Изучены трибологические аспекты наноструктурирующего выглаживания стальных поверхностей деформирующим индентором, связанные с обоснованием выбора материала индентора и смазочно-охлаждающей технологической среды по критериям величины коэффициента трения в контакте «индентор - обрабатываемая деталь» и отсутствия признаков адгезионного схватывания и усталостных микротрещин, а также с установлением эффективности применения наноструктурирующего выглаживания для улучшения трибологических свойств сталей. Показаны перспективы использования инденторов из синтетического алмаза и плотного нитрида бора при реализации наноструктурирующего выглаживания коррозионностойкой стали 20X13 и цементированной стали 20Х. Установлено повышение наноструктурирующим выглаживанием сопротивления конструкционных сталей изнашиванию в условиях абразивного воздействия и трения скольжения в различных средах (смазка, вода, воздух, аргон) за счет ограничения процессов микрорезания, пластического оттеснения, усталостно-окислительного изнашивания и адгезионного схватывания.

The paper studies tribological aspects of nanostructuring burnishing of steels. The efficiency of the process in improving the tribological properties of steels is assessed as regards the choice of an indenter material and lubricant-coolant reasoning from the friction coefficient at the “indenter-treated part” contact and from the absence of adhesive bond and fatigue microcracks. It is shown that synthetic diamond and dense boron nitride are promising indenter materials for nanostructuring burnishing of corrosion-resistant 20X13 steel and cement 20X steel. It is demonstrated that nanostructuring burnishing increases the wear resistance of structural steels under abrasive action and sliding friction in different media (lubricant, water, air, and argon) due to suppressed processes of microcutting, plastic edging, fatigue and oxidation wear, and adhesive bonding.

Исследованы закономерности абразивного изнашивания высоколегированных сталей и диффузионных покрытий. Показано влияние структуры и свойств поверхности на механизмы изнашивания и особенности разрушения материала.

Представлены токовые зависимости электропроводности и интенсивности изнашивания электроконтакта сталь/сталь 45 в условиях скольжения без смазки при плотности тока более 100 А/см2. Установлено, что увеличение содержания легирующих элементов или упрочняющих фаз в первичной структуре стали приводит к низкой прочности поверхностного слоя, что проявляется в высокой интенсивности изнашивания контакта и в катастрофическом изнашивании при низкой плотности тока.

Проведены исследования элементного состава и микротвердости поверхностного слоя образцов инструментальных сталей с карбидным упрочнением после восстановительной термообработки и последующей имплантации ионов Ti в различных режимах. Исследования износостойкости выполнены на пуансонах, служащих для холодного выдавливания корпусов веловтулок. Установлена корреляция между характером изменения элементного состава и служебными характеристиками изделий в зависимости от режимов имплантации.

Представлена топография поверхности трения модельных композитов на основе сталей ШХ15 и Г13 после скольжения при плотности тока свыше 100А/см3, определены износостойкость и вольт-амперная характеристика, скользящего электроконтакта модельный композит - сталь 45.

Определены вольт-амперная характеристика и линейная интенсивность изнашивания модельного композита, содержащего переработанную сталь ШХ15, при скоростях скольжения 2, 5 и 10 м/с. Показано, что при плотности тока больше 100 А/см2 в зоне трения формируются вторичные структуры с хорошей электропроводность, но низкой пластичностью. Установлено, что частицы износа образуются вследствие хрупкого разрушения вторичных структур. Показано, что введение в зону трения сплав Pb-Sn приводит к релаксации механических напряжений, отсутствию износа при скольжении с плотностью тока 250 А/см2 и уменьшению электросопротивления контакта.

Содержит 320 марок сталей и сплавов черных металлов. Для каждой марки указаны назначения, виды поставки, химический состав, механические свойства в зависимости от состояния поставки, температуры испытаний, режимов термообработки, поперечного сечения заготовок, места направления вырезки образца, технологические и физические свойства. Для конструкторов, технологов, исследователей и других специалистов всех отраслей машиностроения, может быть полезен студентам вузов.

Методами атомной силовой и акустической микроскопии и оже-спектроскопии исследованы вторичные структуры (механически смешанные слои), образованные на поверхностях износа стали 45 в присутствии нанопорошков пластичных металлов.??.

Изучали акустическую эмиссию при трении стали X120Mn12 1. Измеряли коэффициент трения скольжения в отсутствие смазки и регистрировали параметры акустической эмиссии. Установлена взаимосвязь между спектром акустической эмиссии и коэффициентом трения.

В сборнике представлены результаты работ, проведенных Институтом качественных сталей ЦНИИЧМ совместно с заводом "Электросталь", НПО "ЦНИИТмаш", ТПИ и ВНИИМТ и другими организациями, по изучению структуры, фазового состава и свойств конструкционных, коррозионностойких и жаропрочных сталей и сплавов, а также биметаллов. Значительное внимание уделено повышению качества и служебных характеристик сталей и сплавов за счет рационального легирования, термической обработки и применения прогрессивных технологических процессов. Приведены составы ряда новых марок сталей и сплавов с повышенными эксплуатационными свойствами. Сборник предназначен для научных работников научно-исследовательских и проектных институтов, а также инженерно-технических работников заводов металлургической и машиностроительной промышленности.

Представлены статьи, посвященные изучению структуры и свойства конструкционных и специальных сталей, а также сплавов титана. Рассмотрены вопросы упрочнения и разрушения сталей и сплавов, влияние на их свойства химического состава, фазовых превращений, термической и термомеханической обработок. Сборник предназначен для научных работников и инженеров-металлофизиков и термистов, а также студентов и аспирантов, специализирующихся в области термической обработки и физики металлов.

Методами спекл-интерферометрии, электронной. оптической и атомно-силовой микроскопии исследованы структура и закономерности деформирования поверхностных слоев металлов и сплавов при трении. Проанализированы причины локализации деформации. Предлагается объяснение высокой износостойкости стали Гадфильда на основе данных об эволюции структуры поверхностного слоя.

Исследовано изменение нанотвердости и износостойкости поверхностного слоя, усталостных характеристик образцов сталей 38ХН3МФА и ШХ-15 при облучении высокоэнергетическими пучками ионов Hf + B. Наблюдаемые эффекты связываются с наноструктурированием поверхностного слоя при имплантации композиции ионов, которое исследовалось методами просвечивающей электронной микроскопии.

Исследовано влияние температуры старения на микроструктуру и механические свойства ферритно-мартенситной стали ЭК-181, подвергнутой закалке и последующей ультразвуковой обработке. Показано, что после высокотемпературного старения при 720С в поверхностных слоях стали образуется нанокристаллическая структура а-фазы с карбидами ванадия по границам зерен.

Исследована возможность получения термически стабильных наноструктурных поверхностных слоев в стали ЭК-181 (16Х12В2ФТаР) за счет ультразвуковой обработки и ионно-плазменного азотирования. Показано, что сочетание ультразвуковой обработки и азотирования не позволяет создать нанокристаллическую структуру а-фазы в поверхностных слоях стали ЭК-181. Изменение механических характеристик определяется составом и объемной долей нитридных фаз.

Представлены результаты исследования структуры, фазового состава, триботехнических свойств и механики пластического деформирования при трении имплантированной по различным режимам ионами азота стали 40Х. Показано, что предварительная закалка стали интенсифицирует диффузионный перенос модифицирующей примеси в подповерхностные слои при температурах имплантации 620-670 К. Иаксимальная износостойкость при адгезионном изнашивании модифицированной стали достигается после ее обработки при температурах 670-720 К на стадиях образования высокоазотистых нитридных фаз. Выделение в модифицированном слое низкоазотистых нитридных частиц вызывает снижение адгезионной стойкости слоя. Предложена модель, объясняющая пониженную износостойкость таких слоев диссоциацией в местах тепловых вспышек. Формирование на поверхности упрочненного слоя достаточной толщины подавляет ротационный характер развития пластического деформирования в подповерхностных слоях и, тем самым, существенно снижает интенсивность изнашивания.

Приведено краткое исследование изменения фазового состава при спекании композитов на основе подшипниковой стали с добавками карбидов кремния и бора в шихте. Обнаружено полное растворение карбида бора при спекании с образование боридов железа, что привело к исчезновению фрикционных свойств спеченного материала. В композитах, содержащих карбид кремния, эффект растворения фрикционной составляющей частично уменьшается за счет введения крупнодисперсного порошка, что вызывает повышение коэффициента трения.

Исследована вольт-амперная характеристика зоны электроконтакта и интенсивность изнашивания спеченных композитов на основе стали ШХ15 и стали Г13 при скольжении по стали 45 с введением олова и свинца в хону трения. Установлено, что при образовании расплава наблюдается заметное уменьшение электросопротивления, которое вызывает нелинейность вольт-амперной характеристики контакта. Одновременно наблюдается увеличение прочности контактирующих слоев, что проявляется в увеличении износостойкости. На основе закона Ома качественно показано, что нелинейность вызвана изменением площади фактического электроконтакта. Представлены результаты аналогичных экспериментов для композитов, не содержащих свинец и олово. Обнаружено, что при таком изменении фазового состава резко уменьшается электропроводность и прочность поверхностного слоя.

Определены вольтамперная характеристика, интенсивность изнашивания и шероховатость поверхности трения спеченных модельных композитов состава медь-графит-сталь ШХ15. Показано, что композиты, содержащие менее 10% и более 50% Cu, формируют зону трения с низкими электропроводностью и износостойкостью. Композиты, содержащие 15-20% Cu, формируют зону трения с относительно высокими электропроводностью и износостойкостью. Максимальные значения параметров шероховатости (Ra=2,98 мкм и Rz=24,5 мкм) реализуются на поверхности трения материала, содержащего 50% Cu.

Исследованы механические свойства керамики ZrO2-3 вес. % MgO в зависимости от количественного фазового состава. Показано, что. уровень механических свойств керамики обусловлен количеством моноклинной фазы, содержащейся в материале. Обнаружено, что помимо, механизма трансформационного превращения, полученная керамика упрочнена микротрещинами. Также изучены триботехнические свойства керамик ZrO2=3 вес.% MgO, упрочненной микротрещинами и мартенситным превращением в условиях сухого трения по стали. Обсуждаются факторы, влияющие на поведение такой керамики при трении и износе.

Исследованы износостойкость армко-железа и стали 45 после имплантации различными ионами. Показано, что изменение акустических свойств трибосистемы а счет демпфирования объемных акустических колебаний и подавление поверхностных акустических колебаний за счет ионной имплантации приводит к повышению износостойкости материала. Влияние акустических колебаний, генерируемых при трении, на изнашивание материалов трибосистем по своему характеру подобно дополнительной "эффективной" нагрузке.

Исследовано влияние нанокомпозитных покрытий на основе Fe–Cr–Ni–N, нанесенных на образцы из высокопрочной стали 38ХН3МФА с помощью магнетронного напыления при разном парциальном давлении азота в условиях ионной бомбардировки и нагрева подложки на износостойкость и нанотвердость металлического компонента при работе в паре трения «сталь 38ХН3МФА –полиамид ПА-66». На основании анализа фазового состава, параметра решеток, среднего размера зерен, определенных рентгеноструктурным методом, обсуждается взаимосвязь свойств покрытий с их структурно-фазовым состоянием.

Электронно-лучевая закалка поверхностных слоев стали 50 позволила достичь существенного уровня упрочнения, что связано с образованием высокодисперсной мартенситной структуры. Обнаружено существование линейных зависимостей твердости, износостойкости и глубины зоны полной фазовой перекристаллизации от удельной поверхностной энергии излучения. Сопоставление расчетных данных с экспериментальными позволило определить значение температуры аустенизации при нагреве электронным пучком.

Исследованы микроструктура и фазовый состав поверхностных слоев ферритно-мартенситной 12%-й хромистой стали ЭК-181, формирующиеся при различных сочетаниях ультразвуковой и термической обработок. Показано, что нанокристаллическая структура alfa-фазы, по границам зерен которой выделяются частицы карбидов ванадия, образуется только в случае ультразвуковой обработки, выполняемой между закалкой и старением. Промежуточная ультразвуковая обработка обусловливает максимальное увеличение предела текучести исследуемых образцов при одноосном растяжении. Установлена корреляция между микроструктурой, механическими характеристиками и типом излома. Ключевые слова: микроструктура, фазовый состав, наноструктурирование поверхностных слоев, механические свойства, фрактография излома.

При деформации растяжением сталей с покрытиями обнаружен волновой характер процесса множественного растрескивания покрытия. В зависимости от отношения толщин и микротвердости основы и покрытия проявляются такие нелинейные волновые процессы, как волны переключения и заселения. С помощью оптико-телевизионного измерительного комплекса показано, что инициированные развивающимися трещинами зоны локализованной деформации определяют неоднородный характер деформации и разрушение исследованных композиций типа «сталь – покрытие».

Работа посвящена исследованию влияния ультразвукового поверхностного пластического деформирования сварных соединений стали ВКС-12 на их структурно-фазовое состояние и механические характеристики. Показано, что материал приповерхностного слоя толщиной около 40 мкм после обработки приобретает трехслойное строение с образованием наноструктуры на глубине до 3...4 мкм. На большей глубине регистрируются субзеренная структура с большеугловой разориентацией субзерен и фрагментированная структура. Установлена связь наноструктурирования поверхностного слоя с повышением циклической долговечности сварных соединений.

Авторами исследовано влияние ультразвуковой финишной обработки на структуру и свойства поверхностных слоев углеродистых сталей. При ультразвуковой финишной обработке на поверхности изделия формируются слои с градиентной структурой. Такое строение поверхности обеспечивает улучшение прочностных свойств композиции «градиентный слой – основа» для всех типов стали. Повышение дефектности кристаллического строения поверхностного слоя после ультразвуковой финишной обработки позволило предложить данный метод как способ предварительной подготовки поверхности перед химико-термической обработкой. Исследования показали, что предварительная ультразвуковая обработка изменяет глубину упрочненного слоя и соотношение фаз при азотировании.

В работе с помощью современных методов профилометрического анализа, оптической металлографии и просвечивающей электронной микроскопии показаны морфологические и структурные превращения, происходящие в поверхностном слое малоуглеродистой стали при точении и последующих операциях шлифования и ультразвуковой финишной обработки (УФО). Показано. что при соблюдении оптимальных режимов УФО технологическая наследственность, создаваемая точением, устраняется. Поверхностный слой стали имеет однородную модифицированную структуру.

Показана возможность существенного упрочнения стали легированием поверхностного слоя, расплавленного с использованием энергии релятивистских электронов. Изучено влияние различных параметров обработки (ускоряющего напряжения, тока пучка, скорости перемещения образца, его температуры и др.) на структуру, глубину, твердость и износостойкость легированного слоя. Разработано несколько типов легирующих смесей на основе карбидов вольфрама, хрома и бора, включающих дополнительные присадки и модификаторы. Подобрано оптимальное соотношение в них компонентов. Проведено сравнение технологии легирования в пучке релятивистских электронов с технологией вакуумного электронно-лучевого легирования. Для дополнительного улучшения структуры слоев использована термическая обработка.

Систематизированы результаты выполненных преимущественно авторами многолетних исследований характера, закономерностей, механизма изнашивания и коррозионного разрушения газонефтепромыслового оборудования в различных условиях эксплуатации. Показано различие условий эксплуатации оборудования, что оказывает при разработке месторождений многофакторное влияние на коррозионно-механическое разрушение и изнашивание конструкционных материалов. На современном научном уровне изложены особенности механического изнашивания стали при скольжении в гидро- и газоабразивном потоке. Отмечена прочностная основа износостойкости стали, предложены критерии износостойкости как комплексные характеристики механических свойств сталей и сплавов. Приведена информация о принципиально различном влиянии сероводорода на коррозионное поведение углеродистых сталей и алюминиевых сплавов. Большое внимание уделено принципам создания высокопрочных и износостойких нецементуемых сталей взамен цементуемых и упрочняющим технологиям, способствующим повышению эксплуатационных свойств алюминиевых сплавов и покрытий. Рекомендации, предложенные на основании результатов исследований, направлены на повышение долговечности газонефтепромыслового оборудования и инструмента. Книга рекомендована как учебное пособие для студентов и аспирантов нефтегазовых вузов и факультетов, будет полезна для инженерно-технических и научных работников газонефтяных предприятий, проектных и исследовательских организаций.

Приведены фотографии микроструктур после закалки и отпуска сталей. Рассмотрен характер коррозионного разрушения сварных соединений: коррозия "ножевого" типа, структурно-избирательная, межкристаллитная (МКК), коррозионное растрескивание под напряжением цельнотянутых и электросварных труб. Показан микроструктура литых сплавов с повышенным содержанием кремния. Характерной особенностью справочника является полное соответствие микроструктуры, фазового состава и ударной вязкости стали после конкретной термической обработки. Предназначен для инженерно-технических работников научно-исследовательских институтов, заводских лабораторий металлургической, авиационной, химической и машиностроительной промышленности.

Описан метод оценки качества поверхности и ее истирающей способности, состоящий в том, что стальная цилиндрическая поверхность вытирает углубление на плоской поверхности образца их эталонного материала. Об истирающей способности судя по величине углубления, полученного в равных условиях (нагрузка, смазка, скорость скольжения, путь трения). Экспериментально показано влияние на истирающую способность обработанной поверхности метода обработки, типа станка (при шлифовании), твердости контр-тела, направления обработки по отношению к направлению скольжения и некоторых других технологических факторов, Показан метод оценки качества стальных поверхностей высоких классов чистоты по их истирающей способности. Оценивается прирабатываемость и истирающая способность поверхности, а также связь между истирающей способностью обработанной поверхности и коэффициентом трения. Книга рассчитана на исследователей и практиков конструкторов, машиностроителей, занятых повышением стойкости и надежности машин и механизмов.

Получены зависимости электропроводности контакта и интенсивности изнашивания металлических материалов от плотности электрического тока в условиях трения скольжения. Установлено, что легирование основы материала приводит к ускорению разрушения поверхности трения. Методом оже-спектрометрии определено присутствие кислорода около 40 ат. % в поверхностном слое. Методом рентгенографии показано, что в поверхностном слое формируется оксид FeO, который способствует увеличению электропроводности контакта.

Приведены данные о химическом составе, режимах термической обработки и механических свойствах при различных температурах конструкционных и нержавеющих сталей, получивших широкое распространение и разработанных вновь. Рассмотрены свойства сталей с малым содержанием никеля и без никеля, рекомендуемых взамен сталей с большим содержанием никеля. Приводятся химические составы и свойства нержавеющих сталей переходного (аустенитно-мартенситного) класса: указаны режимы азотирования и цементации нержавеющих сталей, а также их свойства при различных температурах. Книга рассчитана на научных и инженерно-технических работников различных отраслей машиностроения, в которых применяются теплостойкие конструкционные и нержавеющие стали.

Методом Оже-спектроскопии определен элементный состав поверхности трения металлических композитов, содержащих 10% (об.) графита. Установлено, что после трения без смазки содержание углерода и кислорода в поверхностном слое достигает 40-80% (ат.) и 5-40% (ат.) соответственно. показано, что простой элементный состав структурных составляющих композитов приводит к более высокой износостойкости.

Приведены результаты исследования триботехнических характеристик композиционного материала WC-сталь 110Г13 в контакте со стальным диском в диапазоне скоростей скольжения от 10 до 40 м/с при давлении 2 МПа, а также структуры поверхностей трения после испытаний. Установлена область скоростей скольжения (23-30 м/с), в которой наблюдается катастрофическое изнашивание материала. При более высоких скоростях протекает установившееся изнашивание. Показано, что резкое увеличение интенсивности изнашивания (в четыре раза) в диапазоне скоростей скольжения 23-30 м/с связано со сменой механизмов изнашивания. Установлено, что приповерхностная область материала WC-сталь 110Г13 имеет многослойное строение, причем слои сильно отличаются по структуре и свойствам.

В учебном пособии, в соответствии с программой дисциплины "Основы трибологии", разработанной специалистами Ассоциации инженеров-трибологов России, изложены основные положения контактного взаимодействия твердых тел, свойства и топография их поверхностей, природа и виды внешнего трения, влияние различных факторов на трение. Описаны различные виды изнашивания, роль смазки, температуры, фрикционности и антифрикционности материалов для деталей сопряжений, основные способы повышения износостойкости материалов и деталей машин. Приведены расчетные методы оценки интенсивности изнашивания наиболее часто встречающихся трибосопряжений, Рассматриваются основные положения моделирования трибологических процессов, методы испытания на трение и изнашивание, а также роль трибологии в решении социально-экономических проблем, обусловленных трибологическим источникам: потери от недовыпуска продукции, потери всех видов ресурсов, ухудшение экологичности, энергетической эффективности различных видов транспорта и др. Пособие рассчитано на студентов технических специальностей, изучающих эту дисциплину или ее разделы в других дисциплинах, аспирантов, научных и инженерно-технических специалистов в области трения, износа и смазки в машинах.

Исследованы триботехнические характеристики композиций СВМПЭ с графитом и дисульфидом молибдена в условиях сухого трения, граничной смазки и абразивного износа. Показано, что интенсивность изнашивания полимерных композиций “СВМПЭ—графит” и “СВМПЭ—MoS2” в условиях сухого трения скольжения снижается в два раза по сравнению с чистым СВМПЭ. При этом механические характеристики изменяются незначительно. В условиях абразивного изнашивания износостойкость указанных композитов увеличивается в 1,3—1,5 раза. Определены оптимальные содержания наполнителей с точки зрения повышения сопротивления изнашиванию. Исследованы надмолекулярная структура и топография поверхностей износа композиций СВМПЭ с различным содержанием наполнителей. Проведен сравнительный анализ износостойкости композитов в режимах сухого трения и смазки. Обсуждаются механизмы износа полимерных композиций СВМПЭ—графит и СВМПЭ—MoS2 в условиях сухого трения скольжения и абразивного изнашивания.

С целью разработки биосовместимых антифрикционных композитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) в первой части работы определены механические и триботехнические характеристики гибридной полимерной матрицы в виде смеси СВМПЭ с политетрафторэтиленом (ПТФЭ) в условиях сухого трения, граничной смазки и абразивного износа. Показано, что интенсивность изнашивания указанного материала в условиях сухого трения скольжения снижается более, чем вдвое в сравнении с чистым СВМПЭ. При этом механические характеристики изменяются несущественно. В условиях граничной смазки (дистиллированная вода) износостойкость матричного материала близка к таковой при сухом трении скольжения. В условиях абразивного изнашивания износостойкость композиций мало отличается от износостойкости исходного СВМПЭ. Обсуждаются механизмы изнашивания полимерной смеси СВМПЭ—ПТФЭ в условиях сухого трения скольжения и абразивного изнашивания.??.