Деформирование поверхностных слоев при трении и факторы, влияющие на трибологические свойства металлов

• Автор: Колубаев, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 139 с. : ил.

1. ОСОБЕННОСТИ КОНТАКТИРОВАНИЯ И ТРЕНИЯ СОПРЯЖЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ (литературный обзор)

1.1. Анализ контактирования поверхностей

1.2. Структура поверхностного слоя при трении

1.3. Общие сведения об изнашивании при трении скольжения

1.4. Особенности динамики трения

1.5. Некоторые аспекты трения и износа материалов

с модифицированными поверхностными слоями в свете

физической мезомеханики

Заключение

Постановка задач исследования

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Материалы исследования
2.2. Получение и химико-термическая обработка образцов
2.3. Ультразвуковая ударная обработка
2.4. Ионная обработка
2.5. Нанесение ионно-плазменных покрытий
2.6. Проведение структурных исследований
2.6.1. Металлографические исследования
2.6.2. Растровая электронная микроскопия
2.6.3. Рентгено-структурный анализ
2.7. Измерение микротвердости
2.8. Триботехнические испытания
2.9. Регистрация звука при трении
2.10. Исследование морфологии частиц износа
3. ОСОБЕННОСТИ ДИНАМЖИ ТРЕНИЯ СТАЖ ГАДФИЛЬДА
3.1. Генерация звука при трении скольжения
3.2. Особенности деформирования стали Гадфильда при трении
3.3. Коэффициент трения и звуковые колебания
3.4. Демпфирование фрикционных колебаний
Заключение
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ТРЕНИИ УЛЬТРАЗВУКОВЫМ УДАРНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ
4.1. Структура перлита после ультразвуковой обработки
4.2. Структура поверхностного слоя, образовавшегося при трении
Заключение
5. ОСОБЕННОСТИ ТРЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ С МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
5.1. Изучение трения сталей Г13 и 15НЗМА с
модифицированным ультразвуком поверхностным слоем
5.2. Трение цементированной, обработанной ультразвуком и
закаленной стали
Заключение
6. ДЕГРАДАЦИЯ МЕТАЛЛОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ
ИОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКОЙ, ПРИ ТРЕНИИ
6.1. Трение ионно-плазменных покрытий
6.2. Трибологические свойства ионно-имплантированной бронзы
Заключение
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Поверхностный слой в деформируемом материале, по определению В.Е. Панина, является самостоятельным мезоскопическим структурным уровнем деформации, который играет важную функциональную роль в механическом поведении твердого тела [1]. Это обусловлено не только определенным влиянием структуры поверхностного слоя на свойства твердого тела, что хорошо известно в литературе [2], но и особенностями деформирования, когда наряду с дислокационными механизмами реализуются недислокационные. Низкая сдвиговая устойчивость поверхностного слоя и специфика деформирования^ обеспечивают течение материала на поверхности,, опережающее деформацию В: объеме.
Исходя из сказанного, отметим, что. деформирование поверхностных слоев приобретает особое значение в. процессах, связананных с контактированием сопряженных поверхностей. К ним относится трение и изнашивание. Трение - сложный и многогранный процесс, при котором возможно объединение макро- и микропластической деформации, квазиупругое взаимодействие контактирующих поверхностей, внутреннее и внешнее трение, схватывание за временные промежутки, значительно меньшие, чем позволяет диффузия; поверхностные волны, возбуждаемые ударными воздействиями, автоколебания и многие другие явления.
При таком многообразии факторов, сопутствующих трению, очень трудно выделить основные, определяющие характер поведения сопряжения в том или ином случае. Как показывает опыт и многочисленные данные о свойствах трибообъектов, поведение одних и тех же материалов в разных условиях контактирования может отличаться кардинально. Материал, обладающий высокой износостойкостью в одних условиях, совершенно непригоден в других. Причины этого связаны не только с материаловедческими просистеме устанавливаются колебания, с частотой, характерной собственным колебаниям трибосопряжения.
Кроме того, при контактировании двух твердых тел между поверхностями возникает адгезионное взаимодействие в пятнах касания с образованием “мостиков сварки”, С точки зрения механики разрушение «мостика сварки» аналогично пластическому сдвигу в пятне касания. Следовательно, упругие колебания будут возникать и в этом случае.
В данном разделе приведены результаты измерения звукового сигнала при трении скольжения стали Гадфильда, выполненного по схеме «вал-втулка». Испытания проводили в течение двух часов с постоянной регистрацией звукового сигнала. Диаметр втулок 31,2 мм, частота вращения 0,8 с"1, нагрузка 800 Н. На рис. 3.2 (а) показана интенсивность (сила) звука, записанная в первый час испытаний. Звук, который регистрировался в процессе трения, обусловлен резонансными колебаниями деталей трения, а также деталей крепления. Судя по виду сигнала, возбуждение колебаний трибосопряжения может быть обусловлено разными причинами. Как уже отмечалось, пластический сдвиг и отделение частиц износа вызывают генерацию упругих волн. К возбуждению упругих волн причастно и коррозионно-механическое изнашивание [3,86]. Так как энергетические затраты, требующиеся для реализации этих процессов различны, различаться будут и звуковые сигналы как по интенсивности, так и по спектральным характеристикам. На возбуждение резонансных колебаний отдельных элементов трибосопряжения необходимы различные затраты энергии. Однако связать звуковой сигнал с тем или иным видом деградации материала пары трения в настоящее время не представляКомтртепо
Образец
Рис. 3.1. Генерация упругих колебаний при трении.