№ 4 (2019)

В процессе эксплуатации детали с нанесенными на них покрытиями часто испытывают нагрузки переменного характера, что сказывается на сроке службы изделий. Исследованию усталостных свойств таких изделий посвящено достаточно много работ, однако изучение влияния переменных нагрузок на структуру и свойства самих покрытий имеет разрозненный характер. Поскольку определение характеристик сопротивления усталости образцов с нанесенными на них покрытиями до сих пор является актуальным, целью исследования являлась разработка конструкции установки для испытаний на усталость и разработка методики испытаний образцов с покрытиями в режиме переменных нагрузок. Для отработки методики испытаний на усталость была разработана установка оригинальной конструкции. При проектировании установки учитывалось, что нагружение образца должно производиться равномерно, чтобы материалы основы и подложки испытывали напряжения, постоянные по всей длине образца. С помощью аналитического решения задачи прочности была разработана методика определения напряжений в покрытии и подложке. Для подтверждения справедливости использования предложенной методики использовали численные методы. С этой целью решали задачу нахождения напряжений в образце, состоящем из двух слоев материалов, с помощью программы Comsol Multiphisics в двумерной постановке. В результате проделанной работы разработана конструкция экспериментальной установки для испытаний образцов с покрытиями с максимальной растягивающей силой 5000 Н и возможностью плавного изменения частоты колебаний. Разработана и апробирована методика испытания образцов с покрытиями без отделения последних от подложки. Показано, что применение описанной методики справедливо, если толщина покрытия составляет не более 7 % от толщины подложки.

В работе рассматривается трехзвенный ползающий змееподобный робот, звенья которого последовательно соединены друг с другом двухкоординатными шарнирами. Робот оснащен четырьмя опорами с управляемым коэффициентом трения между ними и поверхностью. Устройство предназначено для передвижения внутри зданий после чрезвычайных происшествий с целью поиска под завалами людей и транспортировки им предметов первой необходимости. Движение робота осуществляется при управлении оператором в двух режимах: последовательном выполнении команд (вперед, назад, поворот и т. д.) и перемещении из начальной точки в конечную. Для работы в каждом из режимов управления требуется использование банка походок устройства. Разработаны классификации походок ползающего робота по нескольким критериям: по возможности периодического отрыва звеньев от поверхности, по возможности управления трением в опорах, по комбинациям управляемых опор, по типу реализуемого движения устройства. Детально рассмотрены управляемые плоские походки робота при перемещении его вперед, выделено четыре типа походок: продольная, поперечная, поперечная s -образная, продольно-поперечная. Для каждой походки разработана последовательность этапов, сформулированы условия их начала и завершения, накладываемые на движения звеньев связи, определен вектор обобщенных координат. В результате численного моделирования построены графики траекторий центров масс звеньев и центра масс всего устройства для каждой походки, а также графики временных зависимостей углов поворота звеньев. Установлено влияние углов взаимного расположения звеньев на преодолеваемое роботом расстояние. Выявлено, что за одно и то же время движения робот пройдет наибольшее расстояние при продольной походке независимо от углов взаимного расположения звеньев, это же расстояние устройство сможет преодолеть при двух видах поперечных походок при максимально возможном угле взаимного расположения звеньев.

Традиционный подход к ранжировке структур и изломов - сопоставление с эталонами (картинками) - не позволяет объективно описать существующее разнообразие их геометрии, обеспечить прямое сопоставление морфологии структур и изломов для выявления критических параметров структур, определяющих различие в их сопротивляемости разрушению. Формализация подходов к описанию цифровых изображений структур и изломов осложнена, в частности, из-за различий в механизмах разрушения номинально однотипных структур, отличающихся геометрией строения отдельных ее элементов и их конфигурацией в целом; вытекающими отсюда отличиями в метрологическом обеспечении процедур обработки изображений. Обычно подразумевается, что это обеспечивается в рамках используемых специализированных программных продуктов по умолчанию, но на практике не всегда уделяется необходимое внимание сопоставлению альтернативных вариантов процедур обработки изображений с целью выбора оптимального. В этой связи в работе рассмотрены некоторые аспекты получения цифровых изображений структур и изломов, их обработки, обеспечивающих получение воспроизводимых и сопоставимых результатов, несущих содержательную информацию об их морфологии. В частности, оценены роль продолжительности травления, выбор оптимального увеличения микроскопа (в диапазоне величин, сопоставимых по своим возможностям для решения конкретной задачи), процедуры удаления шумов. Обсуждены подходы к выбору эффективных алгоритмов обработки изображений, например, при переходе от балльных оценок структур к измерению геометрии их строения (с учетом представлений о статистической природе строения структур и изломов, масштабов измерения). Оценены эффективность использования классической и непараметрической статистик при сравнении результатов измерений геометрии структур и изломов, возможность классификации «размытых» изображений микроструктур на основе Фурье-преобразования. На основе полученных результатов уточнены некоторые процедуры обработки изображений структур и изломов и показано, что использование статистических характеристик изображений структур и изломов позволяет более объективно ранжировать структуры по геометрии их строения.

Проанализирована информация о соотношении скоростей плавления электродной проволоки на прямой и обратной полярностях сварочной дуги в СО₂. При равных токах скорость плавления на прямой полярности дуги примерно в 2 раза превышает скорость плавления на обратной полярности. Причиной отказа от использования прямой полярности дуги при сварке в защитных газах является низкая стабильность скорости расплавления электродной проволоки. Она вызвана интенсивными перемещениями катодного пятна дуги вследствие изменения эмиссионных свойств поверхности электрода. Предложена методика расчета мощности дуги, передаваемой в плавящийся алюминиевый электрод на разных полярностях. Расчетная удельная мощность (на 1 А тока) значительно больше для электрода-катода и повышается с ростом тока более интенсивно, чем для анода. Экспериментально определена скорость расплавления алюминиевой электродной проволоки диаметром 1,2 мм при прямой полярности дуги в аргоне. Она выше, чем при обратной полярности, также примерно в 2 раза. В пределах токов 80-180 А на прямой полярности дуги не обнаружено значимой зависимости коэффициента расплавления алюминиевой проволоки диаметром 1,2 мм от тока дуги. Расчетная методика обеспечивает удовлетворительную сходимость расчетных и опытных данных по соотношению скоростей плавления электрода на разных полярностях. Полученные формулы позволяют оценивать и эффективную мощность дуги в аргоне для алюминиевых изделий. Дальнейшие исследования планируется направить на определение условий стабильной скорости расплавления электродной проволоки на прямой полярности дуги в защитных газах. Это особенно необходимо при сварке деталей большой толщины для более производительного заполнения разделки кромок.

В настоящей работе проведено исследование развития процесса окисления в ряде бинарных медных сплавов (Cu - 40 % Ni, Cu - 30 % Ni, Cu - 1,6 % Fe, Cu - 0,4 % Cr). Определены преимущественные места зарождения очагов коррозии на поверхности текстурованных лент-подложек из сплавов Cu-Me (где Me=Ni, Cr, Fe) после отжига в окислительной атмосфере в течение 5, 30 и 250 мин при температуре 700 °С. Установлено, что окисление поверхности тонких лент из сплавов Cu - 0,4 % Cr и Cu - 1,6 % Fe происходит не однородно, в отличие от сплавов Cu - 40 % Ni и Cu - 30 % Ni. Более интенсивно очаги коррозии формируются на выделившихся частицах легирующего элемента - чистого хрома или железа, обладающих ОЦК-решеткой. Обнаружено, что оксидная пленка, сформировавшаяся в результате длительного отжига, в сплавах Cu-Cr и Cu-Fe имеет большую толщину в области границ зерен. По данным рентгеноспектрального микроанализа, в спектрах, снятых с границ, регистрируется большее содержание кислорода, чем в центральной зоне зерна. Показано, что в текстурованных лентах из сплавов Cu-Cr и Cu-Fe в процессе кратковременного отжига (700 °С, 5 и 30 мин) происходит не только окисление поверхности, но и внутреннее окисление лент. В результате электронно-дифракционного анализа было установлено, что в процессе окисления на частицах легирующего элемента при отжиге образуется слой комплексного оксида типа шпинели CuМе₂O₄ (Ме=Cr, Fe), в медной матрице при этом происходит выделение дисперсных оксидов меди, преимущественно Cu₂O с незначительной долей CuO.