Контактная прочность малоподвижных соединений
Деформация сжатием материалов с отрицательной магнитострикцией - фактор, приводящий к повышению намагниченности. Природа металлических пар, коррозионная активность среды, амплитуда проскальзывания - условия, определяющие скорость фреттинг-коррозии.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 21.11.2018 |
Размер файла | 13,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Во многих функциональных узлах современной техники используется значительное количество различного рода малоподвижных или, или как их часто называют, условно неподвижных соединений, таких как прессовые посадки, шлицевые, шпоночные, резьбовые и заклепочные соединения, подшипниковые узлы, соединения гидро- и пневмоаппаратуры и т.д.
Относительная неподвижность деталей соединений с гарантированным натягом обеспечивается тем, что внутренний диаметр охватывающей детали меньше наружного диаметра охватываемой детали. Напряжения, возникающие на контактных поверхностях при соединении этих деталей, должны противодействовать осевым сдвигающим их усилиям в процессе эксплуатации. При других видах соединений неподвижность деталей обеспечивается дополнительными фиксирующими устройствами. Однако при воздействии эксплуатационных нагрузок происходят относительные малоамплитудные перемещения вначале в упругой области, а при повышенных нагрузках и в упругопластических областях деформирования. В значительной степени на протекание этих процессов оказывают вибрации при работе рассматриваемых узлов.
По-прошествии определенного времени, малые относительные колебательные смещения контактирующих деталей, приводят к значительному повышению степени износа поверхностей и возникновению локальных разрушений. Наиболее опасным последствием этих процессов является фреттинг-коррозия, которая обусловливает значительное снижение прочности соединений. Это происходит за счет изменения физико-химических свойств сопряженных поверхностей вследствие многократного упругого и пластического деформирования, разрушения защитных оксидных пленок, адсорбционного взаимодействия материала со средой. При этом скорость фреттинг-коррозии определяется природой металлических пар, коррозионной активностью среды, амплитудой проскальзывания, контактным давлением, амплитудой и частотой циклов относительных смещений контактирующих деталей, степенью прилегания сопряженных поверхностей, температурой в зоне контакта.
Несмотря на значительные результаты, достигнутые, как в изучении природы перемещений и деформаций в контакте твердых тел, так и в расчетах соединений разнообразных форм, ряд вопросов, имеющих большую практическую ценность, остаются без ответа. Поэтому задачи повышения прочности и работоспособности деталей машин, в том числе, при одновременном снижении их материалоемкости остаются актуальными.
Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования [1] прочности малоподвижных соединений показали, что при локальном контакте твердых тел наибольшее напряжение возникает в поверхностном слое отдельных зон контактирующих деталей. При многократном нагружении зоны смыкаются, вызывая «проскальзывание» на контактной площадке. Процесс «проскальзывания» способствует диссипации энергии в момент преодоления сил трения и является с одной стороны источником демпфирования, а с другой интенсифицирует процессы фреттинг-коррозии и фреттинг-усталости.
Учитывая дискретность контакта шероховатых поверхностей твердых тел можно полагать, что при соответствующих условиях (определенном цикле нагружений) будут иметь место квазистатические, малоцикловые или усталостные процессы разрушения рассматриваемых соединений, которые в сочетании с физико-химическими свойствами материалов могут ускоряться или замедляться, образуя свободные микрочастицы и окислы [1].
Объем образовавшихся окислов часто превышает объем поврежденного металла и, не имея возможности выхода из зоны контакта, они способствует росту давления, приводящему к локальному изменению структуры и свойств материала. В случае свободного выхода продуктов износа и окислов из зоны контакта натяг между сопряженными деталями уменьшается, что увеличивает вибрацию и «проскальзывание» в соединении.
Учитывая вышесказанное для повышения прочности малоподвижных соединений необходимо не только увеличить фактическую площадь контакта, но и снизить вероятность возникновения фреттинг-коррозии.
Одним из эффективных конструктивно-технологических приемов достижения прочности таких соединений, на наш взгляд, представляется ведение в зону контакта некоторого объема промежуточного материала, обладающего повышенной пластичностью и позволяющего надежно заполнять зоны с нарушенным контактом за счет образования своего рода промежуточных металлических или полимерных слоев.
Для нанесения промежуточного слоя возможно использование химических или электрохимических методов, осаждения покрытий, напыления металлов, а также нанесение металлополимерных паст на контактирующие поверхности соединения. В процессе эксплуатации или выполнения технологической приработки, наносимые покрытия образуют единый функциональный защитный промежуточный слой.
Создаваемые слои должны обладать достаточной технологичностью, то есть обеспечить возможность их простого и наименее затратного способа нанесения на соединяемые детали и образования в результате этого благоприятного аморфного состояния покрытия.
Из возможных способов нанесения покрытий, обеспечивающих формирование функционального слоя, наиболее простым является использование химического и электрохимического осаждения меди толщиной от 2 до 5 мкм и более. Химическое осаждение является достаточно технологичным процессом, материалы для его выполнения доступны и недороги. При его выполнении обеспечивается необходимая равномерность осаждения материала покрытия по всей функциональной поверхности, а само покрытие имеет мелкокристаллическое строение и обладает низкой пористостью, а также малой дефектностью получаемой структуры.
Покрытия, наносимые на контактирующие поверхности деталей, достаточно прочно закрепляются на них за счет действия адгезионных связей. В результате при приложении смещающей нагрузки срыв покрытия с материала подложки не происходит, а все относительные, как микро- так и макро перемещения реализуются во внутренних промежуточных слоях. При этом благоприятные условия эксплуатации достигаются при обеспечении аморфного состояния материала промежуточного слоя.
Для достижения более эффективной работы малоподвижных соединений целесообразно для нанесения трансформирующих покрытий использование распыления (пульверизации) материала электродуговым или газопламенным способом или же нанесение исходного слоя в процессе выполнения финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО).
Целесообразность использования предложенных способов подтверждена результатами лабораторных и натурных исследований [2], которые показали, что подобным образом можно существенно повысить надежность малоподвижных разъемных соединений.
Однако при создании прессовых соединений существует возможность нарушения целостности наносимого покрытия при сборке. В этом случае целесообразно создание на стыке соединяемых деталей благоприятного контактного давления на основе эффекта магнитострикции защитного покрытия, величина и знак которой устанавливается адаптировано к топографии сопрягаемых поверхностей и знаку их механической деформации [3]. коррозионный магнитострикция металлический фреттинг
Это достигается тем, что на поверхности деталей малоподвижных разъемных соединений наносится магнитострикционные покрытия. В магнитном поле формируют структуру покрытия, состоящую из магнитострикционной подложки и герметизирующего упруго деформируемого наружного слоя, при этом знак магнитострикции выбирают из необходимости увеличения объема магнитострикционного материала подложки при деформации покрытия растяжением или сжатием. В качестве магнитострикционной подложки покрытия используются магнитотвердые материалы: желозо, технический никель, пористый хром с обработкой NiFe и др.
Магнитострикционную подложку покрытия формируют на предварительно текстурированных в плоскости {100} и химически протравленных поверхностях деталей соединения. В результате кристаллы, ориентированные с отклонением от {100}, полностью вытравливаются.
В образующиеся структурные несплошности осаждают покрытие со структурой в следующей последовательности: магнитострикционная подложка - наружный слой покрытия, после чего осуществляют сборку соединения.
Материалы магнитострикционной подложки подбирают с учетом свойств (агрегатного состояния) внешней рабочей среды и знака магнитострикционного эффекта, величина которого зависит от напряженно-деформационного состояния на стыке поверхностей деталей. При образовании на стыкуемых поверхностях деталей локализованных несплошностей вследствие, например, износа или технологических (металлургических) причин в контактной зоне соединения, в указанных областях создается избыточное давление, которое передается через упругий верхний слой покрытия на подложку.
Поскольку в качестве подложки покрытия применен магнитострикционный материал, согласно эффекту Виллари, его намагниченность, зависит от знака магнитострикции и вида деформации, обусловленной превалирующим вектором силового нагружения. Так как всякая система стремится к состоянию, характеризующимся минимумом свободной энергии, магнитные моменты атомов под действием упругих напряжений устанавливаются в таком положении, при котором магнитоупругая энергия оказывается минимальной.
По литературным данным известно, что деформация сжатием материалов с отрицательной магнитострикцией (например, феррита кобальта, никеля и др.) приводит к повышению намагниченности, следствием чего является уменьшение размеров (повышение плотности).
Таким образом, если покрытие, характеризующееся отрицательной магнитострикцией, в условиях остаточной намагниченности испытывает деформацию сжатием, то при его деформации растяжением внешним силовым полем, обусловливающим снижение намагниченности, материал покрытия будет увеличиваться в объеме.
Например, если никелевое покрытие (отрицательная магнитострикция) в условиях остаточной намагниченности испытывает деформацию сжатием (от запрессовки деталей соединения), то при образовании на поверхности стыка вследствие трибологических процессов разрушения очаговых пустотелых несплошностей и тем самым снижения прочности в локализованных участках покрытия, давление будет понижаться. При этом деформация сжатием в этих участках переходит в деформацию растяжением по отношению к соседним участкам покрытия, по-прежнему оказывающимся сжатыми, что обусловливает снижение намагниченности и, как следствие, обусловливает увеличение объема магнитострикционной подложки покрытия.
В результате прочность, создаваемых таким образом соединений, существенно повышается.
Список литературы
1. Петухов А.Н. Фреттинг-коррозия и фреттинг-усталость в малоподвижных соединениях ГТД и энергетических машин//Авиационно-космичес-кая техника и технология, №7(15), 2004, С.129-134.
2. Памфилов, Е.А. Обеспечение герметичности разъемных соединений гидравлических систем технологических машин/ Е.А. Памфилов, Г.А. Пилюшина, С.В. Тяпин// Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13, №4(3). С.1170-1172.
3. Патент РФ на изобретение № 2499171 способ обеспечения герметичности неподвижных разъемных соединений./ Е.А. Памфилов, Г.А. Пилюшина, П.Г. Пыриков, А.С. Рухлядко// Заявл.06.02.2012 Опубл. 10.06.2013 г., Бюл.№ 16.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Фреттинг-коррозия как разновидность повреждения повреждения, которая появляется на стальных поверхностях, ее отличительные особенности и свойства. Характеристика повреждений деталей машин при фреттинг-коррозии, основные методы ее предупреждения.
контрольная работа [760,5 K], добавлен 20.01.2011Влияние холодной пластической деформации и рекристаллизации на микроструктуру и механические свойства низкоуглеродистой стали. Пластическая деформация и ее влияние на свойства металлических материалов. Влияние температуры нагрева на микроструктуру.
контрольная работа [370,2 K], добавлен 12.06.2012Коррозионная устойчивость окисных пленок. Измерение защитного действия и ингибиторного эффекта уротропина и желатина. Сравннение защитных свойств оксидированных пластинок с пластинками неоксидированными. Защитные свойства ингибиторов кислотной коррозии.
лабораторная работа [13,8 K], добавлен 12.01.2010Методы получения неразъемных соединений термопластичных полимерных материалов. Классификация относительно ультразвуковой сварки. Процесс сварки термопластов. Контроль качества сварных соединений. Факторы, влияющие на прочность клеевого соединения.
курсовая работа [522,9 K], добавлен 26.03.2014Основные климатические факторы, влияющие на атмосферную коррозию. Механизм ее возникновения. Старение неметаллических материалов в атмосферных условиях. Коррозионная устойчивость сталей и сплавов. Основные методы изучения коррозии металлов и старения.
дипломная работа [3,5 M], добавлен 02.03.2014Требования к контролю качества контрольных сварных соединений. Методы испытания сварных соединений металлических изделий на излом, а также на статический изгиб. Механические испытания контрольных сварных стыковых соединений из полимерных материалов.
реферат [327,5 K], добавлен 12.01.2011Характеристика контактной сварки и соединения деталей. Конструкция изделия и условия его работы. Характеристика материала и оценка его свариваемости. Расчет режимов сварки, проектирование сварочного контура машины и техническое нормирование работ.
курсовая работа [136,8 K], добавлен 15.06.2009Механизм коррозии металлов в кислотах, средах, имеющих ионную проводимость. Коррозионная активность серной кислоты. Применение противокоррозионных защитных покрытий. Выбор материала для изготовления емкости хранения. Расчет катодной защиты трубопровода.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 08.04.2012Виды коррозии, ее электрохимический и химический механизмы. Технологическая схема, конструктивные особенности, условия эксплуатации и характеристика возможных коррозионных процессов в аппаратах: циклон, распылительный абсорбер и рукавный фильтр.
контрольная работа [185,7 K], добавлен 26.10.2011Газовая коррозия как процесс разрушения материалов в газовых средах при высоких температурах в отсутствии влаги. Общая характеристика распространенных причин катастрофической коррозии. Знакомство с графиком зависимости коррозионного тока от времени.
контрольная работа [116,1 K], добавлен 01.02.2016Нагрузки, действующие на сооружения и их элементы. Сосредоточенные нагрузки, распределенные нагрузки, Статические и динамические нагрузки. Законы изменения нагрузок. Величина расчетной нагрузки. Величина запаса прочности. Деформация и перемещение.
реферат [1,1 M], добавлен 17.11.2008Экспериментальное изучение поведения материалов и определение их механических характеристик при растяжении и сжатии. Получение диаграмм растяжения и сжатия различных материалов до момента разрушения. Зависимость между сжатием образца и сжимающим усилием.
лабораторная работа [61,4 K], добавлен 01.12.2011Коррозия металлических сооружений причиняет огромный ущерб всем отраслям народного хозяйства. Особенно велики потери в результате коррозии нефте- и газопромыслового оборудования. Основные положения теории коррозии. Принципы создания коррозионных сплавов.
контрольная работа [438,6 K], добавлен 25.08.2010Определение размеров аппарата с приводом. Прибавка для компенсации коррозии. Расчет аппарата на прочность. Расчет элементов механического перемешивающего устройства. Выбор опор и проверка на прочность. Выбор штуцеров и люков. Проверка на грузоподъемность.
курсовая работа [97,4 K], добавлен 18.10.2012Рассмотрение причин коррозии оборудования и трубопроводов, их возможные виды. Условия работы металлических конструкций Оренбургского газоперерабатывающего завода; механизмы их сероводородного растрескивания. Способы и методы предотвращения разрушения.
курсовая работа [547,8 K], добавлен 12.02.2011Анализ напряженно-деформированного состояния элементов стержневой статически неопределимой системы. Определение геометрических соотношений из условия совместности деформаций элементов конструкции. Расчет балки на прочность, усилий в стержнях конструкции.
курсовая работа [303,5 K], добавлен 09.11.2016Факторы, оказывающие негативное воздействие на состояние погружных металлических конструкций. Электрохимический метод предотвращения коррозии глубинно-насосного оборудования. Защита от коррозии с помощью ингибирования. Применение станций катодной защиты.
курсовая работа [969,5 K], добавлен 11.09.2014Основные понятия сопротивления материалов. Определение напряжении и деформации. Механические характеристики материалов и расчеты на прочность. Классификация машин и структурная классификация плоских механизмов. Прочность при переменных напряжениях.
курс лекций [1,3 M], добавлен 07.10.2010Понятие и принципы реализации сварного шва. Кристаллизация как процесс образования зерен расплавленного металла при переходе его из жидкого состояния в твердое. Скорость охлаждения зоны сварки. Меры предотвращения сварочных напряжений и деформаций.
контрольная работа [28,5 K], добавлен 14.10.2013Формула расчета защитного эффекта. Состав исследуемых вод. Контроль скорости коррозии. Влияние магнитного поля на эффективность омагничивания воды. Анализ результатов лабораторного изучения влияния магнитной обработки воды на ее коррозионную активность.
статья [100,8 K], добавлен 19.01.2013