Управление формированием структуры и свойств поверхностного слоя мартенситных сталей при высокоскоростном наноструктурирующем выглаживании с теплоотводом : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.16.09

📅 2018 год
Скоробогатов, А. С.
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Введение …………………………………………………………………………………………………………… 3

1 Состояние вопроса и постановка задач исследования ……………………………………… 9

1.1 Анализ исследований формирования нанокристаллической структуры
интенсивной пластической деформацией сдвига при трении и
наноструктурирующем выглаживании ………………………………………………………………. 9

1.2 Анализ влияния температурно-скоростного режима интенсивной
пластической деформации на наноструктурирование конструкционных
материалов ……………………………………………………………………………………………………… 16

1.3 Анализ путей обеспечения температурно-скоростного режима
деформации в процессе деформирования материала трением и
наноструктурирующим выглаживанием…………………………………………………………… 20

2 Теоретические основы управления формированием нанокристаллической
структуры при высокоскоростном наноструктурирующем выглаживании с
отводом фрикционного тепла ………………………………………………………………………….. 24

2.1 Концепция управления формированием нанокристаллической
структуры в поверхностном слое …………………………………………………………………….. 24

2.2 Математическая модель теплопередачи и метод оценки эффективности
системы отвода фрикционного тепла инструмента …………………………………………… 29

2.3 Разработка методов определения связи степени, скорости деформации
сдвига и контактной температуры со скоростью скольжения индентора
инструмента ……………………………………………………………………………………………………. 36

Выводы по разделу 2…………………………………………………………………………….. 39

3. Экспериментальное исследование влияния скорости скольжения индентора на
изменение фрикционной нагрузки, контактной температуры и пластической
деформации сдвига материала …………………………………………………………………………. 40

3.1 Обоснование выбора материалов и инструмента с
усовершенствованной системой отвода фрикционного тепла …………………………… 40

3.2 Исследование контактных сил и коэффициента трения при повышении
скорости скольжения индентора………………………………………………………………………. 44
3.3 Экспериментальные исследования контактной температуры при
повышении скорости скольжения индентора инструмента……………………………….. 49

3.4 Исследования параметров деформации сдвига материала при
изменении скорости скольжения индентора инструмента ………………………………… 55

Выводы по разделу 3…………………………………………………………………………….. 62

4 Определение оптимальных условий формирования наноструктурного состояния
материала при повышении скорости скольжения индентора…………………………….. 63

4.1 Расчетные зависимости контактной температуры и коэффициента
отвода тепла от скорости скольжения индентора ……………………………………………… 63

4.2 Установление зависимостей размерной и объемной фракций
нанокристаллитов от параметра Зинера-Холломона …………………………………………. 67

4.3 Выявление связи толщины наноструктурированного слоя с параметром
температурно-скомпенсированной скорости деформации Зинера-Холломона ….. 73

4.4 Расчетное и экспериментальное определение допустимых границ
температурно-скоростного режима наноструктурирующего выглаживания ……… 79

Выводы по разделу 4…………………………………………………………………………….. 84

5 Управление обеспечением механических и трибологических свойств
поверхностного слоя мартенситных сталей при высокоскоростном
наноструктурирующем выглаживании с теплоотводом ……………………………………. 85

5.1 Исследование влияния повышения скорости скольжения и отвода
фрикционного тепла из контактной зоны на микротвердость и шероховатость
поверхностного слоя ……………………………………………………………………………………….. 85

5.2 Трибологические свойства поверхностного слоя мартенситных сталей
после наноструктурирующего выглаживания с теплоотводом ………………………….. 94

Выводы по разделу 5…………………………………………………………………………… 100

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………….. 101

Приложение А. Справочные параметры и пример расчета численных значений
тепловых сопротивлений ……………………………………………………………………………….. 115

Приложение Б. Алгоритм расчета температуры охлаждающей жидкости в
инструменте с системой отвода фрикционного тепла……………………………………… 117
Приложение В. Алгоритм расчета контактной температуры при
наноструктурирующем выглаживании …………………………………………………………… 121

Приложение Г. Определение толщины сдвигаемого слоя после
наноструктурирующего выглаживания без теплоотвода и с системой отвода
фрикционного тепла ………………………………………………………………………………………. 124

Приложение Д. Просвечивающая электронная микроскопия поверхностного слоя
сталей 20Х и 20Х13 после наноструктурирующего выглаживания инструментом
без теплоотвода и с системой отвода фрикционного тепла……………………………… 127

Приложение Е. Определение поправочного коэффициента площади сечения зерна
при анализе рефлексов на темнопольных изображениях структуры ……………….. 132

Приложение Ж. Расчет объемных фракций зерен в наноструктурированном слое
после обработки инструментом без теплоотвода и с системой отвода тепла …… 135

Приложение З. Экономический эффект от промышленного внедрения
наноструктурирующего выглаживания с теплоотводом. ………………………………… 137

Приложение И. Акт внедрения ………………………………………………………………………. 140

Актуальность темы исследования. Формирование уникальных свойств
поверхностных слоев деталей трибосопряжений, изготавливаемых из
традиционных конструкционных сталей, позволяет увеличить эксплуатационную
надежность машин и оборудования без значительных капиталовложений.
Перспективным направлением повышения прочности и износостойкости

1 Сформулирована концепция формирования нанокристаллической
структуры при высокоскоростном наноструктурирующем выглаживании,
основанная на управлении отводом фрикционного тепла из контактной зоны и
поддержании оптимального температурно-скоростного режима.
2 Разработана математическая модель теплопередачи из контактной зоны
скользящего индентора, позволяющая определять необходимую долю
(коэффициент) отвода фрикционного тепла и параметры теплоотводящей
системы инструмента.
3 Создан и запатентован выглаживающий инструмент с системой отвода
фрикционного тепла, обеспечивающий возможность поддержания режима теплой
деформации при повышении скорости скольжения индентора до 50 м/мин.
4 Разработана методика определения связи степени и скорости интенсивной
пластической деформации сдвига со скоростью скольжения индентора на основе
3D-профилометрии валика пластически оттесненного металла и сканирующей
электронной микроскопии поверхностного слоя.
5 Определен допустимый температурно-скоростной режим
наноструктурирующего выглаживания, обеспечивающий формирование
нанокристаллической структуры поверхностного слоя сталей 20Х и 20Х13 на
основе оптимизации параметра Зинера-Холломона по критериям объемной
фракции нанокристалитов и толщины наноструктурированного слоя.
6 Выявлено, что допустимые границы контактной температуры при
скорости скольжения индентора 50 м/мин составляют 600…615 °C для стали 20Х
и 730…790 °C для стали 20Х13.
7 Установлено, что наноструктурирующее выглаживание стали 20Х
инструментом с системой отвода фрикционного тепла при скорости скольжения
50 м/мин позволяет формировать наноструктурированный слой толщиной 4,5 мкм
со средним размером зерна ~20 нм, микротвердостью до 1480 HV0,5 и
шероховатостью до Ra=0,2 мкм, что обеспечивает снижение удельной
интенсивности изнашивания до ~6·10-15 м3/Нм.
8 Показано, что наноструктурирующее выглаживание стали 20Х13
инструментом с системой отвода фрикционного тепла при скорости скольжения
50 м/мин позволяет формировать наноструктурированный слой толщиной 4,4 мкм
со средним размером зерна 22 нм, микротвердостью 1310 HV0,5 и шероховатостью
до Ra=0,28 мкм, что обеспечивает снижение удельной интенсивности
изнашивания до ~5,6·10-15 м3/Нм.
Перспективность дальнейшего развития темы исследования состоит в
установлении закономерностей структурообразования и упрочнения
поверхностей сталей и сплавов других типов разработанным физико-
механическим процессом наноструктурирующего выглаживания с теплоотводом,
а также в дальнейшем совершенствовании процесса для более существенного
повышения степени и скорости деформации, увеличения толщины слоя с
нанокристаллической структурой и в обеспечении комплекса новых уникальных
эксплуатационных свойств.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    user1250010 Омский государственный университет, 2010, преподаватель,...
    4 (15 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ
    Анастасия Л. аспирант
    5 (8 отзывов)
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибост... Читать все
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибостроение, управление качеством
    #Кандидатские #Магистерские
    10 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету