Обеспечение эксплуатационных характеристик поверхностного слоя конструкционной керамики (стр. 2 из 2)

Для анализа экспериментальных результатов используем аналитически установленные результаты в работе?9?. Среднее значение максимальных разрушающих напряжений при чистом изгибе образца прямоугольного сечения при его неизменном значении определяется по следующей зависимости

(2)

где

-минимальная разрушающая нагрузка;

- распределение вероятности разрушающей нагрузки; n-количество дефектов. Используя зависимость (2), можно оценить влияние режимов шлифования на прочность образцов. Из рисунка 6 видно, что с увеличением числа дефектов в нагружаемой зоне образца n и уменьшением параметра трещиноватости r , средняя прочность снижается. Уменьшая режимы резания, а ,следовательно, и силовое воздействие на обрабатываемую поверхность можно снизить параметр трещиноватости и увеличить среднюю прочность изделий на изгиб. Следовательно, структура дефектного слоя определяется как физико-механическими свойствами, так и режимами алмазного шлифования керамики и ситалла.

Другим не менее важным показателем трещиноватого слоя является ориентация дефектов относительно вектора скорости резания. Обработочные дефекты на поверхности ситалла АС-418 имеют ветвящуюся структуру с размерами до 200мкм. Некоторые продольные трещины сливаются, образуя магистральные, направленные вдоль вектора скорости шлифования. Ориентация трещин находится в пределах от 0 до 60 град. От направления движения зерна, а распределение дефектов по углу ориентации равномерное. Исследование структуры дефектного слоя керамики из Si3N 4 показали преимущественную ориентацию дефектов в направлении движения алмазного зерна с длиной дефектов до 140мкм. В диапазоне углов от 0 до 50 град. параметр трещиноватости более чем в два раза меньше (r=2,9) , чем в диапазоне от 50 до 90 градусов. Это свидетельствует о том, что вероятностные размеры трещин в направлении движения больше. Кроме этого и плотность дефектов в первом диапазоне выше. Полученные результаты свидетельствует о преимущественной ориентации трещин в направлении движения зерна, об анизотропии структуры поверхностной дефектности КК. Она оказывает непосредственное влияние на прочностные свойства поверхностного слоя КК после алмазного шлифования.

С учетом структуры дефектного слоя, для образца заданного прямоугольного сечения средняя прочность при изгибе определяется последующей зависимости:

(3)

где a 1=

;

a 2 =

;

;

n -количество дефектов в нагружаемой области

j (a ) – функция, определяющая влияние направления дефектов на развитие трещин[4] ;

К1с-величина сопротивления материала развитию трещин, МПа м0,5.

Используя зависимость (3) было определено влияние направления обработки на среднюю прочность образцов при испытаниях на изгиб. Средняя прочность образцов снижается на 9-21% при изменении направления обработки с продольной на поперечную при плоском шлифовании периферией круга. Эти результаты говорят о хорошей сходимости экспериментальных и теоретических значений средней разрушающей нагрузки от направления обработки [5] . Изменение направления обработки при плоском алмазном шлифовании, с продольного на поперечное образцов из ситалла АС-418, приводит к снижению средней прочности ситалла на изгиб на20-50%. Большее снижение прочности для обоих материалов соответствуют более интенсивным режимам резания.

Производственный процесс изготовления деталей из КК должен быть построен на достижении постепенного уменьшения дефектов обработки с целью обеспечения их прочности и надежности при эксплуатации Выбор инструмента, схемы и режимов обработки определяется структурой и свойствами материалов заготовки. Механическая обработка не должна приводить к превышению размеров и плотности дефектов выше определенно допустимого значения с учетом их распределения и ориентации в поверхностном слое. Интенсификация режима шлифования, прежде всего за счет увеличения подачи, вызывает увеличение сил резания, приводит к развитию дефектности поверхностного слоя изделий и, как следствие, к снижению их прочностных характеристик. Изменяя параметры режима можно управлять дефектностью обработанной поверхности технических ситаллов и керамики, обеспечивая заданную прочность изделий. Дефектность, возникающая при обработке, не должна превышать уровень структурной дефектности. В этом случае прочность керамических изделий не снижается.