На основе метода частиц предлагается модель шероховатой поверхности твердого тела. Несмотря на то, что в работе размер частиц выбран произвольно, эволюция фактической площади касания и изменение напряжения в пятнах контактов достаточно хорошо согласуется с представлениями, которые вытекают из экспериментальных исследований. Эксперименты показывают, что при сближении двух поверхностей давление на контактах значительно выше номинального, это приводит к пластической деформации поверхностных слоев, которая оказывается много больше объемной деформации. В данной модели наглядно показывается, от чего зависит и как формируется напряженное состояние поверхностного слоя. Модель позволяет рассматривать взаимодействие поверхностей не только в стационарном случае, но и при их относительном перемещении.

Методом Оже-спектрометрии определено содержание основных химических элементов в контактном слое металлических графитосодержащих композитов после трения при контактной плотности тока более 100 А/см2. Концентрация углерода в поверхностном слое графитосодержащих композитов на глубине до 50 нм может достигать 40 ат.% и более. Рентгеновским фазовым анализом установлено, что на поверхности трения образуются оксиды или раствор кислорода в зависимости от основы композита. образование оксида FeO в контактном слое соответствует более высоким износостойкости и электропроводности контакта, чем в случае образования раствора кислорода.

Изучена возможность создания упрочненного слоя композита (образца) за счёт массопереноса между взаимодействующими поверхностями в трибоконтакте в условиях электрохимической обработки стали (контртела). Определены интенсивность изнашивания и фазовый состав поверхностного слоя металлического композита при скольжении с токосъёмом в этих условиях. Показано, что скольжение с контактной плотностью тока менее 100 А/см2 не сопровождается износом при любом анодном токе (через электролит). Установлено, что поверхностный слой композита содержит медь, гамма-Fe и aльфа-Fe после трения в электролите. Последующие испытания в условиях сухого скользящего электроконтакта показали низкую износостойкость образцов. В этом случае поверхностный слой содержит aльфа-Fe и малое количество оксида FeO. Изнашивание в этих условиях происходит, в основном, за счёт разрушения первичной структуры в зоне контакта. Сделан вывод о нецелесообразности упрочнения поверхности металлических материалов за счёт массопереноса между контактирующими поверхностями.

Определена износостойкость модельных металлических композитов при трении в условиях скользящего токосъема. Приведены вольтамперные характеристики триботехнического контакта исследуемых материалов. Показаны более низкие электрическое сопротивление трибоконтакта и интенсивность изнашивания материала, содержащего переработанную сталь ШХ15, в сравнении с этими свойствами серийно изготовленного токосъемного материала.

Определены интенсивность изнашивания и коэффициент трения матрично-наполненных композитов на основе меди, содержащих твердые частицы наполнителя. В качестве наполнителей для модельных материалов выбраны гранулы износостойкого аустенитного чугуна и серого чугуна, частицы порошковой стали 110Г13Л и порошкового железа ПЖ3. Показана перспективность применения частиц 110Г13Л и аустенитного чугуна в присутствии графита при создании триботехнических материалов.??.

Эта монография написана как исчерпывающее, всеохватывающее и унифицированное введение в межмолекулярные и поверхностные силы, где показано их влияние на свойства простых систем - азов, жидкостей и твердых веществ, а также более сложные и интересных объектов. С момента выхода первого издания этой книги в 1985 г. экспериментальные и теоретические исследования межмолекулярных взаимодействий значительно продвинулись. Текст книги был расширен с учетом предложений, поступивших от многочисленных коллег автора. Монография освещает недавние результаты в области измерения поверхностных сил, структурных сольватационных и гидратационных сил, гидрофобных взаимодействий, ионно-корреляционных сил, сил тепловых флуктуаций, а также взаимодействий частиц и поверхностей в полимерных расплавах и растворах. Главная цель данной книги - предоставить широкую теоретическую базу в вопросах, касающихся межмолекулярных сил, так, чтобы читатель научился делать выводы о том, какие силы важны в тех или иных системах, которые ему интересны, и правильно применять полученные знания в конкретных задачах (в научных исследованиях или других областях). Книга предназначена для студентов старших курсов, и исследователей, для которых рассматриваемая область не является основной специализацией.

В работе изучены структуры на поверхности трения керамики Y-TZP после трения ее по стали. Показано, что с увеличением скорости скольжения от 0.2 до 11 м/с происходит смена механизмов износа керамики от абразивного, контролируемого мартенситным превращением, до адгезионного, который, в свою очередь, сменяется износом в режиме трения с граничной квазижидкой смазкой. Одновременно с увеличением скорости скольжения происходит количественное изменение параметров структур в приповерхностных слоях, в частности, уменьшается масштаб пространственной сетки трещин, индуцированной трением.??.

Представлены вольтамперная характеристика и интенсивность изнашивания зоны контакта металлических композитов в условиях скользящего токосъема без смазки. Показано, что зона трения композитов, содержащих менее 10 % Си и более 50 % Си, имеет низкую электропроводность и катастрофический износ при плотности тока менее 125 А/см2. . Отмечено, что композиты, содержащие около 20 % Си, имеют интенсивность изнашивания, близкую к нулю при скольжении с плотностью тока до -70 А/см2.. Катастрофический износ реализуется при плотности тока около 125-200 А/см2 в зависимости от структуры и фазового состава.

Проведено исследование карбидостали TiC-сталь Гадфильда при различном содержании TiC (от 30 до 70 %). Изучено влияние структурного состояния стальной связки на прочностные свойства и износостойкость композита. Показано, что наиболее высокой износостойкостью обладают карбидостали, в которых стальная связка находится в метастабильном состоянии.

Боридные покрытия на сталях различных классов довольно широко применяются для снижения интенсивности абразивного изнашивания и термической деградации поверхности деталей машин и оборудования. Кроме того, борирование может быть эффективным методом повышения износостойкости тяжелонагруженных узлов трения. В статье приведены результаты исследования структуры и сопротивления изнашиванию боридных покрытий на стали 15Н3МА. Установлены оптимальная структура боридного слоя и области применения боридных покрытий.

Проведено сравнительное исследование кинетики абразивного изнашивания и износостойкости металлокерамических композитов с карбидной упрочняющей фазой и сплавов на основе железа. Результаты обсуждены с привлечением результатов металлографических исследований структуры материалов. Предложен механизм абразивного изнашивания исследованных композитов.

Представлены результаты измерения нанотвердости деформированного поверхностного слоя стали Гадфильда после испытаний на трение. Обнаружено явление восстановления формы поверхности после индентирования, которое сохраняется в течение нескольких дней после испытаний. Высказано предположение о существовании в деформированном материале эффекта, подобного нелинейной упругости.

Приведены результаты триботехнических испытаний твердого сплава WC-сталь Гадфильда при нагрузке 550 Н и скоростях скольжения 0,65-2,8 м/с в паре с контртелом из инструментальной стали, а также исследования микроструктуры поверхностных слоев твердосплавных образцов. Показано, что в зависимости от скорости скольжения в паре трения "палец-диск" происходит изменение фазового состава поверхностных слоев и топографии поверхности трения.

Исследовано влияние электрических импульсов, прикладываемых во время волочения стальной проволоки, на температурную зависимость внутреннего трения. Обнаружено повышение величины фона внутреннего трения и высоты зернограничного пика после электростимулированного волочения. Природа эффекта связывается с перераспределением примесей при действии импульсов электрического тока большой плотности.

Показано влияние расплава Pb-Sn в контактном пространстве на характеристики скользящего контакта металлических грфитосодержащих композитов. Исследовано распределение химических элементов в поверхностном слое металлических композитов после трения с токосъемом в присутствии расплава Pb-Sn.

Изучены реологические и поверхностные свойства полимерных композиций на основе водных растворов поливинилового спирта, карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламида с наполнителями на базе возобновляемого природного сырья.

Известно влияние условий взаимодействия полимерной матрицы и дисперсного или волокнистого наполнителя на макромеханические характеристики полимерного композитного материала (ПКМ). В настоящей работе детально исследовано перераспределение напряжений в окрестности дисперсного включения в зависимости от деформационных свойств межфазного слоя.

Предложена модель диффузии легирующего элемента в поверхностном слое материала, активированного ионно-лучевым воздействием. В рамках модели процесс характеризуется временем и глубиной активации. Продемонстрировано принципиальное значение учета активации поверхностного слоя для описания формирования диффузионной зоны. Теоретически показана возможность экспериментального определения параметров модели.

Проведены расчеты температурных профилей и градиента температур, возникающих в поверхностном слое металлокерамического сплава (50%(об.) TiC - 50%(об.) сплава Ni - 20% Cr) при электронно-импульсном облучении его поверхности с различными плотностью энергии в электронном пучке, длительностью, количеством и частотой импульсов облучения.

На основе анализа экспериментальных результатов последних лет сделано заключение, что поверхностные слои нагруженных твердых тел являются самостоятельной подсистемой, в которой развиваются волновые механизмы пластического течения, определяющие зарождение первичных деформационных дефектов всех видов. Эти процессы являются синергетическим активатором пластического течения о объеме деформируемого твердого тела.

Обнаружен новый механизм деформации в наноструктурированных поверхностных слоях деформируемого твердого тела и тонких пленках — развитие локализованного пластического течения в виде двойных спиралей. Сформулированы условия развития нового механизма деформации мезомасштабного уровня. Показано, что подобный механизм деформации может развиваться только в многоуровневой среде, имеет волновую природу и хорошо согласуется с полевой теорией неупругой деформации.

На основе системного подхода обосновывается концепция физической мезомеханики, согласно которой поверхностный слой в деформируемом твердом теле является самостоятельной подсистемой. С ростом степени деформации в нем развиваются автономные процессы, оказывающие определяющее влияние на стадийность локализации пластического течения и разрушение образца в целом. Ключевую роль в мезомеханике поверхностного слоя играют его «эффективная» толщина и интерфейс с объемом кристалла, на котором распределение напряженно-деформированного состояния имеет вид «шахматной доски».

Проведена серия численных экспериментов, нацеленных на выявление закономерностей формирования возмущений на внутренних границах раздела и поверхностях твердого тела при внешней приложенной механической нагрузке. Применен разработанный авторами стохастический алгоритм, использующий как базовые понятия классической теории упругости на макромасштабном уровне, так и результаты, полученные в рамках вероятностных подходов для более низких масштабных уровней. Обнаружено, что деформационный профиль поверхностного слоя нагруженного твердого тела имеет многоуровневую самоподобную структуру, где форма поверхности фронта возмущений на более высоком масштабном уровне подобна форме фронтов возмущений от концентраторов напряжений на более низких масштабных уровнях. Распределение напряжений и деформаций на интерфейсе «поверхностный слой – подложка» имеет «шахматный» характер.

Исследуется роль поверхностного слоя в развитии пластической деформации на наноструктурном уровне в условиях динамического нагружения. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики. Показано, что начало процесса локализации деформации непосредственно связано с потерей структурной устойчивости в поверхностных слоях, формированием зон локализации на поверхности и их распространением вглубь материала. Этому предшествуют рассогласованные смещения атомов в приповерхностных областях. Полученные результаты согласуются с известными экспериментальными данными и наглядно подтверждают особую роль поверхностного слоя в формировании и развитии процессов пластической деформации материалов.

В работе представлены результаты исследований элементного состава, структурно-фазовых состояний, свойств пластичности и прочности тонких поверхностных слоев, сформированных в сплавах на основе TiNi при облучении направленными пучками заряженных частиц — ионов и электронов. На примере сплава Ti49.5Ni50.5 продемонстрирована связь между выявленными в работе микроструктурными свойствами поверхностных слоев, исходных и модифицированных облучением, и закономерностями распространения в таких сплавах деформационного процесса.??.

Предложен новый метод получения термостойкого оксида циркония в слоистом композиционном покрытии на сплаве меди. Метод заключается в высоковольтном импульсном воздействии на образец, помещенный в раствор электролита, в результате которого происходит модификация поверхностного слоя циркония без участия нижних слоев подложки с последующим образованием оксида. характеризующегося повышенной термостойкостью. Подобные покрытия могут быть использованы, например, на внутренней обшивке сопла в двигателях для аэрокосмической промышленности.

Исследованы особенности многоэлементной ионной имплантации в частотно-импульсном режиме с использованием композиционных катодов системы Ti-B-Si, полученных методом порошковой металлургии. изучены элементный состав и профили распределения имплантированных ионов бора, титана и кремния в поверхностных слоях образцов меди и стали. Обсуждаются факторы, способствующие формированию глубоких имплантированных слоев с высокой концентрацией бора и кремния.

Изучено взаимодействие зон макролокализованной деформации, определяющее разный характер пластического течения и разрушения при растяжении плоских образцов стали 65Х13 с азотированными лицевыми или боковыми гранями. Зоны локализованной деформации, инициированные трещинами в упрочненом поверхностном слое, количественно аттестованы величиной интенсивности скорости деформации. Изменение формы зон оценивали по изменению конфигураций линий равного уровня интенсивности скорости деформации и по металлографическим картинам деформационного рельефа. Определен механизм влияния экстремальных величин интенсивности деформации на макроориентированность поверхности разрушения азотированных образцов и сформулирован критерий предразрушения материалов с упрочненным поверхностным слоем.

Трение микрогетерогенных композитов на основе TiC проведено при нагрузке выше 100 МПа в смазочной среде. Скольжение металлических электроконтактных материалов осуществлено при плотности тока выше 100 А/см2 без смазки. Показано, что при высоких нагрузках давлением или электрическим током износ поверхности трения увеличивается при увеличении количества легирующих атомов или числа фаз в первичной структуре материала.

Образцы порошковой стали ШХ15, восстановленной из шлифовального шлама подшипникового производства, были спечены в графитовом контейнере на воздухе после предварительного прессования при давлениях 1-N300 МПа. Показано, что пористость и удельное электрическое сопротивление спечённых продуктов уменьшались при увеличении давления предварительного прессования. Спечённые продукты имели заданную пористость более 50%. Механические свойства спечённых образцов (твердость и предел прочности при изгибе) увеличивались при увеличении давления предварительного прессования. Было обнаружено, что образцы имели низкую пластичность и высокую твердость (до 0,9 ГПа). Предположено, что высокая твердость при высокой пористости обусловлена образованием цементита и оксидов железа в пористом стальном каркасе в процессе спекания. Это предположение подтверждается также высоким удельным электросопротивлением (выше 100 мкОм*м) спечённых образцов. Сухое скольжение спечённой стали не вызывало заметного разрушения поверхности трения медного контртела, т.к. изнашивалась сама сталь. Интенсивность сухого изнашивания спечённых образцов увеличивалась до очень высоких значений (до 50 мкм/км) при увеличении контактной плотности тока до 30 А/см2. Отмечено, что интенсивность сухого изнашивания незначительно уменьшалась при увеличении давления предварительного прессования. Пропитка стального каркаса маслом И-20 позволяла осуществлять граничное трение аналогично самосмазывающемуся подшипнику. Интенсивность изнашивания образцов после пропитки заметно ниже интенсивности изнашивания этих же образцов до пропитки. Кроме того, наблюдалось увеличение допустимой контактной плотности тока до значений 100 А/см2. Увеличение давления предварительного прессования приводило к некоторому уменьшению интенсивности изнашивания. Изменение вязкости смазки не приводило к заметному изменению интенсивности изнашивания. Но увеличение вязкости смазки вызывало уменьшение электропроводности контакта. Характеристики такого скользящего контакта под воздействием электрического тока контактной плотности более 50 А/см2 сравнимы с характеристиками известного токосъёмного композита марки ИЛГТ. Отмечена необходимость корректировать предложенный способ спекания и находить технологические приемы, улучшающие свойства токосъёмного материала типа самосмазывающийся подшипник.

Получена порошковая сталь, восстановленная из шлифовального шлама подшипникового производства. Осуществлено спекание этой стали в графитовом контейнере на воздухе при температуре менее 1000 °С. Отмечено, что спечённая сталь имеет пористость около 50 - 60 %. Методами оптической металлографии показано, что поры имеют линейные размеры 20 - 50 мкм. Эти большие поры соединены узкими каналами. Последний фактор затрудняет возможность эффективной пропитки порового пространства смазочными маслами. Рентгенограммы спечённых образцов содержат рефлексы оксидов железа и карбида железа в пористом каркасе, которые появляются вследствие несовершенства технологии спекания на воздухе. Установлено, что спечённая сталь быстро изнашивается при сухом скольжении по меди вследствие адгезионного взаимодействия и появления хрупких микротрещин в поверхностном слое, обусловленных присутствием оксидов и карбида железа. Кроме того, эти химические соединения препятствуют достижению высокой электропроводности зоны контакта. Эта же спечённая сталь после пропитки индустриальным маслом проявляет износостойкость, сравнимую с промышленным токосьёмным композитом. Сделан вывод о целесообразности создания спечённого композита на основе порошковой подшипниковой стали путём корректировки параметров технологии его спекания на воздухе с целью исключения образования оксидов и карбида железа.

Представлены результаты исследования структуры поверхностного слоя стали Гадфильда, образовавшегося в условиях сухого трения скольжения. Изучены особенности деформирования поверхностного слоя в зависимости от условий испытания — низкая скорость скольжения и малое давление, когда нормальные напряжения на поверхности трения значительно меньше напряжения текучести стали Г13. Методами оптической, сканирующей и дифракционной электронной микроскопии исследована дефектная субструктура в поверхностном слое. Показано, что высокая твердость поверхностного слоя обусловлена сочетанием разномасштабных дефектов. Области металла внутри зерна, разделенные дефектами мезоскопического уровня — плоскостями сдвига и двойниками, характеризуются высокой плотностью дефектов микроскопического уровня — дислокациями и микродвойниками.

Исследована генерация звука при трении скольжения стали Гадфильда в отсутствие смазки. Одновременно с параметрами звука измеряли коэффициент трения, изучали структуру подповерхностного слоя и морфологию частиц износа. Установлена корреляция между силой звука, спектром звучания трибоузла и коэффициентом трения. Показано, что устранение упругих колебаний в сопряжении приводит к снижению коэффициента трения. Дается интерпретация взаимосвязи динамического поведения пары трения и триботехнических характеристик.

В монографии отражены результаты многолетних исследований авторов и других ученых в области трибофизики, трибоматериаловедения и триботехнологий. Дана характеристика трибологических систем и трибологических процессов, рассмотрены процессы структурной модификации и самоорганизации полимерной матрицы в условиях деформации и терния. Отдельно рассмотрены методы поверхностного упрочнения и структурной модификации металлических материалов, применяемых в металлополимерных узлах трения. Рекомендуется научным и инженерно-техничеким работникам, специализирующимся в области надежности и долговечности машин и технологического оборудования.

Рассмотрено влияние различных режимов электронно-лучевой наплавки на характеристики поверхностного слоя стали. Проведено сравнение технологии электронно-лучевой обработки поверхности на ускорителе релятивистских электронов и в вакууме.

Имя заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, лауреата Государственной премии СССР, доктора технически наук, одного из основателей Института машиноведения РАН, профессора Михаила Михайловича Хрущова (1890-1972) широко известно ученым в области трибологии, материаловедения и технологии машиностроительных материалов. Он является одним из основоположников отечественной трибологической науки. Его научные интересы были чрезвычайно разнообразны: антифрикционные материалы, подшипники скольжения, смазывающие материалы и их смазывающая способность, разработка методов и приборов для исследования механических свойств поверхностных слоев и измерений малых износов, защита от изнашивания деталей двигателей внутреннего сгорания и сельхозмашин и многое другое. Созданный М. М. Хрущовым в ИМАШ РАН Научный семинар по трению и износу в машинах, носящий его имя, пользуется заслуженным авторитетом среди специалистов в области трения, износа и смазки. Настоящий сборник содержит ряд ставших классическими работ М. М. Хрущова в области трибологии и материаловедения, в числе которых монографии "Микротвердость, определяемая методом вдавливания" (1943) и "Исследования приработки подшипниковых сплавов и цапф" (1946), являющиеся в настоящее время библиографической редкостью, а также работы в области испытаний смазочных масле, методов и конструкции приборов для испытания на микротвердость, опубликованные в малодоступных современному читателю изданиях. Книга предназначена для научных работников, спирантов и инженеров, специализирующихся в области трибологии, материаловедения, микромеханических испытаний материалов и нанотехники; будет также полезна для студентов старших курсов технических вузов и всех, кто интересуется историей техники.

В работе исследовано влияние ультразвукового модифицирования на структуру и свойства азотированных слоев, полученных в плазме дугового разряда низкого давления. Фрактографический и рентгеноструктурный анализ, а также анализ механических и триботехнических свойств показал, что ультразвуковое модифицирование стали 40Х13 изменяет фазовый состав, увеличивает глубину, микротвердость и износостойкость азотированного слоя.

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.