Учебное пособие 2170

2.Балтес Г.П. Интегральные полупроводниковые датчики магнитного поля / Г.П. Балтес, Р.С. Потапович // ТИИЭИР. - 1986. - Т.74, №8. - С. 60-66.

3.Вопросы изучения измерения нестационарных магнитных полей / Под ред. Б.М. Степанова. - М.: ВНИИОФИ, 1980. - 287 с.

4.Печагин Е.А. Измерительно-вычислительная система контроля качества магнитных изделий с помощью электрон- но-оптических муаровых эффектов: дис. канд. техн. наук: 05.11.16

/Е.А. Печагин. – Липецк, 2002. – 16 с.

5.Пат. 2292053 Российская Федерация, МПК G01R 33/02. Способ измерения магнитных полей электроннооптическим методом / Калинин В.Ф., Иванов В.М., Уваров А.Н., Лимонов Д.Н., Печагин Е.А.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ТГТУ. 2004129351/28; заявл. 10.03.2006; опубл. 20.01.2007, Бюл. №2. -14 с.

6.Teocaris P. Moire Fringes / P. Teocaris // Appl. Mech. Surveys. Spartan. - 1966. - V.15, №33. - P. 613-617.

7.Кельман B.M. Электронная оптика / В.М. Кельман, С.Я. Явор. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1963. - 362 с.

8.Гусев В.Н. Наблюдение магнитных полей по теневым электронно-оптическим муаровым картинам / В.Н. Гусев, Б.А. Красюк // Физика и химия обработки материалов. - 1969. - №5. - С. 40-46.

9.Дюрелли А. Анализ деформаций с использованием муара / А. Дюрелли, В. Паркс. - М.: Мир, 1974. - 356 с.

10.Контроль качества металлической разводки плат методом электронно-оптического муара / В.П. Иванов, Ю.В. Серкутан, А.В. Тимошин, Е.А. Печагин // Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике и производстве печатных плат: Сб. тез. докл. Международ, конф. - Пенза, 1998. - С. 49.

Тамбовский государственный технический университет Орловский государственный аграрный университет им. Н.В. Парахина

Казанский (Приволжский) федеральный университет Казанский государственный аграрный университет

80

УДК 621.43.013

А.Л. Семешин, канд. техн. наук, доц., С.Н. Коношина, канд. с.-х. наук, доц., А.В. Коломейченко, д-р техн. наук, проф., Ю.А. Кузнецов, д-р техн. наук, проф., Л.В. Калашникова, д-р филос. наук, проф., С.Н. Шарифуллин, д-р техн. наук, доц.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ВОДОРОДНО-КИСЛОРОДНОГО ПЛАМЕНИ НА МЕТАЛЛЫ РАДИАТОРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННОГО СГОРАНИЯ ПРИ ПАЙКЕ

В статье показаны химические процессы связанные с применением во- дородно-кислородной газовой смеси при ремонте радиаторов ДВС

Ключевые слова: радиатор, пайка, припои, химические реакции, водо- родно-кислородное пламя

Исследования показали возможность добавления углеродных соединений (бензин, спирт и др.) в водородно-кислородную газовую смесь и возможность регулирования характера пламени [1]. Современные электролизеры в основном используют в качестве обогатителя гремучего газа (водород + кислород) бензин, так как он является самым летучим видом жидкого нефтяного топлива (пределы выкипания 30-180оС) [1-4].

Детали автотракторных радиаторов системы охлаждения изготавливают из латуни Л62, Л90 и меди М3. При эксплуатации техники возникают поломки радиаторов: пробоины, вмятины или трещины на бочках, обломы и трещины на пластинах каркаса, нарушение герметичности в местах пайки, помятость и обрыв охлаждающих пластин и повреждение охлаждающих трубок [2, 3].На ремонтно-эксплуатационных предприятиях для ремонта радиатора с высокой надежностью используют технологию пайки латунных и медных деталей оловянно-свинцовыми припоями ПОС-40, ПОС-30 и ПОССу 30-0,5 [5-7] или полимерные материалы и газодинамическое напыление [9-11].

Материалы и методы.

Реакция горения водородно-кислородной газовой смеси в соединении с парами бензина протекает в два этапа и описаны в формулах 1-2 [1].

81

Горение смеси гремучего газа с парами бензина проходит в два этапа без учета кислорода окружающего воздуха и с добав-

В ремонтном производстве при восстановлении радиаторов пайкой в основном используются оловянно-свинцовые припои Sn-Pb. Реакции взаимодействия олова (Sn) и свинца (Pb) с продуктами сгорания водородно-кислородного пламени описаны следующими уравнениями [2]:

–с увеличением температуры уменьшается величина свободной энергии Гиббса ΔG, т.е. в реакции будет происходить самопроизвольный процесс восстановления железа водородом при температуре 1150 К [2];

–пересечение кривых реакций указывает на оптимальную температуру восстановления обеих реакций;

82

– при пайке водородно-кислородным пламенем восстановление свинца, олова и меди происходит самопроизвольно, что подтверждает график (рис. 1).

Рис. 1. График изменения энергии Гиббса ΔG

в зависимости от температуры для реакций: ZnO+H2→Zn+H2O; ZnO+CO→Zn+CO2; SnO2+2H2→Sn+2H2O; SnO2+2CO→Sn+2CO2; CuO+H2→Cu+H2O; CuO+CO→Cu+CO2; PbO+H2→Pb+H2O; PbO+CO→Pb+CO2;Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O; Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2

Для медно-латунных радиаторов, восстанавливаемых пайкой с использованием водородно-кислородного пламени, рекомендуется использовать пламя в интервале температур от 600 оС до 1000 К (300 – 800 оС). Значение температуры зависит от паяемого металла (рис. 2).

Для подтверждения теоретических расчетов были проведены исследования экспериментального определения показателей

83

паяемых изделий в соответствии с требованием государственным стандартом и с использованием водородно-кислородного пламени

[8].

Для защиты от окисления металла в процессе пайки использовался флюс ФП следующего состава: – 25-30% хлористый цинк, 5-20% хлористый аммоний, 50-70% вода. Установлено (рис. 3), что предел прочности соединения при растяжении образцов из меди М3 имеет значение в = 34,9...35,2 МПа при зазоре 0,1...0,15 мм, так как в этом случае достигается более полное заполнение зазора припоем. Следует отметить, что в паяных соединений, полученных водородно-кислородным пламенем, практически не отличается от в соединений, полученных пайкой ацетиленокислородным пламенем.

Д л я н а к о н еч н и к а № 1

Н а у г л е р о ж и ва ю щ е е п л а м я Н о р м а л ь н о е п л а м я О к и с л и т е л ь н о е п л а м я

Д л я п а й к и д е т а л е й р а д и а т о р а р е к о м е н д у е т с я и с п о л ь зо в а т ь к о н е ц ф а к е л а п л а м е н и (6 Н 2 О + 2 С О 2 ) с т е м п е р а т у р о й г о р е н и я о к о л о 8 0 0 ° С

Рис. 2. Схема образования водородно-кислородного пламени

84

Рис. 3. Влияниезазора ∆Вна предел прочностиσВ паяногосоединения образцов излатуни (Л63)и меди (М2)

Выводы.

1. Продукты сгорания водородно-кислородного пламени являются практически экологически чистыми – это пары воды, водорода и некоторого количества СО (2Н2О+4Н2+2СО, 6Н2О+2СО2).

2. Для медно- и латунных радиаторов, восстанавливаемых пайкой с использованием водородно-кислородного пламени, рекомендуется использовать пламя в интервале температур от 600 оС до 1000 К (300 – 800 оС). Значение температуры зависит от паяемого металла.

Литература

1.Корж В.Н., Тузенко Ю.М., Матвеев И.В. и др. Сварка деталей из низкоуглеродистой стали водородно-кислородным пламенем. / Автоматическая сварка, №11 (368), 1983.

2.Хромов В.Н., Семешин А.Л., Латыпов Р.А. Восстановление радиаторов систем охлаждения газопламенной пайкой во- дородно-кислородным пламенем. // Сварочное производство. - 2000. - №9. - с. 44-49

3.Семешин А.Л. Электронно-водные генераторы в ремонтном производстве для пайки деталей: учебное пособие / А.Л. Семешин, В.В. Гончаренко // Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2013 - 268 с.

4.Коломейченко А.В. Технология ремонта машин. Лабораторный практикум: учебное пособие в 2 ч. Ч. II / А.В. Коломей-

85

ченко, В.Н. Логачев, Н.В. Титов, А.Л. Семешин, В.Н. Коренев // Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2013. - 156 с.

5.Пучин Е.А. Надежность технических систем. Курсовое проектирование. Учебное пособие / Е.А. Пучин, А.В. Коломейченко, В.Н. Логачев, Н.В. Титов, А.Л. Семешин, В.Н. Коренев, А.С. Кононенко, В.М. Корнеев, А.М. Орлов, Д.В. Лайко, Д.В. Варнаков // Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2012. - 96 с.

6.Кравченко И.Н. Проектирование предприятия технического сервиса / И.Н. Кравченко, А.В. Коломейченко, А.В. Чепурин, В.М. Корнеев, А.Л. Семешин, В.Н. Коренев, Н.В. Титов, В.Н. Логачев // Учебное пособие. - СПб.: Издательство «Лань», 2015. - 352 с.

7.Кравченко И.Н. Проектирование предприятия технического сервиса / И.Н. Кравченко, А.В. Коломейченко, В.М. Корнеев, А.В. Чепурин, А.Л. Семешин, В.Н. Коренев, Н.В. Титов, В.Н. Логачев // Орел: Изд-во ООО «Модуль - К», 2014. - 350 с.

8.Кравченко И.Н. Основы научных исследований: учебное пособие / И.Н. Кравченко, А.В. Коломейченко, В.Н. Логачев [и др.] // СПб.: Изд-во Лань, 2015. - 304 с.

9.Кононенко А.С. Восстановление радиаторов / А.С. Кононенко, Р.В. Киселев // Сельский механизатор. - 2004. - №6. - С. 22-23.

10.Коломейченко А.В. Восстановление и упрочнение деталей машин сельскохозяйственного назначения сверхзвуковым газодинамическим напылением: практические рекомендации для руководителей и специалистов инженерно-технических служб АПК / А.В. Коломейченко, В.Н. Коренев, В.Н. Логачев, Н.В. Титов, А.Л. Семешин // Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2012. – 20 c.

11.Коренев В.Н., Коломейченко А.В., Ченский А.Ю., Порздняков Д.Л. Способ восстановления герметичности радиатора. Патент РФ №2535289 от 06.05.2013г.

Орловский государственный аграрный университет им. Н.В. Парахина

Казанский (Приволжский) федеральный университет Казанский государственный аграрный университет

86

УДК 621.9.047

С.Ю. Жачкин, д-р техн. наук, проф., Н.А. Пеньков, канд. техн. наук, нач. лаб., М.Н. Краснова, канд. техн. наук, доц.

РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПОЛНИТЕЛЯ В КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЯХ С ЦЕЛЬЮ

ОПТИМИЗАЦИИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

Приведены особенности расчета композитных хромовых покрытий на основе гальванической матрицы в процессе их нанесения

Ключевые слова: композитные материалы, модуль упругости, податливость, математическая модель

Покрытия, получаемые по технологии гальваноконтактного осаждения (ГКО) металлических материалов характеризуется внедрением твердых инструментальных частиц в пластичную матрицу в процессе ее гальванического осаждения на поверхность детали [1].

Особо важное значение имеет двухфазная структура, когда мелкие включения второй фазы равномерно расположены в пластичной матрице. Когда движущаяся дислокация встречает на своем пути непроницаемые для нее включения инструментального материала, то она через них проходит, оставляя каждый раз дислокационные петли вокруг включений. Чем больше накопилось петель, тем больше упрочнение. Если число частиц растет и расстояние между ними уменьшается (до критического значения ~ 15 нм), то повышается сопротивление сдвигу [2, 3].

Свойства композиционных материалов в основном зависят от физико-механических свойств компонентов и прочности связи между ними. Для оптимизации свойств композиций выбирают компоненты с резко отличающимися, но дополняющими друг друга свойствами [4, 5].

Основой композиционных материалов (матриц) в методе ГКО служат металлы или токопроводящие материалы.

Матрица связывает композицию, придает ей форму. От свойств матрицы в значительной степени зависят технологиче-

87

ские режимы получения композиционных материалов и его эксплуатационные характеристики [6].

Вматрице равномерно распределены остальные компоненты (наполнители). Поскольку главную роль в упрочнении композиционных материалов играют наполнители, их часто называют упрочнителями. Упрочнители должны обладать высокой прочностью, твердостью, модулем упругости. По этим свойствам они значительно превосходят матрицу. С увеличением модуля упругости и временного сопротивления наполнителя повышаются соответствующие свойства композиционного материала, хотя они

ине достигают характеристик наполнителя. Наполнитель вводится в матрицу для изменения не только прочности, но и других свойств.

Свойства композиционного материала зависят также от формы или геометрии, размера, количества и характера распределения наполнителя (схемы армирования).

По форме наполнителя композиционные материалы, полученные методом ГКО, являются дисперсно-упрочненными, схема армирования – трехосная (рисунок).

При трехосном (объемном) армировании нет преимущественного направления в распределении наполнителя. Расстояние между нуль-мерными наполнителями одного порядка. В этом случае их объемное содержание может превышать 15-16% и доходить по экспериментальным данным до 80 – 85%.

Вдисперсно-упрочненных композиционных материалах наполнителями служат дисперсные частицы тугоплавких фаз - оксидов, нитридов, боридов, карбидов. К достоинствам тугоплавких соединений относятся высокие значения модуля упругости, низкая плотность, пассивность к взаимодействию с материалами матриц.

Вдисперсно-упрочненных композиционных материалах основную нагрузку воспринимает матрица, а дисперсные частицы упрочнителя оказывают сопротивление движению дислокации при нагружении материала. Чем больше это сопротивление, тем выше прочность. Поэтому прочность зависит также от дислокационной структуры, формирующейся в процессе пластической деформации при нанесении композиционного материала. Кроме то-

88

го, дисперсные частицы наполнителя оказывают «косвенное» упрочняющее действие, способствующее образованию структуры с большой степенью неравноосности зерен (волокнистой). Такая структура формируется при использовании пластической деформации.

Схема армирования композитного материала

При этом дисперсные включения частично или полностью препятствуют структурным превращениям в материале, что препятствует самопроизвольному изменению напряжений в покрытии с течением времени.

Уровень прочности зависит от объемного содержания упрочняющей фазы, равномерности ее распределения, степени дисперсности и расстояния между частицами. Согласно гипотезе Орована, сопротивление сдвигу увеличивается с уменьшением расстояния между частицами. В силу этого для композитного материала можно записать

где G – модуль сдвига;

b – межатомное расстояние;

l – расстояние между частицами.

89