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.

Представлены результаты исследований сухого трения скольжения стали Гадфильда (Г13). Изучены особенности деформирования поверхностного слоя стали в зависимости от условий испытания - низкой скорости скольжения и малом давлении, когда нормальные напряжения на поверхности трения значительно меньше напряжения текучести стали Г13. Проанализировано влияние модифицирования поверхностного слоя на характер трения и изнашивания.

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.

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.

Показано, что при трении композита WC-сталь Гадфильда по стали в диапазоне скоростей скольжения до 37 м/с при давлении 2 МПа происходит изменение структуры приповерхностных областей. При этом при скоростях до 20 м/с состав поверхности трения не отличается от исходного композита, а после скоростей скольжения выше 20 м/с возникающие при трении трибослои обогащены железом и содержат в своем составе оксид Fe3WO4. При давлении 4 МПа в диапазоне скоростей скольжения 15-37 м/с, вследствие разогрева поверхности трения композита, происходит образование "козырьков", состоящих из деформированного композита и трибослоев.

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.

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.

С помошью вейвлет-преобразования и оконного преобразования Фурье выполнен частотно-временной анализ звуковых волн, регистрируемых микрофоном при трении стали Гадфильда. Предложенная методика позволила установить связь между появлением квазипериодических всплесков интенсивности на регистрируемых акустических сигналах с процессами, отвечающими за формирование частиц износа. Показано, что частотно-временной анализ акустической эмиссии трибосистемы наряду с традиционными подходами может быть использован для исследования особенностей процесса изнашивания.

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.

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.

Приведены результаты исследования структуры и нанотвердости деформированного поверхностного слоя стали Гадфильда, образовавшегося в условиях сухого трения скольжения. При наноиндентировании обнаружен эффект восстановления формы, деформированной в результате трения боковой поверхности образца, перпендикулярной поверхности трения. Обсуждается природа высокой износостойкости стали Гадфильда.

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.

Исследованы структуры поверхностей трения образцов твердого сплава (композита) WC-сталь Гадфильда после их трибологических испытаний в паре со стальным диском. Установлен факт присутствия на поверхности трения композита после скоростей скольжения 10 м/с белого нетравящегося слоя. Методами оптической и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа показано, что "белый слой" имеет сильнодеформированную нанокристаллическую структуру с повышенной твердостью и составом, близким к составу объема композита.

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.

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.

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.

Проведены исследования характера изнашивания твердого сплава WC-сталь 110Г13 в паре с литой инструментальной сталью в широком интервале скоростей скольжения и давлений. Изучена эволюция структуры и фазового состава композита. Определен оптимальный режим работы данной пары трения.

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.

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.

Описаны процессы трения и изнашивания, рекомендованы оптимальные пары материалов, наиболее эффективные конструкции сопряжений, рассмотрены принципы подбора материалов, обработки поверхностей, а также назначения режимов работы и направления оптимизации узлов трения. Для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием. исследованием и эксплуатацией машин.

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.

Во 2-м томе советско-польского справочника изложены сведения о характерных узлах трения, работающих со смазочными материалами. Рассмотрены различные смазочные материалы и принципы их подбора с целью минимизации трения и изнашивания. Изложена техника смазывания элементов машин. Приведены инженерные методы расчета и оценки гидродинамической, эластогидродинамической и граничной смазки в трибологических системах: подшипниках скольжения и качения, зубчатых передачах и кулачковых механизмах. Представлены сведения о материалах деталей машин, работающих со смазыванием. Для инженеров, занимающихся разработкой, изготовлением и эксплуатацией машин и материалов.

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.

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.

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.

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.

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.

We investigate the coefficient of friction between a rigid cone and an elastomer with account of local heating due to frictional dissipation. The elastomer is modeled as a simple Kelvin body and an exponential dependency of viscosity on temperature is assumed. We show that the coefficient of friction is a function of only two di-mensionless variables depending on the normal force, sliding velocity, the parameter characterizing the temperature dependence as well as shear modulus, viscosity at the ambient temperature and the indenter slope. One of the mentioned dimensionless variables does not depend on velocity and determines uniquely the form of the dependence of the coefficient of friction on velocity. Depending on the value of this controlling variable, the cases of weak and strong influence of temperature effects can be distinguished. In the case of strong dependence, a generalization of the classical “master curve” procedure introduced by Grosch is suggested by using both horizontal and vertical shift factors.

We numerically calculated the coefficient of friction between a rigid cone and a viscoelastic Kelvin body under step-wise change of the velocity of sliding. The time dependence of the coefficient of friction has been empirically approximated. We show that the transition process has different character for the cases of increasing and decreasing of the sliding velocity.Проведен численный расчет коэффициента трения между жестким коническим индентором и основанием Кельвина при скачкообразном изменении скорости скольжения. Построена эмпирическая оценка, аппроксимирующая зависимость коэффициента трения от времени. Показан различный характер протекания переходного процесса в случае увеличения и уменьшения скорости скольжения.

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.

Исследовано изменение структурно-фазового состояния и распределения элементов в поверхностном слое стали 38ХН3МФА при имплантации пучками ионов Al + B, а также изменение износостойкости и твердости при работе в паре трения «сталь 38ХН3МФА – полиамид ПА-66». Обнаружено повышение трибомеханических свойств стали при модификации поверхностного слоя композиционным ионным пучком, которое связывается с изменением структурно-фазового состояния этого слоя.

Предложена методика многоуровневого моделирования процессов трения и износа, объединяющая в рамках единой концепции численные расчеты методом подвижных клеточных автоматов на масштабах локальных контактов и макроскопическую феноменологическую теорию трения. При этом для моделирования на мезоскопическом уровне использована методика совмещения метода подвижных клеточных автоматов с численными методами механики сплошных сред. Приведены результаты моделирования локальных контактов в парах сопряжения гетерогенных фрикционных материалов. Проанализировано влияние исходной микрошероховатости на поведение квазижидкого слоя трения в пластичных материалах. В рамках макроскопической феноменологической модели трения процессы выкрашивания, повторного приваривания частиц износа, а также процессы массопереноса от одного из контактирующих тел к другому описываются в форме стохастических дифференциальных уравнений. Параметры феноменологических уравнений могут быть найдены только в рамках микроскопических моделей процессов, происходящих в трибологическом контакте. В данной работе для этого предлагается использовать результаты моделирования методом подвижных клеточных автоматов. Согласно разработанной методике было найдено значение коэффициента диффузии слоя трения. Результаты проведенного исследования позволяют идентифицировать параметры макроскопической модели на основе моделирования процессов на наноуровне и тем самым «перебросить мост» между нано- и макроуровнями. Ключевые слова: трение и износ, моделирование, методы частиц, дискретно-континуальное описание, феноменология.

Приведены результаты исследования структуры поверхностей трения и триботехнических характеристик композиционного материала WC-сталь 110Г13 после трения по стальному диску в диапазонах скоростей скольжения от 0.65 до 40 m/s при давлении 2 МРа. Обнаружена область катастрофического изнашивания в диапазоне скоростей скольжения 23-30 m/s, после которой следует установившийся износ при скоростях скольжения выше 30 m/s. Показано, что резкое увеличение скорости изнашивания (в 4 раза) в диапазоне скоростей скольжения 23-30 m/s связано со сменой механизмов изнашивания. Установлен факт присутствия вблизи поверхности трения WC-сталь 110Г13 трех слоев, различающихся друг от друга по структуре и свойствам.

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.

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.

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.

На основе дискретно-континуального описания проведено численное моделирование поведения пар трения, состоящих как из одинаковых, так и из существенно разнородных материалов. Отмечено образование «квазижидкого» слоя в парах из разнородных материалов в две стадии, первая из которых характеризуется образованием «сгустков», перемежающихся разреженными областями. Периодически меняющееся давление изменяет эффективный коэффициент трения, но амплитуда колебаний слабо сказывается на его значении. Сравнение результатов моделирования, полученных дискретно-континуальным и дискретным методами, показывает, что комбинированный метод позволяет объединить преимущества континуального и дискретного описаний и избежать их основных недостатков.

В работе представлены результаты исследования структуры и свойств композиционных покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки из смеси термореагирующих порошков FeB–FeTi. Показана зависимость фазо- и структурообразования покрытий от гранулометрического состава исходных компонентов наплавляемой шихты. Исследованы абразивная износостойкость, коэффициенты трения и интенсивность изнашивания в парах трения. Показана взаимосвязь полученных характеристик со структурой и морфологическими особенностями структурных составляющих покрытий.

Проведено исследование влияния высокодозной ионной имплантации на деформационные процессы, происходящие в приповерхностных областях alfa-железа и стали 45 при трении. Показано, что ионная имплантация может в десятки раз снижать величину износа на стадии приработки. Экспериментально установлено, что, демпфируя распространение акустических колебаний, генерируемых трибологической парой, можно существенно уменьшать износ образцов на первой стадии. Предложено объяснение кинетических кривых изнашивания, учитывающее влияние акустических колебаний, генерируемых в трибосистеме.????.