Викладено атомний підхід до процесів деформації і руйнування стружки при різанні. встановлено зв'язок опору зрушенню, виду стружки з параметрами, котрі характеризують енергетичний стан кристалічної решітки, її енергії дефекту упаковки, теплоту плавлення. наведено результати квантово механічних розрахунків, показують роль домішок в процесах деформації і формування образу стружки, а також зміна дислокаційної структури при зсуві елемента стружки. Показано, що сталість зрушення при зміні режимів різання пов'язане з досягненням в кристалічній решітці граничної щільності дислокацій. Вказано шляхи підвищення ефективності процесу різання.

Анотація наукової статті з фізики, автор наукової роботи - Кузьмишина Анастасія Михайлівна


Set out the approach to the nuclear deformation and failure of chips when cutting. The connection between the shear resistance of the form of chips with parameters characterizing the energy state of the crystal lattice, its stacking fault energy, heat of fusion. The results of quantum mechanical calculations, showing the role of impurities in the process of deformation and the formation of the form of chips, as well as the change of the dislocation structure under shear element chips. It is shown that when changing the shift constancy cutting conditions associated with the achievement of a limiting density of lattice dislocations. Ways of improving the efficiency of the cutting process.


Область наук:

  • фізика

  • Рік видавництва: 2015


    Журнал: Євразійський Союз Вчених


    Наукова стаття на тему 'КВАНТОВО - МЕХАНІЧНА МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ДЕФОРМАЦІЇ І РУЙНУВАННЯ зрізаногошару при різанні'

    Текст наукової роботи на тему «КВАНТОВО - МЕХАНІЧНА МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ДЕФОРМАЦІЇ І РУЙНУВАННЯ зрізаногошару при різанні»

    ?КВАНТОВО - МЕХАНІЧНА МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ДЕФОРМАЦІЇ І РУЙНУВАННЯ зрізаногошару при різанні

    Кузьмишина Анастасія Михайлівна

    Аспірант, НГТУ ім. Р.Є. Алексєєва, м Н.Новгород

    Викладено атомний підхід до процесів деформації і руйнування стружки при різанні. Встановлено зв'язок опору зрушенню, виду стружки з параметрами, котрі характеризують енергетичний стан кристалічної решітки, її енергії дефекту упаковки, теплоту плавлення. Наведено результати квантово - механічних розрахунків, що показують роль домішок в процесах деформації і формування образу стружки, а також зміна дислокаційної структури при зсуві елемента стружки. Показано, що сталість зрушення при зміні режимів різання пов'язане з досягненням в кристалічній решітці граничної щільності дислокацій. Вказано шляхи підвищення ефективності процесу різання.

    Set out the approach to the nuclear deformation and failure of chips when cutting. The connection between the shear resistance of the form of chips with parameters characterizing the energy state of the crystal lattice, its stacking fault energy, heat of fusion. The results of quantum - mechanical calculations, showing the role of impurities in the process of deformation and the formation of the form of chips, as well as the change of the dislocation structure under shear element chips. It is shown that when changing the shift constancy cutting conditions associated with the achievement of a limiting density of lattice dislocations. Ways of improving the efficiency of the cutting process.

    Ключові слова: атомна структура металів, дислокації, різання, деформація, опір зрушенню, домішки, квантово - механічні розрахунки.

    Keywords: atomic structure of metals, dislocation, cutting, deformation, shear strength, impurity, quantum - mechanical calculations.

    Проблема підвищення ефективності процесів механообробки обумовлює необхідність поглиблених досліджень фізичних закономірностей, які супроводжують відділення зрізаного шару від заготовки.

    Сучасний рівень досягнень галузі фізики твердого тіла, фізики металів, квантової механіки дозволяє розглянути процеси деформації і руйнування зрізаногошару при різанні на атомному рівні, зокрема, шляхом моделюванням міцності межатомной зв'язку в різних матеріалах, що визначають опору зрушенню елемента стружки при різанні.

    У зв'язку з цим, метою роботи стало дослідження механізмів пластичної деформації на атомному рівні і визначення зв'язку параметрів, що характеризують опір зрушенню при різанні, з параметрами, що визначають механізми деформації різних типів кристалічної решітки.

    Наші дослідження показують, що на опір пластичної деформації зрізаного шару великий вплив робить тип кристалічної решітки оброблюваного матеріалу, його енергія дефекту упаковки (е.д.у.), наявність домішок на межах зерен і здатність матеріалу релаксувати на кордонах зерен. Вплив цих параметрів проявляється через види діссіпатів-них структур, що формуються в процесі деформації зрізаного шару і визначають її локалізацію. У зв'язку з цим, вид стружки буде істотно визначатися зазначеними факторами.

    Розроблено модель зони стружкообразования [1] з урахуванням атомної структури матеріалів. Перед нижньою межею зони стружкообразования опрацьований матеріал має як вихідну (початкову) щільність дислокацій, так і електронну структуру. На нижній межі електронна структура оброблюваного матеріалу деформується пружно (тобто без розриву міжатомних зв'язків). У міру деформації зрізаного шару відбувається зростання щільності дислокацій і розрив міжатомних зв'язків, тобто опрацьований матеріал відчуває деформаційне зміцнення. У роботі вказується, що розмір ячеистой дислокаційної структури виявляється запрограмованим вже на межі пружності. В зв'язку з цим,

    виявляється і залежність тсдв при різанні від межі пружності.

    В цілому, схильність оброблюваних матеріалів до деформаційного зміцнення буде залежати як від його електронної, так і дислокаційної структури, її енергії дефекту упаковки, наявності домішок, швидкості деформування, температури, типу кристалічної решітки і т. Д., А також від швидкості протікання процесів знеміцнення.

    У вуглецевих сталях основна домішка - це вуглець, який, розташовуючись на кордонах зерен, може сприяти їх охрупчіванію. З ростом температури дифузійна рухливість вуглецю зростає, що полегшує прослизання зерен, збільшує і змінює форму стружки. Як зазначалося вище, дислокації не схильні до термічної активації і в результаті ступінь деформації зрізаного шару і сили різання знижуються.

    Встановлено, що чим вище е.д.у. металу, тим більше тсдв і ступінь деформаційного зміцнення - е. Така залежність зумовлена ​​впливом е.д.у. на розщеплення дислокацій і на їх здатність до фрагментації зерен. Чим вище е.д.у., тим більше схильність дислокацій до розщеплення і фрагментації, що сприяє підвищенню тсдв. У металах з ОЦК гратами взаємодія дислокацій з домішками (вуглецем) дуже сильне, а гвинтові дислокації схильні до поперечному ковзанню. Домішки, сегрегіруя на субграніци дислокаційної структури, підвищують їх стійкість і опір ковзанню дислокації. В результаті тсдв при різанні високовуглецевих сталей збільшується. У зв'язку з цим низькі тсдв при різанні титанових сплавів слід пов'язати з наявністю домішок (водню і т.д.) на кордонах зерен і перш за все, з його низькою е.д.у., внаслідок закріплення дислокацій домішками.

    Опір зрушенню тсдв залежить і від е ступеня деформації. Це обумовлено тим, що метали з низькою е.д.у., в порівнянні з металами з високою, мають більшу тривалість в рівні зміцнення, що досягається при деформації: чим нижче е.д.у., тим пізніше наступає динамічний повернення, тим при інших рівних

    умовах до більш високих значень може бути зміцнений метал або сплав при пластичної деформації. Тому при обробці низьковуглецевих сталей спостерігаються найбільші значення е і найменші р кути зсуву. З ростом швидкості різання ступінь деформації зрізаного шару знижується.

    При високій щільності дислокацій стає можливим виникнення нового типу субструктури -полос ковзання, тобто процес пластичної деформації стає локалізованим. Локалізовані смуги ковзання експериментально виявляються в товщі стружки. Таку еволюцію дислокаційної структури від вихідної до хаотичної, далі до фрагментованою (ячеистой) і подальше утворення смуг ковзання характерно для різних видів механічних випробувань (при стисканні, розтягненні, втомних випробуваннях і т.д.).

    Аналіз показує, що тсдв також знаходиться в лінійній залежності від теплоти освіти оброблюваного матеріалу. Теплота освіти характеризує кількість тепла, яке необхідно повідомити речовині,

    щоб перевести його з кристалічного стану в рідке шляхом розриву міжатомних зв'язків. Експериментальні дані підтверджують висловлене положення.

    Подібно тсдв, питома qF сила тертя також є константою при варіюванні умов різання.

    Вплив охрупчивания кордонів зерен при сегрегації на них домішок, зокрема вуглецю, в сталях на вигляд стружки вивчалося шляхом моделювання на основі квантово - механічних розрахунків [2].

    Розмір кластера забезпечував необхідну точність відтворення явища сегрегації і достатній час розрахунків. Як розраховуються характеристик були обрані Ео - загальна енергія зв'язку в кластері і міжатомні відстані.

    Енергія зв'язку кластера, взята з протилежним знаком, являє собою енергію, яку потрібно затратити на розрив всіх міжатомних зв'язків в кластер, тобто розділити його на окремі атоми. Енергія зв'язку, яка припадає на один атом дорівнює Еа = Ео / п, де п-число атомів в кластері.

    Загальна енергія, енергія на атом і міжатомні відстані в кластерах

    Таблиця 1

    вид кластера

    число атомів

    Об.енергія кластера, еВ

    Енергія на один атом, еВ

    Відстань Ао між атомами

    Енергія дислокації, еВ

    атоми заліза залізо-вуглець

    30 30

    -138,4 -142,2

    -4,61 -4,74

    1,56 1,54

    6

    З таблиці видно, що міцність зв'язків міжатомної взаємодії Бе - С вище, ніж у системи Бе - Бе, а довжина зв'язку в системі Бе - С також нижче в порівнянні з довжиною зв'язку в системі Бе - Бе. Отже, межі зерен при наявності домішок бар'єром естафетної передачі деформації з зерна в зерно. Деформація локалізується в мікрооб'ємах, а опір деформації зростає. При цьому атоми домішки закріплюють дислокації, підвищуючи опір пластичному перебігу по межах зерен, а, отже, створюють труднощі повороту зерен. Таким чином, вуглець зменшує рухливість дислокацій і охрупчиваются кордону зерен в сталях і тим самим впливає на освіту елементної стружки при низьких швидкостях різання.

    Зі збільшенням швидкості, а, отже, з ростом температури, формується зливна стружка. Цьому сприяють дифузійні процеси на кордонах зерен, що полегшують поворот зерен і межзеренного дефор-

    мацію. При подальшому зростанні швидкості різання формування елементної стружки пов'язано з запізненням пластичних деформацій. При обробці титанових сплавів і нержавіючих сталей, і сплавів формування елементної стружки також обумовлено охрупчивание кордонів зерен домішками і вид стружки із зростанням швидкості різання не змінюється.

    Список літератури

    1. Комп'ютерне моделювання та дослідження наноструктур в процесах обробки різанням на основі квантово-механічних розрахунків: навч. посібник / Ю.Г. Кабалдін [и др.]; НГТУ ім.Р.Е. Алексєєва. Н.Новгород, 2014. - 119 с.

    2. Атомний підхід до процесів деформації і руйнування зрізаногошару при різанні / Ю.Г. Кабалдін, А.М. Кузьмишина // Праці НГТУ ім. Р.Є. Алексєєва. 2014. №2. С.78-88.

    КРИТЕРІЇ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО УРАЖЕННЯ СУЧАСНИХ РАДІОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ електромагнітної зброї

    Кузнєцов Дмитро Володимирович

    Чорноморське вище військово-морське училище імені П.С. Нахімова, м Севастополь

    FUNCTIONAL CRITERIA OF MODERN RADIO SYSTEMS electromagnetic weapons Kuznetsov Dmitry VladimirovichBlack sea higher naval school named after P. S. Nakhimov, Sevastopol АНОТАЦІЯ

    У статті розглянуті критерії, виходячи з яких, можуть визначатися напрямки в розвитку засобів електромагнітної поразки (електромагнітне зброю). ABSTRACT

    The article describes the criteria on the basis of which can be determined by trends in the development of means of electromagnetic losses (electromagnetic weapon).

    Ключові слова: радіоелектронна апаратура; електромагнітне поле; екранування; енергія ураження; потужне електромагнітне випромінювання; захист.


    Ключові слова: АТОМНА СТРУКТУРА МЕТАЛІВ /ATOMIC STRUCTURE OF METALS /ДИСЛОКАЦІЇ /DISLOCATION /РІЗАННЯ /CUTTING /ДЕФОРМАЦІЯ /DEFORMATION /опору зрушенню /ДОМІШКИ /IMPURITY /КВАНТОВО МЕХАНІЧНІ РОЗРАХУНКИ /QUANTUM MECHANICAL CALCULATIONS /SHEAR STRENGTH

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити