Термодинамические основы повышения износостойкости инструментальных режущих материалов

• Автор: Рыжкин, Анатолий Андреевич
• Шифр специальности: 05.02.04, 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 453 c. : ил. + Прил. (253 с. : ил.)

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ .

1.1.Анализ расчетных методов оценки трения и износа

1.2.Флуктуационные процессы при трении и изнашивании.

1.3.Влияние тонкослойных покрытий на износ при трении

и резании

1.4.Влияние на износ трибоэлектрических процессов

1.5.Тепловые процессы при внешнем трении

1.6.0 критериях оптимизации процесса контактного взаимодействия цри внешнем трении.

1.7.Выводы,цель и задачи исследования

2.РАЗВИТИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ТРЕНИИ И
ИЗНОСЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.1.Основные каналы диссипации энергии трения.
2.2.0 взаимосвязи объемных и флуктуационных процессов
при трении.
2.3.Баланс энтропии при трении
2.4.Представление пары трения в свете эволюционной
теории развития системы ГленсдорфаПригожина.
2.5.Структурная схема термодинамических процессов в
зоне трения.
2.6.Структура аналитической зависимости для расчета интенсивности изнашивания
2.7.Вывод ы.
3.ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ ЗОНЫ ТРЕНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1.Расчет температур в контактной зоне при трении
3.2.Расчет поверхностной температуры при трении с уче
том действия объемных тепловых источников.
3.3.Расчет температурных распределений при трении инструментальных материалов.
3.4.Теплофизические свойства материалов и тепловое состояние зоны трения
3.5.Вывод ы
4.ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ЗОНЕ ФРИКЦИОННОГО КОНТАКТА.
4.1.Триботоки в зоне контакта при трении и резании
4.2.Термодинамические соотношения между термоэлектрическими эффектами
4.3.Расчет термоэлектрических характеристик материалов.
4.4.Теоретическая оценка вклада эффектов Томсона и Пельтье в изменение температурного режима зоны
трения
4.4.1.Распределение температур в стержне при наличии объемного источника тепла Томсона
4.4.2.Тепловое действие объемных источников тепла Томсона в элементах пары трения .
4.4.3.Влияние эффекта Томсона на тепловое состояние зоны трения
4.4.4.Оценка роли эффекта Пельтье в изменении температуры зоны трения
4.5.Вклад окислительных реакций в зоне трения в изменение производства энтропии.
4.6.Вывод ы.
5. МЕХАНИЗМ ВЛИЯНИЯ ТОНКОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТЕПЛОВОЕ
СОСТОЯНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ТРЕНИИ.
5.1.Прямое действие покрытий на тепловой режим зоны
трения
5I.Теоретический анализ теплопередачи через
слой покрытия
5.1.2.Экспериментальное изучение прямого влияния покрытий на трение
5.2.Косвенное влияние покрытий на тепловой реясим инструментальных материалов.
5.3.Краевые эффекты при трении твердых сплавов с износостойкими покрытиями
5.4.Вывод ы
б.СВЯЗЬ ИЗНАШИВАНИЯ ИЖТРУМЕНТАЛЬШХ МАТЕРИАЛОВ С ТЕПЛОВЫМИ И ТЕШОДИНАМИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПРОЦЕССА ТРЕНИЯ
6.1.Изучение температурных энергетических характеристик процесса трения .
6.Экспериментальная проверка теоретической
формулы максимальной поверхностной температуры при трении.
6.1.2.Роль объемных тепловых источников на температурное распределение в твердых сплавах
6.2.Взаимосвязь параметров процесса трения с тепловыми й термодинамическими характеристиками пары
трения
6.2.1.Тепловые характеристики инструментальных
материалов и их связь с износом.
6.2.2.Оценка величины производства избыточной
энтропии при изнашивании .
6.2.3.Определение критической плотности энтропии
инструментальных материалов
6.3.Влияние термодинамических характеристик и процессов в зоне трения на износ инструментальных материалов
6.3.1.О корреляционной связи между физическими
свойствами инструментальных материалов и износостойкостью.
6.3.2.Окислительные процессы на контакте и интенсивность изнашивания твердых сплавов.
6.3.3.Влияние на износ инструментальных материалов термодинамически обратимого эффекта Томсона.
6.3.4.Влияние тонкослойных покрытий на износ инструментальных материалов при трении и резании
6.4.Вывод ы.
7. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО РЕЕИМА
ИЗНАШИВАНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕГИАЛОВ
7.1.0 термодинамических условиях достижения оптимального режима трения
7.2.Экспериментальные исследования оптимальных режимов изнашивания инструментальных материалов.
7.3.Расчетный метод выбора оптимального режима изнашивания применительно к точению.
7.4.Вывод ы.
8.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
9.ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИ ТЕРА ТУРА .
ВВЕДЕНИЕ


С другой стороны, энергофлуктуационные представления справедливы и в том случае, если в энергобалансе системы трения тепловые процессы не являются основными. При этом в структуре баланса энтропии необходимо учесть доминирующие факторы диссипация энергии при движении и разрядке дислокаций . Термин следует интерпретировать как термофлуктуационный, учитывая,что при износе инструментальных материалов преобладает тепловой канал диссипации энергии трения. Процесс трения является термодинамически необратимым процессом, а система трения типичной термодинамической открытой системой, обменивающейся с окружающей средой не только энергией закрытые системы, но и массой. На это указывают не только данные специалистов по трению и износу ,,,,3,9, 1 , но и обращается внимание в курсе термодинамики ,с. А так как всякий квазистатистический процесс обратим, то необратимый процесс с трением нестатичен, т. Процесс трения во времени стремится к стационарности. В стационарном состоянии, как показано многочисленными исследованиями, стабилизируется трение и воспроизводится равновесная шероховатость во времени. Трение характеризуется комплексом механофизикохимических явлений деформационные, окислительные, диффузионные,трибоэлектрические, термомагнитные и др. Существование флуктуаций как первопричины трения заставляет изучать поведение системы лишь в текущем равновесии, когда флуктуации не исчезают. Основной физической величиной, определяющей процессы в термодинамической системе, является энтропия. Равновесное состояние соответствует максимальному значению энтропии. Применяя это положение равновесной термодинамики к паре трения, прошедшей приработку и находящейся в стационарном состоянии, можно придти к ложному заключению о том, что в приработанном состоянии пара трения должна иметь меныцуго работоспособность максимальную интенсивность изнашивания, чем в нестационарном состоянии в период приработки, так как во времени энтропия конечного состояния всегда выше состояния, предшествующего конечному . Однако эксперименты свидетельствуют, что именно в стационарном состоянии интенсивность изнашивания ниже, чем в период приработки. Этот пример показывает,что законы равновесной термодинамики к анализу процесса трения надо применять весьма осторожно. Мерой необратимости процессов в системе является энтропия . С изменение энтропии в результате процессов,протекающих внутри системы. Т. Однако в общем случае с учетом 2. Для стационарного состояния выражение 2. Нестационарные процессы характеризуются тем,что член в 2. Поэтому именно производство энтропии б характеризует необратимость процесса , т. Для элемента пары трения,износостойкость которого нас интересует, уравнение баланса плотности энтропии получим из локальной формы 2. Строго говоря,точно рассчитать производство и поток энтропии для неравновесной системы трения можно, используя лишь методы неравновесной статистической механики. Однако,приняв принцип локального равновесия И. Пригожина , будем считать,что изза малости изнашиваемых объемов трущихся тел локальная энтропия является аналогичной функцией локальных макроскопических переменных температура, давление,химический потенциал и др. Задача состоит в том, чтобы в уравнении 2. Следуя Гленсдорфу и Пригожину , решим совместно уравнения Гиббса для второго закона термодинамики , сохранения внутренней энергии без учета кинетической и потенциальной. РШРМ. В выражениях 2. Л коэффициент теплопроводности изнашиваемого элемента пары трения, ддх градиент температуры по нормали к поверхности химический потенциал компонента . Вязкотекучие процессы,сдвиговые эффекты и неоднородности конвективной скорости 1 учитывают третий и пятый члены. Как уже отмечалось, производство энтропии основная физическая характеристика необратимых процессов, которая играет в них такую же важную роль, как энтропия в равновесных системах,в частности, определяя направление эволюции системы трения под эволюцией понимаются направленные изменения в развитии физической системы. Так как 0, то условие эволюции системы примет вид
В равновесном состоянии производство энтропии
равно нулю, а вне равновесного состояния всегда положительно. СО0 рис.