Теорія та застосування механоплазмового ефекту в процесах інтенсифікації механічного оброблення

О. І. Сошко, В. О. Сошко

Херсонський національний технічний університет, Бериславське шосе, 24, 73008 Херсон, Україна

Отримана: 02.07.2018; остаточний варіант — 03.01.2019. Завантажити: PDF logoPDF

Оглядаються результати вивчення деформації та руйнування твердих тіл у процесі механічного оброблення різанням за умов впливу різних середовищ. Встановлено залежності особливостей процесів, що перебігають за деформації та руйнування металу, від сукупности механічних чинників, властивостей досліджуваного тіла та його фізико-хемічної взаємодії з навколишнім середовищем. Експериментальні дані та найважливіші досягнення в суміжних областях науки уможливили запропонувати гіпотезу про ініціювання та самопришвидшення хемічних перетворень навколишнього середовища в результаті дії позитивного зворотнього зв’язку між хемічним і механічним руйнуваннями. Показано, що в цьому випадку зростаюча тріщина відіграє роль спускового пристрою, що включає процеси хемічних перетворень середовища. Механізм цих процесів і явищ пов’язаний з контактними взаємодіями фізико-хемічних явищ, що мають квантову природу й виникають у момент зростання тріщини, з електрично активною новою структурою, що утворюється внаслідок механічного впливу на метал. Показано, що наявні на сьогодні погляди не зазнали змін з того часу, як було висунуто відоме положення про пониження міцности матеріялу як безпосередній прояв пониження вільної поверхневої енергії при його контакті з середовищем. Втім у дійсності полегшення процесів деформації та руйнування тіла внаслідок адсорбційного середовища не є основною причиною пониження механічних властивостей твердих тіл. Полегшення процесів руйнування металу в середовищах відбувається в результаті контактних взаємодій електрично активних частинок водню з електрично активною реальною структурою металу. Показано, що йонизаторами водневмісних середовищ слугують висока температура зони різання, ювенільні каталітичні активні поверхні щілинного простору між вершиною різця та гирлом тріщини й екзоелектронна емісія. Запропоновано розглядати процес формоутворення виробів у середовищі не як механічний, а як механоплазмовий. Обґрунтовано нові шляхи формоутворення металевих деталів з одночасним дифузійним насиченням поверхневого шару леґувальними елементами, що підвищує експлуатаційну довговічність виробів. Запропоновано спосіб механоплазмового оброблення металів та організовано серійне виробництво мастильно-охолодних технологічних засобів нового покоління.

Ключові слова: механоплазмовий ефект, механічні властивості, механічне оброблення, дифузійний процес, міцність, тріщина, дислокація.

Citation: O. I. Soshko and V. O. Soshko, Theory and Applications of Mechanoplasma Effect in the Processes of Machining Intensification, Usp. Fiz. Met., 20, No. 1: 96–192 (2019), doi: 10.15407/ufm.20.01.096


Цитована література (67)  
  1. P. A. Rehbinder and Ye. S. Lipman, Issledovaniya v Oblasti Prikladnoy Fiziko-Khimii Poverkhnostnykh Yavleniy [Investigations in the Applied Physics and Chemistry of the Surface Phenomena] (Wiley: 1964) (in Russian).
  2. V. A. Tatarenko, S. M. Bokoch, V. M. Nadutov, T. M. Radchenko, and Y. B. Park, Defect Diffus. Forum, 280–281: 29 (2008). Crossref
  3. V. A. Tatarenko and T. M. Radchenko, Intermetallics, 11, Nos. 11–12: 1319 (2003). Crossref
  4. T. M. Radchenko and V. A. Tatarenko, Defect Diffus. Forum, 273–276: 525 (2008). Crossref
  5. T. M. Radchenko, V. A. Tatarenko, and S. M. Bokoch, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 28, No. 12: 1699 (2006); arXiv:1406.0147.
  6. T. M. Radchenko, V. A. Tatarenko, H. Zapolsky, and D. Blavette, J. Alloys and Compounds, 452, No. 1: 122 (2008). Crossref
  7. T. M. Radchenko, V. A. Tatarenko, and H. Zapolsky, Solid State Phenom., 138: 283 (2008). Crossref
  8. A. H. Cottrell, The Mechanical Properties of Matter (MI: University of Michigan: 1964).
  9. V. D. Kuznetsov, Fizika Tverdogo Tela [Solid State Physics] (Tomsk: Izd-vo ‘Krasnoe Znamia’: 1937) (in Russian).
  10. F. Makklitok and A. Argon, Deformatsiya i Razrushenie Materialov [Deformation and Failure of Materials] (Moscow: Mir: 1970) (Russian translation).
  11. R. W. Pytte and A. Christy, The Structure of Matter: An Introduction to Modern Physics (W. A. Benjamin, Inc., New York: 1965).
  12. V. I. Likhtman, E. F. Shchukin, and P. A. Rehbinder, Fiziko-Khimicheskaya Mekhanika [Physicochemical Mechanics] (Moscow: Izd-vo AN SSSR: 1962) (in Russian).
  13. V. M. Finkel, Fizika Razrusheniya [Physics of Failure] (Moscow: Izd-vo Metallurgiya: 1970) (in Russian).
  14. V. K. Starkov, Dislokatsionnye Predstavleniya o Rezanii Metallov [Dislocation Notions on the Cutting of Metals] (Moscow: Mashinostroenie: 1979) (in Russian).
  15. G. I. Suranov, Vodorod: Razrushenie, Iznashivanie, Smazka Detaley Mashin [Hydrogen: Failure, Wear, Lubrication of Parts] (Ukhta: USTU: 2015) (in Russian).
  16. V. A. Soshko and A. I. Soshko, J. Zhytomyr State Technological University. Series: Engineering, 2, No. 2 (80): 160 (2017) (in Russian). Crossref
  17. E. D. Shchukin and A. S. Zelenev, Physical-Chemical Mechanics of Disperse Systems and Materials (Boca Raton: CRC Press: 2015). Crossref
  18. E. D. Shchukin, V. I. Savenko, and A. I. Malkin, Lektsii po Fiziko-Khimicheskoy Mekhanike [Lectures on Physicochemical Mechanics] (Moscow: Izd-vo Nobel Press: 2015).
  19. E. D. Shchukin, Encyclopedia of Colloid and Interface Science (Ed. T. Tadros) (Berlin, Heidelberg: Springer: 2013). Crossref
  20. E. Shchukin, Encyclopedia of Surfaces and Colloid Science (Ed. P. Somasundaran) (New York: Taylor and Francis: 2012).
  21. A. I. Soshko, J. Zhytomyr State Technological University. Series: Engineering, 2, No. 2 (80): 155 (2017) (in Russian). Crossref
  22. O. I. Soshko and V. O. Soshko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 1: 117 (2017) (in Russian). Crossref
  23. Smazochno-Okhlazhdayushchie Tekhnologicheskie Sredstva dlia Obrabotki Metallov Rezaniem. Spravochnik [Lubricating-Cooling Technological Means for Metal Processing via Cutting] (Ed. S. Ehntelis and Eh. Berliner) (Moscow: Mashinostroenie: 1986) (in Russian).
  24. N. A. Galaktionova, Vodorod v Metallakh [Hydrogen in Metals] (Moscow: Izd-vo Metallurgiya: 1967) (in Russian).
  25. Hydrogen in Metals I. Basic Properties (Eds. G. Alefeld and J. Völkl) (Berlin Heidelberg: Springer-Verlag: 1978). Crossref
  26. I. V. Kharchenko, Sovremennye Metody i Tekhnologii Sozdaniya i Obrabotki Materialov: Sbornik Nauchnykh Trudov [Advanced Methods and Technologies of Materials Development and Processing: Collection of Scientific Papers] (Ed. A.V. Byeli) (Minsk: PTI NAS Belarus: 2017)], vol. 2, p. 317 (in Russian).
  27. D. S. Repin, S. Yu. Saibel’, and N. V. Ladanov, Innovatsionnye Tekhnologii v Metalloobrabotke. Sbornik Nauchnykh Trudov [Innovation Technologies in the Metal Processing] (Ulyanovsk: UlGTU: 2017), p. 333 (in Russian).
  28. D. S. Repin, S. Yu. Saibel’, and N. V. Ladanov, Innovatsionnye Tekhnologii v Metalloobrabotke. Sbornik Nauchnykh Trudov [Innovation Technologies in the Metal Processing] (Ulyanovsk: UlGTU: 2017), p. 130 (in Russian).
  29. N. Otami, Tetsu to Khaganz, 60, No. 1 (Moscow: Vsesoyuzny Tsentr Perevodov: 1983) (Russian translation).
  30. A. K. Litvin and V. S. Tkachev, Fiziko-Khimicheskaya Mekhanika Materialov, 12, No. 2: 12 (1976) (in Russian).
  31. C. Peterson and T. K. Kwei, J. Phys. Chem., 65, No. 8: 1330 (1961). Crossref
  32. V. I. Kuleznev and V. A. Shershnev, Khimiya i Fizika Polimerov [Physics and Chemistry of Polymers] (Moscow: Vysshaya Shkola: 1988) (in Russian).
  33. B. A. Shmelev, Metody Opredeleniya i Issledovaniya Sostoianiya Gazov v Metallakh [Methods of Determination and Investigation of the State of Gases in Metals] (Moscow: Nauka: 1968) (in Russian).
  34. M. A. Morris, M. Bowker, and D. A. King, Comprehensive Chemical Kinetics, 19: 1 (1984). Crossref
  35. L. S. Moroz and B. B. Chechulin, Vodorodnaya Khrupkost’ Metallov [Hydrogen Embrittlement of Metals] (Moscow: Metallurgiya: 1967) (in Russian).
  36. G. V. Karpenko, A. K. Litvin, A. I. Soshko, and G. V. Karpenko, Fiziko-Khimicheskaya Mekhanika Materialov, No. 4: 87 (1973) (in Russian).
  37. V. I. Tkachev, A. K. Litvin, and A. I. Soshko, Problemy Prochnosti, No. 12: 77 (1972) (in Russian).
  38. K. K. Aglintsev, Dozimetriya Ioniziruyushchikh Izluchenijy [Dosimetry of the Ionization Radiations] (Moscow: Gostekhizdat: 1957) (in Russian).
  39. V. I. Veksler and A. A. Groshev, Ionizatsionnye Metody Issledovaniya Izlucheniy [Ionization Methods for Study of Radiations] (Moscow: Znanie: 1950) (in Russian).
  40. I. P. Bondarenko and N. V. Budarova, Osnovy Dozimetrii i Zashchita ot Izlucheniy [Fundamentals Dosimetry and Radiation Protection] (Moscow: Vysshaya Shkola: 1962) (in Russian).
  41. Fizicheskiy Ehntsiklopedicheskiy Slovar [Physical Encyclopaedia] (Moscow: Nauka: 1962) (in Russian).
  42. V. S. Fedchenko, A. I. Radkevich, and L. M. Karvatskiy, Fiziko-Khimicheskaya Mehanika Materialov [Physicochemical Mechanics of Materials] (Kiev: Naukova Dumka: 1976) (in Russian).
  43. Chemical Reactions of Polymers (Ed. E. M. Fettes) (New York: Interscience Publishers: 1964).
  44. I. I. Tugov and G. I. Kostyrkin, Khimiya i Fizika Polimerov [Physics and Chemistry of Polymers] (Moscow: Khimiya: 1989) (in Russian).
  45. V. A. Zakrevskiy, Vysokomolekuliarnye Soedineniya [High-Molecular Compounds] (Moscow: Khimiya: 1976) (in Russian).
  46. S. Z. Roginskiy, Teoreticheskie Osnovy Geterogennogo Kontaktnogo Kataliza [Theoretical Basis of Heterogeneous Contact Catalysis] (Moscow: Izd-vo AN SSSR: 1936) (in Russian).
  47. A. B. Nalbandyan, Khimicheskaya Kinetika i Tsennye Reaktsii [Chemical kinetics and Valuable Reactions] (Moscow: Izd-vo Nauka: 1966) (in Russian).
  48. N. I. Semenov, O Nekotorykh Problemakh Khimicheskoy Kinetiki i Reaktsionnoy Osobennosti [On Some Problems of Chemical Kinetics and Reaction Features] (Moscow: Izd-vo Anessr: 1958) (in Russian).
  49. N. N. Semenov, Doklady AN SSSR, 44: 265 (1944).
  50. G. L. Slonimskiy, Zhurnal Vserossiiskogo Khimicheskogo Obshchestva, 4: 73 (1959) (in Russian).
  51. R. Lewis and R. Comer, Surf. Sci., 17, No. 2: 333 (1969). Crossref
  52. Z. G. Sabo, Khimicheskaya Kinetika i Tsepnye Rektsii [Chemical Kinetics and Chain Reactions] (Moscow: Nauka: 1966) (in Russian).
  53. E. R. Gilliland and E. B. Gutoff, J. Appl. Polymer Sci., 3, No. 7: 26 (1960). Crossref
  54. A. M. Zanin, D. P. Kiryakhin, I. M. Barkalov, and V. N. Gol’danskiy, Pis’ma v ZhETF, 33, No. 6: 336 (1981) (in Russian).
  55. E. J. Armarego and R. H. Brown, The Machining of Metals (New Jersey: Prentice Hall: 1969).
  56. L. A. Artsimovich, Ehlementarnaya Fizika Plazmy [Elementary Physics of Plasma] (Moscow: Atomizdat: 1963) (in Russian).
  57. Yu. A. Khrustalev, G. N. Khrenkova, and B. V. Deriagin, Doklady AN SSSR, 257, No. 2: 418 (1981) (in Russian).
  58. A. S. Akhmatov, Molekuliarnaya Fizika Granichnogo Treniya [Molecular Physics of Boundary Friction] (Moscow: Nauka: 1963) (in Russian).
  59. T. I. Trofimova, Kurs Fiziki [Physics Course] (Moscow: Vysshaya Shkola: 2000) (in Russian).
  60. R. Fürth, Math. Proc. Cambridge Phil. Soc., 37, No. 3: 252 (1941). Crossref
  61. V. I. Shapovalov, Legirovanie Vodorodom [Hydrogen Alloying] (Dnepropetrovsk: Izd-vo Zhurfond: 2013) (in Russian).
  62. Yu. G. Kabaldin, O. V. Kretinin, D. A. Shatagin, and A. M. Kuz’mishina, Povyshenie Ehffektivnosti Protsessov Mekhanoobrabotki na Osnove Podkhodov Iskusstvennogo Intellekta i Nelineinoy Dinamiki [Improving the Efficiency of Machining Processes Based on the Approaches of Artificial Intelligence and Nonlinear Dynamics] (Moscow: Innovatsionnoe Mashinostroenie: 2018).
  63. E. M. Podgaetskii, Prot. Met. Phys. Chem. Surf., 52: 183 (2016). Crossref
  64. B. M. Rovinskiy and O. A. Rybakova, Izv. AN SSSR. Tekhnika, 10: 1483 (1952) (in Russian).
  65. V. N. Gridnev, Yu. Ya. Meshkov, and V. I. Trefilov, Fizicheskie Osnovy Ehlektrotermicheskogo Uprochneniya Stali (Kiev: Naukova Dumka: 1973) (in Russian).
  66. T. M. Radchenko and V. A. Tatarenko, Usp. Fiz. Met., 9, No. 1: 1 (2008) (in Ukrainian). Crossref
  67. T. M. Radchenko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 30: 195 (2008) (in Ukrainian).