Реолого-кінетична концепція абразивної зносостійкості та її реалізація в керуванні працездатністю механічних трибосистем

Таким чином, сукупність експериментальних фактів підтверджує достовірність гіпотези про кінетичний зв'язок між процесами деформування та руйнування, яку покладено в основу фізичної моделі абразивного руйнування .

Важливе значення має також питання щодо провідної ролі одного із взаємозв'язаних процесів деформування та руйнування. Для відповіді на це питання виконали розрахунок коефіцієнта руйнування одиночного шару за формулою

(41)

де - товщина n-го одиничного зношеного шару; - сумарна товщина n-го одиночного зношеного та деформованого шару.

Результати такого розрахунку показали, що коефіцієнти руйнування сплавів близькі до своєї максимальної величини, що дорівнює одиниці. Це може бути підставою для ствердження провідної ролі процесу руйнування при зношуванні сплавів тертям по початково закріпленому абразиву. Оцінювали достовірністі моделі (31) через зіставлення розрахункових та експериментальних величин зносу. Звідки видно, що між ними існує кореляція, яка свідчить про достовірність моделі (31).

Таким чином, на підставі експериментально доведеної достовірності фізичної моделі абразивного руйнування та розрахункової моделі (31) зносу в умовах тертя по початково закріпленому абразиву, які є складовими реолого-кінетичної концепції абразивного зносостійкості, останню, за умов, що розглядаються, слід визнати ефективною.

З розрахункової моделі (31) випливає, що між абразивним зносом та реологічним параметром R₃ сплавів різних груп існує обернено пропорційний зв'язок.

Такий самий зв'язок установлено і для сплавів кожної окремої групи.

Оскільки в механізмі абразивного зношування лежить опір руйнуванню такий зв'язок можна було б очікувати також між зносом та в'язкістю руйнування К_IC сплавів. Однак проведена перевірка показала, що він спостерігається лише для сплавів різних груп, в той час, як для сплавів кожної окремої групи така закономірність виконується не завжди. Наприклад, у сталі, що загартована та відпущена за різних температур, найбільшу зносостійкість має мартенситна структура, хоча її в'язкість руйнування є найменшою.

Отже, зв'язок реологічного параметра R₃ з абразивним зносом h_д є більш універсальним, ніж в'язкості руйнування К_ICд. Тому критерієм абразивного зносу може бути запропонований реологічний параметр R_3.

Отримані результати показали, що в межах дослідженого діапазону навантажень експериментальні дані зношувальної здатності задовільно вкладаються у прямолінійні залежності на логарифмічних координатах. Отже залежність зношувальної здатності сплавів від прикладеного навантаження можна подати степеневою функцією вигляду

, (42)

де - сталі коефіцієнти, що визначають залежність зношувальної здатності від прикладеного навантаження.

Експериментальні дані деформувальної здатності сплавів також задовільно вкладаються у прямолінійні залежності на логарифмічних координатах. Тому і залежність деформувальної здатності від докладеного навантаження можна подати функцією вигляду

, (43)

де - сталі коефіцієнти, що визначають залежність деформувальної здатності від докладеного навантаження.

Ідентичність емпіричних формул (42), (43) дає підстави для припущення про спільну природу процесів руйнування та деформування стираної поверхні. Для з'ясування природи цих процесів зіставляли зношувальну та деформувальну здатність тертьової поверхні з питомим електроопором стираною поверхні. Встановлено, що у міру збільшення навантаження виявляється така кореляція: чим вищі зношувальна і деформувальна здатності, тим більший питомий електроопір. Цей факт свідчить про кінетичну природу процесів деформування та руйнування стираної поверхні. Тому постановку та розв'язання питання про зв'язок між цими процесами необхідно виконувати з погляду кінетичного підходу.

Констатація кінетичної природи процесів, з одного боку, доводить правомірність застосування моделі реологічних характеристик механіки руйнування (К_ICK та h_пк ) (32), з другого - наявність зв'язку між деформуванням та руйнуванням. Останнє наочно демонструє збіг форм залежностей зношувальної та деформувальної здатностей. Зіставленням зношувальної та деформувальної здатностей сплавів за ступенем збільшення навантаження було встановлено таку кореляцію: з підвищенням зношувальної здатності деформувальна здатність зростає. Розглянута раніше кореляція деформувальної здатності з питомим електроопором також може мати таке наступне трактування: з підвищенням деформувальної здатності тертьової поверхні кількість несуцільностей в матеріалі стираною поверхні зростає. Таким чином, ураховуючи всі ці факти, гіпотезу про зв'язок між процесами деформування та руйнування стираної поверхні, покладену в основу фізичної моделі абразивного руйнування, слід визнати достовірною.

Іншу гіпотезу про втомлювальний характер руйнування нерухомої поверхні тертя перевіряли аналізуванням частинок зносу, а також зіставленням зношувальної здатності рухомої поверхні тертя з характеристиками об'ємної втоми та твердості нерухомої поверхні тертя у різних водяних середовищах.

Результати обстеження частинок зносу показали, що після триботехнічних випробувань у досліджуваних водяних середовищах вони завжди мали характерну для втомлювального руйнування форму тонких пластин товщиною порядку 10^-5 м.

Зіставлення зношувальної здатності з характеристиками об'ємної втоми ( мало- та багатоциклової) і твердості сталі у водяних середовищах не лише показало наявність кореляції між ними, але також дозволило ідентифікувати втомлювальний механізм зношувальної здатності як малоцикловий. Прямим доказом реалізації малоциклового механізму є встановлений факт переважного впливу пластичності (за аналогією з об'ємним навантаженням) на зношувальну здатність, який випливає із зіставлення зношувальної здатності з твердістю. Таким чином, є підстави вважати вище зазначену гіпотезу достовірною. Тому вираз кількості циклів до руйнування через реологічну характеристику відносного видовження сталі у моделі (32) слід визнати обґрунтованим.

Результати триботехнічних досліджень показали, що зношувальна здатність сплавів у середовищі промивальної рідини виявилася нижчою, ніж у воді.

Найбільш імовірною причиною такого неочікуваного результату може бути шаржування стираної поверхні абразивними частинками дисперсної фази промивальної рідини, за рахунок чого вона набуває композиційної будови. Прямим експериментальним підтвердженням наявності шаржованого шару є результати вимірювання питомого електричного опору відпрацьованих нерухомих поверхонь тертя. Оскільки абразивні частинки належать до діелектриків, то питомий електричний опір шаржованого шару має бути вищим за опір нешаржованого шару. Порівняння експериментальних даних у промивальній рідині та воді підтверджують таке припущення. Іншим прямим доказом наявності шаржованого шару слід вважати утворення чорно-сірої плівки на робочій поверхні після випробувань у промивальній рідині, в той час, як після випробувань у воді ця плівка була прозорою та блискучою. Походження чорно-сірої плівки за даними В.М. Кащеєва однозначно пов'язано із шаржуванням тертьової поверхні дрібними абразивними частинками.

Таким чином, можна стверджувати, що фрикційна малоциклова втома реалізується в місцях закріплювання абразивних частинок у стираній поверхні.

Питання про провідну роль одного із взаємопов'язаних процесів деформування чи руйнування з'ясовували через розрахунок коефіцієнта руйнування одиночного шару за формулою (41). Результати розрахунку показали, що його значення не перевищують рівень 0,5. На підставі цього будемо вважати, що при зношуванні нерухомої поверхні тертям об початково вільний абразив у парі зі сталями, білими чавунами та композитами провідну роль відіграють процеси деформування.

Достовірності моделі (32) оцінювали шляхом зіставлення розрахункових та експериментальних значень зношувальної здатності.

Звідси видно, що між ними існує кореляція, яка свідчить про достовірність моделі (32). Таким чином, на підставі експериментально доведеної достовірності фізичної моделі абразивного руйнування та розрахункової моделі зношувальної здатності в умовах тертя по початково вільному абразиву у зазорі трибоспряження, які є складовими реолого-кінетичної кінетичної концепції абразивної зносостійкості, останню (за умов, що розглядаються) слід визнати ефективною.

Із прийнятої розрахункової моделі (32) випливає, що зношувальна здатність h_K та реологічний параметр Rс, пов'язані між собою через обернено пропорційний зв'язок, який спостерігався для сплавів різних груп, а також у межах кожної окремої групи сплавів. Це дозволяє рекомендувати реологічний параметр Rс як універсальний критерій зношувальної здатності сплавів. Ураховуючи, що в механізмі зношувальної здатності лежить опір деформуванню при малоцикловій втомі у місцях закріплювання абразивних частинок у стиранісній поверхні, як критерій порівняльної оцінки різних сплавів було розглянуто співвідношення:

(44)

де К_{ICK ,} К_IC - в'язкість руйнування сплаву стираної і тертьової поверхонь;

Е_K, Е _- модуль пружності сплаву стираної ї тертьової поверхонь;

Цей параметр виражає собою відношення здатності тертьової поверхні ініціювати втомлю вальне руйнування стираної поверхні до здатності шаржувати її абразивом. Між параметром Wu та зношувальною здатністю існує прямо пропорційний зв'язок, який спостерігається при порівнянні сплавів різних груп. Однак в межах кожної окремої групи ця закономірність виконується не завжди.

У шостому розділі дисертації розглянуто результати експериментального дослідження та розроблення нових триботехнічних композитів на основі реолого-кінетичної концепції абразивної зносостійкості. Розробленню матеріалів передувало теоретичне визначення принципів, відповідно до яких можна розв'язати поставлену задачу. Згідно розробленої фізичної моделі абразивного руйнування в умовах зношування по початково закріпленому абразиву у поверхневому шарі одночасно перебігають два процеси - руйнування та деформування, які кінетично зв'язані одне з одним. Провідну роль у цьому взаємозв'язку відіграє процес руйнування. Деформування поверхневого шару за таких умов має деструкційний характер і відбувається за рахунок вторинних бокових тріщин, а також пластичних зон, які утворюються навколо вершин вертикальних та горизонтальних тріщин. Отже, акти руйнування визначають не лише кінетику зношування, але й кінетику деформування.

При зношуванні по початково вільному абразиву, який розміщено у зазорі трибоспряження стирана поверхня руйнується у тих її зонах, які оточують шаржовані абразивні частинки. Між процесами деформування та руйнування при цьому також існує кінетичний зв'язок, але, на відміну від попереднього випадку, провідна роль у ньому належить процесу деформування. Деформування поверхневого шару за таких умов має пластично-деструкційний характер і відбувається як за рахунок пластичних зон навкруги вершин тріщин, так і локалізації пластичної деформації за глибиною шару, що деформується. В результаті суперпозиції обох цих деформацій на межі пластичної зони навколо вершини тріщин утворюється зона максимальної деформації, де зароджуються бокові горизонтальні тріщини. Тому акти деформування визначають не лише кінетику зношувальної здатності, але також кінетику руйнування.

Для пояснення такої постановки питання про зв'язок процесів руйнування та деформування в умовах абразивного зношування скористалися моделями, що застосовуються для опису реологічних властивостей твердих тіл. Однак у ці моделі були введені деякі зміни відповідно до положень реолого-кінетичної концепції, зокрема, уявлень про розвинення у зношуваному сплаві одночасно двох різних процесів: поряд із деформуванням також і руйнування. Вплив руйнування на деформування формально враховувався через уведення у відому реологічну модель пружно-пластичного тіла додаткових спеціальних „елементів руйнуваня”, що були запропоновані В.В. Регелем, поряд з елементами пружного, в'язкого та пластичного деформування.

Аналіз кінетики зношування по початково закріпленому абразиву та зношувальної здатності при терті по початково вільному абразиву в зазорі трибоспряження із застосуванням реологічної моделі (рис.1) дозволив обґрунтувати принцип мінімізації абразивного зносу та зношувальної здатності: чим вищі реологічні властивості, тим менші знос та зношувальна здатність сплаву.

Рис. 1. Реологічна модель абразивного зношування з погляду реолого-кінетичної концепції зносостійкості: 1 - елемент руйнування; 2 - пластичний елемент; 3 - пружний елемент; 4 - в'язкий елемент; 5 - сплав, що зношується (е - деформація поверхневого шару; h - відстань від зношуваної поверхні; Дh_i - товщина зношуваного шару).

Такий принцип відповідає розрахунковим моделям абразивного зносу (31) та зношувальної здатності (32), у яких реологічні властивості виражені через параметри R₃ та Rс. Оскільки ці параметри являють собою поєднання різних в'язко-пластичних характеристик, то забезпечити вимоги

запропонованого принципу можна як впливом на кожну з характеристик окремо, так і на їх поєднання у потрібному напрямку. Найширші можливості щодо цього відкриваються у разі використання макрогетерогенних композитів на металевій основі, у зв'язку з чим нові триботехнічні сплави розробляли на їх базі.

Триботехнічні властивості композиту визначаються здатністю його структурних складових виконувати власні функції в умовах тертя: для зерен реліту - сприймати питомі контактні навантаження; для матриці - релаксувати напруження тертя.

Під дією металургійних процесів (розчин зерен реліту, окиснення вольфраму та заліза), неминучих при плазмовому наплавленні стрічковим релітом, функціональна здатність зерен реліту та матриці під час тертя суттєво знижується, внаслідок чого потенційні триботехнічні властивості композиту не реалізуються. Тому єдино можливий спосіб розкриття його триботехнічного потенціалу - регулювання металургійних процесів. Таке регулювання здійснювали: вибором оптимальної площини поверхні контакту зерен реліту з розплавом, застосуванням захисних покриттів для зерен реліту, а також легуванням наповнювача стрічкового реліту елементами з високою спорідненістю з вуглецем. Поставлене завдання розв'язували методом математичного планування експерименту. Функціями відгуку були абразивний знос та зношувальна здатність, що визначали як експериментальним, так і розрахунковим методом.

Під час експериментального визначення функцій відгуку побудовано такі математичні моделі:

1) - модель зносу при терті по початково-закріпленому абразиву

 (45)

де x₂ - лінійна функція від фактора Х₂ (тип зерен реліту);

х₃ - лінійна функція від фактора Х₃ (розмір зерен реліту);

z₁ - квадратична функція від фактора Х₁ (тип наповнювача);

z₂ - квадратична функція від фактора Х₂;

z₃ - квадратична функція від фактора Х₃;

q₂ - кубічна функія від фактора Х₂;

щ₁ - функція 4 степені від фактора Х₁.

2) - модель зношувальної здатності при терті по початково вільному абразиву у зазорі трибоспряження.

(46)

де x₁ - лінійна функція від фактора Х_1.

Для розрахунку функцій відгуку застосовували моделі (31) та (32). У результаті розв'язування поставленого завдання створено новий наповнювач стрічкового реліту [28], що забезпечує суттєве поліпшення триботехнічних характеристик композиту. Причому і в разі експериментального, і в разі розрахункового визанчення функцій відгуку оптимальний склад наповнювача стрічкового реліту збігся (рис. 2, 3).

Оскільки розрахункові моделі (31) та (32) побудовані відповідно до триботехнічного принципу мінімізації абразивного зносу та зношувальної здатності, то такий збіг оптимального складу наповнювача, з одного боку, можна розглядати як доведення відповідності нового композиту цьому принципу, з другого - як додаткове підтвердження працездатності моделей (31) та (32).

Рис. 2. Розрахунковий абразивний знос композиту з різними розмірами зерен реліту: 1 - розрахунок за підсумками планування експерименту (ДG_дРП); 2 - розрахунок за моделлю (31) (ДG_дРМ) (с - густина композиту, S - площина поверхні тертя)

Рис. 3. Розрахункова зношувальна здатність композиту за різними типами зерен реліту: 1 - розрахунок за підсумками планування експерименту (ДG_КРП); 2 - розрахунок за моделлю (32) (ДG_КРМ);ОС - уламковий, СФ - сферичний, ОК - оброблений, ПЛ - із покриттям (с - густина сталі, S - площина поверхні тертя)

Результати механічних, металографічних та мікрорентгеноспектральних досліджень вказують на те, що поліпшення триботехнічних властивостей нового композиту досягнуто за рахунок підвищення міцнісних характеристик зерен реліту та матриці, релаксаційної здатності матриці, концентрації зерен реліту у сплаві та евтектики у структурі матриці.

Сьомий розділ присвячено застосуванню реолого-кінетичної концепції для підвищення абразивної зносостійкості вузлів тертя машин.

За співпраці з інститутом “Укрдіпрондінафта” (тепер ВАТ “Українській нафтогазовий інститут”) та електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України у період 1986-1989 рр. було створено замки з армованою боковою поверхнею для бурильних труб (рис.15). У 1989 р. вперше в колишньому СРСР на Дрогобицькому долотному заводі було налагоджено серійне промислове виробництво таких замків. Армування замків здійснювалось методом плазмового наплавлення. Як наплавленний матеріал за рекомендацією автора застосовувався стрічковий реліт (ТУ ИЭС 677-88), наповнювач якого містив у собі зерна реліту розміром 0,63-0,9 мм. Для поліпшення якості зносостійкого покриття операцію наплавлення проводили після операції термічної обробки замка. За період 1989-1990 рр. Дрогобицьким долотним заводом виготовлено 16 тисяч комплектів армованих замків. Економічний ефект від застосування армованих замків становив 144,84 крб. на комплект (у цінах 1990 р.).

Оскільки стрічковий реліт (ТУ ИЭС 677-88) не повною мірою реалізує триботехнічний потенціал композиту, для підвищення ефективності застосовування армованих замків при глибокому бурінні у 1991 р. проведено приймальні експлуатаційні випробування замків з новим композитом [28], який розроблено в цій роботі.

Результати випробувань показали, що швидкість зношування замків наплавлених стрічковим релітом з новим наповнювачем, в 1,4-1,6 разу нижча ніж наплавлених стрічковим релітом (ТУ ИЭС 677-88) і в 1,8 разу нижча, ніж наплавлених матеріалом WOKA (виробництва Італії).На підставі цих результатів стрічковий реліт з наповнювачем нового складу рекомендовано для застосування в серійному виробництві замків для глибокого буріння замість стрічкового реліту (ТУ ИЭС677-88).

а)б)

Рис. 4. Замок з армованою боковою поверхнею для бурильних труб: а) тип ЗШК: 1 - ніпель; 2 - муфта; 3 - армований шар; б) тип ЗПК: 1 - ніпель; 2 - муфта; 3 - армований шар; 4 - бурильна труба приварена

Однією з найбільш важливих вимог до концепції абразивної зносостійкості є універсальність. Під універсальністю концепції слід розуміти її застосованість до будь-яких матеріалів та видів абразивного зношування. Для повного оцінювання універсальності реолого-кінетичної концепції слід порівняти розрахункові значення зносу з експериментальними для усіх видів абразивного зношування і класів триботехнічних матеріалів.

Спочатку потрібно вибрати класифікацію абразивного зношування, придатну для практичного застосування. З цього погляду найбільш прийнятними слід визнати класифікації за ознакою ступеня рухливості та характеру дії абразиву на робочу поверхню. Однак жодну з відомих класифікацій цієї групи не можна вважати повною. Тому, враховуючи, що вони доповнюють одна одну, доцільно їх об`єднати. В результаті шукана класифікація буде містити такі види абразивного зношування: зношування абразивом, що жорстко закріплений (зношування через тертя об шорсткість твердої поверхні, зношування через тертя по моноліту), зношування абразивом, що не жорстко закріплений, гідро- або газоабразивне зношування, зношування за наявності абразиву в контакті тертьових поверхонь, фретинг-корозія, ударно-абразивне зношування. Виходячи з цієї класифікації, для оцінювання універсальності кінетичного підходу, окрім моделей (31) і (32), також розроблено ефективну модель зносу при терті об шорсткість твердої поверхні, а також фретинг-корозії.

Інший напрям оцінювання універсальності реолого-кінетичної концепції - це застосування її положень для вибору та створення матеріалів, які працездатні в умовах абразивного зношування.

Працездатність забезпечується здебільшого за рахунок застосування евтектичних композитів, що складаються з твердого розчину та крихких сполук інтерметалідів.

Результати проведених досліджень показали, що ефективний вибір та створення таких композитів може бути здійснено на базі положень реолого-кінетичної концепції абразивної зносостійкості; так, зокрема, застосуванням моделі (31) та реологічного критерію R₃ для умов абразивного зношування можна рекомендувати евтектичний сплав ТН.

Проблема абразивного зносу та захисту є актуальною для обладнання ливарного виробництва, до якого належать шламові насоси та дробометальні установки. Найбільш зношувана деталь шламового насоса - це робоче колесо та вихідний патрубок. Для них характерним видом зношування є гідроабразивний. У дробометальному барабані найбільш зношувана деталь - турбіна, яка піддається газоабразивному зносу. Для оцінювання можливості захисту цих деталей евтектичним сплавом ТН у 2004 році були проведені експлуатаційні випробування шламового насоса та дробометальної установки на ВАТ “Ливарний завод” (м. Київ). Результати випробувань показали зменшення в 1,3 разу швидкості зношування робочого колеса та вихідного патрубка, а також у 2,85 разу - турбіни дробометальної установки наплавлених евтектичним сплавом ТН порівнянно з їх базовими матеріалами, що стало підставою для рекомендації цього сплаву для захисту таких деталей від абразивного зносу. Окрім суто практичного, отримані результати експлуатаційних випробувань мають також важливе наукове значення, оскільки підтверджують доцільність реолого-кінетичної концепції до гідро- та газоабразивного зношування, чим розширюють уявлення про її універсальність.

Висновки

1. Однією з центральних проблем науки і техніки є абразивний знос та захист вузлів тертя машин. Ця проблема ще не отримала універсального та загальновизнаного науково обґрунтованого розв`язання. Для цього запропоновано концепцію абразивної зносостійкості, в основу якої покладено реолого-кінетичний підхід до фундаментального питання про зв'язок між процесами деформування та руйнування. Суть цього підходу полягає в уявленнях про одночасне існування в поверхневому шарі зношуваного сплаву двох різних процесів - деформування та руйнування, зв'язок між якими ґрунтується на реології пружно-в'язко-пластичних процесів і на уявленнях про руйнування, як кінетичному процесі. На засадах вказаної концепції розроблено нові моделі абразивного зносу, механізми зношування, критерії порівняльної оцінки зносу, а також принципи мінімізації абразивного зносу сплавів. Застосування нової концепції сприяло вирішенню ряду актуальних практичних завдань з підвищення абразивної зносостійкості вузлів тертя машин, зокрема, замкових з`єднань труб бурильної колони та деталей обладнання для ливарного виробництва.

2. На основі розкритих закономірностей зв'язку між процесами деформування та руйнування із залученням адекватної реологічної моделі для опису кінетики абразивного зношування обґрунтовано принцип мінімізації абразивного зносу та зношувальної здатності через максимізацію запропонованих реологічних параметрів сплавів.

3. У результаті теоретичних досліджень та експериментальної перевірки їх результатів запропоновано ефективні розрахунково-аналітичні моделі зносу сплавів в умовах тертя ковзання по початковозакріпленому абразиву і зношувальної здатності -під час тертя ковзання по початкововільному абразиву у трибоспряженні, які на відміну від відомих моделей враховують фактор зв'язку між процесами руйнування та деформування.

4. На базі результатів триботехнічних досліджень та досліджень товщини пластично деформованого шару встановлено взаємозв'язок руйнування та деформування в умовах абразивного зношування сплавів. Цей зв'язок не можна розглядати з позицій класичного вчення про міцність: урахувати лише вплив процесу деформування на розвиток руйнування за припущення, що деформування в цьому взаємозв'язку є провідним, визначальним процесом, а руйнування - веденим, залежним від деформування процесом, тим самим акцентуючи, що будь-якому виду абразивного руйнування завжди передує пластична деформація. Тому в умовах абразивного зношування у сплаві одночасно існують і розвиваються два різні процеси - деформування та руйнування, які впливають одне на одне. Залежно від схеми діючих напружень, що визначається механізмом дії абразиву з різним ступенем закріплення (вільний, напівзакріплений, закріплений) провідним, визначальним процесом може бути як деформування, так і руйнування. Отже, взаємозв'язок руйнування та деформування в умовах абразивного зношування слід розглядати з позицій кінетичного вчення про міцність. Фактор зв'язку між руйнуванням та деформуванням враховано в розрахунково-аналітичних моделях та принципі мінімізації зносу під час тертя ковзання по початковозакріпленому абразиву і зношувальної здатності під час тертя ковзання по початково вільному абразиву в трибоспряженні.

5. На підставі результатів триботехнічних досліджень, досліджень питомого електричного опору, а також зіставлення їх із закономірностями механіки руйнування матеріалів установлено, що процеси руйнування та деформування в умовах абразивного зношування мають спільну кінетичну природу. Тому питання про взаємозв'язок цих процесів слід розглядати не з позицій статичного підходу, за якого руйнування - це критична подія, що настає після досягнення граничного напруження, а з погляду кінетичного підходу, за якого руйнування - це процес, що розвивається у часі, який не можна характеризувати граничним напруженням.

6. За результатами досліджень щодо виявлення провідної ролі одного з процесів - руйнування або деформування - з урахуванням розкритих закономірностей взаємозв'язку між ними встановлено, що в механізмі зношування в умовах тертя ковзання по початковозакріпленому абразиву визначальне значення має не міцність, як інтегральний показник, а лише її складова - опір руйнуванню, а в механізмі зношувальної здатності в умовах тертя ковзання по початкововільному абразиву між тертьовими поверхнями - опір деформуванню сплаву стираної поверхні. Це дозволило запропонувати нові реологічні параметри як критерії порівняльної оцінки абразивного зносу і зношувальної здатності сплавів.

7. Запропоновано комплексний метод досліджень для вивчення зв'язку між процесами руйнування та деформування в умовах абразивного зношування сплавів, який містить в собі триботехнічні і прямі дослідження, а також дослідження з виявлення провідного процесу і фізичної природи руйнування та деформування. Для реалізації такого комплексу розроблено відповідні експериментальні методи, методики і технічні засоби, зокрема методика лабораторних триботехнічних досліджень сплавів для замкових з'єднань і обсадних труб; установка для дослідження електромагнітних властивостей сплавів; методи дослідження реологічних властивостей поверхневого шару - модуля пружності, пружної деформації, товщини пластично-деформованого шару, в'язкості руйнування, а також електромагнітних властивостей сплавів.

8. Керуючись положеннями реолого-кінетичної концепції абразивної зносостійкості визначено, що комплекс необхідних триботехнічних властивостей бокової поверхні замкових з`єднань бурильних труб може бути забезпечений за рахунок підвищення значень введених реологічних параметрів сплавів. Найширші можливості для керування цими параметрами забезпечує використання матеріалів класу макрогетерогенних композитів, які були обрані за основу для створення нових матеріалів для замкових з'єднань.

9. Проведено теоретичний аналіз факторів, що чинять негативний вплив на триботехнічні властивості композитів, у результаті якого основним напрямом їх поліпшення обрано регулювання взаємодії зерен реліту зі сплавом зв'язкою в процесі плазмового наплавлення. З використанням методу математичного планування експерименту визначено склад наповнювачів стрічкового реліту, що забезпечує мінімальний знос і зношувальну здатність в умовах тертя ковзання по початково вільному абразиву в контакті між тертьовими поверхнями, а також мінімальний знос в умовах тертя ковзання по початково закріпленому абразиву, які відповідають триботехнічному принципу мінімізації абразивного зносу та зношувальної здатності. Шляхом аналізу математичних моделей визначено новий склад наповнювача стрічкового реліту, у разі наплавлення яким найбільшою мірою забезпечуються триботехнічні властивості матеріалу для бокової поверхні замкових з'єднань. За результатами структурних досліджень показано, що поліпшення триботехнічних властивостей композиту досягається за рахунок підвищення міцності зерен реліту та їх концентрації, а також твердості матриці та її здатності до деформаційного зміцнення.

10. На Дрогобицькому долотному заводі впроваджено в серійне виробництво замки з армованою боковою поверхнею для бурильних труб. За рекомендацією автора (ТУ39-1377-89) армування замків виконується стрічковим релітом за ТУ ИЭС 677-88. Економічний ефект від упровадження армованих замків становив 144,84 крб (у цінах 1990 р.) на один комплект. За період 1989-1990 рр. виготовлено 16 тисяч комплектів армованих замків з економічним ефектом, що передбачається, 2,31 млн. крб (у цінах 1990 р.).

11. Проведено приймальні випробування дослідної партії замків, армованих стрічковим релітом з наповнювачем нового складу, розробленим автором (а.с. 169063 СССР МКИ В23К35.36). Результати випробувань показали, що швидкість зношування таких замків у 1,4-1,6 разу нижча ніж замків, армованих стрічковим релітом за ТУ ИЭС 677-88, який за рекомендацією автора застосовується у серійному виробництві замків на Дрогобицькому долотному заводі, і в 1,8 разу нижча ніж замків, армованих матеріалом WOKA (Італія). За результатами приймальних випробувань замки, армовані стрічковим релітом із наповнювачем нового складу, рекомендовані для постановки на серійне виробництво замість замків, армованих стрічковим релітом ТУ ИЭС 677-88.

12. Проведено експериментальну оцінку універсальності реолого-кінетичної концепції абразивної зносостійкості, яка показала її застосовність до інших видів абразивного зношування, зокрема, зношування об шорсткість твердої поверхні, фретинг-корозії, гідро- і газоабразивного зношування, а також інших класів триботехнічних матеріалів, зокрема, евтектичних композитів. Це дозволило запропонувати нові ефективні моделі зносу при терті об шорсткість твердої поверхні і фретинг-корозії, а також рекомендувати евтектичний композит ТН для підвищення абразивної зносостійкості вузлів тертя машин.

13. Проведено експлуатаційні випробування деталей обладнання для ливарного виробництва (робоче колесо та вихідний патрубок шламового насоса, турбіна дробометального барабана) з евтектичним композитом ТН. Результати випробувань показали, що швидкість зношування наплавлених деталей в 1,3-2,85 разу нижче ніж базових, що дало підстави рекомендувати композит ТН для застосування у промисловому виробництві.

абразивний зносостійкість трибосистема деформування

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Дворук В.И. Научные основы повышения абразивной износостойкости деталей машин/КМУГА. - К.: КМУГА, 1997. - 101 с.-Бібліогр.: с.95-99.

2. Дворук В.И. Некоторые закономерности изнашивания стали и наплавленных сплавов закрепленным абразивом //Проблемы трения и изнашивания: Сб.науч.трудов. - К., 1991. - Вып. 39. - С. 55-56.

3. Дворук В.И. Исследование абразивного изнашивания стали 45 // Проблемы трения и изнашивания:Сб.науч.трудов. - К., 1992. - Вып. 41. - С. 8-12.

4. Дворук В.И. Критерий абразивной износостойкости сплавов //Вопросы химмотологии и эксплуатации авиационной наземной техники: Сб.науч. трудов. - К. 1994. - С. 90-93.

5. Дворук В.И. К вопросу о механизме абразивного изнашивания при трении скольжения //Трение и износ. - 1994. - Т. 15, № 6. - С. 1069-1073.

6. Дворук В.І. Триботехнічний метод визначення модуля пружності сплавів //Проблеми тертя та зношування: Зб. наук. праць. - К., 1998. - Вип. 44. С. 33-37.

7. Дворук В.І. Структура і властивості композиційних матеріалів для умов абразивного зношування //Техніка майбутнього. - 1999. - № 5. - С. 3-9.

8. Дворук В.І. Абразивне руйнування трибосистем ковзання // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - № 4. - С. 7-9.

9. Дворук В.И. Влияние водных сред на триботехнические свойства и релаксационную способность трибосистем скольжения //Проблеми трибології. - 2001. - № 1. - С. 134-136.

10. Дворук В.І. Триботехнологія формування композиційних матеріалів // Вісник НАУ. - 2001. - № 3. - С. 32-35.

11. Дворук В.І. Особливості впливу водяних середовищ на абразивне руйнування металів // Проблеми тертя та зношування : Зб. наук праць.- К., 2006. - Вип. 46. - С. 70-75.

12. Дворук В.И., Мардахаев А.А., Пресман И.М., Довжок В.Е. Установка для исследования триботехнических характеристик материалов в жидких средах //Проблемы трения и изнашивания: Сб. науч. трудов. - К., 1990. - Вып. 37. - С. 31-34.

13. Дворук В.И., Белый Л.М. Триботехнические свойства пары наплавленный сплав - сталь 45 при тяжелых режимах нагружения в глинистом растворе //Трение и износ. -1991. - Т.12, № 4. - С. 678-682.

14. Дворук В.И., Шевеля И.В., Радченко А.В. Новый материал для условий абразивного изнашивания //Вісник КМУЦА. - 1999. - № 1. - С. 56-61.

15. Дворук В.І., Кіндрачук М.В. Механізм утворення частинок зносу при терті ковзання металів у присутності абразиву // Проблеми трибології. - 2004. - № 1. - С. 130-137.

16. Дворук В.І., Кіндрачук М.В. Закономірності зношування металевих матеріалів за наявності абразивних частинок у контакті тертьових поверхонь // Проблеми трибології. -2005. - №1. - С. 121-130.

17. Дворук В.І., Кіндрачук М.В. Розвиток та застосування кінетичної концепції абразивного зношування вузлів тертя машин // Проблеми трибології. - 2005. - №3, 4. - С. 92-99.

18. Дворук В.І., Кіндрачук М.В., Герасимова О.В. Визначення поверхневої енергії металів при абразивному зношуванні // Фізика і хімія твердого тіла. - 2006. - Т. 7, - №3. - С. 560-563.

19. Дворук В.І., Герасимова О.В. Вплив структурного стану на абразивне руйнування сталі // Проблеми тертя та зношування: Зб. наук. праць. - К., 2007. - Вип. 47. - С. 82-94.

20. Калда Г.С., Шевеля В.В., Дворук В.І., Радченко О.В. Моделювання зношування при фретинг-корозії металів // Вісник техологічного університету Поділля. - 1999. - № 2. - С. 6-10.

21. Шевеля В.В., Дворук В.И., Калда Г.С., Радченко А.В. Механика фреттинг-изнашивания и фреттинг-усталости металлов //Трение и износ. - 1999.-Т.20, № 5. - С. 520-526.

22. Шевеля В.В., Дворук В.И., Довжок В.Е., Радченко А.В. Обеспечение триботехнических свойств композиционных материалов при абразивном изнашивании //Проблеми трибології. - 2000. - № 1. - С. 67-72.

23. Шевеля В.В., Дворук В.И., Радченко А.В. Моделирование абразивной трибоочистки металлических поверхностей //Вісник КМУЦА. - 2000. - № 1-2. - С. 65-67.

24. Шевеля В.В., Дворук В.И., Посташ А.С., Радченко А.В. Моделирование гидроабразивного изнашивания материалов лабораторным методом //Вісник КМУЦА. - 2000. - № 3-4. - С. 39-43.

25. Шевеля В.В., Дворук В.І., Радченко О.В. Підвищення якості зносостійких покриттів металів поверхневим пластичним деформуванням // Вісник НАУ. - 2001. - № 2. - С. 22-26.

26. Черняк В.В., Дворук В.И. О возможности применения электромагнитного метода для контроля лопаток турбины ГТД на перегрев // Авиационная промышленность. - 1979. - № 3. - С. 21.

27. Карасев А.В., Дворук В.И. К вопросу о методике оценки износостойкости покрытий при фреттинг-коррозии //Перспективные методы ремонта авиационной техники: Сб. науч.трудов. - К., 1981. - С. 45-48.

28. Состав наполнителя порошковой ленты для плазменной наплавки: А.С. 169063 СССР МКИ В 23К 35/36./ В.И. Дворук, А.И. Белый. - № 4753826/27; Заявлено 26.09.89; непубликуемое.

29. Дворук В.И. Влияние водных сред на триботехнические характеристики пары сталь 40ХН - сталь45 при тяжелых режимах нагружения // Проблемы развития машиностроения и ремонтного обслуживания в нефтяой промышленности: Сб. науч. трудов. -К., 1989.-С.84-90.

30. Лищинский С.П., Мардахаев А.А., Дворук В.И., Пресман И.М., Посташ А.С. Триботехнические свойства материалов, применяемых для армирования наружной поверхности замков бурильных труб// Прогрессивные технологии освоения нефтяных месторождений Украины и Белоруссии : Сб. науч. трудов. - К., 1990.- С.132-138.

31. Бевзюк Ф.Г., Дворук В.И., Корякина Т.Ф., Панченко П.Т. О влиянии профиля рабочей поверхности втулок на работоспособность цилиндропоршневой пары бурового насоса// Прогрессивные технологии освоения нефтяных месторождений Украины и Белоруссии: Сб. науч. трудов. - К., 1990.- С.169-172.

32. Мардахаев А.А., Дворук В.И., Бевзюк Ф.Г., Корякина Т.Ф. Анализ технического уровня сварочних технологий восстановления изношеных деталей бурового и нефтепромыслового оборудования.// Геология и бурение нетрадиционных залежей нефти и газа: Сб. науч. трудов. -К., 1991.- С.173-180

33. Дворук В.И., Черняк В.В. Исследование структурной повреждаемости сплавов при абразивном изнашивании электромагнитным методом// Вопросы химмотологии и эксплуатации авиационной наземной техники: Сб. науч. трудов. -К., 1994.- С. 86-90..

34. Микуляк О.В., Шурин А.К., Панарин В.Е., Дворук В.И. Формирование износостойких наплавок на внутренней поверхности гильз // Эффективные технологические процессы и оборудование для восстановления и упрочнения деталей машин: Всесоюзный семинар - Пенза, 1991. - С. 43-44.

35. Дворук В.И. Выбор материала для пар трения скольжения при абразивном изнашивании //Проблеми транспорту та шляхи їх вирішення: Міжнародна наук.-технічна конф. - К., 1994. - С. 83.

36. Дворук В.И. Современные тенденции в создании триботехнических композитов и методики их иследования при абразивном изнашивании // Отчетная научно-техническая конф. университета за 1993 год (по госбюджетной тематике). - К., 1994. - С. 101-102.

37. Дворук В.И. Исследование природы абразивного изнашивания и разработка принципов износостойкости сплавов // Звітна наук.-техніч. конф. наукових колективів ун-ту за 1994 рік. - К., 1995. - С. 133.

38. Дворук В.І. Дослідження природи зношувальної здатності сплавів в присутності абразиву і розробка принципів її мінімізації // ХVI звітна наук.-техн. конф. університету за 1995 рік. - К., 1996. - С. 146.

39. Шевеля В.В., Дворук В.І. Конструктивно-технологічні засоби підвищення зносостійкості внутрішніх поверхонь деталей машин в умовах абразивного зношування // XVII звітна наук.-техн. конф. університету за 1996 рік. - К., 1997. - С. 157-158.

40. Шевеля В.В., Дворук В.І. Циліндрові втулки з підвищеною зносостійкістю внутрішньої поверхні //XVII звітна наук.-техн. конф. університету за 1997 рік. - К., 1998. - С. 197.

41. Шевеля В.В., Дворук В.І, Калда Г.С. Слоисто-эвтектический композит для повышения абразивной износостойкости деталей машин// Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів.-Запоріжжя, 1999.-с.226-228.

42. Шевеля В.В., Дворук В.И., Довжок В.Е., Радченко А.В. Обеспечение триботехнических свойств композиционных материалов при абразивном изнашивании //Зносостійкість і надійність вузлів тертя машин (ЗНМ-2000): Міжнародна наук.-техн. конф. - Хмельницький., 2000.- С. 36.

43. Дворук В.І., Герасимова О.В., Харитончук-Мойсеєв М.І. Визначення поверхневої енергії металів при абразивному зношуванні // VII Міжнародна НТК „АВІА-2006”. - К., 2006. - С. 360-363.

44. Дворук В.І., Герасимова О.В. Гавриш І.М. Абразивна зносотійкість з урахуванням структурного стану сталі // VIII Міжнародна НТК “Авіа- 2007”. - К., 2007. - С. 32.41-32.44.

Размещено на Allbest.ru