автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Гетерогенные износостойкие покрытия

'л ?

• ? • ч*

• Г 2 *

ростовский-на-дону ордена трудового красного зймени

институт сельскохозяйственного машиностроешм

На правах рукописи КЬкаев Владимир Борисогич

УД^ 621.891 ГЕТЕРОГЕННЫЕ ИЗНОСОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ

Специальность 05.02.01 - Трение и износ в машинах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону •■ 1Э91

Работа выполнена б Украинской ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной пкпдомии

Научный руководитель

- заслуженный деятель науки УССР, д.т.н..профессор Костецкий Б.И.

Официальные оппоненты:

¿сдував предприятие

доктор технических нгигк, профессор Носовский Я.Г.

кандидат технических наук.дсцент иилипчук Л.И.

Институт сверхтвердых материалов /Л УССР, г.¡шов

Защита диссертации состоится " _ 19Э1 г.

на заседании специализированного соеотй К063.27.0i -. Гсстопс-коы-иа -Дону ордена Трудового Красного гнлменл институте сельскохозяйственного мазиностроеная / 244703. г.Ростов-на-Дс1г/,ГСП-6, пл.Гагарина,I , РНСХМ, пуд.252/.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростосского-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени института сельскохозяйственного машиностроения.

Отзыв в 2-х экз..заверенный почать,о, просим гиаллль г. епшмкли-зированный совет по указанному адресу.

¿1

Автореферат разослан "" 1 г.

Ученый секретарь с пециализировянного совета к.т.н..доцент

/\.Л, ,;]ипулии

, . . ' , общая характеристика работы

Актуальность. Повшюние качества,надежности и ресурса работы ссс^нлциггт-""---

наган"""» механизмов яхллэтся ¡актуальной задачей накиностроения. Для репешя этой задачи при изготовлении трущихся дсталоП маазнн применяются слоянолэгирОЕ.-ипгна сплавы, ксклооициогааи мптериаяи ,шс«иша готерогешгую структуру. Широко используется кетоди упрочнлюзвН технологи'.!, обеспечнваг/.лне готерогеннэацшо структуры повзркпостеЛ трзння. Поитому первостепенное значение приобретает проблем-! поиска зц.Фзктивннх путей управления проц-зясаи'.! трения и изнаппвания гогорогегпгнх материалов и покритий, поЕнтегая их износостойкости.

Анализ показивает, что разработяшшз модели изнашивания гетерогенных: материалов чаше всего основаны на недопустимых □ практике процессах попрзддаености, а их применимость ограничена рамками конкретных задач.

Б данной работе глорвиэ поставлена задача комплексного и систематизированного исследования 1!еханохш.;нческоК форми изнашивания нлторналоп с гетерогонними поверхностный структурами как каибокзв хг.рллтзршг! в практике эксплуатации детален наиин.

¡ЬтодологическоЯ основой работы явля.атся представления терца-дина:;ики откритьег слстеи, теории самоорганизации и образовании диссапатзюйх структур, общая З'Мгонокериость трения и износа, огисьлзаспад урошшми и дпапазокэни саюоргрнпзоши грибослстои (00 ГЛ!).

__и__нсслеиотизя, Цоль.о нг.сдаякеЯ работы являэгея

исследования махгнзхшлчоскоЯ форми «внашвиы». готеро-гшвх лэ:фи?лд. Дт: достижения указан: и;1 ц-дка лосгаадгеш спедупгыо задачи:

I. газр.аботка конллоксиой методики кослодоеяпня закопппер--постой г-.-хзи'йгдмич^ского изнашивания геторогешпя: покрыт*).

2. Исследование влияния параметров гетерогенности (размер

и концентрация твердых включений) на уровни механохимического изнашивания модельных материалов.

3. Исследования влияния параметров гетерогенности на диапазоны механохимического изнашивания модельных материалов."

4. Исследование влияния гетерогенности структуры на диапазоны и уровни механохимического изнашивания конструкционных материалов.

5. Построение обобщенной системно-физической модели гетерогенных материалов н покрытий, схемы управления процессами их изнашивания.

6. Разработка рекомендаций по снижении уровней и расширению диапазонов механохимического изнашивания гетерогешж материалов и покрытий.

Научная новизна. Впервыо проведено комплексное а систематизированное исследование по установлению влияния фактора гетерогенности материалов и покрытий на их уровни и диапазоны механохимического изнашивания на основе представлений структурно-энергетической концепции трения и износа и СО ТС.

Установлены обше закономерности влияния фактора гетерогенности материала на соотношения основных составлявших он'.-ргетичес.-кого баланса в диапазоне механохимического изнашивания и глиотк-ческнй фазовый переход.

Определены интегральные показателм самоорганизации гетерогенных материалов и покрытий.

Разработана системно-физическая модель и схема управления процессами механохимического изнашивания гетерогенных материалов и покрытия.

Практическое _ р.нччение__работ». и .реализация результатов

нееле дованнй.. В методическом аспекте работа имеет значение для постановки экспгримен:альн1л: исследований по изучению процессов трзния и изнашивания с учетом влияния параметров гетерогенности. Установленные качествгдеию и количественное закономерности влия-1Г.{я параметров гетерогенности на триботксжческие и структурно-эноргетичесгсис г.трактерпстпки, механизмы самооргагкзации могут быть использованы в инженерной практике для оценки потенциально: возможностей СО ТС длл создания '''банка" трнботехютгзских и структурно-эноргетнчесшгх показателе*.

Результаты исследовании послужили основной для разработки рекомендаций по пзвженко износостойкости подгипшпов сколь-гення зубчапгс передач на Сумсгсм ¡-'НПО ни.!.!.В.¿ругие. Годовой экономический з&Ьзгс? от внедрения результатов исследования составляет 62,91 рубля на одно .¡здалио, а ожидаемый годовой экономический эффект 25,164 тысячи рубле'!. В практику исследовательски:;: р?бот на Сумснон ШПО км.И.Й.Фрунзе,внедрена модернизированная машин трения 2070 СМТ-1.

Anpo6.iir.tn работн._ Основные положения работы долояени на вез-еоотной конференция "Обеспечение надежности узлов трения маггин" (Вороснловгряд,1988), республиканских конференциях " Управление изчапиваннем кташ" (Киев, 1985), "Самоорганизация трибосистем -основа понижения качества, надежности и долговечности малглн" (Киев,1935), "Задачи трибологии в проблеме повышения качества, нгдеаностн и долговечности машин" (Киев,1930)," Состояние и перспектив» повышения надежности сельскохозяйственной техники" (Киев,1990).конференциях профессором- преподавательского состава Украинской сельскохозяйственной академии(Клев,1985-1990), Сумского сельскохозяйственного института (Сумы,1985-1990).научных семинарах

кяФедры технологии конструкционных материалов и материаловедения Украинской сельскохозяйственной академии.

Публикации. По результатам выполненных: исследований опубли-коьано 4 печатных работы, в том числе I авторское свидетельство на изобретение.

Объем и структура рпботы. Диссертационная работ« состоит иа введения, четьгрех глав, выводов к рекомендаций, списка использованной литературы и приложения. Основная текстовая часть содержит 155 страниц пааинописного текста, шслачал 63 рисунка,1 таблицу, 131 наименование использованной литератур»

содержание работы

Введение включает обоснование актуальности вь-брашюй токи.

В первой главе приводится анализ современных представлений о процессах трения и изнашивания гетерогенних ттсрисдов.образования сш.гсорганнэувппхо.ч ''иссипативных структур ¡; оснсг.;!!:лт гюло;;;:-1ШЯ структурно- енергетичсской концепции, иашшзт л И.А.%та ,Л.Н.Бершадского. Б.И.Костецного,В.Д, %уиеш£г.,И. М. 1 г;.п-1ш,М.М.лруаева,П.Гленсдор'1а,И.Приго!г;инп,Ф.Боуде11а и друггл «пгчесг-венных н зарубежных учёных. Рассмотрены оенгвгтио р'.зул--исследований структурно-оисргетичоской присиоеяблпвт.'" -.с».- т.*.

я такно предложении Б.И.Костецким комплс;:- эиергетгиг:'-----н,г гч-

ческих и структурно- прочностных условий (.0 К, при .•• •-.-•» ;г которых происходит нормализация триботехкичесч»: и с • .■,"". показателе!) трения и поноса.

По основании рассмотрения работ Н.Г.Бтрап'гэч, Т.Т.Дгзбуу'зе, Л.В.Заболотнэго, г :

впльского. Л.Ф.Колссшчсико, М.Б.Рубииа,И.Ц. 1одорчеР"о проведен анализ >:ехчш:змэв изнамвапип гсгс-рогекних >' ••» ¡»I, Из анализа следует, что исследования механпя'-эв иэнти;^ п V-:-:■.-¡.о-

генных материалов характеризуются большим количеством работ, в которых предпринимались попытки построения моделей изнашивания, основанных на одном из следующих процессов: образование специфического микрорельефа, образование жидкой металлической смазки,образование твердой металлической смазки, сдерживание упруга-пластической деформации, усталостное изнашивание. Оптимизация параметров гетерогенности /размер, форма, концентрация включений в матрице, механические свойства и химический состав материалов матрицы и включений/ с целью повышения износостойкости, направленная на подавление или функционирование главного процесса ввиду его обобие-ния на весь диапазон условий трения приводит к противоречию ряда моделей. Етияние Фактора гетерогенности материалов на их износостойкость при механохимическом изнашивании и устранение повреждаемости исследовано недостаточно. Реыение проблемы износостойкости и устране1шя повреждаемости гетерогенных материалов и покрытий при механохимическом изнашивании возможно на основе представлений СО ТС, с учетом параметров гетерогенности материалов и условий их работы в процессе эксплуатации. На основе излояенного определены задачи исследований.

Во второй глава изложены основные положения методики исследований, основой которой является структурно- энергетический подход к проблема трения и изнашивания и представления о СО ТС.

Для решения поставленных задач разработана комплексная методика, позволяющая исследовать триботехнические и структурно-энергетические критерии процесса трения и изнашивания гетерогенных материалов: интенсивность изнашивания 7 .коэффициент трения температуру поверхностных слоев Т°С,удельную работу разрушения Ар, энергоемкость системы трения Эа,характеристики вторичных структур (ВС).

Выбор материалов обусловлен поставленной целью и задачами исследований.

Для выявления принципиальных закономерностей влияния параметров гетерогенности на гшяпазоны (Рко) и уровня ( У ,уи ),меха-кохимического изнашивания были выбраны модельные - 'технически чистые материалы: медь М2, алюминий ЛДО, железо-армко.Дяя про-яерки основных закономерностей полученных при испытании модельных материалов исследовались конструкционные материалы - сталь 45 и чугун СЧ 21. Гетерогенизация поверхностных слоев модельных и конструкционных материалов достигались шаржированием в поверхность трения частиц карбида кремния.

Для шаржирования поверхностей трения использовался карбид кремния марки 64С с размером частиц основной фракции - 250/200; 125/100; 63/50; 40/28 ; 28/20; 10/7 мкм. При проведении экспериментальных исследований использовались образца со следующими значениями концентрации карбида кремния в поверхности тренпл-11,2; 19,6; 27; 34,8 ; 42,9^.

Во всех сериях опытов материалом контртеля служила сталь 40Х, тормообработанная на твердость Ь2.....54 ИКС.

В качестве смазочной среды применялось иплктишше,неполярное, ыаловязкое вазелиновое масло.

Испытания шаржированных материалов проводились на модерни-вированной машине трения 2070 СЫТ-1 по схеме "в-'л-чпстичннй вкладыш".

Микротвордость поверхностей трения до и после испытаний определялась с помощью прибора ПМТ-3. Исходный и сформировап-:Ш'йся е процессе испытаний микрорельеф, величина износа контртела исследовались профилометром -профилографсм модели ¿1-201.

Определение времени цикла образования и разрушения ВО ¿£й осуществлялось измерением в процессе испытаний контактного электросопротивления образцов.

Структура и химический состав поверхности трения изучались с помощью сканирую.аих электронных шкроскопов-микроаналиэаторов " СошЗсОЛс системой дисперсионного энергетического рентгеновского анализа " 1_П1К - 860", и РЭММ-202 М. При изучении элементного состава поверхностных слоев по глубине от поверхности трения был использован Ояе-растровый электронный микроскоп

Математическая обработка экспериментальных данных проводилась г.о общепринятым методикам.

В третьей главе приведены результаты и анализ оксперименталь-ии исследований процесса тренигг и изнашивания моделынее и кон-струкциолию: материалов шаржированных частицами карбида кремния различных размеров и с различной концентрацией карбида кремния и поверхностных слот:.

На основании прозеденннх экспериментальных исследований изучены закономерности изменения уровней ( J ,уЧ ) и диапазонов (РНр) механохимииеского изнадизания з зависимости от параметров гетерогенности (таблица X) (размер включений ОС , концентрация карбида кремния С ) и основное тенденции проявления СО ТС.

Методами сканиругаей электронной микроскопии совмещенной с анализом элементного состава исследованы процессы образования ВО с учетом влияния параметров гетерогенности на триботехнические и стругтурно-ннергетичссние характеристики. Анализ структуры и химического состава поверхностей трения показывает, что уровни и диапазоны уехонохимического изнашивания гетерогенных материалом определяются ыоханизми/и СУ ТС.

Триботехнические и структурно-энергетические характеристики шаржированных материалов в диапазоне механохимического изнашивания

Таблица I.

Материал матрицы, размер включений а карбида кремния /ккм/, концентр» цик карбцца коемния С

_0браз ец_

Лнтенсив- 'степень:содер-

нпг.ть ич- '■'•Л'.нчклепаХание :матрицы:кисло-

ность из напиваняя

:циент

чипвщив лтпоиия-мчтупцы.лиил!

7 ,мг/смГрГя;£, % ;р°д« мЮ3 • Р- • ¡0?,%

удельная работа разрушения

V

мм3

тип ВС

время цикла образования разрушения, ВС Тас , мин.

_Контртело _

интенсивность изнашивания,

мкм/ЮООм

Критическое давление схватывания

Ркр.Ша

келезо-армко 1,98 0,119 21,0 13,3 0,14 I 3,0 1,69 8,5

С =11,255; 10/7 0,91 0,119 7,8 9,6 0,32 I 3,0 1,68 16,5

28/20 0,9Ь 0,119 9,0 10,1 0,30 I 3,0 1,80 14,0

40/28 1,15 0,122 11,0 - 0,28 I - 1,89 12,2

63/59 1,42 0,125 13,9 - 0,23 I - 2,80 11,0

125/100 1,54 0,129 15:1 П,9 0,21 I 3,0 3,84 10,5

250/200 1,83 0,135 19,0 12,4. 0,19 I 3,0 . 5,61 10,1

Алюминий МО 0,8о 0,110 53,1 28,4 0,11 П 28,0 0,19 7,0

С =П,2£ Ю/7 0,60 0,122 28,9 17,2 0,17 п 25,0 0,22 8,5

28/20 0,14 0,095 32,8 18,7 0,55 п 25,5 0,31 17,5

40/28 0,12 0,095 37,0 19,3 0,65 п 27,2 0,42 16,2

63/50 0,12 0,090 33,9 - 0,61 п - 0,46 15,0

125/100 0,19 0,090 57,8 21,8 0,42 п 28,5 0,60 14,8

250/200 0,22 0,092 68,1 23,2 0,35 п 29,0 0,80 14,5

00

Их оптимизация способствует снижению уровней и расширению диапазонов механохимического изнашивания.

Четвертая глява посвящена анализу экспериментальных результатов. В основу анализа положены представления о структурно-энергетической приспосабливаемое™ материалов при трении и комплекс условий СО ТС, разработанный Б.И.Костецким.

Ст2_уктурно-экергетическ'|я концепция гетерогенности.

В соответствии с первым началом термодинамики работа трения АТр(обшее активировано (эмг од1ц ) преобразуется в теплоту О (термическое активироваш)е бдкт.Т ) 11 частично запасается материалами поверхностных слоев Д £ (структурное активирование

С АКТ. эр. Дтр - 0 + д£ /I/.

Работа трения полностью не переходит в теплоту: /1 ,

а запасаемая энергия не равна нулю лЕ ¿0 •Отношение поглощенной энергии Д Е к работе трения Атр, характеризует уровць эффективного активирования и зависит от свойств трущихся материалов, внешних нагрузок и ^изикохимических характеристик рабочих сред:

где Р -нагрузка; |/ -скорость скольжения; С - вектор параметров трзшш, включающий комплекс параметров гетерогенности.

Стационарные облаем 1,3 (рис.1) характеризуют процессы нормального механохимического изнашивания, соответственно, для гомогенного (I) и гетерогенного (3) материалов. Интенсивность процесса трансформации и разрушения поверхностей контакта в этих областях. минимальна.

Изнашивание обусловлено протеканием и поверхностных слоях материалов механохимических процессов.Пластическая деформация приво-

Ркр. гом. 1'кг.гет Р

Рис.1. Интенсивность изнашивания 7 .энергетические. соотношения Л Е /Л и содержание кислорода в поверхности!.« слоях для гомогенного (1,2) и гетерогенного (3,4) материалов при изменении нагрузки

дит к измельчению и ориентации структуры поверностпьх слоев. Отношение Д L//1 тр ü стационарных областях 1,3 постоянно и минимально:

Д Его» _ __

А,

-тш:

= mln

/ з /

I тр ^ тр

Запасаемая энергия затрачивается на измельчение , ориентацию,активирование и пассивацию структуры поверхностно: слоев. Устойчивое равновесие активированных слоев достигается за счет их взаимодействие с активным веществом, имеющимся ь зоне контакта ( ь условия^ эксперимента кислорода) и образования ВС. Основная

4чсть работпТрсшия в стационарных областях 1,3 превращается в

теплоту, которая рассеивается в окружающую среду. Увеличение нормальной нагрузки в стационарных областях 1,3 вызывает увеличение запасаемой энергии & Егон , А Е гег. .Еследствни мштми-запии пластической деформации поверхностная: слоев гетерогенных материалов, энергетическое соотношение д£/Дтр больше д*гл гомо-гегашх каторигдов. Изкеиекио звяиадшы запасрешй энергии л £ гэ„ Д Е гет в предела:-', рассеивания значений интенсивности изиетпэашя, коррелирует с содержанием кислорода в поверхностных слоях (рпс.1).

Области 2,4 характеризуют процессы позрсздгекости, соответственно гомогенного и гетерогенного материалов. Повшвнис нагрузка приводи? к уссличениэ голшнц структурно- активированного слоя DKJO критических зн«че1пй, понижается энергонасютнность поверхностных слоев, содераяша кислорода в ¡глх уменьшается. Отиоданзо йЕ/Агр и областях 2,4 иаксимаяыю. Критические значения нагрузки для гетерогенщ« материалов вше, чем для гомогенных.

Вчитаяо »актора гзтеаогек.гости ня кикефи^ский tfiasoairt» по-реход (1УГЦ. Переход к режиму СО реализуется в форме KSI. ¡.!;ши-мэлыше принципы при К<2! к ренину СО проявляются в форме минимизации эффективного объема всех видов взаимодействия (деформационного, химического и т. д.):

Атр /4/.

v

следствиями принципа являются условия:

Vjqj — min; Ajp/Vp -*moa\ \\Je/V^max /ь/ ^

где Vjtp - эффективный объем взаимодействия; Vp -объем разрушенного материала; Vg - объем материала, поглотившего энергию близкою к предельной.

Око-спектральный анализ картированных карбидом кремния об-

разцов, характеризующихся в процессе испытаний различной степенью ' пластической деформации поверхностных слоев показывает,что уменьшению степени пластической деформации поверхностных слоев соответствует уменьшение глубины ( ^вс ) слоев насышенных кислородом. В связи с этим очевидно, что минимизация запасаемой энергии за спет гетерогепизации материала приводит к следующим соотношениям:

Vstp ron > Vs/p. re г

АЛ>.ш > A/Vpro„ У'Фщт < Ví/Vwrtr

где Vgp/om Уч(р.Г£Т. ~ объем элективного взаимодействия гомогенного и гетерогенного материалов; \'р. ron , Vp га - разрушенный объем гомогенного и гетерогенного материалов.

Рол ьпгетерогенности материалов в связи с комплексои. ...у.сло а и ^ СО ТС. В соответствии с структурно-энергетическим комплексом условий СО ТС: энергетических - фазово-энергетическое равенство энергии, затрачиваемой на активирование Вдкгэр ¡ к онергпи,расходуемой на образование BGGscí бдаэуГ бас кинетических- согласованность скоростей процессов образования УЦр ¿с 11 разрушения

Vpcap.ee ВС ( V0sp. вс = Vpasp. ВС ); прочностных - степени упорядоченности и модифицирования ВС (Ógc~ Ку óm шт) -влияние гетерогенности материалов на условия и параметры СО ТС закллчэетел и слудующем:

I) фазово-энергетическое равновесие (Сщдр" b5С ) -умэныие-ши эффективной энергии активирования Саяг.Ш и эффекта запасаемой згергии Aj (/(3 ~ Слпщ/0мго5щ.);

/6 /, /7 /, /О /,

2) кинетическое условие ( Уо5р вс - Ур°зрвс ) - является достато-ишм и описывает граничные условия СО ТС. Согласованность скоростей образования Уойр вс 11 разрушения Vрагр е>С. свидетельствует о работе ТС в иеяшме СО.

3) структурно-прочностное условие ( К'у^им. шт )

- регулировании качества ВС изменением степени упорядоченности, измельчения и химического модифицирования. Качество ВС обусловлено их глубиной и "временем жизни" Тее • Эффект експлуата-

ционного упрочнения Ку - характеризует степень упорядоченности и химического модифицирования, оказывает существенное влияние на "гшемя низки" ВС и определяет уровни и диапазоны СО ТС.

Влияние параметров гетерогенности (размера включений а , концентрации карбида кремния с ) на механизмы (структурное активирование, измельчение, ориентация и химическое кодифицирование структуры поверхностях слоев), эффекты запасаемой энергии К^ и эксплуатационного упрочнения 1\у , уровни и диапазоны Си ТС иллюстрируется даннжи критического давления схватывания Ркр , интенсивности изнашивания У , концентрации кислорода в поверхностных слоях, "времени янзнн" ВС, полученных для гортлровашшх образцов йелеза-арнко, меди Ы2 и алюминия ЛДО /табл.1/.

Диапазона СО, в прсдставлешшх данных, описываются критичос-ким давлением схватывания Рцр , уровни СО ТС интенсивностью изнашивания ^ в диапазоне СО.

Процессы пластической деформации ( структурное активированло Сдктэр ) поверхностных слоев гомогенкнх материалов протекав? весьма интенсивно. С'ннсргетическоз действие интенсивной пластической деГорм-ч-ни и химического модифицирования, в результате КчЛ,оСч-с-печипает образование лретльно измельченных попорсиостшк слоев с пэвьглонт;/' сод ер:г> мнем кислорода (табл.1) х^р^кгернзуег.г.а оУг*-

тивным объемом деформационного и химического взаимодекотвш; или глубиной ВС У£С . Гетерогенизация структуры гомогенных материалов приводит к снижению уровня структурного активирования Са'/л ^ , уменьшается содержание кислорода в поверхностных слоях, огфоктлзтй объем Аберрационного и химического взаимодвЛ-с-гвн:" Уэср и глубин» ВЗ ¡1 • Дкапч&он работы ТО в р«жс СО определяется 'интервалом значен,:;1! структурного а.ктнвирозаикя

Оакг Щ ~ 0 вс в котором реализуется КШ. Уровень структурного активирования Стт эр оцош:г,ается эффектом запасаемой онор-гии /»з н достаточно объективно характеризуется концентрацией кислорода п поверхностен;: слоя?:. Результате.! снижения аффекта запасаемой энергии является тенденция к расширенна диапазонов ( Ркр ^ ГП1ХХ ) " поыйй^в уроьнзй ( У —" 1МП ) СО 'ГС при уменьшении размеров и повькашш концентраций карбида кремния в поверхностных слоях образцов ;-;;олеза-армКа и алюминия АДО (табл.1).

При испытании шарешровпнтк материалов обнаружен з$$ект ии-вереии влияния размеров включений и концентрации карбида кремшш на уровни и диапазоны СО ТС (табл.1; рис.2).

Размер включении а и концентрация карбида кремния с могут бить недостаточными, избыточном и оптимальными (таб.1;р;-;с.Й, соответственно области 1,3,2).

Опт;шалыме уровни и диапазоны СО ТС ( У ~*[РЛП ; Ркр шах рис.2; областей), при варьировании концентрацией Карбида кремния, достигнуты преимущественно за счет оптимального сочетания эффектов запасаемой энергии и эксплуатационного упросненил К у . Область I ( Рнр —Ш'/7; ' шаХ , рис.2) обусловлена высокими значениями эффекта запасаыой энергии Ну .

К образованию ВС нестехиометрического состава с значительным дефицитом по кислороду, облада/етк больтай хрупкостью, ппиво-

дит снгаениэ концентрации модификатора (кислорода) в поверхностных слоях образцов с концентрацией карбида кремния в матрице соответствующей области 3 (рис.2). В результате этого снкячо?ся"вреь»я гшо-im"BC,уменьшается эффект эксплуатационного упрочения Ку Уровни и диапазоны СО ТС (max; Р,<р — min , р:;с.2 ) в области 3 определяется преимущественно ииоквш значения:::! о6;еп-

?кс.2. Зависимости интенсивности изнашивании J ,критического давления схвлтыепния Pr.p ."времени кизкя" в J 1 ос » ссдер'пния кислород*» Og в поверхности'::;: сде."х образцов алюминия ДЦО от гонцентрпцин С карбида кр^-ния.

у окет.г/чт-цмонсого упрочнения Ку

•?т!ата? пара;летдоп мгоуе]оогрн1<ост;i на СЭ ТО•

Сочетание -tHüktod эксплуатационного упрочнештя и эапоС".с:,-ой онерг:гл определяет б«зояыо олпчелпя уровней и диапазонов СО TJ го;я>г*шйэс ттзри.алов. Оптктлтзсцля урсрне;', и диапазонов со тс0'пч\ Ркр — ШХ ), зя смет гетсрогеннэчции crpvK^ypu, остг-оотвлаегсч регулированием ь:ех'<низ!газ структурного «ктивироввиип и измолоче-

ния,ориентации и модификации структуры, поверхностных слоев при выполнении кинетического условия ( УоЪр1д£= Уразрвс ) - рис.3. При оптимальных технологических решениях (размер, концентрация —- opt ) эМект запасаемой энергии минимален ( К^—^ппп )>

I.

"

РЛЬОТА ТРМШЯ Д тр.

Рис.3 Принципиальная схема эволюции уровней/Ут,Уо,Уп/

' I' 3/ и диапазонов

(ДрД2'Дз ) СО ТС при измерении параметров гетерогенности: I-уроБень 7j- и диапазон Д| СО ТС гомогенного материале :2,3-уровни У2,У3 и диапазоны Д,2>Дз материалов с различна ai параметрами гетерогенности (материал матрицы, размер включений а, концентрация карбида кремния с ).

эффект эксплуатационного упрочнения стремится максимуму [Нутси ) пошлется уровень ( У — ПКП ) и расширяется диапазон ( Ркр —- глах ) СО ТС.

Регуляторами запасаемой энергии слукат главным образом механические свойства материалов матрицы и включений, размер , Форма, -концентрация включений и характер их расположения в матрице. ЭЪ-'ÎSKT эксплуатационного упрочнения регулируется в основном химическим составом матрицы и включений, к их модифицированием активны.! элементом из смазочной среды. Концентрация модификатор? в поверхностных слоях матрицы и включений определяется уровнем их структурного активирования. *

Закономерности пластической деформации гетерогенных материалов.

Упруго-пластическая деформация при трении является главным источником структурного активирования материалов ТС и поглощения энергии д Е. Анализ литературных данных и полученные результаты /твбл.1/ позволяют рассматривать гетерогенность как фактор минимизирующий " деформации поверхностных слоев матрицы. В качестве параметров регулирующих степень пластической деформации поверхностных слоев гетерогенных материалов следует отнести механические свойства матрицы и включений, размер, форму и характер взаимного расположения включений. Уменьшение размеров включений и повышение их концентрации в матрице приводит к уменьшению степени пластической деформации матрицы.

Снижение степени пластической деформации поверхностных слоев осуществляется следующими механизмами:

- Перераспределения нормальной нагрузки на твердые включения;

- Блокирования пластической деформации матрицы тверды:.«« включениями.

Системно-Физическая модель гетерогенных материалов и покрытий.

Тргбоэлементами ( ТЭ ) системно-физической модели (рис.4) являются ТЭ-1 - материал или покрытие, характеризующиеся параметрами геторо-. генности: механические свойства матрицы и включений, химически!! состав матрицы и включений, размер , форма , концентрация и характер взаимного расположения включений; ТЭ-2 -контртело;ТЭ—3, ТЭ~ч -смазочная среда и атмосфера.

Главный блок модели 1КД (пассивация) содержит преобразовали; работы сил трения /1тр о участием ТЗ-1/ГЭ-?., 'ГЭ-3 , ТЗ-4.

Активированный термически 0 и структурно А Е поверхностный слой приходит к равновесному состоянию через К2Д. КШ реализуется

ь £[ор.мо локализации аффективного объема всех видов взаимодействия ( l'sip. ).

Механизмы - структурное активирование, измельчение , ориентация и химическое модифицирование структура поверхностно слоев, и их паряыетри - коэффициент запасаемой энергии, коэффициент эксплуатационного упрочнения определяют уровень и диапазоны СО ТС. При

¡\KWuSupsia-ние _

А'О+лЕ

ТЭ-1

параметры

бмю^нш

ъ

I,

II

mm?

ТЗ-2

о

КФП

/пассивация /

/>Ш

/I .

v

Уэр—М'/Г.

d V = min

ШО.Х

A fVp — mat

тэ-з ТЗ-4

ömsm Ьтпоарора

ТрцЬо/nstn.

1— tri я

р — min

Sd—aar

Рис.4.Системно-физическая модель механохимического изнашивания

гетерогенных материалов и покрытий, оптимальных параметрах гетерогенности повидается уровень { min ) и расгмряется диапазон ( Ркр~-Ш/ ) СО ТС,

коэффициент 3anaceei;of; зноргии принимает минимальные значе-

ния, код *Ф'П1тиент эксплуатационного упрочнения Ки - максималь-

нее, триботсхнлческие показатели ¡¡нтенсиьностъ 'накаливания У и

г.ооЛфицлент трения минимизированы, критическое давление схватывания Ркр повышается.

Сх ем а. у п р а в л е ни я—з -.злием и износом гетзпогенных покрытий . Особо объективно применение в узлах трения гетерогенных износостойких материалов в пидо покрытий обычикх кокструкциошик материалов. Нанесение покрытий осуществляется рсзличкьч/и технологическими методами и материалами. Применение покрытий позволяет решить две принципиально важные задачи:

I/ повышение конструкционной прочности деталей узлов трогая за счет рационального выбора материала основы покрытия:

2/ повышение износостойкости оптимизацией параметров готскоген-пости покрытия.

Явление СО материалов при трении ягедегт-гат собоЯ 'Г::омчос-каЯ механизм, воздействуя на который, гэ^ио •г;!Г..->.я-!-тзь нгоцаее-ш тройня и износа, гетерогенных покрытий.

Управление трением и износом гетерогенных покрутил осушестзляет-ся с учетом следующих положения (рис.5 ):

- полями управления являются поикскю у^тгей ' мп ) и расширение диапазонов ( Р кр ~~~ от ) СО 'ГС ;

- рсаонио хонкротнь-х задач осукествто:: геи т:о тпр-а состоит из следующих этапов: диогаостга:«, тг.чгор орпг-гль:?« п:ич\-ыотров гетороге.чности, испытания;

- принципиальной основой упрявлеи'н тр?:шо.ч и каповом г«у?ро-ге.чных покрытий является регул:»р0й'»!г1е п«?'Лотрол 00 '10 1:оо"'Т:г\:*гп-тов эчпясгемой энергии и эксплуптгшионного уаооченип на ош:;>гл системно-Физической уоцзлп. Систем» регуляторов птс;гт:пет: X/ исходные показатели матеоиалоя и коняонгчтэ? »гаостг.'ых пок;..г::;:1 (механические сгюйсте«, химический и грмотаичтркческчЯ состч»: • п-терналов и их компонентов) ; 2/ технологические мст-)~м (.чаплчг«",

Диагностика

г,:

Оптимизация параметров гетерогенности П.' /мех.свойств,хим.состав,матрицы и включений,

Цели,условия,механизмы и параметры регулиров.СО

Уровень СО ТТЛ Диапазон СО

3 —ггнП;/л-,-тт; Аратах 0 — гпйх : За — так

Условия .механизмы,параметры СО ТМ

6дэ?) = 6вс К3 -V ггнп Мобр- бс=Уроз?.вс *Сбс тах Кубом Кв тох

Испытание

РЕГУЛЯТОРЫ ПАРАМЕТРОВ {ГЕТЕРОГЕННОСТИ ТО

Исходные показатели материалов и компонентов наносимых покрытий/мех.свойства,хим.состав и т.д./

Х7

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ '.ЕТОДЫ И РЕР^МК НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

Шаржирование

X

Iазотермич напыление

Ваккумное Конд.напнл,

Электролит осаждение

1 1 1 1 1 1

1 1

1 1 о 1 о Ф

о й X • 0} о

X Ч ф со X

Е- Р. - ■■ - с о Ж О X с. о

X С Г ; - С X о о ; хь X

и 01 к с*. ГС сс х Е-* X с. о о. I

г" сг X й Й I с о с? х (1) с п с:

—. 2 ^ ь: ю

т

Химическое осаждение

с с гхп н к а. о О.' с, ч >7

я о га о. с

X £

ЕС

Наплавка

Входы { ^.стемно- у

1физическая модель 1

шходы

Металлопол. покрытие

1 X

о ь: 1 1 01 о о о о

X Л- г? <1> с: х

к X п 05

г: X О. >7

г, с: X X о.

X с 3 т (й 0>

— о

I 1 1

Л1

ч

н о

X' с

и)

н

г гг

н

ч о

Рис. 5.. Схема управления трением и износом гетерогенных покрытий.

го о

с

гр.эотерничсское напыления, электролитическое осаждение и т.д) и реками нанесения покрытий ( сила тока , скорость перенесения пятпп напылс:ия, температура натияемгг: наделий, плотность и температура. электролита и т.д.). Сочетание исходных показателей ?'атег::алов н компонентов покрытия, ткшологичоскио методы л рс-

и;; ппясаш ебсспатоскат гаропаП спектр параметров гетерогенности, уровней и диапазонов СО ТС.

ощмз в^гзлдн ¡1 рца;,;щлцш!

Ойзср да'.чпж литературы, состояние вопроса в пшчггтбшюст.», гатоли-инкг- .зкепериментзльнне исследования и их ннтдйз ноптоляп? од<?лат!- сладужие сбило выводы:

I, Лаумемь: механизмы нзнмлнпглл маторн-алоз с га герох еннэ;'. структурой. I! связи с том, что р практике зкеплучгнпк детален '"■'"лин гох":ти:.'ическоо изнашивание псяяо?ся 1\з>»;»"ч процйссзг. а методике исследования изучение режима грчничмлга тренил т"ля-•-го.ч основным.

Главка;) цель» •;-:>:!Г1ЛО!,им--с::н;г процессов м- ; хшепгого упсоч;:с:-,!л лпляется с ту;.■''■■> - з;;асн:'! .максим V.- г ■ .'л";'0прааг0;';?у-краыассу самоорганизации •• --"аптировакил . риала паь'ааспо -апчг'. "Ю-аз грименкачма мо к а а: "' ¡¡¡гг-'"?. а агамии,

^"т-к'ра'кчц'мч показателями смосрг^низац1':! аа;г : ■ рра~на и 1!"-!'):;м СМООрГаЧИЗаПИЯ, З-Н^С^МОП 'М ' к

ма ма'агз упрочнения му

I ааар-'тм закон;:!/~ " ;:-"аарг''" с ? ::■

Гег-^аамализ >> "''т пак;";::"'1 а:1"",' лр;а:";'аа : ил'";:-,, • "аг ' '" ' ар^рг'':: акта; ,'рзпанчя 1 :ч У/ , '" пела-.'мнз з-м'-а:аг"0;( акзагнл а/.

.акеггу.'.т'Ч!

, ара а.

В саг;, и

•г.: :. -

а:а>а ваами а " ^ ааата I.' ант но" ¡п а егк'ас^" • с этам, а -

."И"'

□ацш; - адаптирования гетерогенных покрытий заключается в минимизации эффекта запасаемой анергии / К^ ¡ТИП /ив достижении предельных значений аффекта эксплуатационного упрочнения /Ау—лга? /.

4.1. Выявлены закономерности влияния на уровни и диапазоны СО ТС: (

а/ механических свойств и химического состава матрицы; б/ размера, формы, концентрации, характера взаимного расположения включений их механических свойств и химического состава.

4.2. Определена роль активных компонентов нидкой и газовой среды.

5. Оптимальная гетерогенизация структуры обеспечивает: я/ расширение диапазона СО, смещение критического давления схватывания Р б сторону больших нагрузок-;

б/ повышение уровня СО, минимизации интенсивности нормального механохимического изнашивания;

ь/ оптимизацию величины коэффициента трения; г/ максимальные и устойчивые значения удельной работы разрушения А к энергоемкости по тепловому показателю й(,.

£. Разработана системно-физическая модель влияния параметров гетерогенности на механизмы и параметры СО ТС.

7. Разработана схема управления трением и износом гетерогенных покрытий.

8. Разработаны методические рекомендации по использовании о]фекта гетерогенности:

а/ методология создания "банка" триботохнических (интенсивность изнааипання !J , коэффициент трения J-L , критические значения нагрузки Рдр и скорости скольжения V up перехода к схватываний) и энергетических ( коэффициент запасаемой энергии , коэффициент эксплуатационного упрочнения Ку ) показателей,учитыва«-п:;гх влияние параметров гетерогенности;

б/ методологии выбора сочетаний конструкторских (материал основы покрытия) и технологических (методы и режимы нанесения покрытий, исходные характеристики материалов и компонента покрытий) средств повышения ресурсов и надекности трибосистем.

0снов1Ги'О положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Юсяаев В.Б. Роль гетерогенности трибоматериалов в повшении износостойкости деталей машин. - В сб.¡Задачи трибологии в проблеме повышения качества, Надежности и долговечности наши. -Киев, 19Э0.0.29

2. ¡¡Закаев В.Б. Износостойкость шаржированных материалов в условиях мохапохимического изнашивания . - В сб. ¡Состояние и перспективы повышения нг^сштасти сольскохозяйствашгай техники. - Киев,1930.-С.Зо.

3. Качииски Р.,Юскаэв В.Б., Зелинский Л.М., Зазимко О.В. Влияние р'з.чэрт. картированных частиц на триботехннческио показатели материалов (на польском языке) .-¡!эханика(Польша). .1937, Г6. С. 76-70.

4. Л.С. 1469328 А1 СССР Б 01 19/02. «эдшя трения для испы-тг^ш обрарцэп материалов /А.М.Зспинский, Л.Л.Роговскчй, В.В.Юска.ез // 12573X6/25-28; Заявлено 30.03.87;0публ.30.03.69.1Ъл.Ж-1с.

/3. Сл-^у