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.

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.

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.

Исследована взаимосвязь электрических характеристик и интенсивности изнашивания зоны трения металлических композитов без смазки при контактной плотности тока более 100 А/см2, получено начальное представление о микроструктуре поверхностного слоя и распределения химических элементов в нем.

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.

Осуществлено сухое скольжение углеродистых сталей под воздействием переменного электрического тока контактной плотности более 100 А/см2. Показано, что контактный слой легко разрушается в сталях с высоким содержанием углерода. Это проявляется в виде низкой износостойкости по сравнению с износостойкостью низкоуглеродистых сталей. Изношенная поверхность имеет признаки появления жидкой фазы. Методами оже-спектроскопии и рентгеновского фазового анализа показано, что высокое содержание углерода в первичной структуре стали приводит к образованию большого количества гамма-Fe, а также к высокой концентрации углерода около поверхности скольжения.

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.

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.

Представлены результаты сравнительного исследования поведения при трении и износе образцов титанового сплава ВТ6, подвергнутых наноструктурированию поверхностного слоя и последующей химико-термической обработке. Показано, что подобная комплексная обработка позволяет увеличить микротвердость приповерхностного слоя с 3.8 до 4.8...5.6 ГПа, а также существенно повысить износостойкость. Влияние предварительного наноструктурирования поверхностного слоя приводит при последующей химико-термической обработке к увеличению толщины поверхностно упрочненного слоя с повышенной микротвердостью до 50...150 мкм по сравнению с образцами, не подвергавшимися предварительной обработке.

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.

Представлены металлографические изображения поверхностных слоев металлических композитов после трения при контактной плотности тока более 50 А/кв.см. без смазки. Определен элементный химических состав по сечению поверхностного слоя композитов при разных плотностях контактного тока. Установлено, что трение без смазки при разных плотностях тока вызывает насыщение поверхностного слоя углеродом. Отмечено, что содержание металлических компонентов в поверхностном слое ниже по сравнению с их содержанием в шихте. Показано, что поверхностный слой композита на основе стали ШХ15 содержит большое количество окислов в отличие от поверхностного слоя композита на основе медь-железо.

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.

Представлена топография поверхности трения модельных контртела на основе карбидостали после скольжения при плотности тока выше 100 А/см2. Определены износостойкость и электросопротивление зоны скользящего электроконтакта композита на основе переработанной стали ШХ15 и контртела, содержащего коррозионностойкую сталь и карбид хрома.

Представлены результаты исследования структуры поверхностного слоя стали Гадфильда (Г13), образовавшегося в условиях сухого трения скольжения. Изучены особенности деформирования материала под поверхностью трения в зависимости от условий испытания - низкой скорости скольжения и малом давлении, значение которого много меньше предела текучести стали Г13. Методами оптической сканирующей и дифракционной электронной микроскопии исследован фазовый состав и дефектная субструктура на поверхности трения. Показано, что вблизи поверхности трения образуется тонкий, сильно деформированный слой нанокристаллического строения, переходящий в слой с поликристаллической структурой, содержащей двойники деформации и дислокации. Нанокристаллическая структура и присутствие оксидов в поверхностном слое и зоне трения свидетельствуют о высокой температуре и больших пластических деформациях, ответственных за формирование данного слоя. Сделано предположение о том, что деформирование материала, наблюдающееся на большой глубине от поверхности, обусловлен генерированием упругих волн при трении.

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.

Упругие волны, генерируемые при трении, рассматриваются как источник информации о процессах деформации, разрушения и адгезионного схватывания в зоне контактного взаимодействия. На основе компьютерного моделирования показано, что вследствие динамической природы процесса трения для анализа регистрируемых сигналов даже в установившемся режиме помимо преобразования Фурье необходимо применят средства частотно-временного анализа. Полученные результаты позволяют сделать вывод. что закономерности процесса изнашивания могут быть изучены на основе анализа соответствующих акустических спектров.

Рассмотрен механизм формирования фрагментированной микроструктуры при больших степенях деформации, которые реализуются на поверхности металла при трении. Показано, что размер фрагментов в данных условиях является минимальным и связан с достижением дислокационной плотностью критического значения в предельно деформированном состоянии, выше которого силы междислокационного взаимодействия оказываются больше сил внутреннего трения.

Приведено краткое описание одномерной динамической модели развития сдвиговой пластической деформации в поверхностном слое материала при трении скольжения с обоснованием снижения размерности рассматриваемой задачи от 3D до 1D. Представлены некоторые результаты моделирования, иллюстрирующие особенности режима пластического деформирования под действием двух конкурирующих процессов - деформационного упрочнения и термического разупрочнения за счет фрикционного нагрева. Также приведены экспериментальные данные, на основании которых сделан вывод о возможности течения поверхностного слоя подобно вязкой жидкости. Для оценки возможности турбулизации такого слоя по числу Рейнольдса использованы результаты моделирования.

Учебное руководство создано известными специалистами из Кембриджского университета. Подробно рассмотрены механические свойства и микроструктуры металлов и сплавов, полимеров, керамик и композитов. Особое внимание уделено характеристикам прочности для различных режимов нагружения, коррозионной стойкости и процессам обработки. На многочисленных примерах дается обоснование инженерных расчетов, необходимых для конструирования в самом широком спектре применений. Учебник является незаменимым источником для инженеров-проектировщиков в промышленности и строительстве по всем направлениям материаловедения и не имеет аналогов в мировой литературе. Для студентов и преподавателей материаловедческих, машиностроительных и общетехнических факультетов, разработчиков, конструкторов и технологов.

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 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.

Проведён сравнительный металлографический анализ формирования микроструктуры металла при трении скольжения и сварке трением с перемешиванием. На примере сварного соединения алюминиевого сплава, полученного методом сварки трением с перемешиванием, показано, что микроструктура шва имеет все признаки деформированного слоя металла, образованного в результате трения скольжения, сопровождающегося схватыванием сопряжённых поверхностей.

В работе показана возможность изучения закономерностей поведения и диагностики структуры и свойств поверхностных слоев и покрытий на основе спектрального анализа акустических колебаний и силы сопротивления при трении. Исследования проведены на наноскопическом масштабе с использованием численного моделирования методом подвижных клеточных автоматов. Развита методика анализа упругих волн на основе обработки зависимостей от времени таких величин, как компоненты скорости, давление и интенсивность напряжений, регистрируемых в определенной точке поверхности контртела. Идентифицированы основные пики на спектрах регистрируемых данных, обусловленные собственными частотами системы, геометрическими и адгезионными параметрами модели, а также шероховатостью взаимодействующих поверхностей. Показано, что спектры изменения давления в модели качественно подобны акустическим спектрам записи звука в реальном эксперименте. Теоретически обосновывается возможность применения трибоспектрального анализа на основе вычисления силы трения для диагностики неоднородностей и несплошностей наноскопического масштаба в поверхностном слое толщиной до 100 нм. Результаты изучения показали возможность оценки ряда параметров наноскопических несплошностей, таких как характерный пространственный период их расположения и линейные размеры. Обсуждаются области применения предложенного подхода как перспективного неразрушающего метода исследования поведения и диагностики структуры и поврежденности покрытий и поверхностных слоев наноскопической толщины.

Проведен анализ применимости многоуровневого подхода физической мезомеханики к описанию сопряжения упрочненного поверхностного слоя с упруго нагруженной подложкой в парах трения. На примере стали Гадфильда показано, что на поверхностях трения возникает многоуровневая клеточная мезосубструктура, согласующаяся со стохастической моделью интерфейсов в мезомеханике структурно-неоднородных сред.

Исследовано поведение коэффициента трения между жестким коническим индентором и эластомером с учетом локального нагрева, обусловленного диссипацией энергии при трении. Эластомер описывался моделью вязкоупругого материала Кельвина с экспоненциальной зависимостью вязкости от температуры. Показано, что коэффициент трения полностью определяется двумя безразмерными величинами, зависящими от нормальной силы, скорости скольжения, параметра температурной зависимости вязкости, а также от модуля сдвига материала, его вязкости при комнатной температуре и наклона образующей индентора. При этом одна из упомянутых безразмерных величин, не включающая скорость скольжения, определяет форму зависимости коэффициента трения от скорости скольжения. В зависимости от значения данного управляющего параметра, можно выделить области слабого и сильного влияния температуры на коэффициент трения. Для аналитического описания зависимостей коэффициента трения в области сильного влияния температуры предложено обобщение процедуры “master curve”, включающее масштабные множители как по горизонтальной, так и по вертикальной осям координат, в отличие от классического подхода, предложенного Грошем.

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.

На основе дискретно-континуального подхода рассмотрена модель механического взаимодействия в пятне контакта при трении скольжения. Проанализирован частотный спектр возникающих упругих волн, показано наличие частот, зависящих от шероховатости профиля взаимодействующих поверхностей. Анализ, выполненный с помощью Фурье- и вейвлет-преобразований, позволит выявить сложную структуру возникающих при трении упругих волн. Сделан вывод о том. что закономерности процесса изнашивания могут быть изучены на основе анализа соответствующих акустических спектров.

Изучены процессы изнашивания керамики на основе тетрагонального диоксида циркония, частично стабилизированного оксидом иттрия (Y-TZP), при высокоскоростном скольжении по стали без смазочного материала. Испытания проводились по схеме палец-диск до скоростей скольжения 47 м/с. Показано, что в процессе испытаний на изнашивание на поверхности керамических материалов Y-TZP и Y-TZP-Al2O3 возникают трибослои сложного состава, которые являются причиной немонотонного изменения интенсивности изнашивания. На первой стадии при увеличении скорости скольжения (от 0,1 до 4 м/с) имеет место смена типа изнашивания от нормального к катастрофическому с высокой интенсивностью изнашивания. На второй стадии (в диапазоне скоростей от 6 до 47 м/с) интенсивность изнашивания уменьшается практически до начальных значений, характерных для малых скоростей скольжения (0,1 м/с). В этом диапазоне скоростей имеет место практически безысносное трение керамик Y-TZP и Y-TZP-Al2O3.

Изучалась генерация звука при трении скольжения в отсутствие смазки. Одновременно с параметрами звука измеряли коэффициент рения. Установлена корреляция между силой звука, спектром звучания трибоузла и коэффициентом трения. Показано, что не только триботехнические свойства материалов влияют на характеристики звукового сигнала, но и возможно обратное влияние - устранение упругих колебаний в сопряжении, сопровождающихся звуком, приводит к снижению коэффициента трения.

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.

Изложены теория и практика производства износостойких сплавов и композиционных материалов. Проанализированы металлургические и технологические способы повышения износостойкости белых чугунов, графитизированных сплавов, фрикционных чугунов, антифрикционных материалов, высокопрочных композиционных материалов, сложнолегированных и аморфных сплавов. Определены оптимальные режимы обработки расплавов и отливок для получения заданных параметров физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств. Рассмотрены вопросы влияния технологии получения, химического состава и структуры износостойких сплавов и композиций на характеристики статической и динамической прочности и эксплуатационные свойства. Отражены практические результаты создания и использования ряда комплексно-легированных сплавов и композиционных материалов, оценены области их применения. Для инженерно-технических работников, аспирантов, студентов, специализирующихся в области материаловедения, литейного производства и технологии конструкционных материалов. Может быть полезна конструкторам и специалистам в области создания новых конструкционных и инструментальных триботехнических материалов.

Определены электропроводность и интенсивность изнашивания скользящего электроконтакта в среде воздуха или в среде глицерина, или в среде электролита при контактной плотности тока более 100 А/см2. Установлено, что при контактном давлении 0,13 МПа наблюдается высокий электроэрозионный износ материалов пары трения. Увеличение контактного давления до 0,64 МПа способствует уменьшению электроэрозионного износа и увеличению износостойкости контакта. Показано увеличение электропроводности контакта в процессе нанесения электролитического покрытия при контактной плотности тока около 400 А/см2. Представлены оптические изображения слоёв вторичных структур, формирующихся при трении в любой среде.

Исследован процесс наноконструирования медного образца в паре трения с инструментальной сталью. Проведен структурный анализ нанокристаллического слоя, образующегося при трении на поверхности образца. Предложен механизм деформации данного слоя, подобный течению вязкой неньютоновской жидкости или гранулированной среды.

Разработаны и методом порошковой металлургии изготовлены антифрикционные сплавы на основе алюминия, которые обладают достаточной пластичностью для калибровки спеченных подшипников скольжения и пригодны для упрочняющей термообработки. Технология производства самосмазывающихся подшипников апробирована в условиях промышленного производства на южнокорейском предприятии LuBo Industries Incorporation. В работе исследованы твердость, коэффициент трения, сопротивление износу и шероховатость подшипников и вала до и после трибологических испытаний.

Проведены исследования деформационного рельефа, образующегося на гранях [110]- и [111]-монокристаллов меди при трении и сжатии. Для [110]-монокристаллов картина сдвига в обоих случаях представлена тонким деформационным рельефом. При трении [111]-монокристаллов обнаружено отсутствие макрополос деформации, образующихся при сжатии. Расположение следов сдвига при нагружении трением локализовано в области контакта.

Изложены основные идеи метода редукции размерности, показана его эффективность для моделирования трения эластомеров с произвольной линейной реологией и жесткой шероховатой поверхностью, имеющей фрактальный рельеф. Изучено влияние времени фиксации эластомера на жесткой поверхности перед началом тангенциального движения на статический коэффициент трения. Исследовано влияние гармонических осцилляций прижимающей нормальной силы на коэффициент трения при стационарном режиме скольжения.

исследована взаимосвязь между параметрами акустической эмиссии в характером трения и изнашивания твердых нанокристаллических покрытий системы Ti-Al-N, полученных при различных напряжениях отрицательного смещения на образце. Установлена корреляция между параметрами сигналов акустической эмиссии, процессами разрушения покрытий и коэффициентом трения.

Рассмотрен акустический отклик двух различных пар трения, в которых при фрикционном контакте реализуются хрупкое разрушение и интенсивная пластическая деформация. При анализе акустических сигналов применялась методика расчета медианной частоты с использование оконного преобразования Фурье.