Оценка модуля упругости композитных гальванических покрытий при их послойном осаждении
Ключевые слова:
цилиндрическая поверхность, восстановление деталей, многослойное композитное покрытие, упруго-пластическая деформация, коэффициент жесткости, модуль упругости
Аннотация
Введение. Восстановление внутренних цилиндрических поверхностей деталей пар трения является наиболее трудоемким при поддержании автотракторной техники в исправном состоянии. Метод гальваноконтактного осаждения композитных покрытий, заключающийся в упруго-пластической деформации формируемых слоев, используется широко. Для его применения необходимо определить значения модуля упругости, от которых зависит износостойкость трибосопряжений.
Материалы и методы. Для исследования использовались образцы цилиндрической формы из сталей 30ХГСА и 30ХГСНА. Гальваническое осаждение покрытий проводилось в электролите, содержащем 200–250 г/л оксида хрома, 2,0‒2,5 г/л серной кислоты, дистиллированную воду. При расчете напряженно-деформированного состояния использовался аппарат механики сплошных сред.
Результаты исследования. Определена зависимость податливости покрытия как функция параметров отдельных элементарных слоев. Доказано, что при нанесении многослойного покрытия трех видов (ортогонально-армированного, перекрестноармированного и квазиизотропного) его структура не зависит от углов кинематического движения инструмента по внутренней цилиндрической поверхности детали. Для каждого отдельного вида покрытия указывается путь определения постоянных коэффициентов жесткости слоев. По значениям коэффициентов жесткости выведены зависимости для расчета модуля упругости наносимого материала.
Обсуждение и заключение. При определении модуля упругости многослойных композитных покрытий расчет произведен по отдельным слоям, переходя к сопутствующей системе координат, что полностью согласуется с точкой зрения Лагранжа на изучение движения сплошной среды. Полученные результаты имеют практическую значимость при выборе материала наносимого покрытия для восстановления внутренних цилиндрических поверхностей.
Литература
1. Бураев, М. К. Обеспечение работоспособности автотракторной техники корректированием расхода запасных частей при техническом сервисе / М. К. Бураев, А. В. Шистеев // Вестник ВСГУТУ. – 2019. – № 3 (74). – С. 69–76. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=40539855 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
2. Способ и устройство для восстановления плунжерной пары топливного насоса высокого давления / А. С. Канищев, А. Е. Ломовских, А. К. Агафонов [и др.]. – DOI 10.35887/2305-2538-2020-6-51-59 // Наука в центральной России. – 2020. – № 6 (48). – С. 51–59.– Рез. англ.
3. Величко, С. А. Оценка предельного состояния тестоделительных машин вакуумно-поршневого типа по критерию расхода масла / С. А. Величко, Е. Г. Мартынова, В. И. Иванов. – DOI 10.15507/2658-4123.030.202003.448-463 // Инженерные технологии и системы. – 2020. – Т. 30, № 3. – С. 448–463. – Рез. англ.
4. Дорогой, В. Н. Использование нового ресурсосберегающего метода для обслуживания деталей машин / В. Н. Дорогой, В. М. Михлин // Грузовое и пассажирское автохозяйство. – 2014. – № 1. – С. 69–72. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21289248 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
5. Ли, Р. Н. Эластомерный нанокомпозит для восстановления изношенных корпусных деталей автотракторной техники / Р. Н. Ли, Д. Н. Псарев, М. Р. Киба. – DOI 10.35887/2305-2538-2021-1-69-79 // Наука в центральной России. – 2021. – № 1 (49). ‒ С. 69–79. – Рез. англ.
6. Семенихин, Б. А. Восстановление и упрочнение деталей автотракторной техники композиционными гальваническими покрытиями с использованием порошков твердых сплавов / Б. А. Семенихин, Л. П. Кузнецова, Р. А. Латыпов // Труды ГОСНИТИ. – 2012. – Т. 109, № 2. – С. 57–60. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18190495 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
7. Композиционные СВС-материалы на основе карбида и никелида титана, легированные тугоплавким нанокомпонентом / Ю. С. Погожев, Е. А. Левашов, A. Е. Кудряшов [и др.] // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2012. – № 2. – С. 24–32. – URL: https://powder.misis.ru/jour/issue/view/19 (дата обращения: 01.05.2021).
8. Влияние природы электродных материалов на эрозию и свойства легированного слоя. Критерии оценки эффективности электроискрового легирования / А. Д. Верхотуров, В. И. Иванов, А. С. Дорохов [и др.]. – DOI 10.15507/0236-2910.028.201803.302-320 // Вестник Мордовского университета. – 2018. – Т. 28, № 3. – С. 302–320. – Рез. англ.
9. Моделирование процесса нанесения на металлическую поверхность многослойных композитов на основе механики сплошных сред / С. Ю. Жачкин, М. В. Астахов, Г. В. Зибров [и др.] // Труды ГОСНИТИ. – 2014. – Т. 114, № 1. – С. 122–127. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21308815 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
10. Применение нанокарбонитрида хрома в композиционных гальванических покрытиях на основе никеля / Л. С. Ширяева, И. В. Ноздрин, Г. В. Галевский, В. В. Руднева // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2014. – № 3 (9). – С. 48–52. – URL: https://clck.ru/WkSFX (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
11. Ноздрин, И. В. Гальванические композиционные покрытия цинк – диборид хрома: электроосаждение и свойства / И. В. Ноздрин, В. В. Руднева, Г. В. Галевский // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. – 2014. – № 32. – С. 107–112. – URL: https://www.sibsiu.ru/downloads/public/vestnikgmsraen/32.pdf (дата обращения: 01.05.2021).
12. Жачкин, С. Ю. Моделирование напряженнодеформированного состояния поверхностного слоя при нанесении композитных покрытий методом ГКО / С. Ю. Жачкин, Н. А. Пеньков, А. А. Живогин // Машинно-технологическая станция. – 2013. – № 2. – С. 29–34. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=19129477 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
13. Determination of the Heat Resistance of Polymer Construction Materials by the Dynamic Mechanical Method / V. O. Startsev, M. V. Molokov, A. N. Blaznov [et al.]. – DOI 10.1134/s1995421217040141 // Polymer Science, Series D. – 2017. – Vol. 10, Issue 4. – Pp. 313–317.
14. Исследование физико-механических свойств электроосаждаемого композиционного материала никель-нанокарбонитрид хрома / Л. С. Ширяева, И. В. Ноздрин, Г. В. Галевский, В. В. Руднева / Перспективные материалы. – 2014. – № 7. – С. 62–67. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21801155 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
15. Кукса, Л. В. Метод определения упругих свойств однофазных металлов / Л. В. Кукса, Л. М. Арзамаскова // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2013. – Т. 79, № 3. – С. 60–62. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18888962 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
16. Булычев, С. И. Определение модуля Юнга по твердости / С. И. Булычев, А. В. Калмакова, А. Н. Кравченков // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2009. – Т. 75, № 9. – С. 63–66. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=12890609 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
17. Булычев, С. И. Кинетическое индентирование и гистерезис в отпечатке / С. И. Булычев, В. В. Порошин, В. П. Алехин // Деформация и разрушение. – 2006. – № 8. – С. 39–46. – URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=11969161 (дата обращения: 01.05.2021).
18. Богодухов, С. И. Определение модуля упругости различных материалов с применением средств тензометрии / С. И. Богодухов, В. С. Гарипов, Е. В. Солосина // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2014. – № 4 (165). – С. 289–294. – URL: https://clck.ru/WkVyk (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
19. Аналитическая оценка свойств дисперсно-упрочненных гальванических композитных многослойных покрытий / С. Ю. Жачкин, Н. А. Пеньков, А. И. Краснов, К. А. Манаенков // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. – 2015. – № 1. – С. 142–149. – URL: http://www.mgau.ru/sciense/journal/PDF_files/1-2015.pdf (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
20. Zhachkin, S. Yu. Dispersion-Hardened Composite Coatings with Desired Physical and Mechanical Properties / S. Yu. Zhachkin, N. A. Penkov, M. N. Krasnova // Engineering Computations. – 2017. – Vol. 34, Issue 8. – Pp. 2577–2585. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43036928 (дата обращения: 01.05.2021).
21. Управление внутренними напряжениями в гальванических композитных покрытиях на основе железа / С. Ю. Жачкин, Н. А. Пеньков, О. А. Сидоркин, С. В. Нелысов // Труды ГОСНИТИ. – 2017. – Т. 129. – С. 183–187. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30593131 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
22. Chen, Q. Computer Simulation of Solid-Particle Erosion of Composite Materials / Q. Chen, D. Y. Li. – DOI 10.1016/S0043-1648(03)00065-6 // Wear. – 2003. – Vol. 255, Issue 1‒6. – Pp. 78–84.
23. Компьютерное моделирование свойств плеча балластной призмы железнодорожного пути, омоноличенной полимерными связующими на основе полиуретана / З. Б. Хакиев, А. А. Кругликов, Я. М. Ермолов, В. А. Явна // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2018. – № 3 (71). – С. 142–152. – URL: http://vestnik.rgups.ru/wp-content/uploads/2018/10/2018_3_vestnik_rgups_a.pdf (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
24. Voronin, N. A. Analysis of the Mechanisms of Deformation of Topocomposites by Modeling of the Indentation Load-Displacement Curves / N. A. Voronin. – DOI 10.3934/matersci.2019.3.397 // AIMS Materials Science. – 2019. – Vol. 6, Issue 3. – Pp. 397–405.
25. Васильев, В. И. Решение задач однофазной фильтрации методом конечных элементов на вычислительном кластере / В. И. Васильев, М. В. Васильева, Д. Я. Никифоров // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова. – 2016. – № 6. – С. 8–17. – URL: https://clck.ru/TFXvw (дата обращения: 01.04.2021). – Рез. англ.
26. Моделирование температурного поля поверхности при электроискровом легировании металлов / В. Д. Власенко, В. И. Иванов, В. Ф. Аулов [и др.]. – DOI 10.15507/2658-4123.029.201902.218-233 // Инженерные технологии и системы. – 2019. – Т. 29, № 2. – С. 218–233.
27. Ivanov, V. I. Hardening of Objects and the Increase of Their Lifetime by the Electrospark Method: The Object Classification and the Specific Features of the Technology / V. I. Ivanov, F. K. Burumkulov. – DOI 10.3103/s1068375510050042 // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. – 2010. – Vol. 46, Issue 5. – Pp. 416–423.
28. New Possibilities of Plasma Spraying of Wear-Resistant Coatings / S. N. Grigorev, O. B. Kovalev, V. I. Kuzmin [et al.]. – DOI 10.3103/S1068366613030070 // Journal of Friction and Wear. – 2013. – Vol. 34, Issue 3. – Рp. 161–165.
2. Способ и устройство для восстановления плунжерной пары топливного насоса высокого давления / А. С. Канищев, А. Е. Ломовских, А. К. Агафонов [и др.]. – DOI 10.35887/2305-2538-2020-6-51-59 // Наука в центральной России. – 2020. – № 6 (48). – С. 51–59.– Рез. англ.
3. Величко, С. А. Оценка предельного состояния тестоделительных машин вакуумно-поршневого типа по критерию расхода масла / С. А. Величко, Е. Г. Мартынова, В. И. Иванов. – DOI 10.15507/2658-4123.030.202003.448-463 // Инженерные технологии и системы. – 2020. – Т. 30, № 3. – С. 448–463. – Рез. англ.
