационного
пузырька зависит от частоты вибрации, радиуса пузырька, плотности СОЖ, амплитуды колебаний давления в жидкости, а также от декремента затухания. С учетом выявленных ограничений на приведенные параметры установлено, что наиболее эффективной с точки зрения влияния кумулятивной струи является величина времени схлопывания ≥10−8 с . Получена аналитическая формула для расчета числа наночастиц металла, попадающих в каналы микротрещин за счет действия кумулятивной струи. Проведена оценка числа наночастиц, оказавшихся в МТ; показано, что эта величина существенно зависит от времени схлопывания кавитационного пузырька и геометрических параметров МТ. Получена аналитическая формула для эффективного модуля Юнга поверхностного слоя металла. Показано, что эффективный модуль Юнга является функцией числа наночастиц, попавших в канал МТ, а также размера наночастиц и МТ. Проведенная оценка показала, что эффективный модуль Юнга в зависимости от величины времени схлопывания кавитационного пузырька может превышать свою начальную величину примерно на порядок. Выявлено качественное соответствие теоретических результатов результатам эксперимента: при использовании СОЖ с наночастицами Ni при шлифовании образцов лопатки турбокомпрессора было достигнуто снижение шероховатости поверхности по параметру Ra на 10 % и повышение микротвердости поверхности более чем на 20 %.
Выводы. Путем использования кавитационных технологий для модифицирования дефектной структуры поверхности в процессе финишной обработки можно обеспечить требуемые прочностные характеристики поверхностного слоя металла. 

Ключевые слова

кавитационная технология, наномодифицированная смазочно-охлаждающая жидкость, время схлопывания кавитационного пузырька, наночастицы металла, эффективный модуль Юнга поверхностного слоя металла, шероховатость, микротвердость 

 

 Скачать статью в формате PDF

Список литературы

1. Тихоненко, В. В. Упрочняющие технологии формирования износостойких поверхностных слоев / В. В. Тихоненко, А. М. Шкилько // Физическая инженерия поверхности. – 2011. – Т. 9, № 3. – С. 237–243.
2. Особенности алмазного шлифования изделий из твердого и хрупкого материалов с применением наночастиц в смазочно-охлаждающей жидкости / И. И. Артемов, В. Д. Кревчик, А. В. Соколов, Н. П. Симонов, Н. Е. Артемова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2012. – № 4 (24). – С. 145–159.
3. Белоус, В. И. Модифицирование смазочно-охлаждающих жидкостей при шлифовании труднообрабатываемых материалов / В. И. Белоус // Авиационно-космическая техника и технология. – 2011. – № 7 (84). – С. 66-70.
4. Дру жинин, Г. А. Нелинейная акустика / Г. А. Дружинин. – Санкт-Петербург : Изд-во СПбГУ, 2009. – 69 с.
5. Андриевский, Р.А. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах. Ч. 2. Механические и физические свойства / Р. А. Андриевский, А. М. Глезер // Физика металлов и металловедение. – 2000. – Т. 89, № 1. – С. 91–112.
6. Синтетические сверхтвердые материалы : в 3 т. Т. 1. Синтез сверхтвердых материалов / отв. ред. Н. В. Новиков. – Киев : Наукова думка, 1986. – 280 с. 

 

Дата создания: 27.01.2020 16:09
Дата обновления: 10.03.2020 16:05