Математическое моделирование трибохимической кинетики водородного износа

• Автор: Лукашев, Павел Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 250 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПО ВОДОРОДНОМУ ИЗНОСУ.

1.1. Триботехнические и трибохимические аспекты водородного износа

1.1.1. Водородный износ при фрикционном контакте

1.1.2. Результаты исследований трибо технического наводороживания

1.1.2.1. Содержание металлургического водорода в стальных образцах.

1.1.2.2. Перераспределение водорода в процессе технологической обработки

металлов и сплавов.

1.1.2.3. Триботехническое наводороживанис стальных образцов

1.1.2.4. Взаимосвязь между интенсивностью износа и выделением водорода
при триботехнических испытаниях
1.2. Водородное охрупчивание сталей и сплавов
1.2.1. Современные представления о водородном охрупчивании сталей и сплавов
1.2.2. Явление водородного наклепа.
1.2.3. Развитие модельных представлений о влиянии водорода на разрушение
металлов.
1.3. Заключение по материалам главы 1. Постановка задачи исследования. .
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВОДОРОДНОГО
ИЗНОСА.
2.1. Формулировка математической модели износа трущихся поверхностей в виде
задачи с подвижной границей
2.2. Стационарное состояние поверхности износа в задаче с подвижной границей
2.3. Линейный анализ устойчивости стационарного состояния поверхности износа
в задаче с подвижной границей
2.4. О возможных корректировках математической модели износа в виде
задачи с подвижной границей
2.5. Выводы по материалам главы 2. Постановка задачи дальнейших исследований ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ПОДХОДОВ К МАТЕМАТИЧЕСКОМУ
МОДЕЛИРОВАНИЮ ТРИБОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ВОДОРОДНОГО ИЗНОСА.
3.1. Основные положения подхода к описанию разрушения конструкционных
материалов с позиции синергетики
3.2. Основные положения подхода к описанию разрушения конструкционных
материалов с позиций теории фракталов.
3.3. Основные положения подхода к описанию разрушения конструкционных
материалов с позиций статистической кинетики растущих
и перекрывающихся микротрещин.
3.3.1. Образование и рост двумерных ядер. Линейная аппроксимация
3.3.2. Образование и рост двумерных ядер. Общий случай
3.3.3. Образование и рост трехмерных ядер трехмерных микротрещин
3.3.4. Образование и рост трехмерных ядер. Линейная аппроксимация.
3.3.5. Образование и рост трехмерных ядер. Общий случай.
3.4. Выводы по материалам главы 3.
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И КАЧЕСТВЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГРИБОХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ КООПЕРАТИВНОГО РОСТА УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН
ПРИ ВОДОРОДНОМ ИЗНОСЕ.
4.1. Формулировка математической модели кооперативного роста усталостных
перекрывающихся трещин, образующихся по двум механизмам.
4.2. Качественное исследование мультипликативной составляющей кинетики
развития процесса разрушения при кооперативном росте усталостных перекрывающихся микротрещин, образующихся по двум механизмам
4.3. Качественное исследование аддитивномультипликативной кинетики
развития процесса разрушения при кооперативном росте усталостных перекрывающихся микротрещин, образующихся по двум механизмам
4.3.1. Качественное исследование при изменении значений параметров
исходной поврежденности материала
4.3.2. Качественное исследование при изменении кинетических параметров
медленного а процесса .
4.3.2.1. Изменение характера процесса разрушения при увеличении константы скорости роста трехмерного ядра на стадии формирования гиббсовского зародыша ка
4.3.2.2. Изменение характера процесса разрушения при увеличении константы скорости реакции перехода потенциальных точечных
зародышей в активные одномерные растущие ядра к .
4.3.2.3. Изменение характера процесса разрушения при увеличении константы линейной скорости роста двумерного ядра двумерных микротрещин
4.3.2.4. Изменение характера процесса разрушения при увеличении константы линейной скорости роста трехмерного ядра после стадии формирования гиббсовского зародыша к Ка
4.4. Подобие расчетных и экспериментальных диаграмм разрушения с участием
водорода
4.4.1. Иллюстрация подобия расчетных и экспериментальных диаграмм
третьего класса.
4.4.2. Иллюстрация подобия расчетных и экспериментальных диаграмм
второго и первого классов
4.4.3. Иллюстрация подобия расчетных и экспериментальных диаграмм
второго и первого классов при варьировании двух кинетических
параметров
4.5. Выводы по материалам главы 4
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Было показано, что различные технологические мероприятия, применяемые как методы защиты деталей от водородного изнашивания, должны быть направлены на уменьшение пористости поверхностных слоев материалов, либо на снижение диффузионной активности водорода, образующегося в результате их взаимодействия в условиях эксплуатации. Результаты проведенных эксперимен тов показывают необходимость комплексного исследования наводороживания материалов на этапах технологической обработки и эксплуатации. Фрикционный контакт деталей сопровождается энергетическими и структурными превращениями в металле, которые вызывают повышенное концентрирование водорода в материале детали и интенсивное выделение его при трении. В качестве отклика на процессы, происходящие в трибосистемс, был использован диффузионноподвижный водород 1, 5, . Для стали концентрация диффузионноподвижного водорода в образце возрастает после проведения одноцикловых триботехнических испытаний в среднем в 5 раз, а для стали ХМ в 2,8 рада. Объемное наводорожнвание образцов происходит практически одинаково. Общее содержание водорода в стали ХМ после операции шлифования образцов изменяется практически в соответствии с изменением содержания его диффузионноактивной составляющей. Авторы пришли к выводу, что исследование перераспределения диффузионноподвижного водорода в метатлах дает наглядное представление об их технологическом наводороживании. Однако анализ результатов показал, что необходимы комплексные исследования для определения перераспределения общего содержания водорода. Кинетика выделения диффузионноподвижного водорода из образцов до и после проведения триботехнических испытаний, как оценочная характеристика, показала увеличение объемного содержания водорода после трения. Отмечается, что одним из наиболее важных условий проведения триботехнических испытаний является соблюдение динамических параметров нагружения исследуемых материалов в соответствии с реальными режимами их работы. ХМ и ХЗМВФ более МПа приводит к интенсификации процесса их наводорожившшя. Причем, если увеличение нагрузки с МПа до МПа привело к повышению концентрации водорода в стали ХМ в 2, раза, то аналогичное изменение нагрузки до МПа соответственно в 4,5 раза. Эти результаты позволили констатировать, что существует предел нагружения материалов деталей, соответствующий резкой интенсификации диффузии водорода, что согласуется с положениями теории структурной приспособляемости материалов. В процессе эксплуатации повышаются контактные напряжения в материалах прецизионных деталей узлов трения вследствие износа поверхностей. Повышение удельных нагрузок на эти поверхности может привести к интенсификации наводороживания материалов и при критической концентрации водорода в поверхностных слоях к катастрофическому износу на глубину дефектного слоя. Исследование взаимосвязи между процессами наводороживания и изнашивания затруднено в связи с перераспределением водорода в металлах при изменении условии его диффузии, вызванном, например, охлаждением образцов после триботехнических испытаний. Поэтому получение данных по критическому содержанию водорода в сталях, определяющему разрушение поверхностных слоев деталей в процессе эксплуатации представляется формальным при современных методах испытаний. Полученные результаты свидетельствуют о том, что возможна качественная оценка параметров работы материалов деталей но интенсивности их наводороживания. Результаты исследований представляются в форме диаграмм, на которых фиксируются изменения суммарного линейного износа, температуры и момента трения. Так, например, при исследовании триботсхиических характеристик материалов плунжерной пары испытания проводились при нагрузке МПа в среде топлива ТС1. Было установлено, что изнашивание образцов характеризуется чередованием участков нормальной и повышенной интенсивности предварительно следует отметить, что именно этот результат был выбран в качестве основы для построения математической модели изнашивания в Форме задачи с подвижной границей глава ЗУ Интервал между двумя участками соответствует величине износа равной 1,5 2 мкм. Это явление объяснено накоплением водорода в поверхностных слоях образцов с последующим практически мгновенным разрушением материала на глубину дефектного слоя, чем характеризуется процесс водородного износа разрушением.