4. Дорогой, В. Н. Использование нового ресурсосберегающего метода для обслуживания деталей машин / В. Н. Дорогой, В. М. Михлин // Грузовое и пассажирское автохозяйство. – 2014. – № 1. – С. 69–72. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21289248 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
5. Ли, Р. Н. Эластомерный нанокомпозит для восстановления изношенных корпусных деталей автотракторной техники / Р. Н. Ли, Д. Н. Псарев, М. Р. Киба. – DOI 10.35887/2305-2538-2021-1-69-79 // Наука в центральной России. – 2021. – № 1 (49). ‒ С. 69–79. – Рез. англ.
6. Семенихин, Б. А. Восстановление и упрочнение деталей автотракторной техники композиционными гальваническими покрытиями с использованием порошков твердых сплавов / Б. А. Семенихин, Л. П. Кузнецова, Р. А. Латыпов // Труды ГОСНИТИ. – 2012. – Т. 109, № 2. – С. 57–60. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18190495 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
7. Композиционные СВС-материалы на основе карбида и никелида титана, легированные тугоплавким нанокомпонентом / Ю. С. Погожев, Е. А. Левашов, A. Е. Кудряшов [и др.] // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2012. – № 2. – С. 24–32. – URL: https://powder.misis.ru/jour/issue/view/19 (дата обращения: 01.05.2021).
8. Влияние природы электродных материалов на эрозию и свойства легированного слоя. Критерии оценки эффективности электроискрового легирования / А. Д. Верхотуров, В. И. Иванов, А. С. Дорохов [и др.]. – DOI 10.15507/0236-2910.028.201803.302-320 // Вестник Мордовского университета. – 2018. – Т. 28, № 3. – С. 302–320. – Рез. англ.
9. Моделирование процесса нанесения на металлическую поверхность многослойных композитов на основе механики сплошных сред / С. Ю. Жачкин, М. В. Астахов, Г. В. Зибров [и др.] // Труды ГОСНИТИ. – 2014. – Т. 114, № 1. – С. 122–127. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21308815 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
10. Применение нанокарбонитрида хрома в композиционных гальванических покрытиях на основе никеля / Л. С. Ширяева, И. В. Ноздрин, Г. В. Галевский, В. В. Руднева // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2014. – № 3 (9). – С. 48–52. – URL: https://clck.ru/WkSFX (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
11. Ноздрин, И. В. Гальванические композиционные покрытия цинк – диборид хрома: электроосаждение и свойства / И. В. Ноздрин, В. В. Руднева, Г. В. Галевский // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. – 2014. – № 32. – С. 107–112. – URL: https://www.sibsiu.ru/downloads/public/vestnikgmsraen/32.pdf (дата обращения: 01.05.2021).
12. Жачкин, С. Ю. Моделирование напряженнодеформированного состояния поверхностного слоя при нанесении композитных покрытий методом ГКО / С. Ю. Жачкин, Н. А. Пеньков, А. А. Живогин // Машинно-технологическая станция. – 2013. – № 2. – С. 29–34. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=19129477 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
13. Determination of the Heat Resistance of Polymer Construction Materials by the Dynamic Mechanical Method / V. O. Startsev, M. V. Molokov, A. N. Blaznov [et al.]. – DOI 10.1134/s1995421217040141 // Polymer Science, Series D. – 2017. – Vol. 10, Issue 4. – Pp. 313–317.
14. Исследование физико-механических свойств электроосаждаемого композиционного материала никель-нанокарбонитрид хрома / Л. С. Ширяева, И. В. Ноздрин, Г. В. Галевский, В. В. Руднева / Перспективные материалы. – 2014. – № 7. – С. 62–67. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21801155 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
15. Кукса, Л. В. Метод определения упругих свойств однофазных металлов / Л. В. Кукса, Л. М. Арзамаскова // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2013. – Т. 79, № 3. – С. 60–62. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18888962 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
16. Булычев, С. И. Определение модуля Юнга по твердости / С. И. Булычев, А. В. Калмакова, А. Н. Кравченков // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2009. – Т. 75, № 9. – С. 63–66. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=12890609 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
17. Булычев, С. И. Кинетическое индентирование и гистерезис в отпечатке / С. И. Булычев, В. В. Порошин, В. П. Алехин // Деформация и разрушение. – 2006. – № 8. – С. 39–46. – URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=11969161 (дата обращения: 01.05.2021).
