2015 год, №1

Содержание выпуска
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА, СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ ЛЕГИРОВАНИИ ДВОЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ
ЛОВШЕНКО Ф.Г., ЛОВШЕНКО Г.Ф.
Стр. 3 — 13
Представлены результаты исследования, направленные на установление закономерностей формирования фазового состава и структуры при механическом легировании двойных алюминиевых композиций. Исследования выполнены с широким применением методик, приборов и оборудования, используемых в современном материаловедении, данные по которым взаимно дополняют друг друга. Установлено, что на механически и термически активируемые фазовые превращения и свойства полуфабрикатов существенное влияние оказывают наличие оксидных и гидроксидных пленок на алюминиевом порошке, а также введение в композицию поверхностно-активного вещества, в качестве которого применялись высшие жирные кислоты. Установлен механизм механически активируемого формирования твердого раствора, заключающийся в формировании на начальном этапе обработки своеобразного квазираствора. Наряду с растворением в алюминии при обработке порошковых композиций происходит механохимическое взаимодействие между компонентами с образованием других фаз. Основа гранул формируется по механизму динамической рекристаллизации и имеет субмикрокристаллический тип структуры с размером зерен основы менее 100 нм, разделенных на блоки величиной не более 20 нм с включениями оксидов размером менее 10-20 нм. Все композиции с добавкой ПАВ, включая алюминиевый порошок без легирующих компонентов, полученных обработкой в механореакторе, являются дисперсно-упрочненными. Дисперсному упрочнению в ряде из них сопутствуют дисперсионное и твердорастворное упрочнения. Комплексное упрочнение определяет высокую температуру рекристаллизации механически легированных композиций, значение которой превышает 400 C.
СТРУКТУРА БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХ ЛЕНТ ПОСЛЕ ЕСТЕСТВЕННОГО СТАРЕНИЯ
КАЛИНИЧЕНКО А.С., КУКАРЕКО В.А., КАЛИНИЧЕНКО В.А.
Стр. 14 — 19
Затвердевание сплавов при высоких скоростях охлаждения приводит к существенным изменениям их структуры и фазового состава. Появляются условия для значительного расширения области твердой растворимости, измельчения зерна, формирования метастабильных фаз или аморфного состояния. Как результат в быстрозакаленных сплавах можно получить уникальные сочетания физико-механических и других свойств. Несомненный научный и практический интерес представляет собой применение процессов закалки из жидкого состояния для алюминиевых сплавов с целью повышения их физико-механических свойств.Поскольку структура таких сплавов крайне нестабильна с термодинамической точки зрения, важным моментом является изучение временной стабильности микроструктуры и фазового состава быстрозакаленных алюминиевых сплавов различного химического состава. Исследовано влияние различных легирующих элементов на структуру, фазовый состав и дюрометрические характеристики алюминиевых фольг, полученных путем разливки жидкого алюминиевого сплава на диск, вращающийся с различной скоростью. Для изучения структуры и фазового состава использовали оптическую и электронную микроскопию, а также рентгеноструктурный анализ. Показано, что легирование алюминия медью приводит к увеличению его микротвердости до 130-160 HV0,01, хромом и цирконием - до 60-80 HV0,01, а повышение количества легирующих составляющих в расплаве на основе алюминия (сплав системы Al-Cu) ведет к росту количества выделившихся частиц CuAl2 и сопровождается увеличением микротвердости алюминиевых фольг. Повышение скорости охлаждения алюминиевого расплава системы Al-Cr-Zr сопровождается диспергированием структуры, что приводит к возрастанию микротвердости получаемых фольг. На основании полученных результатов выбраны оптимальное процентное содержание легирующих добавок и скорость вращения диска, обеспечивающие наиболее высокие дюрометрические свойства алюминиевых фольг.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В DEFORM-3D ДЛЯ АНАЛИЗА ПЛАСТИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ ПРИ СКОРОСТНОМ ГОРЯЧЕМ ВЫДАВЛИВАНИИ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ФОРМООБРАЗУЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ ШТАМПОВОЙ ОСНАСТКИ
КАЧАНОВ И.В., КУДИН М.В., ЛЕНКЕВИЧ С.А.
Стр. 20 — 25
Современное развитие промышленного производства тесно связано с использованием наукоемких и высоких технологий, обеспечивающих конкурентоспособность выпускаемой продукции на мировом рынке. Также остро стоит проблема энерго- и ресурсосбережения, которая решается внедрением новых технологических процессов и созданием новых материалов, обеспечивающих увеличение производительности за счет автоматизации и повышения стойкости инструмента. Разработка и внедрение таких технологий - зачастую весьма трудоемкие процессы, сопряженные со сложными расчетами и проведением экспериментальных исследований. Альтернативой экспериментальному и теоретическому методам исследований является применение имитационного моделирования процессов обработки материалов с использованием современных программных продуктов.Целью исследований являлось сопоставление результатов экспериментов при получении биметаллических образцов формообразующего инструмента методом скоростного горячего выдавливания и результатов, полученных компьютерным моделированием в пакете DEFORM-3D методом конечных элементов. Сравнительный анализ пластического течения реальных и модельных образцов показал, что полученные модели предоставляют качественную и достоверную картину пластического течения в процессе скоростного горячего выдавливания. Моделирование в DEFORM-3D позволяет исключить сложные расчеты и значительно сократить число экспериментальных исследований при разработке новых технологических процессов.
ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕПЛОЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ С ПОВЫШЕННОЙ ТЕРМОСТОЙКОСТЬЮ
ДЕВОЙНО О.Г., ОКОВИТЫЙ В.В.
Стр. 35 — 39
В статье изложена оптимизация процессов получения максимального содержания тетрагональной фазы в исходном материале и в теплозащитных покрытиях на основе диоксида циркония и оксида гафния. Приведены результаты исследования фазового состава оксидной системы HfO2-ZrO2-Y2О3, которая представляет собой микроструктуру, похожую на диоксид циркония, трансформированную для использования при температуре 1300 °C, объяснен механизм влияния оксида гафния на формирование данной микроструктуры. Методика исследования основана на комплексных металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследованиях структурных элементов композиционных плазменных покрытий системы HfO2-ZrO2-Y2О. Для стабилизации диоксида циркония легирующий оксид должен не только иметь соответствующий размер ионаметалла, но и образовывать твердый раствор с диоксидом циркония. Это условие резко ограничивает число возможных стабилизаторов. Фактически такая стабилизация возможна только оксидами редкоземельных металлов (Y2O3, Yb2O3, CeO2, HfO2). Важное значение для получения качественных теплозащитных покрытий имеет химическая чистота применяемых материалов. Оксид гафния был выбран для использования в качестве порошка для теплозащитных покрытий вместо диоксида циркония ввиду их сходства в структурной модификации, решетке, химических и физических свойствах и его повышенной температуры структурных преобразований. Установлено, что плазменные теплозащитные покрытия HfO2-ZrO2-Y2О3 состоят из одной тетрагональной фазы. Эта фаза эквивалентна неравновесной тетрагональной t '-фазе в системе «диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия». Сходство Hf+4 иZr+4 катионов приводит к образованию одинаковых метастабильных фаз при быстрой закалке.
АУДИТ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ НА ЛОКАЛЬНОМ ОБЪЕКТЕ ДОРОЖНОЙ СЕТИ МИНСКА
КАПСКИЙ Д.В., МОЗАЛЕВСКИЙ Д.В., КУЗЬМЕНКО В.Н., КОРЖОВА А.В., ПОЛХОВСКАЯ А.С., КОСТЮКОВИЧ Е.Н., АРЮШЕВСКАЯ Н.В.
Стр. 40 — 47
В дорожном движении производится транспортная услуга, в которую вовлечены практически все участники дорожного движения и население нашей республики. Качество дорожного движения или его отдельных свойств можно количественно оценить по величине потерь, под которыми понимают социально-экономическую стоимость необязательных издержек в процессе движения. Поэтому любое решение по организации дорожного движения должно быть оценено и оптимизировано по критерию минимизации потерь (аварийных, экономических и экологических).В филиале БНТУ «Научно-исследовательская часть» Научно-исследовательским центром дорожного движения разработана методика определения потерь в дорожном движении для конфликтных объектов - перекрестков и искусственных неровностей. Это сделало возможным сравнение двух альтернативных вариантов организации движения на конфликтных объектах. В статье рассмотрен пример выбора и обоснования принимаемых решений для нерегулируемого Т-образного перекрестка с близко расположенным пешеходным переходом по улице Я. Коласа в г. Минске. На основании исследований разработаны мероприятия планировочного и организационно-технического характера, которые повышают безопасность движения, а также снижают экономические и экологические потери. В результате проведенных исследований и анализа существующих условий дорожного движения на нерегулируемом перекрестке ул. Я. Коласа - пер. Я. Коласа выявлено, что уровень суммарных потерь в дорожном движении на участке составляет около 92,0 тыс. у. е./год, в том числе потери от аварийности - 7,9 тыс. у. е./ год. Реализация разработанных мероприятий позволит снизить уровень аварийных потерь на пешеходном переходе ориентировочно на 4,4 тыс. у. е./год с уменьшением числа аварий на 50-55 %.
СИНТЕЗ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ АВТОМОБИЛЯ, РАБОТАЮЩЕГО НА ОЗОНИРОВАННОМ ТОПЛИВЕ
ПИЛИПЕНКО О.М., ВАСИЛЬЧЕНКО В.Ю., ПОДГОРНЫЙ Н.В., ПИЛАТОВ А.Ю.
Стр. 48 — 52
Разработаны математическая модель электронной системы управления углом опережения зажигания в двигателе внутреннего сгорания, работающем на озонированном топливе, и алгоритм управления его системой зажигания. Создана структура динамической системы зажигания с использованием блока управления подачи озона в топливо для повышения экологических и экономических показателей автомобиля, адаптированных к условиям эксплуатации. Применение данной системы позволяет за счет дозирования оптимального количества озона в топливо обеспечить снижение расхода бензина и концентрации продуктов неполного сгорания с точки зрения минимумов в условиях эксплуатации.Представлена управляемая система зажигания автомобиля как последовательная схема, которая имеет множество дискретных входов, дискретных выходов и дискретных внутренних состояний. Схема устанавливает функциональную зависимость между состояниями входа и выхода. Проведена оценка экологических показателей по массовым выбросам оксида углерода СО углеводородов СпНт, оксидов азота NOx, выполнен анализ результатов исследований.Предложенная математическая модель электронной системы управления углом опережения зажигания в двигателе внутреннего сгорания, работающем на озонированном топливе, позволяет: использовать математическую модель для определения показателей работы двигателя внутреннего сгорания от изменения угла опережения зажигания; осуществлять исследование влияния изменения параметров угла опережения зажигания на показатели работы автомобиля, в частности оценить его топливную экономичность и токсичность в условиях эксплуатации. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего исследования озонирования топлива всех типов автомобилей.
НОВЫЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ НАНОИНДЕНТИРОВАНИЯ МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ
МОХАММЕД САЛЕМ А.А., МЕЛЬНИКОВА Г.Б., МАХАНЁК А.А., ЧИЖИК С.А.
Стр. 52 — 60
Точность определения модуля упругости методом атомно-силовой микроскопии в значительной степени зависит от качества обработки экспериментальных данных, получаемых при наноиндентировании. В условиях вибрационных помех многократно повторенная калибровка может давать заниженное значение калибровочного коэффициента. Подобный артефакт вызван проскальзыванием зонда по более твердой, чем у исследуемого образца, и неоднородной по высоте поверхности кремниевой пластинки. При обработке данных наноиндентирования на малых глубинах внедрения зонда в образец модуль упругости, вычисленный по модели Герца, зависит от величины внедрения. За искомый модуль принимают значение, близкое к асимптотическому, т. е. получаемое при достаточно большой деформации объекта. Такая деформация не всегда возможна в эксперименте, либо достигается при слишком больших (десятки процентов) относительных деформациях, т. е. за пределами допустимой области применения модели Герца.Целью работы является демонстрация нескольких новых возможностей обработки данных наноиндентирования как на этапе получения или уточнения калибровочного коэффициента атомно-силового микроскопа, так и при анализе кривой внедрения в исследуемый объект. Рассмотрены две методики определения калибровочного коэффициента на основе модели Герца, а также модели Джонсона - Кенделла - Робертса. Предложены новые способы определения модуля упругости методом атомно-силовой микроскопии. Показана возможность калибровки атомно-силового микроскопа по материалу с известными механическими свойствами, обосновывается необходимость и приводится алгоритм коррекции измеренной глубины внедрения зонда с учетом силы адгезии при вычислении модуля упругости в области малых деформаций образца. Предложенные способы определения калибровочного коэффициента и асимптотического значения модуля упругости будут полезны для получения воспроизводимых и более точных результатов атомно-силовой спектроскопии механических свойств.
CПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО ПОЛУФАБРИКАТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА УПАКОВКИ
КУЗЬМИЧ В.В.
Стр. 61 — 64
В статье представлен новый способ получения волокнистого полуфабриката для производства картона, бумаги и упаковки с использованием углекислого газа и гидразин-гидрата при моносульфитной варке костры. Повышение выхода целевого продукта можно объяснить снижением деструкции углеводов растительного сырья в процессе его варки. Улучшение качества целевого продукта (повышение белизны и выхода) объясняется тем, что при использовании углекислого газа и гидразина в процессе обеспечивается устойчивость полисахаридной цепи к деструкции вследствие наличия концевых звеньев, имеющих структуру метасахариновых и альдоновых кислот.На основе проведенных исследований и литературных данных автором разработан новый способ получения волокнистого полуфабриката с использованием СО2 и гидразина-гидрата. Изобретение относится к способам получения волокнистого полуфабриката и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности для изготовления упаковки из бумаги и картона.Способ осуществляется следующим образом. В автоклав загружается растительное целлюлозосодержащее сырье, затем из емкости в него подают водный раствор моносульфита натрия с содержанием гидразин-гидрата в количестве 4-5 % от массы абсолютно сухого целлюлозосодержащего сырья при жидкостном модуле 1:6-1:8. Закрывают автоклав для работы под давлением, а раствор насыщают углекислым газом под давлением 5-8 % от массы абсолютно сухого растительного сырья (костры льна). Затем поднимают температуру до 180 С за 2 ч и проводят варку в течение 4 ч. Использование предлагаемого способа для варки костры льна позволяет сократить время протекания процесса моносульфитной варки и улучшить качественные показатели и выход целевого продута. Кроме того, повышаются белизна и выход целевого продукта.
РАСЧЕТ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ СОПРЯЖЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ В СФЕРОГЛОБОИДНОМ СУХАРНОМ СИНХРОННОМ КАРДАННОМ ШАРНИРЕ
САНЬОЦЬКИЙ А.М.
Стр. 64 — 69
Проведен расчет контактных напряжений между сопряженными поверхностями в сфероглобоидном сухарном синхронном карданном шарнире из условия баланса мощностей при постоянном моменте сопротивления на выходном валу. Вычислены необходимый крутящий момент на входном валу при постоянной угловой скорости с использованием теории контактных деформаций Герца и максимальное давление в контакте через вращающий момент, определяющий прочность карданного шарнира, долговечность его работы, износ в сопряженной паре трения. Исследована передаваемая зависимость максимального момента при изменении качества материала и для различных типоразмеров карданного шарнира. Графически изображены зависимости расчетной величины максимального момента от прочности материала в логарифмической системе координат. Выведена формула величины максимального давления в контакте, определяющая прочность шарнирного механизма, долговечность его работы, износ в сопряженной паре трения.С целью анализа оптимальных конструктивных параметров сфероглобоидного сухарного синхронного карданного шарнира определено влияние геометрического соотношения радиуса сферического кулачка и радиуса глобоидной поверхности контакта шарнира. Установлено, что с увеличением радиуса кулачка допустимый крутящий момент в шарнирном механизме растет в квадратичной зависимости, а с увеличением радиуса оси глобоидной поверхности сухаря, на которой установлены сферические кулачки, - пропорционально повышает крутящий момент. Также в кубической зависимости увеличивается максимально допустимое его значение при использовании качественного материала с термически обработанной поверхностью и применением смазочных материалов, допускающего значительные (до [σ] = 1000 МПа) контактные нагрузки. Увеличение в два раза типоразмера сфероглобоидного сухарного синхронного карданного шарнира повышает допустимый передаваемый момент в восемь раз.
