Упрочнение и разрушение материалов в процессе механической обработки при сдвиговом механизме пластической деформации

Автоматизированная система основана на регистрации светового излучения при появлении электрической дуги во время сварочных работ и включении вытяжного вентилятора на определенное время, что позволяет ускорить выведение вредных веществ из рабочей зоны за счет более быстрого включения вытяжной вентиляции; в дальнейшем параметры микроклимата поддерживаются с помощью датчика концентрации вредных веществ и датчика температуры. Схема системы вентиляции изображена на рисунке I.

На рисунке 1 представлено устройство вытяжной вентиляции состоящее из воздуховода 1 с вытяжным зонтом 2. в котором крепятся фотодатчик 3. датчик регистрации концентрации вредных веществ 4 и датчик температуры 5. вытяжной зонт 2 связан с вытяжным воздуховодом 1. внутри которого находится вытяжной вентилятор 6 с электродвигателем, связанный с устройством автоматического у правления 8.

Устройство работает следующим образом.

В момент возникновения электрической дуги при сварочных работах срабатывает фотодатчик 3. подающий сигнал на устройство автоматического управления 8. которое включает вытяжной вентилятор 6 на определенное время. В процессе сварки происходит превышение концентрации вредных веществ и (или) температуры. срабатывает датчик концентрации вредных веществ 4 и (или) датчик температуры 5. которые подают сигнал на устройство автоматического управления 8. включающее

вытяжной вентилятор 6; воздух удаляется через вытяжной зонт 2 по вытяжному воздуховоду 1 и выходит наружу.

В дальнейшем параметры микроклимата поддерживаются устройством автоматического управления 8 при помощи датчика концентрации вредных веществ 4 и датчика температуры 5.

Рисунок 1 - Схема системы вентиляции сварочного участка промышленного предприятия. 1 - воздуховод, 2 - вытяжной зонт, 3 - фотодатчик. 4 - датчик регистрации концентрации вредных веществ. 5 - датчик температуры , 6 - вытяжной вентилятор. 7 - электродвигатель. 8 - устройство автоматического управления.

Предложенное конструктивное решение позволяет своевременно удалять вредные вещества из рабочей зоны, что в свою очередь обеспечивает оптимальный микроклимат.

Литература. I. Ананьев. В.А. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика [Текст| / В.А. Ананьев. Л.Н. Балуева. А Д. Гальперин и др. - 3-е изд. - М.: Евроклимат. 2001

2. Интернет-ресурс www.e-automation.ru.

УДК 539.374 : 62-192

УПРОЧНЕНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИ СДВИГОВОМ МЕХАНИЗМЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Коршунов В.Я., доктор технических наук, профессор Гончаров П.Н., Новиков Д.А., Захарченко Д.А., аспиранты

ФГБОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»

Разработана методика расчёта упрочнения и разрушения материалов в процессе механической обработки при сдвиговом механизме пластической деформации с использованием основных положений теории дислокаций.

Ключевые слова: деформация, энергия, дислокация, трещина, обработка.

The method of calculation of hardening and fracture of materials in the process of mechanical treatment during shear mechanism of plastic deformation using the basic tenets of the theory of dislocations.

Keywords: deformation, energy, dislocation, fracture, treatment.

Уровень упрочнения материала и сопротивление его пластической деформации в процессе механической обработки определяется запасёнными его кристаллической решеткой дефектами, прежде всего дислокациями при наличии трансляционной моды деформации и дисклинациями при ротационной моде.

Увеличение дислокаций и вакансий в деформируемом объеме приводит к увеличению упругой энергии деформирования в материале, а следовательно, и твердости НУ;. Аннигиляция дислокаций и вакансий при слиянии в субмикротрещины в процессе деформирования приводит к диссипации упругой энергии и разупрочнению материала [1].

На основе положений комплексного подхода и теории самоорганизующихся диссипа-тивных структур получена система функциональных уравнений упрочнения, разупрочнения и разрушения материалов при деформировании в процессе механической обработки.

Эти уравнения справедливы при условии, что температура резания меньше температуры рекристаллизации и интенсивного выделения накопленной упругой энергии не происходит

ну,=гр„,ил

= Ар о, Р,\

р, =

где р0, Р1 - начальная и текущая плотность дислокаций в деформируемом объеме; о; - интенсивность напряжения в зоне резания, определяемая силой резания; 11ео - начальный уровень упругой энергии дефектов; I - время деформирования.

В процессе резания в обрабатываемом материале создается большое количество новых дислокаций, которые упрочняют материал и изменяют его физико-механические характеристики. Увеличение плотности дислокаций р, с ростом величины приложенного напряжения х; (о,) за время I можно представить в виде соотношения [2], учитывая начальный уровень дислокаций р0

Р, = Ро+ АЛ = Ро +

2  л  т1 О-Ъ

= Ро +

п -а,

7Гь

,

где в - модуль сдвига; Ь - вектор Бюргерса.

Связь плотности дислокаций с относительной

деформацией в, средней длиной пробега Ь и вектором Бюргерса определяется зависимостью [2,3]

Р,

Пластическая деформация материала впереди режущей кромки инструмента начинается при достижении интенсивности напряжения О! (т,) величины равной истинному пределу текучести оит; т. е. о,=о,, , Эволюция дислокационной структуры в зоне пластической деформации при механической обработке обусловлена различными стадиями деформационного упрочнения и разупрочнения.

Начало и характер протекания каждой стадии упрочнения зависят от уровня действующей нагрузки, скорости и времени деформирования, а также других факторов.

Микроструктурным признаком начала пластической деформации и первой стадии упроч-нения-стадии гомогенного скольжения, является развитие тонких линий скольжения, однородно расположенных в поверхностном слое металла. В этот период пластической деформации движение дислокаций происходит согласно схеме Зак-са [3] по одной системе скольжения.

Количество зарождающихся и движущихся по плоскости скольжения дислокаций пд п с определяется зависимостью

П

_ (1 -у)-71  Ь-Т1

д.п.с.

О-Ъ

где V - коэффициент Пуассона.

В результате дальнейшего развития пластической деформации перед режущей кромкой инструмента плотность дислокаций начинает существенно увеличиваться. Макроскопическим проявлением этого процесса является образование в деформируемом материале дислокационных полос скольжения, которые могут содержать от 4 до 9 линий скольжения. Полоса скольжения по существу представляет собой локальную высокодеформированную область, которая граничит с материалом, испытывающим только упругую деформацию.

Количество плоскостей скольжения, возникающих в процессе деформирования при резании, определяется соотношением

Пп.с. =

Рг

£

д.п.с.

п

д.п.с.

Решение уравнения (2) с учетом аннигиля-(5) ции дислокаций за счет бездиффузионного попе-

речного скольжения получено в виде

где

£

д.п.с.

- длина дислокации в плоскости

скольжения, которая в зависимости от твердости материала примерно равна 0,5-10 мкм [2,3].

Учитывая выражения (2) и (4), уравнение (5) можно представить в виде:

Г2-"']2! -О-Ь

Ро +

1 о-ь ) \

Для расчета величины Ь преобразуем уравнение, связывающее ее с поверхностной энергией у и приложенным напряжением о, [3]

ст. =

д/12 -С

г

п -Ь

при этом, вместо интенсивности напряжения о, подставляем значение истинного предела текучести оит при котором начинается пластическая деформация, т. е. начинается зарождение и движение дислокаций. Тогда уравнение для определения величины длины плоскости скольжения дислокаций Ь принимает вид:

Ь =

л/12-С-у

тс •а

и.Т.

Зависимость модуля сдвига в и истинного предела текучести оит от твердости НУ дает возможность получить соотношение для расчета величины длины плоскости скольжения дислокаций по твердости материала

Ь=193,74-НУ

-0,67

Минимальное расстояние между плоскостями скольжения в зависимости от величины приложенного напряжения х; будет равно [2,3]

к °'Ь с5 ~ Ъ-п-(\-у)-т1

Р1=Ро +

о-ь

10 -тгпдпс Лппдпс \ (10) О

Для расчёта величины накопленной упругой энергии ие„ в деформируемых при механической обработки объёмах, на основе выше приведённой методики, получено уравнение в виде

и„„ = п- 4+ 0,5

О-Ь

4  л  (1 -

-2-Ь

Ро  иео + и„

О-Ь

10-г, -пдпс -111^ О

По величине иеп, прогнозируем твёрдость НУ, деформируемых в процессе резания объёмах материала [4]

Н11 =-;-

'я«*,-,-

Разрушение микрообъёма при механической обработке наступает при достижении критической величины плотности дислокаций р», а также твёрдости НУ* и внутренней энергии и* в микрообъёме, равной энтальпии плавления №.

Выводы. Разработанная методика даёт возможность теоретически прогнозировать упрочнение и разрушение материала в процессе механической обработки.

Литература. 1. Федоров В.В. Кинетика повреждаемости и разрушения твердых тел / В В. Федоров. - Ташкент: Фан, 1985. - 167 с.

2.Старков В.К. Дислокационные представления о резании металлов / В.К. Старков. - М.: Машиностроение, 1979.-178 с.

3. Коттрел А. Теория дислокаций / А. Кот-трел. - М.: Мир, 1969,- 437с.

4. Коршунов В.Я. Повышение эксплуатационных свойств машин прогнозированием и технологическим обеспечением физико-механических параметров материалов на основе принципов синергетики / В.Я. Коршунов // Вестник машиностроения. - 2000. - №6, - С. 48 - 53.