18. Богодухов, С. И. Определение модуля упругости различных материалов с применением средств тензометрии / С. И. Богодухов, В. С. Гарипов, Е. В. Солосина // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2014. – № 4 (165). – С. 289–294. – URL: https://clck.ru/WkVyk (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
19. Аналитическая оценка свойств дисперсно-упрочненных гальванических композитных многослойных покрытий / С. Ю. Жачкин, Н. А. Пеньков, А. И. Краснов, К. А. Манаенков // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. – 2015. – № 1. – С. 142–149. – URL: http://www.mgau.ru/sciense/journal/PDF_files/1-2015.pdf (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
20. Zhachkin, S. Yu. Dispersion-Hardened Composite Coatings with Desired Physical and Mechanical Properties / S. Yu. Zhachkin, N. A. Penkov, M. N. Krasnova // Engineering Computations. – 2017. – Vol. 34, Issue 8. – Pp. 2577–2585. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43036928 (дата обращения: 01.05.2021).
21. Управление внутренними напряжениями в гальванических композитных покрытиях на основе железа / С. Ю. Жачкин, Н. А. Пеньков, О. А. Сидоркин, С. В. Нелысов // Труды ГОСНИТИ. – 2017. – Т. 129. – С. 183–187. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30593131 (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
22. Chen, Q. Computer Simulation of Solid-Particle Erosion of Composite Materials / Q. Chen, D. Y. Li. – DOI 10.1016/S0043-1648(03)00065-6 // Wear. – 2003. – Vol. 255, Issue 1‒6. – Pp. 78–84.
23. Компьютерное моделирование свойств плеча балластной призмы железнодорожного пути, омоноличенной полимерными связующими на основе полиуретана / З. Б. Хакиев, А. А. Кругликов, Я. М. Ермолов, В. А. Явна // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2018. – № 3 (71). – С. 142–152. – URL: http://vestnik.rgups.ru/wp-content/uploads/2018/10/2018_3_vestnik_rgups_a.pdf (дата обращения: 01.05.2021). – Рез. англ.
24. Voronin, N. A. Analysis of the Mechanisms of Deformation of Topocomposites by Modeling of the Indentation Load-Displacement Curves / N. A. Voronin. – DOI 10.3934/matersci.2019.3.397 // AIMS Materials Science. – 2019. – Vol. 6, Issue 3. – Pp. 397–405.
25. Васильев, В. И. Решение задач однофазной фильтрации методом конечных элементов на вычислительном кластере / В. И. Васильев, М. В. Васильева, Д. Я. Никифоров // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова. – 2016. – № 6. – С. 8–17. – URL: https://clck.ru/TFXvw (дата обращения: 01.04.2021). – Рез. англ.
26. Моделирование температурного поля поверхности при электроискровом легировании металлов / В. Д. Власенко, В. И. Иванов, В. Ф. Аулов [и др.]. – DOI 10.15507/2658-4123.029.201902.218-233 // Инженерные технологии и системы. – 2019. – Т. 29, № 2. – С. 218–233.
27. Ivanov, V. I. Hardening of Objects and the Increase of Their Lifetime by the Electrospark Method: The Object Classification and the Specific Features of the Technology / V. I. Ivanov, F. K. Burumkulov. – DOI 10.3103/s1068375510050042 // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. – 2010. – Vol. 46, Issue 5. – Pp. 416–423.
28. New Possibilities of Plasma Spraying of Wear-Resistant Coatings / S. N. Grigorev, O. B. Kovalev, V. I. Kuzmin [et al.]. – DOI 10.3103/S1068366613030070 // Journal of Friction and Wear. – 2013. – Vol. 34, Issue 3. – Рp. 161–165.
Опубликован
2021-09-22
Раздел
Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве
