III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

В процессе нанесения термодиффузионных покрытий и последующего охлаждения в "белых" слоях и диффузионных зонах формируются остаточные технологические макронапряжения . В базовых уравнениях для концентрационных макронапряжений , определяющих кинетику зарождения квазихрупких трещин при трении скольжения, знак и уровень - фактора нормируется некоторым численным -критерием.

Для низкотемпературных химико-термических слоев максимальные технологические напряжения можно корректно описать уравнением гиперболы в зависимости от толщины "белого" слоя , и глубины диффузионных зон

,                                              (1)

где - изменение температуры в процессе охлаждения после насыщения;  и  - коэффициенты линейного расширения материалов покрытия и основы соответственно. Если учитывать фактор наложения на температурную эпюру макронапряжений "структурного" распределения  уравнение (1) трансформируется к следующей функции общего вида

(2)

Величины и для всех типов термодиффузионных слоев экспериментально определялись стандартными методами. Для боридных покрытий показано, что максимальные сжимающие напряжения соответствуют более тонким слоям. С возрастанием толщины покрытия максимальные внутренние напряжения смещаются вглубь от поверхности.

В общем случае суммарная плотность трещин в месте повреждения покрытия возрастает с увеличением энергии ударного импульса . Нелинейную взаимообусловленность этих параметров количественно оценивали некоторой характеристикой трещиностойкости , определяемой по углу наклона линеаризированной функции " ". На рис.1 представлено распределение плотности трещин для никотрированного покрытия с толщиной слоя 10 мкм (температура насыщения 580 °С, время выдержки - 4 часа).

Рис.1. Характер распределения плотности трещин

Удельная плотность трещин в покрытияхизменяется в функции расстояния от кратера согласно гипотетической аппроксимации типа:

,                                                          (3)

в которой степенной показатель n коррелирует с угловым коэффициентом , отражающим знак макронапряжений в никотрированном слое и пропорциональным их уровню. Стойкость материалов против разрушения определяется их физическими константами и в известных физических моделях выражается уравнением Гриффитса.

Диапазон изменения эмпирического коэффициента трещиностойкости предполагается в модели для равным 0,30 0,65 и нормируется минимальным и максимальными уровнями параметров  и  для исследуемых термодиффузионных покрытий. Обеспечение этого условия возможно при соблюдении условий, определяемых выражением:

                                                (4)

в  котором коэффициент  определяли из экспериментов потрещиностойкости:

, где .

Для конкретного по структуре покрытия параметр  можно, в зависимости от внутренних макронапряжений , трансформировать в виде:

                                                       (5)

где знак "+" соответствует растягивающим напряжениям в покрытии, "-" - сжимающим. Коэффициент перехода от внутренних напряжений к параметру трещиностойкости составляет, например, для никотрированных и борированных покрытий на уровне ≈2*10^-4 3*10^-4и в зависимости от модуля упругости материалов, может быть рассчитан в соответствии с выражением

.                                                       (6)

Экспериментальные и расчетные результаты , и для никотрированных и боридных покрытий показали, что значение константы  соответствует границе эпицентра разрушения. В то же время для более удаленных на поверхности от кратера зон его величина будет уменьшаться.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.М.Власов, Л.М.Нечаев Работоспособность высокопрочных термодиффузионных покрытий в узлах трения машин. Тула.: Приокс. книжн.изд-во, 1994.-237с.

2. Л.М. Нечаев, Н.Б. Фомичева, Е.В. Маркова, И.Ю. Канунникова  Анализ эпюр макронапряжений в поверхностных слоях сталей после проведения борирования // Фундаментальные исследования,№1, 2009.

3. Л.М. Нечаев, Н.Б. Фомичева, И.С. Иванькин. Определение параметров трещиностойкостиникотрированных сталей // Современные наукоемкие технологии, №5, 2007.