Установка для определения упругих и демпфирующих характеристик порошковых материалов с упругодиссипативной подложкой

Важное условие развития нефтегазовой, горнодобывающей, строительно-дорожной и других отраслей промышленности — создание новых композиционных материалов с заданным комплексом свойств, включающим высокую износостойкость в условиях абразивного и ударно-абразивного изнашивания, твердость, коррозионную стойкость, демпфирующие свойства, невысокую стоимость и технологичность. Ударно-абразивное изнашивание — следствие ударного взаимодействия деталей, при котором происходит деформация микрообъемов или их скалывание, что приводит к интенсивному разрушению поверхностного слоя деталей. Детали, подверженные ударно-абразивному изнашиванию, должны обладать сочетанием таких свойств, как твердость, вязкость, ударная прочность. Эти свойства можно получить путем легирования, например, никелем, хромом и другими лигатурами, а также механического или химико-термического поверхностного упрочнения. Интенсивность ударно-абразивного изнашивания связана также с энергетическими и кинематическими параметрами ударного воздействия. Проведенные исследования показывают, что детали, подверженные такому виду изнашивания, должны обладать также достаточным уровнем демпфирующих свойств. Однако повышение демпфирующих свойств большинства материалов снижает их прочностные характеристики. В связи с этим одним из эффективных способов повышения ударно-абразивной износостойкости является применение многослойных порошковых материалов износостойкая сталь — упругодиссипативная подложка. В работе описана разработанная авторами установка для исследования упругих и демпфирующих характеристик порошковых материалов с упругодиссипативной подложкой. Приведены конструкция установки, принцип работы, методики проведения испытаний и расчета характеристик, учитываемых при создании и исследовании материалов, воспринимающих ударные нагрузки. Показано влияние конструктивных и геометрических параметров упругодиссипативной подложки на коэффициент демпфирования, декремент затухания и относительную жесткость изделий из порошковых материалов. Установлено, что применение упругодиссипативных подложек позволяет увеличить износостойкость порошковых и компактных материалов к ударно-абразивному изнашиванию в 5 – 6 раз за счет поглощения и рассеивания части воздействующей на них энергии удара. Разработанные установка, методика проведения испытаний и способ снижения износа могут быть использованы при испытании на ударно-абразивный износ композиционных и многослойных материалов.

1. Сорокин Г. М., Малышев В. Н. Основы механического изнашивания сталей и сплавов: учебное пособие. — М.: Логос, 2004. — 308 с.

2. Petrica M., Peinsitt T., Badisch E. Characterization of impact abrasive wear produced by different rocks / Key Eng. Mater. 2014. Vol. 604. P. 47 – 50. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.604.47

3. Гаркунов Д. Н. Триботехника (износ и безызностность): учебник. Изд. 4-е, перераб. и доп. — М.: Издательство МСХА, 2001. — 616 с.

4. Анциферов В. Н. Перспективные материалы и технологии порошковой металлургии: учеб. пособие. — Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. — 109 с.

5. Пат. 2434219 Российская Федерация. Установка для испытания на ударно-абразивное и ударно-гидроабразивное изнашивание конструкционных и специальных материалов / Гасанов Б. Г., Сиротин П. В., Ефимов А. Д.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М. И. Платова. — № 2009146684/28; заявл. 15.12.09; опубл. 20.11.11. Бюл. № 32.

6. Анциферов В. Н., Акименко В. Б., Гревнов Л. М. Порошковые легированные стали. Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1991. — 317 с.

7. Головин И. С. Внутреннее трение и механическая спектроскопия металлических материалов. — М.: Издательский дом МИСИС, 2012. — 246 с.

8. Витязь П. А., Керженцева Л. Ф., Дьячкова Л. Н., Маркова Л. В. Порошковые материалы на основе железа и меди. Атлас структур. — Минск: Белорусская наука, 2008. — 155 с.

9. Марков В. А., Пусев В. И., Селиванов В. В. О вопросах демпфирующих и амортизирующих свойств материалов и конструкций / Наука и образование. 2012. № 6. С. 1 – 14. DOI: 10.7463/0612.0442023

10. Сиротин П. В., Гасанов Б. Г., Исмаилов М. А. Оценка возможности повышения ударно-абразивной износостойкости композиционных материалов за счет оптимизации их упруго-диссипативных свойств / Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2018. Т. 20. № 4. С. 43 – 50. DOI: 10.15593/2224-9877/2018.4.05

11. Пат. 2725530 Российская Федерация. Стенд для статических испытаний композиционных многослойных материалов (Варианты) / Сиротин П. В., Исмаилов М. А.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М. И. Платова. — № 2019132563; заявл. 14.10.19; опубл. 02.07.20. Бюл. № 19.

12. Сиротин П. В. Структурообразование, свойства и технологии получения легированных порошковых сталей и деталей из них для буровых и цементировочных насосов: Дис. ... канд. техн. наук. — Новочеркасск, 2011. — 177 с.

13. Гасанов Б. Г., Сиротин П. В. Порошковые материалы для деталей, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания / Металлург. 2011. № 3. С. 61 – 64.

14. Дик Дж. С. Технология резины: Рецептуростроение и испытания: перевод с английского В. А. Шершнева — Санкт-Петербург: НОТ, 2010. — 620 с.

15. Касперович А. В., Шашок Ж. С., Вишневский К. В. Технология производства резинотехнических изделий. — Минск: БГТУ, 2014. — 108 с.

16. Минигалиев Т. Б., Дорожкин В. П. Технология резиновых изделий: учебное пособие. — Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2009. — 236 с.