СПЕЦИФИКА И НАПРАВЛЕНИЯ УЛУЧШЕНИЯ ДИНАМИКИ ТОРМОЖЕНИЯ АКТИВНЫХ ТРАКТОРНЫХ ПОЕЗДОВ
ТАЯНОВСКИЙ Г.А., БАСАЛАЙ Г.А.
Стр. 69 — 79
Статья посвящена важной проблеме улучшения потенциала тормозной динамики как части общей динамики тракторных поездов в составе полноприводного трактора и выпущенных промышленностью или создаваемых с участием авторов большегрузных прицепов, имеющих механический привод на колеса прицепа от двигателя трактора. Они предназначены для перевозки торфа, органических удобрений, различных грузов на лесоразработках и в других сложных почвенно-климатических и дорожных условиях, в которых оправдана активизация колес прицепов.Разработан методический инструментарий для анализа влияния блокированного межмостового привода колес активного тракторного поезда на распределение тормозных сил по мостам с учетом специфики большегрузных прицепов-торфовозов. При решении задачи развиты положения теории колесных машин применительно к специфике торможения активного тракторного поезда с механическим разветвленным приводом колес многомостового движителя. Получены расчетно-теоретические выражения для оценки распределения удельных тормозных сил по мостам звеньев активного тракторного поезда при включенном блокированном межмостовом приводе колес трактора и прицепа, а также в случае участия в тормозном процессе двигателя трактора при включенной муфте сцепления.В полной мере выполнена последовательность расчетных выражений, включающих в явном виде конструктивные и эксплуатационные параметры активного тракторного поезда. Это позволило реализовать их в виде программного приложения, удобного для анализа процесса торможения исследуемых объектов при выборе средств улучшения динамики торможения, рациональных параметров разветвленного привода колес и комплектации шинами проектируемого активного тракторного поезда. Изложенный материал имеет теоретическое значение и представляет практический интерес для разработчиков новых машинно-тракторных агрегатов транспортного назначения для торфоразработок, лесного и сельского хозяйства.
АЗОТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ПРИ ИОННОМ АЗОТИРОВАНИИ В ПЛАЗМЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА
КОЗЛОВ А.А.
Стр. 79 — 90
Рассмотрены вопросы регулирования фазового состава азотированного слоя при газовом и ионном азотировании в тлеющем разряде. Установлено, что имеющиеся модели управления структурой азотированного слоя с помощью индекса азотирования (азотного потенциала) не применимы для ионного азотирования в тлеющем разряде. Принципиальным отличием ионного азотирования от газового является то, что химически активный азот образуется в разрядной зоне (катодном слое) и его массоперенос осуществляется в виде направленного к поверхности металла потока активных частиц - ионов, атомов и молекул.Получена взаимосвязь химической активности разряда с характеристиками азотируемой стали - растворимостью азота в α-твердом растворе и коэффициентом диффузии при ионном азотировании в плазме тлеющего разряда. Показано, что регулирование строения азотированного слоя при ионном азотировании достигается изменением плотности потока азота в плазме, поддерживая который на уровне растворимости азота в той или иной фазе (α, γ′) можно получать азотированный слой, состоящий только из α-твердого раствора, либо слой, состоящий из γ′-нитридного слоя и диффузионного подслоя. При этом для каждой марки стали существует определенный диапазон значений плотности потока азота, в котором обеспечивается предельная концентрация азота в α-твердом растворе, а на поверхности не образуется γ′-слой, характеризующийся низкой диффузионной подвижностью азота.