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 хаpaктеристиками 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 пpaктически 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 хаpaктеристик 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 хаpaктеризует определенное структурное состояние упрочненных слоев только в условиях реализации усталостного механизма изнашивания, и по этой причине его можно тpaктовать 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 пpaктически 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 хаpaктеризуется приближением значения параметра ατ к 1.
Для покрытий, полученных при импульсных вариантах легирования чистыми металлами (хромом, молибденом, вольфрамом), хаpaктерна 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 пpaктически линейный хаpaктер. 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, пpaктически 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 хаpaктеристиками 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 хаpaктеристики 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 смaзoчного 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 хаpaктеристики в связи со значением фактора ωE а количество смaзoчного материала - пассивировать динамические хаpaктеристики контакта в связи с хаpaктеристикой βq. Наличие специальных таблиц, количественно связывающих параметры ωE ,αR и βq с хаpaктеристиками 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.
Статья в формате PDF
111 KB...
22 07 2026 5:48:58
Зачастую жены священно и церковнослужителей к 40 годам оставались без супруга с 6-8 детьми на руках, половина из которых малолетние, а некоторые носителями неизлечимой болезни. Права на наследство и различного рода материальную помощь строго регламентировались Синодальным управлением. Семьи получали полные пенсии после cмepти родителя, если выслуга составляла не менее 30 лет. Малоимущие семьи священников имели право на получение единовременного пособия. Если срок выслуги отца семейства был менее 10 лет. Благополучие вдов с детьми священно и церковнослужителей зависело от состояния здоровья отца, что давало возможность исправно и в соответствии с временными нормами выработки нести службу, в противном же случае – святое семейство оставалось без средств к существованию.
...
21 07 2026 11:39:39
Статья в формате PDF
736 KB...
20 07 2026 17:50:37
Статья в формате PDF
255 KB...
19 07 2026 16:42:58
Статья в формате PDF
122 KB...
18 07 2026 3:30:21
Статья в формате PDF
108 KB...
17 07 2026 6:18:24
Статья в формате PDF
125 KB...
16 07 2026 20:26:45
Физико-технический лицей № 1 целенаправленно решает задачу выявления интеллектуально одаренных школьников и развития их способностей. Содержание, формы и методы обучения в лицее базируются на принципах профилизации, вариативности, фундаментализации, интегративности, гуманизации, иформатизации. Профильные предметы - математика, физика и информатика. Их изучение занимает 54 % учебного времени, а изучение биологии и химии - всего 10 %. Для учащихся, проявляющих интерес и способности к изучению естественнонаучных предметов проводятся занятия в спецкурсах и кружках, индивидуальные консультации, реализуются учебно-исследовательские проекты. За счет выбора индивидуальной образовательной траектории эти учащиеся имеют возможность достичь высоких результатов в изучении биологии и химии, вплоть до побед на международных олимпиадах.
...
15 07 2026 4:58:42
Статья в формате PDF
109 KB...
13 07 2026 5:27:31
Статья в формате PDF
251 KB...
12 07 2026 18:16:36
Статья в формате PDF
126 KB...
11 07 2026 18:45:13
Статья в формате PDF
108 KB...
10 07 2026 12:39:34
Статья в формате PDF
289 KB...
09 07 2026 21:17:31
Статья в формате PDF
258 KB...
08 07 2026 23:49:41
Статья в формате PDF
260 KB...
07 07 2026 15:56:20
Статья в формате PDF
112 KB...
06 07 2026 14:27:59
Статья в формате PDF
221 KB...
05 07 2026 18:16:25
Статья в формате PDF
296 KB...
04 07 2026 8:37:25
Статья в формате PDF
272 KB...
03 07 2026 9:39:37
Статья в формате PDF
282 KB...
01 07 2026 9:41:42
Статья в формате PDF
118 KB...
30 06 2026 6:52:20
Статья в формате PDF
287 KB...
29 06 2026 11:50:13
Статья в формате PDF
111 KB...
28 06 2026 11:22:37
Статья в формате PDF
257 KB...
27 06 2026 11:48:10
Статья в формате PDF
125 KB...
26 06 2026 8:32:59
Статья в формате PDF
209 KB...
25 06 2026 10:17:26
Статья в формате PDF
134 KB...
23 06 2026 12:40:45
Статья в формате PDF
102 KB...
22 06 2026 5:42:37
Статья в формате PDF
108 KB...
21 06 2026 3:12:32
Статья в формате PDF
219 KB...
20 06 2026 19:58:31
Статья в формате PDF
127 KB...
19 06 2026 16:19:18
18 06 2026 2:37:31
Статья в формате PDF
161 KB...
16 06 2026 18:29:50
14 06 2026 5:45:53
Статья в формате PDF
120 KB...
13 06 2026 15:46:32
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::