Нанометаллургический процесс на основе объемной микропластичности

может быть использовано как резерв возможностей установленных подогревателей для холодных пусков дизеля при снижении температуры окружающего воздуха до -45...-50°С.

Выводы

1. При анализе и выборе путей, методов и технических средств повышения пусковых качеств ДВС в условиях низких отрицательных температур следует иметь в виду, что наиболее успешно проблема повышения надежности пуска холодных двигателей решается при комплексном применении указанных средств.

2. На основе системного анализа и теории электростартерного пуска разработана уточненная классификация путей и методов повышения надежности запуска холодных двигателей в условиях низких отрицательных температур.

3. Комплексное применение разработанных технологий и технических средств повышения пусковых качеств дизелей BA3-3413/ 3434 производства ОАО «Барнаултрансмаш» позволило обеспечить повышение их надежного запуска от температуры — 5°до-25°С.

Библиографический список

1. Ильчук И.А. Способы повышения надежности пуска ДВС при низких температурах. Автомобильная промышленность. — 2003 - 12 -с. 22-24.

2. Махутов A.A. Пуск дизеля при низкой температуре окружающего воздуха. Тракторы и сельскохозяйственные машины.- 2004 - № 4 - с. 40-41.

3. Кочергин C.B., Остриков В В. Саморегулируемый электроподогрев моторного масла в двигателях внутреннего сгорания. Двигателестроение .- 2004,- Na 4 - с. 33-36.

4. Шуваева И М., Терещенко A.A., Захаров Н.С. Факторы, влияющие'на надежность пуска автомобильных двигателей зимой. Приспособленность машин к суровым условиям эксплуатации. В сб. науч. тр., ТюмГНГУ, Тюмень, 2001, с. 54-57.

5. Авдонькин Ф.Н. Теоретические основы технической эксплуатации автомобилей. М.: Транспорт, 1985. - 215 с.

6. Робустов В.В:, Худяков Д.В., Фомин С.Г., Шарапов В.К. Повышение пусковых качеств вихрекамерных дизелей в условиях низких отрицательных температур. Двигателестроение .- 2005 .- № 4 - с. 16-20.

7. Микулин Ю.В , Карницкий В.В. Энглин Б.А. Пуск холодных двигателей при низкой температуре,/Ю.В. Микулин, В В. Карницкий, Б.А. Энглин. - М.: Машиностроение, 1971. -214с.

8. Вашуркин И.О.Тепловая подготовка и пуск ДВС мобильных транспортных и строительных машин зимой. С-Петер-бург, «Наука», 2002.

9. Чернов Л.Б. Основы методологии проектирования машин. М.: Машиностроение, 1978.

РОБУСТОВ Валентин Валентинович, кандидат технических наук, профессор кафедры «Эксплуатация и ремонт автомобилей».

Дата поступления статьи в редакцию: 05.05.06 г. © Робустов В.В.

УДК 539 214:669 Д. В. ТЕЛЕВНОЙ

А. А. ФЕДОРОВ

Омский государственный технический университет

НАНОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС НА ОСНОВЕ

ОБЪЕМНОЙ МИКРОПЛАСТИЧНОСТИ

В данной статье рассматривается динамическое развитие уникального явления -объемной микропластичности, на базе которого авторами создан нанометаллургический процесс по насыщению деталей машин азотом с целью повышения износостойкости и конструкционной прочности.

Рост потребления ресурсов изделиями машиностроения ставит вопрос о создании машин, потребляющих малое количество топлива и энергии за счет снижения потерь на трение в их узлах. Как известно [3], более 50% топлива, потребляемого автомобилем, расходуется на преодоление сил трения в узлах, 85-90% машин выходит из строя по причине износа деталей. Постоянно снижающиеся запасы руд первой категории заставляют задумываться о масштабной миниатюризации деталей машин, уменьшении удельных нагрузок на них и о создании пар трения с минимальным износом.

Одним из наиболее перспективных путей повышения износостойкости пар трения является модификация их поверхностного слоя с целью увеличе-

ния конструкционной прочности при одновременном повышении антифрикционных свойств. Самое перспективное направление в модифицировании поверхностного слоя - это нанопроцессы.

Нанометаллургический процесс реализуется на базе объемной микропластичности в той стадии, когда металл переходит в высоковозбужденное состояние при прохождении конуса скольжения с образованием металлоплазмы. Высокие триботехни-ческие характеристики тяжелонагруженных деталей, обработанных ударно-акустическим методом [4], говорит о том, что изучение нанопроцессов на основе объемной микропластичности актуально.

Суть нанометаллургического процесса по насыщению микрообъемов азотом на основе объемной

.J33U Т~ Г--

го 2

Рис. 1. Принципиальная схема УАО: 1-обрабатываемая деталь, 2-динамический технологический модуль, 3 -ультразвуковой инструмент, 4-шаровой сегмент, а-луночно-синусоидальный микрорельеф поверхности, б-формирование конуса

скольжения и высокопрочной структуры

микропластичности, разработанного авторами, заключается в следующем: ультразвуковой инструмент, с шаровым сегментом из сплава ВК8, производит обработку детали в режиме ударного сканирования (рис. 1). Частота ударов шарового сегмента с поверхностью обрабатываемой детали около 20000 раз в секунду. При каждом ударе шарового сегмента о поверхность детали, в результате суммирования нормальных и тангенциальных напряжений, образуется конус скольжения. В момент отрыва шарового сегмента от поверхности происходит обмен кинетической энергией между динамическим технологическим модулем и конусом скольжения. Высокая кинетическая энергия динамического технологического модуля передается микрообъему конуса скольжения, в результате чего конус скольжения получает скорость более 100 м/с. Продвигаясь вглубь материала, конус скольжения взаимодействует с поликристаллической решеткой основного металла, переводя его в высоковозбужденное состояние при котором преодолены силы молекулярных связей, это состояние Тиссен[1] характеризовал как плазменное. Образовавшаяся металлоплазма смешивается с подаваемыми в зону обработки технологической суспензией и газом. Технологическая суспензия состоит из семи частей керосина и одной части дисульфида молибдена (MoS2). Технологическим газом является азот, углерод и т, д. Далее полученная микроскопическая плазменная смесь мгновенно отдает тепло объему обрабатываемого металла. В результате действия высокого градиента температур металлоплазма застывает, минуя состояние поликристаллической решетки, т. е. происходит закалка из жидкого состояния. Застывшая металлоплазма представляет собой высокопрочный шлейф аморфного металла ("стеклометалла"), который обладает прочностью близкой к теоретически возможной для твердого тела, износостойкостью на порядок выше, чем у исходного металла и теплопроводностью, близкой к теплопроводности меди. Также в процессе обработки формируется луночно-синусоидаль-ный микрорельеф и создаются остаточные напряжения сжатия, что положительно отражается на конструкционной прочности.

Нанометаллургический процесс на основе объемной микропластичности позволяет насыщать микрообъемы поверхностного слоя деталей машин азотом, углеродом ит. д., то есть производить химико-термическую обработку (ХТО) микрообъемов поверхностного слоя. Ударно-акустическая обработка (УАО) на основе явления объемной микро-

пластичности [2] не позволяла насыщать металло-плазму технологическим газом по двум причинам:

1. Если УАО происходит без нанесения технологической суспензии на поверхность обрабатываемой детали, то обрабатываемая деталь контактирует с воздухом. В воздухе содержится 78,2% азота, но он не может внедриться в металл, так как у металла более высокое сродство к молекулярному кислороду, чем к азоту[5]. Кроме того, взаимодействие металла с воздухом приводит к появлению адсорбированных слоев окислов, затрудняющих процесс перехода азота в металл[5].

2. Если УАО идет с внедрением твердой смазки, то предварительно нанесенная на поверхность обрабатываемой детали технологическая суспензия оттесняет воздух и исключает его контакт с металлом.

Чтобы насытить металлоплазму технологическим газом, разработан специальный способ подачи технологической суспензии и газа в зону обработки. Для этой цели был выбран аэрограф "Гк^а" (рис.2), Он представляет собой пульверизатор в миниатюрном исполнении и аналогичен с ним по принципу действия. Приемущества его перед пульверизатором следующие:

габаритные размеры 150x25x50 мм; маленький угол факела распыла, что позволяет экономить технологическую суспензию;

конструкция аэрографа позволяет в широких пределах изменять количество технологической суспензии и газа, подаваемых в зону обработки, таким образом можно легко управлять степенью насыщения ими металлоплазмы

Принципиальным отличием в нанометаллурги-ческом процессе является то, что для распыления технологической суспензии в зону обработки, используется не сжатый компрессором воздух, а азот или углерод. Технологический газ находится в баллоне, и подводится к аэрографу через газовый редуктор. При выходе из аэрографа получается смесь из частичек технологической суспензии и азота, которая, попадая на поверхность обрабатываемой детали оттесняет воздух и заполняет микронеровности детали. Далее, при ударе шарового сегмента по поверхности образуется закрытая ячейка из микровыступов и поверхности шарового сегмента. Эта ячейка препятствует выходу технологической суспензии и азота из зоны образования металлоплазмы, и обеспечивает внедрение их в поверхность детали.

Глубина насыщения поверхностного слоя азотом в данном случае не может быть больше, чем глубина

ау

Рис. 2. Схема подачи технологической суспензии и газа в зону обработки: 1-распылитель, 2-сопло, 3-игла, 4-наконечник, 5-корпус аэрографа, 6-воздушный клапан, 7-крышка, В-обрабатываемая деталь, 0-шаровой сегмент, 10-теплообменник

проникновения конуса скольжения Ь. А глубина проникновения конуса скольжения пропорциональна начальной скорости движения конуса и рассчитывается согласно схеме приведенной в [4].

Ук.с.=

2 ]/Уп

где Ук.с.- начальная скорость движения конуса, \Л/п — величина механической энергии, подведенная от инструмента, гпк.с. — масса конуса скольжения. В данном случае величину \Уп можно определить, зная мощность Ып, развиваемую при ударе шарового сегмента об обрабатываемую поверхность, и время соударения тс.

\Уп = Г^п-тс. Масса конуса скольжения вычисляется по формуле

1 а-

шк.с. = -п-11 р ,

3 4

где Ьк — высота конуса скольжения, р-плотность, г/смг-Таким образом, глубину проникновения конуса, а следовательно, и максимальную глубину насыщения поверхностного слоя азотом можно произвести

по формуле _

Ь = с ФУп ,

где с — коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала обрабатываемой детали.

Экспериментально установлено[4] численное значение коэффициента для сталей.

ЖЕЗ

Ь = 0,084 VИ'77 .

В научном плане представляет определенный интерес изучение уровня температуры азота и суспензии с целью получения максимального насыщения металлоплазми. получаемой при объемней

микропластичности, для чего азот и суспензия перед смешиванием охлаждаются в теплообменнике. Подготовлена установка для повышения уровня газификации обрабатываемой поверхности, а также возможности использования составов для азотирования на основе цианатов. Установка состоит из универсального металлорежущего станка, модернизированного и дооснащенного.

Факторы, которые положительно влияют на конструкционную прочность и износостойкость при ХТО в нанометаллургическом процессе, следующие:

1) при ультразвуковой перековке поверхности "залечиваются" микротрещины, которые являются концентраторами напряжений;

2) формируется луночно-синусоидальный рельеф, увеличивается фактическая площадь контакта;

3) формируется остаточные напряжения сжатия;

4) поверхностный слой обогащается инородными материалами, что приводит к резкому возрастанию антифрикционных свойств, увеличению твердости и износостойкости;

5) поверхность обрабатываемой детали армируется высокопрочными аморфными структурами на глубину до 900 мкм, что является предельной величиной износа, задаваемой конструкторами для большинства пар трения.

В данной статье рассмотрен принципиально новый нанометалургический процесс по расширению свойств объемной микропластичности, которая нашла свое применение с 1972 года в серийном производстве. Он может быть использован для повышения конструкционной прочности, антифрикционных свойств, твердош и и износостойкости тяжело нагруженных узлов трения, в том числе и в ремонтных производствах нефтяного, газового и энер гети ч е с ко го обор удован и я.

Библиографический список

1. Мейер К. Физико-химическая кристаллография: Пер. с нем. • М ' Металлургия, 1972, 480 с.

2. Телевной A.B. Формирование высокопрочных структур в металлах в процессе ударного воздействия сферой с ультразвуковой частотой // Прочность материалов и элементов конструкций при звуковых и ультразвуковых частотах нагру-жеиия: Тез. докл. Международ, симп. Киев, 1934. С. 126-127.

3. Гаркунов Д.Н. Триботехника - М.: Машиностроение, 1985.-424 с.

4. Телевной A.B., Телевной В. А. Технологические процессы повышения конструкционной прочности деталей машин: Учеб. пособие/ОмГТУ. Омск, 1993, 122с.

5. Азот в металлах. / Аверин В.В.. Ревякин A.B.. Федорченко В.И., Козина Л.Н. М.: Металлургия, 1976. 224 с.

ТЕЛЕВНОЙ Алексей Васильевич, доктор технических наук, старший научный сотрудник, профессор кафедры технологии машиностроения. ФЕДОРОВ Алексей Аркадьевич, преподаватель-стажер кафедры технологии машиностроения.

Дата поступления стать'; в редакцию: 21.06.06 г. © Гелевной A.B., Федоров A.A.

УДК 616:621.59 £ д БДБЕНКО

М. Н. МАКЛРОЧКИН Н. В. КОНДРАТЬЕВ *А. В. КОЧУРИН ** В. А. РУДАКОВ

Омский государственный технический университет * ООО НТК «(Криогенная техника», г. Омск '' Онкологический центр, г. Сочи

РАЗРАБОТКА

ГАЗОСТРУЙНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО РАССЕЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ

_

Для решения задач по уменьшению объёма потери крови во время операции, получения сухого рабочего поля для хирургов, снижению степени операционного риска и экономии переливаемой донорской крови в хирургии печени. Предлагается установка для избирательного рассечения тканей печени, обеспечивающая избирательную резку органической ткани струёй газа. В последнее время все шире находят применение ла пациента, г де она, накапливаясь, может привести процессы и аппараты холодильной и криогенной к нежелательным последствиям, техники в медицинской практике. В современной С целью устранения этого недостатка данного

медицине для рассечения различного рода био- класса хирургического оборудования было пред-логических тканей используются в основном ложено использовать для образования режущей электрохирургические медицинские аппараты, струи вместо жидкости газ. В качестве источника, основанные на тепловом воздействии на биоткани осуществляющего дифференцированное рассечение пациента с целью их рассечения и коагуляции газовой струёй, было предложено использовать кровеносных сосудов. Также используются жидко- распределённый дроссель капиллярного типа, струйные режущие устройства. широко используемый в низкотемпературной

Однако в процессе их применения во время технике, Это решение позволяет устранить перерассечения биотканей значительной оказывается численные недостатки жидкоструйных режущих зона различных поражений, существенны кро- устройств, однако они требуют проведения как вопотери, особенно на таких органах, как печень, теоретических, так и экспериментальных иссле-селезенка, поджелудочная железа, желудок, легкие, ' дований.

значительно время заживления операционных ран. Таким образом, задачи связанные с разработкой

Жидкостные режущие устройства уменьшают зону и созданием медицинского оборудования, осно-поражения, но струя жидкости кроме описанных ванного на использовании процессов и аппаратов травматических последствий, связанных с малой низкотемпературной техники и дающего воз-дифференцированностью рассечения, имеет один можность уменьшить травмирование пациента при важный недостаток - эю разлив жидкости, обра- операции, а гокже уменьшения обьёма интра-зующей режущую струю на операционном поле. операционной кровопотери, снижения степени Как следствие, необходимость ликвидации этих операционного риска, экономии переливаемой последствий, организация откачки жидкости из те- донорской крови, уменьшения времени реаби-