ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СТРУКТУРНОЙ ГЕТЕРОГЕННОСТИ НА ПРОЦЕССЫ ИЗНАШИВАНИЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ
Кинетика процессов изнашивания, коэффициенты трения скольжения и коррозионная стойкость высокопрочных покрытий, полученных термодиффузионными технологиями, являются в значительной степени структурно чувствительными и зависят от особенностей строения активного слоя. Безусловно, что на триботехнические свойства покрытий в первую очередь оказывает влияние их микроструктура, определяемая характеристиками структурной гетерогенности: размером фрагментов поликристалла, типом, геометрией, топографией, размерами и плотностью макродефектов (пор и включений). Достоверным является то, что субструктура, вид и уровень напряженного состояния также влияют на повреждаемость, и особенно на начальной стадии повреждаемости - зарождении микротрещин.
В течение продолжительного времени проводились триботехнические испытания различных термодиффузионных покрытий на изнашивание при трении скольжения. Они позволили сделать ряд принципиальных обобщений по взаимообусловленности структурного состояния покрытий и кинетики процессов износа.
Испытания для условий нереверсивного трения проводили на модернизированной стандартной машине СМЦ-2 с доработкой, в том числе узла крепления образца под схемы «штифт - шайба» и «кольцо - башмак». Установка позволила непрерывно контролировать износ в процессе эксперимента. Для имитации условий работы многих высокоскоростных узлов трения, была разработана оригинальная установка для испытаний на изнашивание в условиях нестационарного по скорости и нагрузке реверсивного трения в агрессивных газовых средах в диапазонах нагрузок до ~ 90 МПа и скоростей скольжения ~ 30 м/с с использованием гидроимпульсного генератора ударных волн [1,2].
Кинетика изнашивания термодиффузионно упрочненных сталей в области преимущественно усталостных процессов повреждаемости практически во всех случаях может быть отражена уравнением
(1)
в котором параметр Кх весьма чувствителен к субструктурному состоянию поверхностного слоя. В подтверждение этого в табл. 1 приведены данные по изменению показателя износостойкости в зависимости от технологических режимов упрочнения сталей.
Таблица 1
Изменение параметра Кx • 10-2 в зависимости от режимов трения сталей после электрогидроимпульсного упрочнения
|
Контактные давления, МПа |
Мягкие режимы упрочнения |
Жесткие режимы упрочнения |
||||
|
Скорость скольжения, м/с |
||||||
|
1.0 |
2.0 |
3.0 |
1.0 |
2.0 |
3.0 |
|
|
0.8 |
З* |
4* |
5* |
4* |
4* |
7* |
|
1.0 |
5* |
5* |
7* |
5* |
7* |
8* |
|
2.0 |
8* |
10* |
10 |
10* |
10* |
10 |
|
5.0 |
1.5 |
20 |
35 |
10 |
20 |
25 |
|
8.0 |
20 |
30 |
35 |
30 |
30 |
30 |
*3она механизма усталости.
Примечание. Границы субструктурных характеристик для мягких и жестких режимов упрочнения следующие: р= (2...3) • 1012 см-2; D* = 40 нм; Δα/α= 2-10-3.
Примечательно, что при жестком режиме воздействия, формирующем высокие уровни субструктурной повреждаемости, а значит, и меньшую энергоемкость, происходит повышение скорости изнашивания.
Параметр Кх линейно зависит от скорости трения Vтр и описывается степенной аппроксимацией от контактных давлений с показателем функции, равным 0.20...0.40. Последнее подтверждается серией экспериментов по изнашиванию сталей после импульсных способов их упрочнения. Производный параметр Ux в уравнении (1) в достаточной степени корректно характеризует определенное структурное состояние упрочненных слоев только в условиях реализации усталостного механизма изнашивания, и по этой причине его можно трактовать как экспериментальную материальную триботехническую константу.
Создание высокопрочных покрытий на сталях путем формирования легированного слоя расширяет зону усталостных механизмов изнашивания, Адгезионные процессы регулируются только в области низких скоростей скольжения, причем адгезионная зона весьма стабильна по своей топографии и практически не зависит от вида материала покрытия и типа слоя. В области диаграммы, где сочетаются высокие скорости и нагрузки, преобладают трибохимические процессы поверхностной повреждаемости.
Для высокопрочных покрытий, в отличие от упрочненных стальных структур, кинетика неустановившегося изнашивания описывается выражением (1) с некоторыми приближениями. Степенной показатель ατ может быть меньше 1 и принимать значения в широком диапазоне от 0.2 до 0.9 в зависимости от структуры покрытий. Для однородных по химическому составу слоев этот параметр составляет 0.7...0.9. Переход к режиму установившегося изнашивания характеризуется приближением значения параметра ατ к 1.
Для покрытий, полученных при импульсных вариантах легирования чистыми металлами (хромом, молибденом, вольфрамом), характерна некоторая стабильность степенного показателя as в кинетическом уравнении. В частности, для усталостной зоны диаграмм изнашивания значение составляет-(1.2...1.3) (табл.2)
Таблица 2
Значения параметра as уравнения (1) для сталей, легированных молибденом и хромом электрогидроимпульсным методом
|
Контактные давления, МПа |
Покрытие из молибдена |
Покрытие из хрома |
||
|
|
Тип1 |
Тип 2 |
Тип1 |
Тип 2 |
|
0.5 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
|
1.0 |
1.2 |
1.2 |
1.2 |
1.2 |
|
2.0 |
1.2 |
1.2 |
1.2 |
1.3 |
|
4.0 |
1.3 |
1.3 |
1.3 |
1.3 |
|
6.0 |
1.3 |
1.3 |
1.3 |
1.3 |
|
8.0 |
1.3 |
1.3 |
1.3 |
1.4 |
|
10.0 |
1.3 |
1.3 |
1.3 |
1.4 |
|
12.0 |
1.4 |
1,4 |
1.4 |
1.5 |
|
14.0 |
1.4 |
1.5 |
1.4 |
1.5 |
|
16.0 |
1.4 |
1.6 |
1.4 |
1.6 |
При более высоких контактных нагрузках, когда возможно протекание триботехнических реакций и микросколов, параметр as возрастает до значения 1.7...1.9.
Изнашивание покрытий из различных керамических материалов, полученных высокоэнергетическими технологиями, показало, что реакции износа, так же как и в случае для покрытий из тугоплавких металлов, на стадии регулярного изнашивания имеют практически линейный характер. Типы слоев по отношению объемов V расплавов: 1) VMO≥VFE. 2) VMO≈VFE при Vтр≈ 1 м/с указаны в табл.2. С увеличением давления скорость износа возрастает нелинейно (табл. 3) (ασ ≈1.3...1.4), в то время как фактор скорости, и особенно при малых нагрузках, практически не влияет на износостойкость.
Таблица 3
Влияние контактных давлений σ к на скорость изнашивания керамических покрытий, полученных лазерными технологиями (Х·107 мкм/мин*)
|
Контактные нагрузки, МПа |
Тип керамического материала |
||||
|
Fе2В |
FеN |
W |
TiN |
W+Мо |
|
|
10 |
0.9 |
1.0 |
1.2 |
0.7 |
0.7 |
|
80 |
7.6 |
8.4 |
10.1 |
6.0 |
5.6 |
|
120 |
11.3 |
12.5 |
13.2 |
9.0 |
8.6 |
Отмечено, что значения скоростей изнашивания коррелируют с прочностными упругими характеристиками материалов, а также со структурными макрогетерогенностями покрытий. Меньшей оксидации подвергаются нитридные и боридные покрытия (табл.4).
Таблица 4
Скорости изнашивания фрикционных пар с керамическими покрытиями (X 107 мкм/мин)
|
Контактные нагрузки, МПа |
Тип фрикционной пары |
|||||
|
Fе2В-Fе2В |
Fе2В-Fе2Н |
Fе2В-сталь |
Fе2М-сталь |
Fе2N-Fе2N |
сталь-сталь |
|
|
40 |
1.9 |
1.4 |
4.8 |
7.5 |
4.0 |
3.4 |
|
320 |
15.5 |
52 |
64 |
100 |
165 |
100 |
|
Механизмы изнашивания |
У+Тх |
Тх+У |
А |
А+Тх |
У+Тх |
А |
Примечание. Обозначения механизмов: У - усталостный, Тх - триботехнический, А - адгезионный.
Мягкое контртело при сухом трении активизирует износ триботехнической пары вследствие развивающихся процессов адгезии, однако при наличии смазки оно формирует трибопленку и нивелирует износ.
При высоких контактных нагрузках, превышающих прочностные характеристики керамических материалов, микроконтактные объемы последних могут квазихрупко скалываться, что значительно активизирует процессы изнашивания. Кинетика триботехнической повреждаемости в этом случае может быть аппроксимирована уравнением (1) при больших значениях степенного показателя ασ≈1.8...1.9.
В результате моделирования фрикционных процессов широкого класса материалов было получено эмпирическое уравнение для коэффициента трения, отражающее параметрическое влияние свойств материала покрытий, реологию поверхностного трения и свойство смазочного материала:
где показатель Kβ можно определить как 0.25
Эмпирические параметры ωE , αR и βq, отражают определенные свойства элементов трибосистемы: wE - физико-механические свойства контактирующих высокопрочных материалов и изменяются от -12 до +12; αR - микрогеометрию трущейся поверхности и имеют определенный реологический смысл в интервале от 0.05 до 0.50; βq - адгезионные свойства смазки окружающей среды и изменяются от 0.1 до 0.9.
Зависимость (2) рекомендуется использовать при моделировании коэффициента трения с учетом начальных величин давления σk и скорости скольжения Vcк. Сочетание параметров (Vcк и ωE), (σk и αR) и (S и βq) отражает определенный физический смысл. Скорость трения может изменять физические характеристики в связи со значением фактора ωE а количество смазочного материала - пассивировать динамические характеристики контакта в связи с характеристикой βq. Наличие специальных таблиц, количественно связывающих параметры ωE ,αR и βq с характеристиками триботехнической системы, дает возможность с высокой точностью оценивать коэффициент трения в связи с реальной структурой гетерогенного.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Власов В.М., Нечаев Л.М. //Работоспособность высокопрочных термодиффузионных покрытий в узлах трения машин. Тула: Приок.кн.изд-во, 1994, 237с.
- Фролов Н.Н., Власов В.М.//Газотермические износостойкие покрытия в машиностроении. М.:Машиностроение, 1992, 255с.
Отзывы (через Facebook):
Оставить отзыв с помощью аккаунта FaceBook:
Статья в формате PDF 717 KB...
04 08 2021 0:53:25
Статья в формате PDF 335 KB...
03 08 2021 19:20:53
Статья в формате PDF 145 KB...
02 08 2021 17:58:51
Статья в формате PDF 109 KB...
01 08 2021 12:55:24
Статья в формате PDF 123 KB...
30 07 2021 20:46:39
Статья в формате PDF 119 KB...
29 07 2021 20:24:46
Статья в формате PDF 99 KB...
28 07 2021 10:51:35
Статья в формате PDF 141 KB...
27 07 2021 8:55:34
Статья в формате PDF 131 KB...
26 07 2021 22:23:45
В статье раскрываются новые знания, которые становятся стратегическим ресурсом, обеспечивают России статус великой державы и формирование упреждающей реакции на скрытые угрозы национальным интересам. Паспорта научных специальностей способствуют консолидации интеллектуальных ресурсов страны на самых актуальных направлениях исследований. Выявленные различия характеризуют определяющую роль паспорта научной специальности в резонансном взаимодействии с диссертационными работами, при наличии которого достигается соответствие предмета исследования паспорту научной специальности. Резонансное взаимодействие объекта и субъекта в научном творчестве при выполнении диссертационной работы составляет основной принцип интеллектуальной информационной технологии как инструмента научного творчества. ...
25 07 2021 6:17:55
Статья в формате PDF 100 KB...
24 07 2021 18:26:59
Статья в формате PDF 133 KB...
23 07 2021 16:28:34
Статья в формате PDF 120 KB...
22 07 2021 5:22:13
Статья в формате PDF 110 KB...
21 07 2021 22:38:12
Статья в формате PDF 132 KB...
20 07 2021 7:49:57
Статья в формате PDF 94 KB...
19 07 2021 21:59:22
Статья в формате PDF 110 KB...
18 07 2021 4:32:27
Статья в формате PDF 113 KB...
17 07 2021 4:21:23
Статья в формате PDF 216 KB...
16 07 2021 16:55:30
Статья в формате PDF 112 KB...
15 07 2021 3:16:36
Статья в формате PDF 134 KB...
14 07 2021 0:40:40
Статья в формате PDF 121 KB...
13 07 2021 21:22:46
Статья в формате PDF 101 KB...
12 07 2021 1:26:46
Статья в формате PDF 109 KB...
11 07 2021 16:24:55
Статья в формате PDF 167 KB...
10 07 2021 19:19:19
Статья в формате PDF 109 KB...
09 07 2021 21:13:36
Приведены данные по распространению элементов платиновой группы ( Э П Г) в офиолитах Салаира, Алтая и Горной Шории. Э П Г в наибольших концентрациях отмечены в проявлениях хромитов, образующих подиформные залежи, а также в никелевых проявлениях с обильными сульфидами меди, никеля и кобальта. Минералы Э П Г представлены изоферроплатиной, иридосмином и рутениридосмином. Реже встречаются самородная платина, рутениевый невъянскит и рутениевый сысерскит. В рудных телах также присутствуют в повышенных концентрациях золото и серебро. Состав минеральных фаз платиноидов указывает на близость к восточно-уральскому геолого-промышленному типу, связанному с изверженными породами габбро-клинопироксенит-перидотитовой формации. ...
07 07 2021 1:17:16
Лимфатическая система с момента закладки является частью единой сердечно-сосудистой системы и образуется в эмбриогенезе путем выключения части первичных вен и их притоков с эндотелиальными стенками из кровотока. Неравномерный рост первичного лимфатического русла с эндотелиальными стенками, в т.ч. путем его частичной магистрализации и редукции, лежит в основе морфогенеза вариабельной дефинитивной лимфатической системы у плодов в прямой связи с закладкой лимфатических узлов. ...
06 07 2021 20:52:20
Статья в формате PDF 196 KB...
05 07 2021 4:59:31
Статья в формате PDF 204 KB...
04 07 2021 11:14:44
Поскольку средняя температура Земли очень медленно уменьшается из-за удаления от Солнца вследствие расширения Вселенной, то достаточно резкие изменения температуры в пределах нескольких градусов могут происходить только в результате пространственных и временных колебаний на самой планете. Такие колебания происходят чередованием ледниковых периодов на северных побережьях Атлантического и Тихого океанов. Анализ длительности ледниковых периодов и межледниковий Атлантического побережья позволяет утверждать, что такие качели действительно существуют, и в настоящее время происходит смена Тихоокеанского оледенения Атлантическим. Данная гипотеза позволит объяснить гибель динозавров, эволюцию лошади, расселение человека и прогнозировать глобальные изменения климата. ...
03 07 2021 4:24:18
Статья в формате PDF 295 KB...
02 07 2021 12:33:42
В статье описана и исследована методами математической статистики хронологическая аномалия космонавтики. Обоснован биномиальный закон распределения числа хронологических совпадений. Показано, что вероятность случайного появления рассматриваемых совпадений весьма мала. Метод исследования, применяемый в работе, преимущественно основан на статистическом анализе хронологии при помощи параметризации дат событий и проверки соответствующего критериального свойства. Используются параметры: условные номера дней с начала летоисчисления N, с начала года n и год Г. Основными информативными параметрами являются интервалы времени между событиями. Обоснован биномиальный закон распределения числа хронологических совпадений. Показано, что вероятность случайного появления рассматриваемых совпадений весьма мала. ...
01 07 2021 17:41:14
Статья в формате PDF 110 KB...
30 06 2021 8:29:31
Рассмотрена экономико-математическая модель конкуренции двух фирм на однородном рынке сбыта. Приводится формулировка соответствующей задачи Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка, описывающей динамику развития системы, которая может быть легко обобщена на случай произвольного количества конкурирующих предприятий. Дана экономическая интерпретация полученных результатов. ...
29 06 2021 2:29:40
Статья в формате PDF 296 KB...
27 06 2021 6:15:58
Статья в формате PDF 259 KB...
26 06 2021 21:53:15
Статья в формате PDF 110 KB...
25 06 2021 0:39:21
Статья в формате PDF 116 KB...
24 06 2021 7:39:57
Статья в формате PDF 108 KB...
21 06 2021 12:20:51
Статья в формате PDF 120 KB...
20 06 2021 5:32:15
Статья в формате PDF 125 KB...
18 06 2021 19:46:39
Статья в формате PDF 99 KB...
17 06 2021 11:19:19
Статья в формате PDF 134 KB...
16 06 2021 16:38:13
Еще:
Обзоры -1 :: Обзоры -2 :: Обзоры -3 :: Обзоры -4 :: Обзоры -5 :: Обзоры -6 :: Обзоры -7 :: Обзоры -8 :: Обзоры -9 :: Обзоры -10 :: Обзоры -11 ::
Последовательность подготовки научной работы может быть такой: