автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Повышение работоспособности по триботехническим параметрам высокотемпературных подвижных сопряжений с твердыми покрытиями

На правах рукописи

КРИОНИ Николай Константинович

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПО ТРИБОТЕХНИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОДВИЖНЫХ СОПРЯЖЕНИЙ С ТВЕРДЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

Специальность 05.02.04 — Трение и износ в машинах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2005

Работа выполнена на кафедре основ конструирования машин и механизмов Уфимского государственного авиационного технического университета

Научны» консультант: доктор «хничаках иа\к

тгроф^сс ор -ГГ ГЦ Ш\<с1ер

Официальные оппоненты:

до' mp íe* ничеекпч líayK И Л Ьуиновскип

доктор it-чннческих *ыук, профессор К> М Л)ЛКОВ

академик НАНЬ ioKi<>p íCvifHKCLKHX наук, профессор Н К Мышки и

Ведущее нредприягне:

ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» (г Уфа)

г« Ал » Jíúj\

.яй/\ 3

в Poccpdtc

2005 года на

Защита диссертации состоится • заседании Диссертационного совета Д 212 200 07 в Российском государственном университете нефти и газа им ИМ Губкина по адресу 119991, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 65, РГУ нефти и газа им И М Губкина

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа им И М Губкина

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета

Автореферат разослан

« Ш 0 áj> aJJ

2005 1

V4Í НЫЙ СГКТ1 IAPb ДИССЕРТАЦИОННОГО COJ3L1A Д 212 200 (>7 , к I м

/ i

I Hlufivpí >C

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Развитие современной техники характеризуется ужесточением условий работы подвижных сопряжений: возрастанием нагрузок, температур, скоростей скольжения, при которых работают узлы трения. При определенных режимах эксплуатации подвижных сопряжений, например, при высоких температурах, практически исключается использование жидких или пластичных смазочных материалов. В этих условиях широко применяют твердые смазочные материалы, обычно наносимые на рабочие поверхности деталей в виде покрытий.

Для нужд быстроразвивающихся отраслей промышленности необходимо создание твердых покрытий (ТП), в том числе твердых смазочных покрытий (ТСП), работоспособных при высоких температурах, вплоть до 1000°С. Работы по созданию таких покрытий и их эффективному применению во многом сдерживаются отсутствием расчетных и экспериментальных методов обоснованной оценки триботехнических параметров в условиях высоких температур контакта, а также эффективных методик выбора твердых покрытий, в том числе ТСП, и оптимизации режимов их эксплуатации, обеспечивающих наименьшие энергозатраты и наибольшую долговечность.

Несмотря на многочисленные исследования в области ТСП, в технической литературе практически отсутствуют данные по триботехническим и физико-механическим характеристикам твердых покрытий. Выполнение таких исследований позволит более широко использовать ТСП в различных условиях эксплуатации и областях техники для повышения срока службы машин и оборудования.

Представленная диссертация направлена на восполнение этого пробела, что определяет актуальность темы диссертации и подтверждается тем, что ее базовую основу составляют исследования, выполненные автором в рамках:

- научно-технической программы Министерства науки России «Конверсия и высокие технологии. 1997-2000гг.»;

- федеральной целевой программы «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997 - 2001гг.»;

- комплексной программы «Авиационная технология».

Цель работы - разработка методологии комплексной оценки триботехнических свойств и выбора твердых покрытий для высокотемпературных подвижных сопряжений, позволяющей установить условия их наиболее эффективной работы по энергозатратам и долговечности.

Для достижения этой цели последовательно решались следующие задачи:

1. Изучение закономерностей взаимодействия металлических тел с твердыми покрытиями при трении в условиях повышенных температур и давлений на контакте.

2. Установление функциональных связей триботехнических параметров со структурно-фазовым и химическим составами ТСП (в том числе связки), а также технологическими методами их нанесения.

3. Выявление роли физико-механических свойств подложки в проявлении функциональных свойств ТСП при повышенных температурах фрикционного контакта.

4. Разработка и создание новых методов испытаний и аппаратуры для триботехнических исследований при повышенных температурах контакта с ТСП с целью ускоренной оценки работоспособности сопряжения «вал-втулка».

5. Оценка влияния температуры и ТСП на напряженное состояние и силы трения в сопряжении «вал-втулка», а также на показатели совместимости трущихся поверхностей (с учетом нанесенных на них твердых покрытий).

6. Систематизация, накопление и автоматизация использования (на базе компьютерных технологий) знаний в области высокотемпературной триботехники с использованием твердых покрытий, в том числе ТСП.

7. Разработка рекомендаций по повышению работоспособности и долговечности опор скольжения с ТСП, а также эффективности операций механообработки, выполняемых инструментами с нанесенными на них твердыми покрытиями.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов

В работе использованы теоретические и эмпирические методы исследования. Решения задач базируются на экспериментальных данных и известных теоретических положениях теории трения и износа, технологии машиностроения, теоретической механики, теорий сопротивления материалов, математического моделирования, вероятности и математической статистики и системного проектирования. Обоснованность и достоверность выдвинутых автором положений, выводов и рекомендаций, полученных результатов подтверждается использованием известных положений фундаментальных наук, сходимостью полученных теоретических результатов с данными эксперимента и большим объемом взаимоподтверждающих экспериментальных данных, а также с результатами исследований других авторов. Достоверность новизны технических решений подтверждается авторскими свидетельствами, свидетельствами об официальной регистрации базы данных, программы для ЭВМ и патентом на полезную модель.

На защиту выносятся:

разработанная методология исследования и определения триботехнических параметров, характеризующих фрикционное взаимодействие металлических тел с твердыми покрытиями в условиях высоких температур;

- полученные закономерности влияния химического и структурно-фазового составов ТСП (в том числе связки), технологических методов их нанесения и механических свойств материала подложки на триботехнические характеристики контакта;

установленный факт существования критического диапазона температур, зависящих от термостойкости связки, в котором каждое ТСП обеспечивает минимальные потери на трение и наибольшую долговечность трибосопряжений;

- предложенные показатели совместимости материалов при трении с твердыми покрытиями и методология оптимизации выбора покрытий для тяжелонагруженных трибосопряжений, в том числе - при механообработке;

- метод оценки упругих характеристик ТСП с учетом температуры и давления на фрикционном контакте;

- методика экспериментальных исследований и принцип действия стенда, позволяющего воспроизвести все основные реальные условия работы опор скольжения, в том числе высокотемпературный режим нагружения;

- информационная база данных по триботехническим параметрам работы высокотемпературных сопряжений с твердыми покрытиями.

Научная новизна

Наиболее важными результатами диссертации, обладающими признаками научной новизны, являются:

1. Методология комплексной оценки триботехнических параметров, разработанная на основе использования физической модели локального подвижного контакта поверхностей твердых тел с твердыми покрытиями (с учетом температуры и давления).

2. Показано, что совместное влияние давления, химического и структурно-фазового составов твердого смазочного покрытия, технологических методов их нанесения и механических свойств материала подложки приводит к тому, что с повышением температуры касательные напряжения на фрикционном контакте сначала уменьшаются, затем после некоторой стабилизации начинают возрастать. Диапазон стабилизации назван критическим диапазоном температур, который связан в основном с термостойкостью материала связки.

3. Установлено, что подвижные сопряжения «вал с ТСП-втулка» (подшипники скольжения) обеспечивают наиболее высокую долговечность при работе в критическом диапазоне температур (для ВНИИНП-229 -

100-200°С, для ЦВСП-Зс и СТС-4 - 200-400°С). Это позволяет оптимизировать работу высокотемпературных подвижных сопряжений по триботехническим параметрам с ТСП на стадии их проектирования.

4. Представлено научное обоснование методики определения фактического модуля упругости ТСП, учитывающей температуру и давление на контакте, физико-механические свойства материала подложки, анизотропию покрытий, которые под нагрузкой деформируются, уплотняются и изменяют свои исходные упругие свойства (а.с. 1435997).

5. Установлено, что существуют критические значения ^

относительной толщины ТСП, начиная с которых при расчетном определении контактных напряжений необходимо использовать фактические величины модуля упругости ТСП. Показано, что для исследованных ТСП критические значения примерно одинаковы и равны

6. Установлены химические составы и агрегатные состояния твердых покрытий, при которых повышается температура порога совместимости и снижается схватывание трущихся поверхностей. К этому, в частности, приводит присутствие в покрытиях атомов неактивного азота в связанном состоянии, при этом интенсивность изнашивания технологического инструмента наименьшая.

Практическая ценность

Практическую ценность представляют:

1. Разработанная методология исследования и определения триботехнических параметров, характеризующих фрикционное взаимодействие металлических тел с твердыми покрытиями в условиях высоких температур, которая позволяет оценить и прогнозировать работоспособность таких трибосопряжений на стадии проектирования.

2. Разработанная и созданная информационная база данных по триботехническим характеристикам, позволяющая оперативно с помощью компьютерных программ автоматизировать и оптимизировать расчеты при конструировании подвижных тяжелонагруженных высокотемпературных трибосопряжений.

3. Разработанный и апробированный стенд для натурных испытаний, позволяющий исследовать трибологические свойства и работоспособность ТСП в сопряжении «вал-втулка» при температурах в диапазоне 20-800°С, нормальных нагрузках 15-3000 Н и скоростях скольжения от Г10"3 до 2 м/с.

4. Рекомендации для машиностроительных предприятий по проектированию и эксплуатации сопряжения «вал с ТСП-втулка» в условиях высоких температур. К ним относятся: стандарт предприятия Кумертауского авиационного производственного предприятия «Методика и приборное обеспечение для испытания твердых смазочных покрытий в сопряжении вал-втулка при высоких температурах»; конструкторская документация высокотемпературной установки.

Реализация результатов работы

Выполненные разработки внедрены:

- на Кумертауском авиационном производственном предприятии (г.Кумертау), в Центральном институте авиационного моторостроения им. П.И. Баранова (г. Москва), ОАО «Салаватгидромаш» (г.Салават), во Всероссийском научно-исследовательском институте нефтепереработки (г.Москва);

- в учебный процесс Уфимского государственного авиационного технического университета в виде учебного пособия при подготовке инженеров по специальностям 071800, 072100, 210200 и направлению 551800.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы представлены на 26 научно-технических конференциях, в том числе на 9 международных («Трение, износ и смазочные материалы» (1985г.) в г. Ташкенте, «Износостойкость машин»

(1994г.) в г. Брянске, «Словянтриб-3» (1995г.) в г. Рыбинске, «FRICTION» (1995г.) в г. Лионе, «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте» (1999г.) в г. Самаре, «Новые технологии управления движением технических объектов» (1999г.) в г. Новочеркасске, «Новые технологии управления движением технических объектов» (2000г.) в г. Новочеркасске, «Современное состояние теории и практики сверхпластичности материалов» (2000г.) в г. Уфе, «Триботех 2003» (2003г.) в г. Москве); 4-х всероссийских и зональных, трех республиканских, включая семинары по проблемам трения и смазки в машинах, применения новых материалов, заменителей и систем смазки в узлах трения машин и оборудования, испытания и эксплуатации триботехнических систем, износостойкости машин; на семинаре кафедры износостойкости машин и оборудования и технологии конструкционных материалов РГУ им. И.М. Губкина (2004г.)

Публикации

По теме диссертации опубликовано 47 печатных работ, в том числе 1 монография, 1 учебное пособие, 24 статьи, 2 авторских свидетельства, 3 свидетельства: на полезную модель и официальной регистрации базы данных и программы на ЭВМ.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит 250 стр. машинописного текста и 210 наименований использованной литературы, акты внедрения и другие документы. Общий объем диссертации вместе с приложениями составляет 272 страницы машинописного текста, содержит 101 иллюстрацию и 8 таблиц. В приложении представлены методика и приборное обеспечение для испытания твердых смазочных покрытий в сопряжении вал-втулка при высоких температурах, сведения о практической реализации работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель, задачи и основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

В главе 1 рассмотрены основные типы твердых покрытий, их характеристики, приведена классификация смазочных пленок по способу достижения положительного градиента механических свойств по глубине; выполнен обзор исследований российских и зарубежных ученых по механизму взаимодействия в паре «ТП-твердое тело» и рассмотрены существующие методы оценки триботехнических свойств ТП, в том числе ТСП.

Поверхности твердых тел обычно покрыты пленками, состав и свойства которых существенно зависят от окружающей среды. Это, например, пленки оксидов, пленки адсорбированных из окружающей среды веществ, различного рода «загрязнения» и естественные граничные пленки. Такие пленки оказывают существенное влияние на взаимодействие контактирующих твердых тел. На свойства адсорбционных и хемосорбционных пленок, возникающих на поверхностях твердых тел, оказывают влияние многочисленные факторы. Однако в некоторых случаях, учитывая условия и режимы эксплуатации сопряжений и сведя к минимуму вероятность появления различных возмущающих факторов, можно осуществить направленное модифицирование поверхности за счет проведения определенных конструктивно-технологических мероприятий. К их числу относится нанесение на поверхности трения различных твердых пленок, в том числе ТСП. Целью нанесения твердых пленок является придание контактирующим поверхностям деталей машин требуемых эксплуатационных свойств, таких как: нормальная и тангенциальная жесткости, износостойкость, антифрикциошюсть, коррозионная стойкость, электро- и теплопроводность контакта и т.п.

Большинство твердых пленок, нанесенных на поверхности тел, при соответствующих условиях контактирования проявляют определенное антифрикционное и противоизносное действие, т.е. обеспечивают положительный градиент механических свойств по глубине тел.

В настоящее время ТСП получают все большее применение, особенно в узлах трения, работающих в экстремальных условиях (в силу специфичности их триботехнических свойств, отличающих ТСП от традиционных смазочных материалов).

Исследованию триботехнических свойств ТСП посвящено много работ российских и зарубежных ученых. В этих работах показано, что на триботехнические свойства ТСП влияют многочисленные факторы: технологические (состав покрытия - химическая природа связующего вещества и антифрикционного компонента, их соотношение, технология приготовления суспензии, способы ее нанесения и отверждения на трущихся поверхностях и др.); действие среды - различные газовые среды (кислород воздуха, инертные газы), вакуум, жидкие среды (вода, минеральные и синтетические масла), агрессивные среды (кислоты, основания и т.д.), ионизирующие излучения; факторы, постоянно сопутствующие трению (температура, нагрузка, скорость скольжения); конструктивные факторы (материалы трущейся пары, их твердости, наличие зазора между сопряженными деталями, обеспечение теплоотвода и др.).

Важные исследования по разработке учения о физико-механических и триботехнических свойствах твердых покрытий выполнены российскими учеными Н.М. Алексеевым, В.Э.Вайнштейн, И.Г. Горячевой,

Ю.Н. Дроздовым, И.В. Крагельским, P.M. Матвеевским, Н.М. Михиным, Л.Н. Сентюрихиной, Трояновской Г.И. и др., а также зарубежными учеными Ф.Т. Барвеллом, Р.Дж. Бензингом, Р. Боуденом, Е.Р. Брейтуэйтом, А.А. Милном, Д. Табором и др.

Проведенный анализ научно-технической литературы показал, что в некоторых исследованиях за пределами изучения оказались современные высокотемпературные ТП, в том числе ТСП, а в других - представлены решения частных задач. Как теоретически, так и экспериментально проблема влияния ТСП на процесс внешнего трения при высоких температурах изучена еще недостаточно. Связано это с тем, что исследование триботехнических свойств ТСП в реальных подвижных сопряжениях в большинстве случаев обусловлено большими техническими и экономическими затратами.

К числу важных вопросов, возникающих при разработке новых ТСП, работающих в экстремальных условиях, относится выбор надежных и

воспроизводимых методов определения триботехнических свойств ТСП. Известно, что наиболее надежный метод испытания - это опробование их в реальных условиях эксплуатации. Однако в большинстве случаев это слишком трудоемко и дорого. Поэтому было разработано много лабораторных методов испытаний, имитирующих отдельные стороны эксплуатационных условий.

На основании анализа выполненных ранее исследований установлено, что на триботехнические свойства ТП оказывает влияние большое количество факторов, которые необходимо учитывать при разработке новых ТП, в том числе ТСП, и при создании оптимальных подвижных сопряжений с ТСП, а также при разработке инженерных методов расчета сил трения и износа. Однако механизм внешнего трения «ТСП-твердое тело», особенно в условиях высоких температур, изучен еще недостаточно.

В большинстве рассмотренных работ условия лабораторных экспериментальных исследований триботехнических свойств ТП, в том числе и высокотемпературных, весьма разнообразны и практически не дают возможности провести сравнительный анализ полученных результатов. Данные же по триботехническим свойствам ТСП, полученные на лабораторных установках, трудно использовать для прогнозирования триботехнических свойств высокотемпературных ТСП в реальных условиях. Поэтому актуальной остается проблема разработки методологии исследования определения триботехнических свойств ТСП, использование которой позволило бы оценивать работоспособность и возможные потери на трение в подвижных сопряжениях с ТСП при высоких температурах на стадии проектирования. Однако создание такой методологии невозможно без глубокого изучения механизма внешнего трения «ТСП-твердое тело».

На основании данного анализа была сформулирована цель и определены основные задачи исследования.

В главе 2 излагаются теоретическая и экспериментальная базы исследования.

Известно, что подшипники скольжения широко распространены в современных машинах, работающих в условиях высоких температур.

Силы трения и интенсивность изнашивания пары вал-втулка зависят от напряженного состояния в сопряжении (рис.1). Как известно, напряженное состояние подшипника скольжения характеризуется дугой контакта вала с втулкой, зависящей от угла охвата распределением контактных давлений и максимальным значением контактного давления Высокие

температуры и наличие ТСП на контакте оказывают влияние на напряженное состояние в сопряжении вал-втулка. Кроме того, контактные параметры сопряжения вал-втулка существенно зависят от соотношения геометрических параметров деталей сопряжения.

Рис.1. Расчетная схема подшипника скольжения с антифрикционным элементом, закрепленным на валу

В общем виде решение контактной задачи для «вала с ТСП-втулка» приведено в работах И.Г. Горячевой и М.Н. Добычина. Однако отсутствие данных по физико-механическим, триботехническим свойствам высокотемпературных покрытий, а также по влиянию материала подложки не позволяет оценить напряженное состояние в сопряжении вал с ТСП-втулка с достаточной степенью точности.

Для определения упругих характеристик ТСП и касательных напряжений, возникающих на границе раздела «твердое смазочное покрытие -твердое тело», с учетом температуры и давления на контакте в работе используется разработанный нами экспериментальный метод (а.с. 1435997), учитывающий влияние физико-механических свойств

материала подложки, а также анизотропию покрытий, которые под нагрузкой деформируются, уплотняются и изменяют свои исходные упругие свойства

В основе этого метода предложено использовать физическую модель, которая в первом приближении отражает реальные условия трения и изнашивания на подвижном локальном контакте.

Согласно этой модели, шаровой индентор, имитирующий единичную внедрившуюся микронеровность, сжимали между двумя плоскими образцами с нанесенными на их рабочие поверхности ТСП до образования пластических деформаций в зонах контакта (рис 2)

Рис 2. Расчетная схема к определению упругих характеристик ТСП

Затем нагревали зоны контакта до заданной температуры, поворачивали шаровой индентор вокруг собственной оси, перпендикулярной плоскостям образцов, и измеряли момент, необходимый для поворота индентора. В точке перехода от предварительного смещения к скольжению определяли касательные напряжения возникающие на границе раздела

контактирующих тел и обусловленные межатомными и межмолекулярными взаимодействиями, а также соответствующий этой точке угол поворота шарового индентора

По формуле

где 3 - толщина слоя ТСП, г0 - радиус отпечатка, рассчитывали модуль О упругости второго рода, а по формуле

? г

С = тАд1(г0<рА),

(1)

где /I - коэффициент Пуассона, определяли модуль Е упругости первого рода.

На рис. 3 приведены характерные зависимости модуля сдвига О от температуры Т, полученные для различных сочетаний «ТСП - подложка -индентор».

Уменьшение значений модуля сдвига с повышением температуры обусловлено, в основном, размягчением связующего вещества ТСП и, как следствие, уменьшением касательных напряжений на границе раздела контактирующих тел. При температурах 300-350°С упругие характеристики исследованных покрытий практически равны нулю и в непосредственном контакте под шаровым индентором происходит нарушение сплошности ТСП, что соответствует потере прочностных свойств связующего вещества.

в,МПа

100 -I-

О 100 200 300 400

Рис. 3. Зависимость модуля сдвига О от температуры: покрытие ВНИИНП-213 (7,2), ВНИИНП-209 (3), подложка 40Х (7,3), ВТ9 (2), индентор ШХ15 (7,2), 9X18 (3)

Анализ результатов, полученных в широком диапазоне изменения толщины покрытий и соотношений упругих свойств материалов вала, втулки и покрытия, показал, что с погрешностью по углу контакта, не превышающей 3% от истинной величины, можно не учитывать свойства покрытия при условии, что ¿0/И1<р0 <810"3, где й, - радиус отверстия (рис.1). Если же

то контактные параметры сопряжения могут быть вычислены из условия, что тела вала и втулки жесткие. В остальных случаях следует принимать во внимание упругие свойства всех трех тел (вала, втулки и твердого покрытия).

Кроме того, контактные параметры сопряжения вал-втулка зависят от физико-механических свойств материалов тел сопряжения. В выполненных исследованиях толщина покрытия мала (5-25мкм) по сравнению с размерами зоны контакта, что позволило при расчете контактных параметров сопряжения пренебречь наличием тонкослойного покрытия. Тогда средние давления Р на контакте вал-втулка равны

полуугол охвата

где - радиус втулки,

4

нагрузка на единицу длины сопряжения, коэффициенты Пуассона

соответственно материалов втулки и вала; - модули упругости

соответственно материалов втулки и вала; показатель степени, зависящий от

Из выражения (4) следует, что с изменением температуры контактирующих тел полуугол охвата определяется температурной зависимостью упругих свойств материалов сопряжения при прочих равных условиях. Материалами подшипников скольжения, работающих в условиях высоких температур, как правило, являются жаропрочные стали и сплавы, которые по своей природе сохраняют высокие значения прочности при рабочих температурах.

Модуль упругости жаропрочных материалов от температуры определяется следующей зависимостью:

£' = 7£ = | 1-4,6-1(Г5(7")5 |£,

(5)

где Е - модуль упругости материала, соответствующий температуре Т= 20°С; г) - коэффициент, характеризующий изменение модуля упругости материала при нагреве.

Тогда с учетом выражений (4) и (5) после преобразований можно определить значение соответствующее температуре в виде

где - значения полуугла охвата и безразмерного параметра,

определенные при комнатной температуре, и средние контактные давления соответствующие температуре

где - значения средних контактных давлений и безразмерного

параметра определенные при комнатной температуре.

Для исследования непосредственного влияния температуры на триботехнические свойства ТСП при прочих равных условиях был произведен расчет нагрузки и угла охвата из условия обеспечения постоянства наперед заданного начального среднего давления на контакте при изменении геометрических параметров подвижного сопряжения вал-втулка с ТСП. Расчеты нагрузки и угла охвата сопряжения вал-втулка выполняли по формуле

с учетом того, что для исследуемых сопряжений

Поскольку параметр а зависит от Ра, то решение уравнения (8) является весьма трудоемким. Методом последовательных приближений был произведен расчет величины для диапазона изменения параметра от

Результаты этих расчетов приведены на рис. 4.

(6)

(7)

(8)

16

Ри 102,Н / мм

0 1 2 3 4 5

Рис. 4. Зависимость погонной нагрузки от параметра еЕ,

Полученная зависимость позволяет не только оценить значения фрикционных параметров контакта в начале испытания, но и проследить за их изменением в ходе испытаний, зная величину износа покрытия и характер изменения модуля упругости материалов от температуры.

При определении сил трения, возникающих в подшипниках скольжения с ТСП, принимали, что:

- подшипниковый узел состоит из вала с ТСП и втулки;

- площадь контакта, образованная между валом с ТСП и втулкой под нагрузкой N равна контурной площади касания, т.е. макроотклонения контактирующих поверхностей пренебрежимо малы;

- в пределах контурной площади контакта взаимодействие вала с ТСП и втулки происходит в дискретных зонах фактического касания;

- возникающие в зонах фактического касания силы трения имеют молекулярно-механическую природу;

- микронеровности поверхности втулки представляют собой шаровые сегменты одинакового радиуса Я, расположенные с постоянной плотностью на поверхности, а распределение вершин микронеровностей такое, что начальная часть кривой описывается функцией относительное

сближение;

- твердость ТСП намного меньше твердости материалов вала и втулки;

- поверхностная и объемная температуры не отличаются;

- возникающие в зонах фактического касания напряжения не будут приводить к нарушению условий внешнего трения.

Величина силы трения, как показывает анализ, будет зависеть от вида деформаций в зонах фактического касания. Так как твердость материала, на который нанесено ТСП, намного больше твердости ТСП, то в тех случаях, когда процессы деформации будут сосредоточены в слое ТСП, в зонах фактического касания взаимодействующих тел будут реализовываться и пластические деформации.

Коэффициент внешнего трения в подшипнике скольжения при пластическом ненасыщенном контакте в зависимости от действующей нагрузки и конструктивно-технологических, материаловедческих и эксплуатационных характеристик равен

(9)

0.43Д

нв0

Д/0^05

где - молекулярная составляющая коэффициента трения;

деформационная составляющая коэффициента трения; - комплексная характеристика шероховатости; ИВ - твердость материала по Бринеллю; Р -нормальная нагрузка; е, - радиальный зазор в сопряжении вал-втулка; Я -

номинальный радиус сопряжения; длина втулки;

- коэффициенты Пуассона и модули упругости соответственно материалов вала и втулки.

Известно, что молекулярная составляющая /„ коэффициента трения существенно зависит от параметров характеризующих физико-

химическое состояние поверхностей трения, а также от фактического давления. Деформационная составляющая fi коэффициента трения в значительной степени зависит от шероховатости поверхности втулки, давления и физико-механических свойств материалов втулки и вала.

Наличие на поверхности твердых тел ТСП оказывает существенное влияние на взаимодействие трибосопряжений. Повышение температуры трущихся тел приводит к интенсификации физико-химических процессов на поверхностях трения и к существенному изменению физико-механических

характеристик контактирующих тел. Эти явления могут по-разному влиять на состояние поверхностных слоев и внутри материала сопрягаемых деталей. Поэтому можно предположить, что при взаимодействии твердых тел при высоких температурах и наличии ТСП на их поверхностях закономерности изменения деформационной и молекулярной составляющих коэффициента трения могут быть различными.

Определение деформационной составляющей коэффициента трения расчетным путем не представляет каких-либо трудностей. Теоретически вычислить молекулярную составляющую коэффициента трения в реальных условиях пока не представляется возможным, вследствие наличия на поверхностях твердых тел пленок, толщина и структура которых зависят от окружающей среды. Для нахождения молекулярной составляющей коэффициента трения необходимо определить касательные напряжения, возникающие в зонах фактического касания и обусловленные межатомными и межмолекулярными взаимодействиями. Для определения касательных напряжений в работе используется описанная выше физическая модель локального подвижного контакта поверхностей твердых тел с твердым покрытием, на основе которой создано оборудование и разработан метод оценки триботехнических параметров такого контакта с учетом температуры и давления.

Экспериментальные исследования триботехнических свойств ТСП в сопряжении вал с ТСП-втулка в условиях высоких температур проводились на специально разработанной нами (а.с. 1196732) высокотемпературной установке МТП-6. Высокотемпературная установка представляет собой машину трения со сменными трибоизмерительными высокотемпературными модулями. Это существенно сокращает время для накопления необходимой экспериментальной информации. Установка позволяет оценивать на шести трибоизмерительных модулях одновременно антифрикционные свойства и износостойкость ТСП в сопряжении вал-втулка в диапазоне температур от 20°С до 800° С при различных скоростях скольжения и удельных нагрузках.

Погрешность измерения момента сил трения не превышает ± 0,7%.

Покрытие твердой смазки толщиной порядка 25 мкм наносилось на цилиндрические поверхности валов. Рабочая поверхность втулок подготавливалась тонким растачиванием. Режимы обработки рабочих

поверхностей втулок были подобраны таким образом, что характеристики микрогеометрии поверхностей воспроизводились достаточно стабильно, с рассеиванием порядка ±(8-10)%. Действительные размеры (внутренний диаметр втулки и наружный диаметр вала с ТСП) определяли на универсальном измерительном микроскопе УИМ-23 проекционным методом. Погрешность измерения диаметров отверстий и валов составляла ±2,0 мкм. Скорость скольжения во время проведения испытаний была постоянной и не превышала 0,1 м/с, т.е. была достаточно малой, чтобы исключить влияние температуры. Лабораторные эксперименты проводились при контактных давлениях 55 МПа, что соответствует условиям работы в тяжелонагруженных подвижных сопряжениях машин.

Исходя из характеристик системы и методики эксперимента, выполнен анализ погрешностей триботехнических и физико-механических характеристик материалов, который показал, что погрешности лежат в интервале от ± 0,7% до ± 2,2%, что вполне приемлемо при экспериментальных исследованиях.

Из всего разнообразия ТСП для исследований выбраны высокотемпературные покрытия, широко используемые в подвижных сопряжениях машин: ВНИИНП-209 (антифрикционный наполнитель -дисульфид молибдена (M0S2) и связующее вещество - полимерное), ВНИИНП-213 (дисульфид молибдена (M0S2) и полимерное связующее), ВНИИНП-229, ВНИИНП-504 (дисульфид молибдена (M0S2) и силикат натрия (ЛагС^А), СТС-4 (графит и силикат натрия (ИагОБА)), ЦВСП-Зс (графит, окись кадмия (CdO) и кремнийорганическое связующее (КО-815)), Моликот 32Ш (дисульфид молибдена и неорганическое связующее), Моликот 3400А (графит и термостойкая смола и присадки), никель-графитовые, широко используемые в подвижных сопряжениях машин. Шаровые инденторы были изготовлены из шарикоподшипниковой стали ШХ15, сплава на никелевой основе ХН55ВМКЮ, хромистой стали 9X18, твердого сплава ВК6М. Материалы образцов для нанесения ТСП представляли разные группы металлов: конструкционная сталь 45, нержавеющая сталь аустенитного класса IX[8Ш0T, высоколегированная хромистая сталь 40Х, жаропрочные сплавы на никелевой основе ХН55ВМКЮ, ХН60ВТ, ЭП718ВД, жаростойкий сплав на основе железа и никеля аустенитного класса ЭИ415Ю, титановый сплав ВТ9,

инструментальная сталь У8. Выбор этих материалов объясняется тем, что они часто применяются в подвижных сопряжениях, в которых используются ТСП.

Толщина исследуемых ТСП составляла 5-25 мкм. Выбор такого диапазона толщин покрытий обусловлен тем, что он соответствует толщинам покрытий в реальных сопряжениях.

В главе 3 приведены результаты контактного взаимодействия твердых тел при наличии ТСП с учетом температуры и давления.

Как показали выполненные исследования, достоверные данные о величине средних касательных напряжений (при различных температурах, нагрузках, диаметрах шарового индентора) получаются при 5 - 7-кратном повторении эксперимента, при этом вероятное отклонение не превышает ± (5 -8)%. Изучение зависимости средних касательных напряжений г„ от сжимающей нормальной нагрузки N и диаметра шарового индентора й показали, что тп не зависит от N и d ( в условиях пластических деформаций на контакте).

Большой интерес представляет оценка влияния толщины ТСП на средние касательные напряжения гп. Для исследования этой зависимости ТСП с толщиной от 5 до 25 мкм наносили на плоские образцы и определяли г„. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что толщина ТСП в исследуемом диапазоне не оказывает существенного влияния на средние касательные напряжения. Однако следует отметить, что с увеличением толщины ТСП разброс значений средних касательных напряжений увеличивается, достигая 10-25% с надежностью 0,95. Это обусловлено тем, что диаметр лунки с увеличением толщины ТСП становится менее четким, так как ТСП частично выдавливается из зоны контакта в виде отдельных мелких, хрупких частичек (рис. 5), что затрудняет измерение диаметра лунки.

Поэтому в испытаниях в дальнейшем используются ТСП с толщиной от 8 до 10 мкм.

Рйс. 5. Вид поверхности лунок с различной толщиной ТСП 5, мкм: а - 10,

б-15, в-25

Исследования показали также, что средние касательные напряжения гп, обусловленные атомно-молекулярными взаимодействиями, возникающими на границе раздела «ТСП-твердое тело» во всем температурном интервале внешнего трения, являются функцией нормальных напряжений Рг на контакте и аппроксимируются уравнением вида

Г„=Го +ДР„ (10)

а молекулярная составляющая коэффициента трения

где - фрикционные параметры, - среднее давление на контакте.

Зависимости средних касательных напряжений и молекулярной составляющей коэффициента трения от температуры «ТСП-твердое тело» представляют собой сложные кривые.

При пластическом контактировании в широком диапазоне положительных температур установлено, что зависимости от

температуры Т контакта имеют три характерные зоны (рис.6): в I зоне с повышением Т происходит уменьшение практически не

зависят от Г и имеют минимальные значения; в III - г„ и /„ увеличиваются (и довольно интенсивно) с повышением Т.

Рис. 6. Зависимости средних касательных напряжений молекулярной составляющей коэффициента трения от температуры:

индентор ШХ15; покрытие СТС-4; подложка ХН77ТЮ

Предельную температуру I зоны обозначим Т1, II зоны - Т2.

Значения температур 7\ и Тг зависят от марки ТСП.

На рис 7 приведены полученные зависимости средних касательных напряжений и молекулярной составляющей коэффициента трения во всем исследованном диапазоне температур для исследованных покрытий ВНИИНП-228, СТС-4 и ЦВСП-Зс.

Рис. 7. Зависимости средних касательных напряжений г„ (а) и молекулярной составляющей коэффициента трения /м (б) от температуры: индентор ШХ15; подложка - 1Х18Н10Т; покрытие: 1 - СТС-4, 2 - ЦВСП-Зс,

3 - ВНИИНП-229

Из этого рисунка видно, что температура Г,=100°С - для покрытия ВНИИНП-229 и Г,=200°С - для покрытий СТС-4 и ЦВСП-Зс; Г2=200°С и Т2 =400°С - соответственно для покрытий ВНИИНП-229 и СТС-4, ЦВСП-Зс. В диапазоне температур средние касательные напряжения и

коэффициент имеют минимальные значения и незначительно изменяются с повышением температуры. Этот температурный диапазон соответствует в основном оптимальным условиям работы деталей и узлов машин с ТСП при внешнем трении. При температурах выше Т2 средние касательные напряжения увеличиваются, что обусловлено в основном химическим видоизменением антифрикционного наполнителя, изменением физико-механических свойств связующего вещества с повышением температуры. Последнее связано с нарушением сплошности покрытия в контакте индентор-твердое тело с ТСП, в результате чего возникает металлический контакт образцов.

Снижение кривых г„ = /(г) и /и = /(г) в I зоне температур обусловлено в основном размягчением связующего вещества ТСП, как показано выше на рис. 3. В области подъема кривых (в III зоне) существенное влияние на межатомное и межмолекулярное взаимодействие контактирующих тел оказывают продукты окисления антифрикционного наполнителя, температурная стойкость связующего вещества и материала индентора.

Так, для ТСП ВНИИНП-229 увеличение средних касательных напряжений начинает происходить при более низкой температуре по сравнению с ТСП СТС-4 и ЦВСП-Зс (200°С против 400°С). Это, по-видимому, связано с интенсивным окислением кислородом воздуха антифрикционного наполнителя - дисульфида молибдена (M0S2) с образованием абразивного продукта - трехокиси молибдена (МоОз). Образование МоОз отражается на фрикционных характеристиках ТСП.

Результаты исследования триботехнических характеристик при использовании ТСП ВНИИНП-209, ВНИИНП-213 и ВНИИНП-504 на основе полимерных связующих представлены на рис. 8.

О 100 200 300 400

Рис 8 Касательные тп напряжения на контакте (а) и молекулярная составляющая коэффициента трения /„ (б) в зависимости от температуры 1 - покрытие (графит с полимерным связующим) на ЭП-718, 2 - ВНИИНП-213 на стали 40Х, 3 - Моликот 321Я на ВТ-9, 4 - ВНИИНП-504 на ЭИ-415Ю, 5 - ВНИИНП-209 на стали 40Х, б - Моликот 3400А на ВТ-9

Характерным для полученных зависимостей средних касательных напряжений тп от температуры Т (рис 8,а) является наличие минимума при температурах, величины которых зависят от применяемых металлических подложек и покрытий Например, для покрытий ВНИИНП-209 и ВНИИНП-213 на стали 40Х минимальные значения получены при температуре около 180°С, но при этом наблюдается существенная разница в величине касательных напряжений, что объясняется различной твердостью рассматриваемых покрытий

Покрытия ВНИИНП-209 и ВНИИНП-213 состоят из одних и тех же компонентов и различаются соотношением твердой фазы и связующего (в первом случае 1 1, во втором - 1 3), что определяет более высокую твердость покрытия ВНИИНП-213 Влияние твердости покрытий на величину тп также отмечено при испытаниях зарубежных покрытий Моликот 3400 А (дисульфид молибдена, термостойкая смола и присадки) и Моликот 321 Я (дисульфид молибдена и неорганическое связующее) на сплаве ВТ-9 Установлено, что характер температурного изменения касательных напряжений на

фрикционном контакте с покрытием Моликот на сплаве ВТ-9 соответствует характеру зависимости относительной твердости покрытия от температуры.

Изучение поверхностей лунок, полученных при различных температурах и нагрузках контакта, с помощью сканирующего электронного микроскопа SEM-505 (рис. 9) выявило существенные различия в морфологии поверхности ТСП в лунках.

Рис. 9. Поверхность ТСП ЦВСП-Зс. а - исходная поверхность; б - 470° С после приложения нагрузки (х 1420)

Полученные снимки свидетельствуют о том, что исходная поверхность ТСП является "рыхлой", а после приложения нагрузки на систему индентор-плоский образец с ТСП покрытие уплотняется.

Для ТСП ВНИИНП-229 с повышением температуры происходит окисление МоБг до М0О3. По внешнему виду МоОз представляет собой кристаллический порошок белого цвета. При температурах 170-180°С происходит интенсивное окисление Визуальный осмотр поверхности

плоского образца с ТСП ВНИИНП-229 показал, что поверхность образца при температурах 380°С и выше меняет цвет на светло-серый. На поверхности лунок всех исследованных ТСП при температурах более 470°С появляются трещины. Исследование поверхности лунок на плоских образцах с ТСП показало, что во всем исследованном температурном диапазоне в процессе внешнего трения лунки имеют геометрически правильную форму. Экспериментальные данные характеризуются стабильностью с отклонением ± (2-5)% при надежности 0,95. При температурах до 75 °С характерно

незначительное налипание ТСП на поверхность шарового индентора, о чем свидетельствуют "следы" отдельных пятен в лунке и на поверхности индентора. Поверхности лунки незначительно отличаются от самой поверхности ТСП. При температурах выше 75 °С поверхность лунки становится блестящей, гладкой, а с повышением температуры более 200°С «блеск» увеличивается.

Исследования влияния материала контртела (индентора) на средние касательные напряжения показали, что материалы инденторов, проявляющие склонность к окислению, оказывают определенное влияние на величину средних касательных напряжений для пары индентор-твердое тело с ТСП в условиях высоких температур.

Результаты экспериментальных исследований хп от Рг при различных температурах, обработанные по способу наименьших квадратов, позволили выявить изменение параметров г„ и ¡3 в формуле (10) от температуры.

Результаты экспериментальных исследований показывают, что для исследованных ТСП и инденторов характер изменения параметров от

температуры примерно одинаков, как это показано, например, на рис. 10 для покрытия ВНИИНП-229.

Рис. 10. Зависимость т0 (а) и р (б) от температуры: покрытие ВНИИНП-229; индентор: 9X18 (/), ХН55ВМКЮ (2), ШХ15 (3)

Установлено, что с повышением температуры вначале наблюдается уменьшение значений параметров При этом для ТСП ВНИИНП-229 и

СТС-4 параметр г0 с повышением температуры до 100°С изменяется более интенсивно, чем для ТСП ЦВСП-Зс.

С дальнейшим повышением температуры изменение параметра происходит с одинаковой интенсивностью для всех исследованных ТСП. При этом в области интенсивного окисления МоБг для покрытия ВНИИНП-229 и при нарушении сплошности ТСП в контакте для СТС-4 и ЦВСП-Зс зависимость параметров от температуры, снижаясь, проходит через

минимум соответственно в интервале температур 170-180°С и 350-360°С. Увеличение параметров г0 и р не нарушает прямолинейной зависимости изменения средних касательных напряжений от нормальных. Полученные зависимости фрикционных параметров тс и р от температуры позволяют прогнозировать фрикционные свойства ТСП (в том числе коэффициент трения) для реальных подвижных сопряжений, используя теорию фрикционного взаимодействия шероховатых тел. Разброс экспериментальных данных для всех исследуемых ТСП отличался стабильностью (5-10)% при надежности 0,95.

В главе 4 приведены результаты исследований зависимости коэффициента трения в сопряжении «вал с ТСП-втулка» и долговечности такого сопряжения от температуры.

Физическую природу коэффициента трения трибосопряжений с ТСП исследовали на описанной выше модели единичного фактического контакта, т. е. на подвижной паре «сферический индентор-твердое тело с ТСП». Экспериментальные исследования зависимости коэффициента трения от температуры для пары «единичный индентор-твердое тело с ТСП» показали справедливость основного положения молекулярно-механической теории внешнего трения. Установлено, что при скольжении единичной неровности, моделируемой в виде шарового сегмента, по пластически деформируемому полупространству с ТСП экспериментальные значения коэффициента трения хорошо коррелируют со значениями полученными в результате суммирования молекулярной и деформационной составляющих коэффициента трения (рис 11):

где Я - радиус индентора, N - нормальная нагрузка на индентор, НВ -твердость материала подложки по Бринеллю.

Рис. 11. Зависимость коэффициента трения и его составляющих от температуры: покрытие - СТС-4; нагрузка - 4,9 кН; индентор - ХН55ВМКЮ; подложка - 1Х18Н10Т; 1 - молекулярная составляющая коэффициента трения, 2 - деформационная составляющая коэффициента трения, 3 - общий коэффициент трения

Молекулярную и деформационную составляющие коэффициента трения вычисляли по результатам экспериментальных исследований зависимости тп и твердости НВ от температуры.

Экспериментальные исследования влияния температуры на триботехнические свойства ТСП в подшипнике скольжения в диапазоне изменения температур от нормальных до 400-550°С проводили на разработанной нами высокотемпературной установке МТП-6. Исследования выполняли с использованием тех же материалов, что и для исследования молекулярной составляющей коэффициента трения. Одинаково производили подготовку поверхностей образцов. На основании результатов исследования триботехнических свойств ТСП в подшипнике скольжения экспериментально подтверждена (рис.12) предложенная формула (9) определения коэффициента трения в сопряжении «вал с ТСП-втулка» при высоких температурах. Экспериментальные значения коэффициента трения (отдельные точки) хорошо совпадают со значениями (сплошная линия 3), полученными в

результате суммирования экспериментально определенной в лабораторных условиях молекулярной составляющей коэффициента трения (отдельные точки линии 1) и вычисленной в зависимости от температуры деформационной (отдельные точки линии 2) составляющей коэффициента трения.

Рис. 12. Зависимость коэффициента трения и его составляющих от температуры: вал ХН60ВТ, втулка ХН55ВМКЮ, покрытие ВНИИНП-229; составляющие коэффициента трения: 1 - молекулярная, 2 - деформационная, 3 - общий коэффициент трения

Анализ долговечности работы сопряжения вал с ТСП-втулка (рис. 13) показал, что при удельных давлениях 55 МПа, скорости скольжения 0,1 м/с и комплексной характеристике шероховатости наибольшая

долговечность работы подвижных сопряжений с исследуемыми ТСП наблюдалась при температуре, соответствующей минимуму коэффициента трения.

Для ТСП ВНИИНП-229 это соответствовало температуре 180°С, а ТСП СТС-4 и ЦВСП-Зс - (250-280)°С. Указанные обстоятельства позволяют судить о наличии у каждого покрытия диапазона оптимальных по долговечности температур, смещающихся в сторону высоких температур при повышении термостойкости антифрикционного наполнителя и способности связующего вещества сохранять свои физико-механические свойства, так как деструкция связующего неминуемо ведет к разрушению всего покрытия.

т,

160

120

80

40

0

т,°с

20 100 200 300 400 500 600

Рис 13 Зависимость работоспособности ТСП от температуры Покрытие - ВНИИНП-229 (7), СТС-4 (2), ЦВСП-Зс (3), вал - ХН60ВТ, втулка - ХН55ВМКЮ, (Р-55МШ)

Значения этих температур можно прогнозировать по результатам триботехнических исследований коэффициента трения

В главе 5 представлены результаты исследования влияния твердых покрытий на совместимость трущихся поверхностей в условиях повышенных температур контакта

Повышение быстроходности, мощности и производительности всех видов машин при одновременном выполнении требований по ресурсу, надежности и весу вызывают необходимость создания трибосопряжений, работающих при повышенных температурах (до 800°С и выше) В этих условиях, как было показано выше, применение исследованных ТСП не является эффективным, так как при этом ухудшаются их триботехнические показатели и физико-механические свойства применяемых подложек Поэтому для создания подвижных сопряжений, работающих при повышенных температурах, в качестве материала основы деталей используют, как правило, жаропрочные жаростойкие стали и сплавы, в том числе инструментальные материалы (жаропрочные сплавы на никелевой основе, твердые сплавы и тп), а антифрикционный материал в виде твердых покрытий наносят на поверхности деталей различными способами При этом на первый план выступает проблема выбора контактирующих материалов подвижных

сопряжений, которые при заданном режиме трения способны приспосабливаться один к другому в процессе взаимного перемещения, обеспечивая заданную долговечность. Это обуславливается главным образом устойчивостью материалов фрикционной пары к локальному сдвигу и в значительной степени зависит от соотношения когезионной и адгезионной прочности контактирующих в процессе работы тел.

Появление задира при трении связано главным образом с наступлением порога внешнего трения. В условиях наличия пластических деформаций на контакте внешнее трение для сферической модели неровностей невозможно при выполнении соотношения (по И.В.Крагельскому):

где - глубина внедрения неровности, радиус округления неровности, прочность на срез адгезионных связей при наличии пластических деформаций на фрикционном контакте, - кратковременный предел текучести материала контактирующих тел с учетом упрочнения материала от пластической деформации.

Можно принять сат =РгН, где РгН - предельные нормальные напряжения, которые выдерживает контакт.

Как показали измерения, относительное внедрение индентора для

группы материалов, близких по физико-механическим свойствам, изменяется незначительно, тогда о совместимости трущихся поверхностей исследуемых пар можно судить по отношению

-^>(0.5-^), (14)

гИ

где

Фрикционная пара, обеспечивающая в рассматриваемых условиях меньшее значение обусловливает меньшую вероятность появления

повреждений на трущихся поверхностях и является более благоприятной по совместимости.

Температура при которой появляется задир на более мягком из

контактирующих тел (она соответствует максимуму отношения названа

температурой порога совместимости трущихся поверхностей.

Влияние износостойких покрытий исследовали на образцах из сплавов ЖС6У, Т14К8 и ВК8, на которые ионно-плазменным способом на установке «Булат» были нанесены покрытия из нитрида циркония (/гК), а также из карбонитрида титана ТЮК.

Влияние порошка нитрида бора (ВК) на фрикционные параметры рассматривали в сочетании с инденторами из сплавов ЖС6У и ВК8, твердосмазочные покрытия Моликот 321Я и никель-графитовое (без дополнительного и после дополнительного обжатия) наносили на образцы из ЖС6У.

Исследования показали, что значения соответствующие наличию пластических деформаций на фрикционном контакте, зависят от предельных нормальных напряжений РгН, величины т0 и коэффициента р. По мере изменения температуры Т контакта эти параметры изменяются, предопределяя характер зависимостей В большинстве случаев с

повышением температуры Т, начиная с 700-800°С, величины т0 и р уменьшаются. Предельные нормальные напряжения которые выдерживает контакт в условиях наличия пластических деформаций и которые зависят в основном от твердости образцов, снижаются во всем исследованном диапазоне температур. Поэтому практически для всех исследованных контактирующих пар, начиная с 700-800°С, величины тт уменьшаются. Однако тт изменяется непропорционально изменению (в связи с наличием свободного члена в уравнении (10)). В результате этого зависимость гт1Рт = /(Г), как правило, имеет максимум (рис. 14) при температуре При этой температуре

появляются повреждения на более мягком из контактирующих тел, поэтому она названа температурой порога совместимости трущихся поверхностей. Наличие температуры Ттрг объясняется интенсификацией диффузионных процессов, приводящих к изменению соотношения между пластичностью и твердостью более мягкого из контактирующих тел.

Исследования показали, что применение покрытий из нитрида циркония ^г^ и карбонитрида титана не дает значительного эффекта по

улучшению совместимости трущихся поверхностей, а применение покрытия из нитрида циркония для фрикционной пары ЖС6У - BT22 ухудшает

показатель совместимости.

Рис. 14. Влияние температуры на параметр совместимости тт!Рг„ при контактировании титанового сплава ВТ9 с: 1 - ЖСбУ+никель-графитовое покрытие (после дополнительной обработки); 2 - ЖС6У 3 - Т14К8

(ТС^; 4 - ЖСбУ+BN; 5 - BK8+BN; б - ЖС6У (Моликот 32Ж); 7 - ЖСбУ+никель-графитовое покрытие (без дополнительной обработки);

S-BK8;9-BK8(TiCN)

Применение покрытий из карбонитрида титана на сплав ВК8 уменьшает вероятность схватывания лишь при температурах ниже 800°С, что, видимо, связано с присутствием в покрытиях атомов неактивного азота. При более высоких температурах сплав ВК8 обеспечивает лучшую совместимость по сравнению с ВК8 ^Ю^. При этих температурах интенсифицируются диффузионные процессы и наличие в TiCN атомов титана повышает интенсивность этого процесса и прочность адгезионных связей, что ведет к увеличению вероятности схватывания.

Для твердосмазочного покрытия Моликот 32 Ш характерно наличие выраженного минимума (рис. 14), что можно объяснить влиянием твердости

покрытия на величину ?т и изменением физико-механических свойств дисульфида молибдена с повышением температуры.

Нанесение никель-графитового покрытия существенно снижает критерий гт!РгН совместимости трущихся поверхностей и уменьшает вероятность схватывания. Так, в исследованном диапазоне температур 1„,1РгИ не превышало 0,09, а при температурах 740°С и выше — 0,03, т. е. существенно ниже, чем величина, характерная для трения металлических поверхностей без смазки (0,1 и выше).

Как показали исследования, наименее интенсивно изнашиваются инструменты, на поверхности которых нанесены ТП, обеспечивающие наименьшую вероятность схватывания.

В главе 6 представлено описание информационной базы данных по триботехническим характеристикам (ИБД ТХ) подвижных сопряжений, в том числе с ТП (свидетельства о регистрации №2004612001 и №2004620214).

Дано обоснование сформированным подсистемам базы, приведено описание информационных взаимосвязей между подсистемами, показана модульная структура задачи и схема информационных связей между модулями и файлами, дано описание справочников по наименованиям и по триботехническим характеристикам.

ИБД ТХ позволяет в диалоговом режиме выбрать контактирующие материалы, смазку или твердые покрытия (или ТСП), назначить вид термической или химико-термической обработки деталей трибосопряжений, задать давление на фрикционном контакте и температуру и по ним получить информацию о таких триботехнических характеристиках, как (температура, соответствующая минимальной

интенсивности изнашивания).

Созданная информационная база данных по триботехническим характеристикам позволяет оперативно вести оптимизационные расчеты при конструировании тяжелонагруженных трибосопряжений (рис. 15).

Рис. 15. Расчетные показатели

Эта база может быть встроена в системы автоматизированного проектирования подвижных сопряжений в качестве подсистемы. Она может быть использована в авиастроении, химическом и нефтехимическом машиностроении, а также в других отраслях, в которых трибосопряжения работают в экстремальных условиях по температуре и нагрузкам.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основе предложенной физической модели локального подвижного контакта поверхностей твердых тел с твердым покрытием создано оборудование и разработан метод оценки триботехнических параметров такого контакта с учетом температуры и давления.

2. Установлено, что совместное влияние давления, химического и структурно-фазового составов твердого смазочного покрытия, технологических методов их нанесения и механических свойств материала подложки приводит к тому, что с повышением температуры касательные напряжения на фрикционном контакте сначала уменьшаются, затем после некоторой стабилизации начинают возрастать. Диапазон стабилизации назван критическим диапазоном температур, который связан в основном с термостойкостью материала связки.

3. Показано, что выбор материала подложки деталей трибосопряжений необходимо согласовывать с критическим диапазоном температур ТСП, чтобы избежать появления структурно-фазовых превращений в материале подложки и изменения исходных механических свойств в процессе высокотемпературной эксплуатации подвижных сопряжений.

4. На основе предложенной физической модели локального подвижного контакта с ТП разработан метод определения фактического модуля упругости ТСП с учетом температуры и давления на контакте, физико-механических свойств материала подложки, а также того, что покрытия под нагрузкой деформируются, уплотняются и изменяют свои исходные упругие свойства.

5. Установлено, что существуют критические значения относительной толщины ТСП, начиная с которых при расчетном определении контактных напряжений необходимо использовать фактические значения модуля упругости ТСП. Показано, что для исследованных ТСП критические значения примерно одинаковы и равны

6. Разработан и апробирован стенд для натурных испытаний, позволивший исследовать трибологические свойства и работоспособность ТСП в сопряжении «вал-втулка» при температурах в диапазоне 20-800°С, нормальных нагрузках 15-3000 Н и скоростях скольжения от 110"3 до 2 м/с.

7. Установлено, что подвижные сопряжения «вал с ТСП-втулка» (подшипники скольжения) обеспечивают наиболее высокую долговечность при работе в критическом диапазоне температур (для ВНИИНП-229 - 180-220°С, для ЦВСП-Зс и СТС-4 - 280-320°С). Это позволяет оптимизировать работу высокотемпературных подвижных сопряжений по триботехническим параметрам с ТСП на стадии их проектирования.

8. Установлены химические составы и агрегатные состояния твердых покрытий, при которых повышается температура порога совместимости и снижается схватывание трущихся поверхностей. К этому, в частности, приводит присутствие в покрытиях в связанном состоянии атомов неактивного азота, при этом интенсивность изнашивания технологического инструмента наименьшая.

9. Создана информационная база данных по триботехническим характеристикам, позволяющая оперативно с помощью компьютерных

программ автоматизировать и оптимизировать расчеты при конструировании подвижных тяжелонагруженных высокотемпературных трибосопряжений.

10. Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований позволили разработать для машиностроительных предприятий рекомендации по проектированию и эксплуатации сопряжения «вал с ТСП-втулка» в условиях высоких температур. К ним относятся: стандарт предприятия Кумертауского авиационного производственного предприятия «Методика и приборное обеспечение для испытания твердых смазочных покрытий в сопряжении вал-втулка при высоких температурах»; конструкторская документация высокотемпературной установки, новизна которой подтверждена авторским свидетельством (а.с. 1196732); установка для исследования составляющей коэффициент трения при высоких температурах (свидетельство № 2652); оценка упругих характеристик твердых смазочных покрытий с учетом температуры и давления на фрикционном контакте (а.с. 1435997); информационная база данных по триботехническим характеристикам и компьютерным программам (свидетельства № 2004612001 и №2004620214).

Ожидаемый технико-экономический эффект от внедрения научно обоснованного метода исследования триботехнических характеристик ТСП и приборного обеспечения для испытания ТСП в сопряжении вал-втулка при высоких температурах на промышленных предприятиях (в г. Кумертау, Салават, Ишимбай) составляет свыше 3 млн руб. в год.

11. Результаты работы внедрены в учебный процесс Уфимского государственного авиационного технического университета в виде учебного пособия с грифом У МО при подготовке инженеров по специальностям 120100, 120400, 120500 и бакалавров, магистров по направлению 551800.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. Михин Н.М., Криони Н.К. Установка для исследования триботех-нических свойств материалов в условиях высоких температур // Заводская лаборатория. - 1985. - №5. - С. 75-77.

2. Михин Н.М., Криони Н.К. Экспериментальное определение молекулярной составляющей коэффициента трения для твердосмазочных покрытий в условиях нормальных и высоких температур // Трение и износ. -1985.-Т. VI. №1.-С. 149-153.

3. А.с. 1196732. Устройство для испытания материалов трением при высоких температурах / Н.К. Криони, Н.М. Михин, М.А Сляднев // БИ, № 45, 1985.

4. Криони Н.К., Михин Н.М. Исследование триботехнических свойств твердых смазочных материалов в опорах скольжения в условиях нормальных и высоких температур // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 1985. № 6. С. 29-33.

5. Криони Н.К., Михин Н.М. Экспериментальное исследование зависимости коэффициента трения от температуры для пары единичный индентор-твердое тело с твердым смазочным покрытием // Проблемы трения и изнашивания. - 1986. - № 29. - С. 27-31.

6. Криони Н.К. Триботехнические свойства ТСП в подшипниках скольжения при высоких температурах // Теория и практика создания, испытания и эксплуатации триботехнических систем: Сб. науч. трудов Всесоюзной научно-техн. конф. - Андропов, 1986. - С. 17-19.

7. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Оценка упругих характеристик твердых смазочных покрытий с учетом температуры и давления на фрикционном контакте // Трение и износ. - 1988. - Т. IX, № 3. - С. 554-556.

8. А.с. 1435997 СССР. Способ определения упругих характеристик материалов, нанесенных на твердое тело в виде покрытий // Н.К. Криони, В.В. Постнов, Л.Ш. Шустер // БИ. - 1988. - № 41.

9. Криони Н.К., Кондратьев ВА, Белих В.И. Применение твердых смазочных покрытий в подшипниках скольжения // Современные проблемы трибологии: Сб. науч. трудов Всесоюзной научно-техн. конф. - Николаев, 1988.-С. 33-35.

10. Криони Н.К., Кондратьев В.А., Белих В.И. Трение металлических поверхностей, разделенных пленкой твердого смазочного покрытия // Трение и износ. - 1990.- Т. II, № 2. - С. 307-311.

11. Криони Н.К., Богатырев В.Б. Триботехнические свойства литого штампового инструмента с композиционным упрочнением поверхности // Трение и износ. - 1990. - Т. II, № 5. - С. 863-866.

12. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Оценка совместимости трущихся поверхностей в условиях применения износостойких покрытий // Теплофизика и технологические процессы: Сб. науч. трудов VII конф. -Рыбинск, 1992. - С. 47-49.

13. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Совместимость при трении в условиях прессования титановых сплавов // Трение и износ. - 1993. - Т. XIV, № 5. -С. 914-921.

14. Криони Н.К. Оценка триботехнических характеристик твердых смазочных покрытий в условиях высоких температур // Российский симпозиум по трибологии: Сб. науч. трудов Российского симпозиума по трибологии. -Самара, 1993. - С. 26-27.

15. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. О комплексной оценке триботехнических характеристик высокотемпературных ТСП // Проблемы повышения износостойкости газонефтепромыслового оборудования. ГАНГ им. И.М. Губкина: Сб. науч. трудов третьей научно-техн. конф. - Москва, 1994.-С.64-67.

16. Криони Н.К. Прогнозирование сил трения в подшипниках скольжения // Словянтриб-3: Сб. науч. трудов международного научно -практического симпозиума. - Рыбинск, 1995. - С. 15-17.

17. Свидетельство 2652 РФ на полезную модель: Установка для исследования адгезионной составляющей коэффициента трения при высоких температурах / А.А. Танеев , О.А. Деменок, Н.К. Криони // БИ. - 1996. - №8.

18. Криони Н.К. Триботехнические проблемы применения высокотемпературных твердых смазочных покрытий // Новые технологии управления движением технических объектов: Сб. науч. трудов II междунар. научно-техн. конф. - Новочеркасск, 1999. - С. 120-122.

19. Криони Н.К., Шустер Л.Ш., Постнов В.В.,Мигранов М.Ш. Выбор штампового материала для сверхпластической деформации титановых сплавов // Современное состояние теории и практики сверхпластичности материалов: Сб. науч. трудов международной научной конф. - Уфа, 2000. - С.24-27.

20. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Триботехнические свойства твердых смазочных покрытий в подшипниках скольжения // Новые технологии управления движением технических объектов: Сб. науч. трудов III междунар. научно-техн. конф. - Новочеркасск, 2000. - С. 112-114.

21. Криони Н.К, Шустер Л.Ш Высокотемпературная триботехника в машиностроении // Триботех 2003: Сб. науч. трудов научно-практической международной конф. - Москва, 2003. - С.24-25.

22. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Высокотемпературная триботехника в машиностроении //Приводная техника. - 2004.- № 1. - С. 48-50.

23. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Влияние высоких температур на процесс внешнего трения в паре скольжения «твердое смазочное покрытие -твердое тело» //Приводная техника. - 2004. - № 1. - С. 50-57.

24. Криони Н.К Исследование триботехнических свойств металлических поверхностей, разделенных пленкой твердого смазочного покрытия, при высоких температурах фрикционного контакта // Вестник УГАТУ. - 2004. - Т.5, № 1(9) - С. 48-54.

25. Криони Н.К. Оценка долговечности сопряжения «вал с твердым смазочным покрытием-втулка» с учетом температуры //Вестник УГАТУ. -2004. - Т.5, №2(10) - С. 214-219.

26. Криони Н.К. Оптимизация работы высокотемпературных подшипников скольжения с твердыми смазочными покрытиями по триботехническим параметрам. - М.: Машиностроение, 2004. - 164 с.

27. Шустер Л.Ш., Криони Н.К, Мигранов М.Ш. Информационная база данных по триботехническим характеристикам в машиностроении, 2004 (свидетельство о регистрации № 2004612001).

28. Криони Н.К. Расчет контактных параметров сопряжений вал с ТСП - втулка в условиях высоких температур // Вестник УГАТУ. - 2004. -Т.5,№2(10)-С. 77-82.

29. Мигранов М.Ш., Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Смазки и их применение в машинах и при формообразовании поверхностей в мехатронных станочных системах: Учеб. пособие. - М.: МАИ, 2004. - 174 с.

30. Шустер Л.Ш., Мигранов М.Ш., Криони Н.К. Комплекс программ по формированию и ведению информационной базы данных по триботехническим характеристикам в машиностроении («ТЫБО»), 2004 (свидетельство о регистрации № 2004620214).

31. Криони Н.К. Повышение работоспособности по триботехническим параметрам высокотемпературных подвижных сопряжений с твердыми покрытиями // Вестник УГАТУ. - 2004. - Т.5, №3(11) -С. 3-15.

КРИОНИ Николай Константинович

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПО ТРИБОТЕХНИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОДВИЖНЫХ СОПРЯЖЕНИЙ С ТВЕРДЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

Специальность 05 02 04 - Трение и износ в машинах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать 12 01 2005 Формат 60x841/16

Печать плоская Бумага офсетная Гарнитура Times New Roman Cyr

Уел печ л 2,0 Уел кр -отт 1,9 Уч -изд л 1,9 Тираж 100 экз Заказ № 129

Уфимский государственный авиационный технический университет

Редакционно-издательский комплекс УГАТУ

450000, Уфа - центр, ул К Маркса, 12

OS. 01

n > -

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТВЕРДЫЕ ПОКРЫТИЯ И МЕТОДЫ

ОЦЕНКИ ИХ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

1.1 Классификация твердых покрытий

1.2 Основные факторы, определяющие триботехнические свойства ТП

1.3 Методы определения триботехнических свойств ТП

1.4 Выводы

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ

БАЗЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Контактные параметры сопряжения вал с твердым смазочным покрытием - втулка в условиях высоких температур 47 Д

2.2. Определение модуля сдвига ТСП

2.3. Расчет контактных параметров сопряжения вал - втулка

2.4. Оценка влияния ТСП на контактные параметры сопряжения вал-втулка

2.5. Влияние температуры на контактные параметры сопряжения вал -втулка

2.6. Методика расчета нагрузки и угла охвата сопряжения вал - втулка

2.7. Коэффициент трения в подшипниках скольжения при высоких температурах

2.8. Единичная фрикционная связь

2.9. Экспериментальные исследования внешнего трения

ТСП — твердое тело при высоких температурах

2.10. Оборудование для экспериментальных исследований подшипников скольжения с ТСП при повышенных температурах

2.11. Исследуемые материалы

2.12. Выводы

ГЛАВА 3. КОНТАКТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

ПРИ НАЛИЧИИ ТСП С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ

3.1. Исследование влияния различных факторов на средние касательные напряжения

3.2. Температурные зависимости триботехнических характеристик ТСП

3.3. Исследование морфологии поверхностей трения

3.4. Влияние материала контртела (индентора) на средние касательные напряжения

3.5. Экспериментальные зависимости триботехнических констант от вида ТСП и температуры

3.6. Зависимость модуля сдвига ТСП от температуры

3.7. Выводы

ГЛАВА 4. ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТСП

В ПОДВИЖНЫХ СОПРЯЖЕНИЯХ В УСЛОВИЯХ

ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

4.1. Температурная зависимость коэффициента трения для пары единичный индентор - твердое тело с ТСП

4.2. Триботехнические свойства ТСП в подшипниках скольжения в условиях высоких температур

4.3. Оценка долговечности сопряжения вал с ТСП - втулка с учетом температуры

4.4. Номограмма для определения фрикционных характеристик опор скольжения типа вал с ТСП - втулка

4.5. Выводы

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ТВЕРДЫХ ПОКРЫТИЙ НА СОВМЕСТИМОСТЬ ТРУЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ КОНТАКТА

5.1. Критерии и методика оценки совместимости материалов

5.2. Влияние температуры и контактирующих материалов на фрикционные характеристики и совместимость трущихся поверхностей

5.3. Влияние износостойких и твердосмазочных покрытий на фрикционные характеристики и совместимость трущихся поверхностей

5.4. Исследование изнашивания инструментальных материалов

5.5. Выводы

ГЛАВА 6. ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА ДАННЫХ

ПО ТРИБОТЕХНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ТСП

6.1. Формирование информационной базы данных по триботехническим характеристикам

6.2. Описание логической структуры базы данных

6.3. Требования, предъявляемые к аппаратным и программным средствам функционирования ИБД ТХ

6.4. Использование ИБД ТХ для прогнозирования работоспособности подвижных сопряжений с ТСП и создания сопряжений с заранее заданными триботехническими свойствами

6.5. Выводы 222 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ

Поверхности твердых тел обычно покрыты пленками, состав и свойства которых существенно зависят от окружающей среды. Это, например, пленки оксидов, пленки адсорбированных из окружающей среды веществ, различного рода «загрязнения» и естественные граничные пленки.

Такие пленки оказывают существенное влияние на взаимодействие контактирующих твердых тел. На свойства адсорбционных и хемосорбционных пленок, возникающих на поверхностях твердых тел, оказывают влияние многие, зачастую трудно учитываемые факторы. Однако в некоторых случаях, учитывая условия и режимы эксплуатации сопряжений и сведя к минимуму вероятность появления различных возмущающих факторов, можно осуществить направленное модифицирование поверхности за счет проведения определенных конструктивно-технологических мероприятий. К их числу относится нанесение на поверхности трения различных твердых пленок (ТП), в том числе твердых смазочных покрытий (ТСП). Целью нанесения твердых пленок является придание контактирующим поверхностям деталей машин требуемых эксплуатационных свойств, таких как: нормальная и тангенциальная жесткости, износостойкость, антифрикционность, коррозионная стойкость, электро-и теплопроводность контакта и т.п.

Большинство твердых пленок, нанесенных на поверхности тел, при соответствующих условиях контактирования проявляют определенное смазывающее действие, т.е. обеспечивают положительный градиент механических свойств по глубине тел.

Актуальность работы. Развитие современной техники характеризуется ужесточением условий работы подвижных сопряжений: возрастанием нагрузок, температур, скоростей скольжения, при которых работают узлы трения. При определенных режимах эксплуатации подвижных сопряжений, например, при высоких температурах, практически исключается использование жидких или пластичных смазочных материалов. В этих условиях широко применяют твердые смазочные материалы, обычно наносимые на рабочие поверхности деталей в виде покрытий.

Для нужд быстроразвивающихся отраслей промышленности необходимо создание твердых покрытий, в том числе твердых смазочных покрытий, работоспособных при высоких температурах, вплоть до 1000°С. Работы по созданию таких покрытий и их эффективному применению во многом сдерживаются отсутствием расчетных и экспериментальных методов обоснованной оценки триботехнических параметров в условиях высоких температур контакта, а также эффективных методик выбора твердых покрытий, в том числе ТСП, и оптимизации режимов их эксплуатации, обеспечивающих наименьшие энергозатраты и наибольшую долговечность.

Несмотря на многочисленные исследования в области ТСП, в технической литературе практически отсутствуют данные по триботехническим и физико-механическим характеристикам твердых покрытий. Выполнение таких исследований позволит более широко использовать ТСП в различных условиях эксплуатации и областях техники для повышения срока службы машин и оборудования.

Представленная диссертация направлена на восполнение этого пробела, что определяет актуальность темы диссертации и подтверждается тем, что ее базовую основу составляют исследования, выполненные автором в рамках:

- научно-технической программы Министерства науки России «Конверсия и высокие технологии. 1997-2000гг.»;

- федеральной целевой программы «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997 -2001гг.»;

- комплексной программы «Авиационная технология».

Цель работы - разработка методологии комплексной оценки триботехнических свойств и выбора твердых покрытий для высокотемпературных подвижных сопряжений, позволяющей установить условия их наиболее эффективной работы по энергозатратам и долговечности.

Для достижения этой цели последовательно решались следующие задачи:

1. Изучение закономерностей взаимодействия металлических тел с твердыми покрытиями при трении в условиях повышенных температур и давлений на контакте.

2. Установление функциональных связей триботехнических параметров со структурно-фазовым и химическим составами ТСП (в том числе связки), а также технологическими методами их нанесения.

3. Выявление роли физико-механических свойств подложки в проявлении функциональных свойств ТСП при повышенных температурах фрикционного контакта.

4. Разработка и создание новых методов испытаний и аппаратуры для триботехнических исследований при повышенных температурах контакта с ТСП с целыо ускоренной оценки работоспособности сопряжения «вал-втулка».

5. Оценка влияния температуры и ТСП на напряженное состояние и силы трения в сопряжении «вал-втулка», а также на показатели совместимости трущихся поверхностей (с учетом нанесенных на них твердых покрытий.

6. Систематизация, накопление и автоматизация использования (на базе компьютерных технологий) знаний в области высокотемпературной триботехники с использованием твердых покрытий, в том числе ТСП.

7. Разработка рекомендаций по повышению работоспособности и долговечности опор скольжения с ТСП, а также эффективности операций механообработки, выполняемых инструментами с нанесенными на них твердыми покрытиями.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. В работе использованы теоретические и эмпирические методы исследования. Решения задач базируются на экспериментальных данных и известных теоретических положениях теории трения и износа, технологии машиностроения, теоретической механики, теорий сопротивления материалов, математического моделирования, вероятности и математической статистики и системного проектирования. Обоснованность и достоверность выдвинутых автором положений, выводов и рекомендаций, полученных результатов подтверждается использованием известных положений фундаментальных наук, сходимостью полученных теоретических результатов с данными эксперимента и большим объемом взаимоподтверждающих экспериментальных данных, а также с результатами исследований других авторов. Достоверность новизны технических решений подтверждается авторскими свидетельствами, свидетельствами об официальной регистрации базы данных, программы для ЭВМ и патентом на полезную модель.

На защиту выносится: разработанная методология исследования и определения триботехнических параметров, характеризующих фрикционное взаимодействие металлических тел с твердыми покрытиями в условиях высоких температур;

- полученные закономерности влияния химического и структурно-фазового составов ТСП (в том числе связки), технологических методов их нанесения и механических свойств материала подложки на триботехнические характеристики контакта;

- установленный факт существования критического диапазона температур, зависящих от термостойкости связки, в котором каждое ТСП обеспечивает минимальные потери на трение и наибольшую долговечность трибосопряжений;'

- предложенные показатели совместимости материалов при трении с твердыми покрытиями и методология оптимизации выбора покрытий для тяжелонагруженных трибосопряжений, в том числе - при механообработке;

- метод оценки упругих характеристик ТСП с учетом температуры и давления на фрикционном контакте;

- методика экспериментальных исследований и принцип действия стенда, позволяющего воспроизвести все основные реальные условия работы опор скольжения, в том числе высокотемпературный режим нагружения;

- информационная база данных по триботехиическим параметрам работы высокотемпературных сопряжений с твердыми покрытиями.

Научная новизна. Наиболее важными результатами диссертации, обладающими признаками научной новизны, являются:

1. Методология комплексной оценки триботехнических параметров, разработанная на основе использования физической модели локального подвижного контакта поверхностей твердых тел с твердыми покрытиями (с учетом температуры и давления)

2. Показано, что совместное влияние давления, химического и структурно-фазового составов твердого смазочного покрытия, технологических методов их нанесения и механических свойств материала подложки приводит к тому, что с повышением температуры касательные напряжения на фрикционном контакте сначала уменьшаются, затем после некоторой стабилизации начинают возрастать. Диапазон стабилизации назван критическим диапазоном температур, который связан в основном с термостойкостью материала связки.

3. Установлено, что подвижные сопряжения «вал с ТСП-втулка» (подшипники скольжения) обеспечивают наиболее высокую долговечность при работе в критическом диапазоне температур (для ВНИИНП-229 -100-200°С, для ЦВСП-Зс и СТС-4 - 200-400°С). Это позволяет оптимизировать работу высокотемпературных подвижных сопряжений по триботехническим параметрам с ТСП на стадии их проектирования.

4. Представлено научное обоснование методики определения фактического модуля упругости ТСП, учитывающей температуру и давление на контакте, физико-механические свойства материала подложки, анизотропию покрытий, которые под нагрузкой деформируются, уплотняются и изменяют свои исходные упругие свойства (а.с. 1435997). относительной толщины ТСП, начиная с которых при расчетном определении контактных напряжений необходимо использовать фактические

5. Установлено, что существуют критические значения величины модуля упругости ТСП. Показано, что для исследованных ТСП критические значения примерно одинаковы и равны 8'10"3.

6. Установлены химические составы и агрегатные состояния твердых покрытий, при которых повышается температура порога совместимости и снижается схватывание трущихся поверхностей. К этому, в частности, приводит присутствие в покрытиях атомов неактивного азота в связанном состоянии, при этом интенсивность изнашивания технологического инструмента наименьшая.

Практическая ценность. Практическую ценность представляют:

1. Разработанная методология исследования и определения триботехнических параметров, характеризующих фрикционное взаимодействие металлических тел с твердыми покрытиями в условиях высоких температур, которая позволяет оценить и прогнозировать работоспособность таких трибосопряжений на стадии проектирования.

2. Разработанная и созданная информационная база данных по триботехническим характеристикам, позволяющая оперативно с помощью компьютерных программ автоматизировать и оптимизировать расчеты при конструировании подвижных тяжелонагружеииых высокотемпературных трибосопряжений.

3. Разработанный и апробированный стенд для натурных испытаний, позволяющий исследовать трибологические свойства и работоспособность ТСП в сопряжении «вал-втулка» при температурах в диапазоне 20-800°С, нормальных нагрузках 15-3000 II и скоростях скольжения от 1 "10"3 до 2 м/с.

4. Рекомендации для машиностроительных предприятий по проектированию и эксплуатации сопряжения «вал с ТСП-втулка» в условиях высоких температур. К ним относятся: стандарт предприятия Кумертауского авиационного производственного предприятия «Методика и приборное обеспечение для испытания твердых смазочных покрытий в сопряжении вал-втулка при высоких температурах»; конструкторская документация высокотемпературной установки.

Диссертация состоит из следующих шести глав: в первой главе - рассмотрены основные типы твердых покрытий, их характеристики, приведена классификация смазочных пленок по способу достижения положительного градиента механических свойств по глубине; выполнен обзор исследований российских и зарубежных ученых по механизму взаимодействия в паре «ТП-твердое тело» и рассмотрены существующие методы оценки триботехнических свойств ТП, в том числе ТСП; во второй главе - излагаются теоретическая и экспериментальная базы исследования; в третьей главе - приведены результаты контактного взаимодействия твердых тел при наличии ТСП с учетом температуры и давления; в четвертой главе - приведены результаты исследований зависимости коэффициента трения в сопряжении «вал с ТСП-втулка» и долговечности такого сопряжения от температуры; в пятой главе - представлены результаты исследования влияния твердых покрытий на совместимость трущихся поверхностей в условиях повышенных температур контакта; в шестой главе - представлено описание информационной базы данных по триботехническим характеристикам (ИБД ТХ) подвижных сопряжений, в том числе с ТП; в заключении — приведены основные выводы по результатам исследований, сведения об апробации, о полноте опубликования в научной печати основного содержания диссертации, ее результатов, выводов. Указаны предприятия, где внедрены результаты диссертационной работы.

ГЛЛВЛ 1. ТВЕРДЫЕ ПОКРЫТИЯ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИХ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

11. Результаты работы внедрены в учебный процесс Уфимского государственного авиационного технического университета в виде учебного пособия с грифом УМО при подготовке инженеров по специальностям 120100, 120400, 120500 и бакалавров, магистров по направлению 551800.

Реализация результатов работы

Выполненные разработки внедрены:

- на Кумертауском авиационном производственном предприятии (г.Кумертау), в Центральном институте авиационного моторостроения им. П.И. Баранова (г. Москва), ОАО «Салаватгидромаш» (г.Салават), во Всероссийском научно-исследовательском институте нефтепереработки (г.Москва);

- в учебный процесс Уфимского государственного авиационного технического университета в виде учебного пособия при подготовке инженеров по специальностям 071800, 072100, 210200 и направлению 551800.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы представлены на 26 научно-технических конференциях, в том числе на 9 международных («Трение, износ и смазочные материалы» (1985г.) в г. Ташкенте, «Износостойкость машин» (1994г.) в г. Брянске, «Словянтриб-3» (1995г.) в г. Рыбинске, «FRICTION» (1995г.) в г. Лионе, «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте» (1999г.) в г. Самаре, «Новые технологии управления движением технических объектов» (1999г.) в г. Новочеркасске, «Новые технологии управления движением технических объектов» (2000г.) в г. Новочеркасске, «Современное состояние теории и практики сверхпластичности материалов» (2000г.) в г. Уфе, «Триботех 2003» (2003г.) в г. Москве); 4-х всероссийских и зональных, трех республиканских, включая семинары по проблемам трения и смазки в машинах, применения новых материалов, заменителей и систем смазки в узлах трения машин и оборудования, испытания и эксплуатации триботехнических систем, износостойкости машин; на семинаре кафедры износостойкости машин и оборудования и технологии конструкционных материалов РГУ им. И.М. Губкина (2004г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 47 печатных работ, в том числе 1 монография, 1 учебное пособие, 24 статьи, 2 авторских свидетельства, 3 свидетельства: на полезную модель и официальной регистрации базы данных и программы на ЭВМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ

1. Авдеев Д.Т., Кутьков А.Ф., Курочка А.К. Трение покоя полимерных материалов. — Ростов: Изд-во Ростовского университета, 1978. 126 с.

2. Азовская О.В., Матвеевский P.M. Теория трения и износа. М.: Наука, 1965.-312 с.

3. Алексеев Н.М. Металлические покрытия опор скольжения. — М.: Наука, 1971.-74 с.

4. Алексеев Н.М., Крагельский И.В., Трояновская Г.И. Выбор толщины антифрикционных металлических покрытий для узлов трения // Твердые смазочные покрытия. М.: Наука, 1977. - С. 32-38.

5. Амосов Н.И. Исследование влияния температуры на взаимодействие твердых тел при трении: Автореф. дис. канд. техн. наук. Калинин, 1973. -26 с.

6. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. М.: Физматгиз, 1963. - 472 с.

7. Ашмарин И.П. Быстрые методы статистической обработки и планирования эксперимента. Ленинградский государственный университет, 1971.- 148 с.

8. А.с. № 1196732. БИ, № 45, 1985. Устройство для испытания материалов трением при высоких температурах. /Криони Н.К., Михин Н.М., Сляднев М.А. С.74-75.

9. А.с. № 1435997. БИ, № 41, 1988. Способ определения упругих характеристик материалов, нанесенных на твердое тело в виде покрытий. /Криони Н.К., Постнов В.В., Шустер Л.Ш. С.88-89.

10. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии. М.: Машиностроение, 1986. 359 с.

11. Бейзинг Р.Дж. Твердые смазки // Твердые смазочные материалы и антифрикционные покрытия. М.: Химия, 1967. - С. 222-282.

12. Белих В.И., Криони Н.К., Кондратьев В.Л., Трения металлических поверхностей, разделенной пленкой твердого смазочного покрытия // Трение и износ. 1990.- Т. II, № 2. - С.307-311.

13. Богатырев В.Б., Криони Н.К. Триботехнические свойства литого штампового инструмента с композиционным упрочнением поверхности // Трение и износ. 1990. - Т. II, № 5. - С.863-866.

14. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка. М.: Машиностроение, 1960. 151 с.

15. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел. М.: Машиностроение, 1968. - 543 с.

16. Браун Э.Д., Евдокимов Ю.А., Чичинадзе Л.В. Моделирование трения и изнашивания в машинах. М.: Машиностроение, 1982. 190 с.

17. Брейтуэйт Е.Р. Твердые смазочные материалы и антифрикционные покрытия. М.: Химия, 1977. - 320 с.

18. Буше Н.А. Трение, износ и усталость в машинах. М.: Транспорт, 1987.-223 с.

19. Буше Н.А., Копытько В.В. Совместимость трущихся поверхностей. М.: Наука, 1981. 223 с.

20. Буяло А.С. и др. Исследование влияния материала контртела на работоспособность дисульфидмолибденовых покрытий диффузионного типа //Твердые смазочные покрытия. М.: Наука, 1977. - С. 78-83.

21. Вайнштейн В.З., Трояновская Г.И. Сухие смазки и самосмазывающиеся материалы. М.: Машиностроение, 1968. - 179 с.

22. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. Механическое изнашивание сталей и сплавов. М.: Недра, 1996. 364 с.

23. Вионцек Твердое смазочное покрытие ВНИИНП-215, длительно работоспособное в узлах трения // Твердые смазочные покрытия. М.: Наука, 1977.-С. 15-17.

24. Ворович И.И., Александров В.М., Бабешко В.А. Неклассические смешанные задачи теории упругости. М.: Наука, 1974. - 455 с.

25. Воронков Б.Д. Подшипники сухого трения. -JI.: Машиностроение, 1979.-223 с.

26. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1989. 328 с.

27. Гаркунов Д.Н. Триботехника (пособие для конструктора): Учебник для технических вузов. М.: Машиностроение, 1999. 336 с.

28. Гафнер С.А. Исследование долговечности тяжелонагруженных подшипников скольжения сухого трения: Автореф. дне. канд. техн. наук. -М.: 1974.-25 с.

29. Геккер Ф.Р. Динамика машин, работающих без смазочных материалов в узлах трения. М.: Машиностроение, 1983. 280 с.

30. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. М.: Наука, 2001. -478 с.

31. Горячева И.Г., Добычин М.Н. Влияние покрытия на контактные характеристики радиальных подшипников скольжения // Трение и износ. -1984.-Т. V. №3.-С. 124-131.

32. Гриб В.В., Лазарев Т.Е. Лабораторные испытания материалов па трение и износ. М.: Наука, 1968. - 115 с.

33. Данков Л.Д., Игнатов Ф.В., Шишаков II.Л. Электрографическое исследование окисных пленок и гидроокисных пленок на металлах. М.: ЛИ СССР, 1953.- 158 с.

34. Демкин И.Б. Фактическая площадь касания твердых тел. М.: ЛИ СССР, 1970.- 86 с.

35. Демкин II.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука, 1970.-266 с.

36. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: Машиностроение, 1981. 244 с.

37. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. М.: Мир, 1989. -510с.

38. Добычин М.Н., Гафнер С.Л. Влияние трения на контактные параметры пары "вал-втулка" // Проблемы трения и изнашивания. Киев: Техника, 1976. - С. 30-36.

39. Дрожжина М.Н. Некоторые результаты испытаний покрытий и композиционных материалов на основе дисульфида молибдена в вакууме при высоких температурах // Трение и изнашивание при высоких температурах. -М.: Наука, 1973.-С. 83-87.

40. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях. М.: Машиностроение, 1986. - 223 с.

41. Дроздов Ю.Н., Пучков В.В. Методика оценки несущей способности твердых смазок при высоких удельных давлениях и повышенных температурах // Трение и изнашивание при высоких температурах. М.: Наука, 1973.-С. 154-158.

42. Дьяченко П.Е., Толкачева Н.Н., Андреев Г.Л., Карпова Т.Н. Площадь фактического контакта сопряженных поверхностей. М.: АН1. СССР, 1963. ~84 с.

43. Духовской Е.Л. Установка ВВТ-1 для исследования процессов трения материалов в вакууме и разреженных газовых средах при температурах до 1000°С // Трение и изнашивание при высоких температурах. -М.: Наука, 1973.-С. 13-19.

44. Елин JI.B. Взаимное внедрение поверхностных слоев металлов, как одна из причин изнашивания при несовершенной смазке // Трение и износ в машинах. М.: АН СССР, 1959. - С. 54-59.

45. Ермаков А.Т., Матвеевский P.M. Исследование работоспособности некоторых твердых смазочных покрытий при трении в вакууме и высоких температурах // Твердые смазочные покрытия. М.: Наука, 1977. - С. 70-74.

46. Журавлев В.Н., Николаева О.Н., Машиностроение. Справочник. -М.: Машиностроение, 1981.-391 с.

47. Захаров С.М., Никитин А.П., Загорянский Ю.А. Подшипники коленчатых валов тепловых дизелей. М.: Транспорт, 1981.- 181 с.

48. Кагарлицкий В.Г., Гуревич О.С. Установка для изучения работы подшипников скольжения в вакууме при температурах до 500°С // Трение и изнашивание. М.: Наука, 1973. - С. 18-22.

49. Карасик И.И. Прирабатываемость материалов для подшипников скольжения. М.: Наука, 1978. 136 с.

50. Кармадонов А.Ф. Оценка вероятности разрушения и влияния твердых смазок на приработку // Пластмассы и твердые смазки в тяжелонагруженных узлах трения машин. Сб. научн. трудов. Челябинск, № 152, 1974.-С. 21-24.

51. Кармадонов А.Ф., Брудный А.И., Кирьянов A.M. Исследование износа и долговечности дисульфидмолибденовой пленки при граничном трении //Твердые смазочные покрытия. -М.: Наука, 1977. С. 53-61.

52. Карпе С.Л. Влияние нагрузки на антифрикционные свойства дисульфида молибдена // Новое о смазочных материалах. М.: Химия, 1967.-С. 225-274.

53. Кацура А.А., Семенов А.П. Высокотемпературное трение окисных керамик на основе корунда. М.: Наука, 1974. — 136 с.

54. Кацура А.А., Семенов А.П., Макаров Ю.В. Влияние материала контртела на трение дисульфидмолибденового покрытия в вакууме при высоких температурах // Твердые смазочные покрытия. М.: Наука, 1977. -С. 84-86.

55. Качество машин. Справочник в 2-х т. / Под ред. А.Г. Суслова. М.: Машиностроение, 1995, т. 1, 256 е.; т. 2, 430 с.

56. Кирьянов A.M. Оценка смазочной способности днеульфидмолибденовой пленки при граничном трении // Проблемы разработки и внедрения комбинированных антифрикционных покрытий и новых способов финишной обработки поверхностей трения. Хабаровск, 1977.-С. 44-46.

57. Комбалов B.C. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ. -М.: Ыаука, 1974. 112 с.

58. Коровчинский М.В. Теоретические основы работы подшипников скольжения. М.: Машгиз, 1959. 403 с.

59. Коршак В.В. Термостойкие полимеры. М.: Наука, 1969. 411 с.

60. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968.480 с.

61. Крагельский И.В., Демкин Н.Б. Определение фактической площади касания шероховатых поверхностей // Трение и износ в машинах. М.: АН СССР, I960. - Т. XIV. - С. 37-62.

62. Крагельский И.В., Любарский И.М., Гусляков А.А. и др. Трение и износ в вакууме. М.: Машиностроение, 1973. - 150 с.

63. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин: Справочник. -М.: Машиностроение, 1984. 280 с.

64. Крагельский И.В., Михин Н.М., Амосов II.И. Метод комплексного определения коэффициента трения и его составляющих // Проблемы трения и изнашивания. Киев: Техника, 1973. - 3-6 с.

65. Крагельский И.В., Михин Н.М., Ляпин К.С. Влияние нормального давления на тангенциальную прочность адгезионной связи. -Докл. АН СССР, 1973. Т.209, № 4. - С. 834-837.

66. Крагельский И.В., Михин Н.М., Ляпин К.С., Добычин М.Н. Метод оценки тангенциальной связи на срез.- Заводская лаборатория, 1970. № 7. -С. 74-80.

67. Криони Н.К., Михин Н.М. Экспериментальное исследование механизма внешнего трения твердое смазочное покрытие твердое тело. /Сб. научи, трудов республ. научно-техн. конф. «Композиционные материалы на основе полимеров», - Гомель, 1984. - С.21-22.

68. Криони Н.К., Михин Н.М. Смазка 1. - М.: НИР, ИПМ АН СССР, 1983.- 143с.

69. Криони II.К., Михин Н.М. Метод определения триботехнических характеристик ТСП в опорах скольжения при высоких тепературах. /Сб. научн. трудов междунар. научно-техн. конф. «Трение, износ и смазочные материалы». Ташкент, 1985. - С. 143-145.

70. Криони Н.К. Разработка метода исследования триботехнических свойств твердых смазочных покрытий при высоких температурах. Дисс. Работа на соискание ученой степени канд. техн. наук. ИПМ АН СССР, 1985. - 189с.

71. Криони Н.К. Влияние высоких температур на триботехнические свойства ТСП. /Сб. научн. трудов II всесоюзн. научно-техн. конф. «Технологическое направление триботехническими характеристиками узлов машин» (ТКГ-2). Кишинев, 1985. - С.22-23.

72. Криони Н.К., Михин Н.М. Экспериментальное исследование зависимости коэффициента трения от температуры для пары единичный индентор твердое тело с твердым смазочным покрытием // Проблемы трения и изнашивания. - 1986, Л1> 29. - С.27-31.

73. Криони Н.К. Триботехнические свойства ТСП в подшипниках скольжения при высоких температурах. /Сб. научн. трудов всесоюзн. научнотехн. конф. «Теория и практика создания, испытания и эксплуатации триботехнических систем». Андропов, 1986. - С. 17-19.

74. Криони Н.К. Изучение триботехнических характеристик твердых смазочных покрытий при повышенных температурах. — НИР, УАИ-ЦИАМ, 1987.-47с.

75. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Оценка упругих характеристик твердых смазочных покрытий с учетом температуры и давления на фрикционном контакте // Трение и износ. 1988. - Т. IX, № 3. - С.554-556.

76. Криони Н.К., Кондратьев В.А., Белих В.И. Применение твердых смазочных покрытий в подшипниках скольжения. /Сб. научн. трудов всесоюзн. научно-техн. конф. «Современные проблемы трибологии». -Николаев, 1988. С.33-35.

77. Криони Н.К., Шустер Л.Ш., Будилов В.В. Оценка триботехнических характеристик высокотемпературных твердых смазочных покрытий. НИР, УАИ, № 02890024565. - Уфа, 1988. - 124с.

78. Криони Н.К., Шустер Л.Ш., Будилов В.В. Оценка и испытание совместимости материалов трущихся поверхностей в условиях высоких температур. НИР, УАИ, К» 02890024565. - Уфа, 1988. - 87с.

79. Криони Ы.К., Богатырев В.Б. Композиционные упрочнение литого штампового инструмента // Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин. Волгоград, 1989. - С.33-35.

80. Криони Н.К. Влияние ТСП и температуры на контактные параметры сопряжения вал-втулка. /Сб. научн. трудов 1 всесоюзн. конф. молодых ученых по математическому моделированию в машиностроении. -Куйбышев, 1990. С 27-29.

81. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Оценка совместимости трущихся поверхностей в условиях применения износостойких покрытий. /Сб. научн. трудов VII конф. «Теплофизика и технологические процессы». Рыбинск, 1992.-С. 47-49.

82. Криони Н.К. Оценка триботехнических характеристик твердых смазочных покрытий в условиях высоких температур. Росс, симпозиум по трибологии. Самара, 1993. - С.46-47.

83. Криони Н.К. Прогнозирование триботехнических свойств твердых смазочных покрытий в подшипниках скольжения в условиях высоких температур. — Росс, симпозиум по трибологии. Самара, 1993. - С.26-27.

84. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Совместимость при трении в условиях прессования титановых сплавов // Трение и износ. 1993. - Т. XIV. № 5. -С.914-921.

85. Криони Н.К. О комплексной оценке триботехнических характеристик высокотемпературных твердых смазочных покрытий. /Сб. научн. трудов междунар. конф. «Изностойкость машин». Брянск, 1994. -С. 34-35.

86. Криони Н.К. Прогнозирование сил трения в подшипниках скольжения. Междунар. научно-практ. симпозиум «Трибология и транспорт», «Славянтриб-3». - Рыбинск, 1995. - С. 15-17.

87. Криони Н.К., Шустер JI.III. Комплексное решение проблемы оптимизации процессов трения и изнашивания металлов при повышенных температурах. НИР УГАТУ. - Уфа, 1995. - 88 с.

88. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Регулирование технологическими методами критических температур фрикционного контакта твердых металлических тел с регламентированным структурным состоянием поверхностных слоев. НИР УГАТУ. - Уфа, 1999. - 69 с.

89. Криони Н.К. Механика контактного взаимодействия металл -твердое смазочное покрытие с учетом повышенных температур.

90. Автоматизированные технологические и мехатронныесистемы в машиностроении. Уфа: УГАТУ, 1997. - С. 113-114.

91. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Создание информационной базы данных по совместимости трущихся поверхностей применительно к условиям работы. НИР УГАТУ, № 02890024565. - Уфа, 1998. - 67 с.

92. Криони Н.К. Триботехнические свойства сплава ЖС6У с композиционным упрочнением поверхности. /Сб. научн. трудов республ. научно-техн. конф. «Оптимальное управление мехатронными станочными системами». Уфа, 1999. - С. 13-14.

93. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Триботехнические свойства твердых смазочных покрытий в подшипниках скольжения. /Сб. научн. трудов III междунар. научно-техн. конф. «Новые технологии управления движением технических объектов». Новочеркасск, 2000. - С. 112-114.

94. Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Влияние высоких температур на процесс внешнего трения в паре скольжения «твердое смазочное покрытие -твердое тело». //Приводная техника. — 2004, № 1. С. 50-57.

95. Криони Н.К. Исследование триботехннческих свойств металлических поверхностей, разделенных пленкой твердого смазочного покрытия, при высоких температурах фрикционного контакта. // Вестник УГАТУ. 2004. - Т.5,№1(9) - С. 48-54.

96. Криони Н.К. Оценка долговечности сопряжения вал с твердым смазочным покрытием — втулка с учетом температуры. // Вестник УГАТУ. -2004. -Т.5,№2(9)-С. 214-219.

97. Криони ILK. Оптимизация по триботехническим параметрам работы высокотемпературных подшипников скольжения с твердыми смазочными покрытиями. М.: Машиностроение, 2004. - 157 с.

98. Криони Н.К., Шустер Л.Ш., Мигранов М.Ш. Информационная база данных по триботехническим характеристикам в машиностроении. 2004.

99. Криони Н.К., Шустер Л.Ш., Мигранов М.Ш. Комплекс программ по формированию и ведению информационной базы данных по триботехническим характеристикам в машиностроении «TRIBO». 2004.

100. Кузьменко В. А. Определение характеристик упругости жаропрочных материалов при высоких температурах // Вопросы высокотемпературной прочности в машиностроении. Киев, 1961. -С. 119-125.

101. Логинов А.Р., Сачек Б.Я. Профилограф-тощиномер // Расчетно-эксперпментальные методы определения трения и износа. М.: Наука, 1980. -С. 80-82.

102. Луценко Г.А., Сентюрихнна Л.Н., Петрова Л.Н., Владимирова С.Л., Петлюк А.Н. Высокотемпературное твердое смазочное покрытие ВНИИНП-251 // Твердые смазочные покрытия. -М.: Наука, 1977. С. 11-15.

103. Ласкастер Д.К. Смазочное действие пленок твердых смазок // Новое о смазочных материалах. М.: Химия, 1967. - С. 223-241.

104. Майорова Л.А. Твердые неорганические вещества в качестве высокотемпературных смазок. М.: Наука, 1971. - 94 с.

105. Макаров Ю.В., Мирная Л.И. Влияние материала контртела на эффективность смазочного действия покрытий в тяжелонагруженных узлах трения // Физико-химические основы смазывающего действия. /Тез. докл. Всесоюз. конф. Кишинев, 1979. - С. 66-68.

106. Макушкин А.П. Расчет площади касания твердых поверхностей с полимерным покрытием. Машиноведение, 1975. - № 5. - С. 69-76.

107. Макушкин А.П., Куликов Ю.Ф., Филин Н.В. Выбор оптимальной толщины антифрикционных металлических покрытий для узлов трения // Тр. НПО Криогенмаш, вып. 16, 1974. С. 13-14.

108. Масленкова С.Б. Жаропрочные стали сплавы: Справочник. М.: Металлургия, 1983. - 191 с.

109. Матвеевский P.M. Твердые смазочные покрытия, назначение, методы нанесения //Твердые смазочные покрытия. М.: Наука, 1977. - С. 3-7.

110. Матвеевский P.M. Температурная стойкость граничных смазочных слоев и твердых смазочных покрытий при трении металлов и сплавов. М.: Наука, 1971.-215 с.

111. Матвеевский P.M., Лазовская О.В., Попов С.Л. Температурная стойкость твердых смазочных покрытий при трении в вакууме // Твердые смазочные покрытия. М.: Наука, 1977. - С. 66-70.

112. Матвеевский P.M., Сентюрихина Л.Н., Макаров Ю.В., Попов С.А. Новые твердые смазочные покрытия для работы при высоких контактных нагрузках и высоких температурах // Трение и износ в машинах. М.: Наука, 1968.-С. 145-149.

113. Матвеевский P.M. и др. Температурная стойкость новых ТСП при трении в вакууме // Трение и изнашивание при высоких температурах. М.: Наука, 1973.- С. 23-25.

114. Матвеевским P.M., Макаров Ю.В. Температурная стойкость сульфидированного молибдена при трении в вакууме. //Вестник машиностроения, 1974, № 5. С. 33-34.

115. Машиностроительные стали: Краткий справочник /Под ред. В.М. Раскатова. М.: Машиностроение, 1980. - 480 с.

116. Мигранов М.Ш., Криони Н.К., Шустер Л.Ш. Смазки и их применение в машинах при формировании поверхностей мехатронных станочных системах. Учебное пособие. М.: МАИ, 2004г.- 194 с.

117. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. М.: Наука, 1977.181 с.

118. Михин Н.М., Ляпин К.С., Добычин М.Н. Исследование тангенциальной прочности адгезионной связи. // Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа. Сб. научн. Трудов. М. Наука, 1971. - С.53-60.

119. Михин Н.М., Криони Н.К. Установка для исследования триботехнических свойств материалов в условиях высоких температур // Заводская лаборатория. 1985. - № 3. - С. 75-77.

120. Михин Н.М., Криони Н.К. Экспериментальное определение молекулярной составляющей коэффициента трения для твердосмазочных покрытий в условиях нормальных и высоких температур // Трение и износ. -1985. Т. VI. - № 1. - С. 149-153.

121. Михин Н.М., Горячева И.Г. и др. Теоретическое и экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния в контакте индентор твердое смазочное покрытие // Трение и износ. - 1982. -Т. 3. - JS» 3. - С. 490-494.

122. Михин Н.М., Ляпин К.С. Зависимость коэффициента трения от твердости и ее экспериментальная проверка. //Изд-во вузов. Физика, 1970, №3.-С. 57-61.

123. Михин Н.М., Сляднев М.Л. Установка для исследования процесса внешнего трения при высоких температурах // Трение и износ. 1981. - Т. 2. - № 6. - С. 1095-1098.

124. Михин Н.М., Ляпин К.С. Влияние на тангенциальную прочность адгезионного шва нормальной нагрузки и диаметра индентора // Физико-химическая механика материалов. 1971. - № 1. - С. 13-18.

125. Михин Н.М., Ляпин К.С. Определение прочности на срез адгезионной связи металл пластмасса и влияние на нее смазки // Механика материалов. - 1970. - № 5. - С. 854-858.

126. Михин Н.М., Криони Н.К., Сляднев М.А. Исследование работоспособности твердых смазочных покрытий в опорах скольжения при высоких температурах // Трение и смазка в машинах, ч.2, Тез. докл. Всесоюзной конф. Челябинск, 1983. С. 282-283.

127. Михин Н.М., Криони Н.К. Триботехнические свойства твердых смазочных покрытий в опорах скольжения при нормальных и высоких температурах // Известие высших учебных заведений. Машиностроение.-1985. №6. - С.29-33.

128. Мур Д. Основы и применение триботехники. М.: Мир, 1978.487 с.

129. Никитин М.Д., Кулик А.Я., Захаров Н.И. Теплозащитные и износостойкие покрытия деталей дизелей. Л.: Машиностроение, 1977. -165 с.

130. Никоноров Е.М., Рубцова З.С. и др. Твердое смазочное покрытие ВЫИИНП-268, отверждающее при комнатной температуре // Твердые смазочные покрытия. М.: Наука, 1977. - 7 с. - II.

131. Окисление металлов. /Под ред. Ж. Бенара. М.: Металлургия, 1968. Т. I, П.-231 с.

132. Основы трибологии / Под редакцией Л.В. Чичинадзе: Учебник для технических вузов. М.: Центр «Наука и техника». 1995. 778 с.

133. Петрова JI.H., Сентюрихина Д.Н., Милованова B.C. Физико-механические свойства и износостойкость твердых смазочных покрытий. -Машиноведение, 1972. № 5. - С. 109-111.

134. Плешивцев Н.В. Катодное распыление. М.: Атомиздат, 1968. —174 с.

135. Полимеры в узлах трения машин и приборов: Справочник / Под ред.: А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 1988. - 327 с.

136. Польцер Г., Майснер Ф. Основы трения и изнашивания. М.: Машиностроение, 1984. 264 с.

137. Пустылышк Е.И. Статические методы анализа и обработки наблюдений. М.: Машиностроение, 1968. - 135 с.

138. Пучков В.Н., Дроздов IO.H. Несущая способность твердых смазочных покрытий при сжатии со сдвигом // Твердые смазочные покрытия. -М.: Наука, 1977. С. 46-53.

139. Равлин Ю.Н., Коротков М.А., Черныбыльский В.I I. Металлы и их заменители. М.: Металлургия, 1973. - 505 с.

140. Расчет, испытание и подбор фрикционных пар / А.В. Чичинадзе, Э.Д. Браун, А.Г. Гинзбург, З.В. Игнатьева. М.: Наука, 1979. 267 с.

141. Решетов Д-Н., Смольников В.Д. Исследование антифрикционных свойств твердых смазочных покрытии высокотемпературных шарнирных подшипников сухого трения // Трение и износ в машинах. Тез.докл. Всесоюзн. конф., Челябинск, 1979. С. 62-63.

142. Рещиков В.Ф. Трение и износ тяжелонагруженных передач. М.: Машиностроение, 1975. - 232 с.

143. Розенберг Ю.А. Влияние смазочных масел на надежность и долговечность машин. М.: Машиностроение, 1970. 315 с.

144. Свидетельство на полезную модель РФ. № 2652. «Установка для исследования составляющей коэффициента трения при высоких температурах.» /Криони Н.К., Деменок О.А., Танеев А.А. 1996.

145. Семенов А.П. Перспективы применения новых методов нанесения износостойких и антифрикционных покрытий // Теория трения, износа и проблемы стандартизации. Брянск, 1978. - С. 346-354.

146. Сентюрихина JT.H., Опарина Е.М. Твердые дисульфидолибденовые смазки. М.: Химия, 1966. - 151 с.

147. Сентюрихина Л.И., Рубцова З.С. Твердое смазочное покрытие ВНИИНП-229 // Химия и технология топлнв и масел, 1966. № 2. - С. 17-21.

148. Сентюрихина JT.H., Рубцова З.С., Климов К.И. Исследование долговечности и антифрикционные свойства твердых смазочных покрытий // Теория смазочного действия и новые материалы. М.: Наука, 1965. - С.31-37.

149. Смазочные материалы. Антифрикционные и противоизпосные свойства. Методы испытаний: Справочник / P.M. Матвеевский, В.Л. Лашхи, И.А. Буяновский и др- М.: Машиностроение, 1989. 224 с.

150. Соловьева Т.А., Жизнякова В.И., Чатынян Л.А. Применение твердых смазок в качестве составляющей композиционных покрытий,работающих в вакууме // Твердые смазочные покрытия. М.: Наука, 1977.-С. 61-65.

151. Сорокин Г.М. Трибология сталей и сплавов. М.:Наука, 2000.316с.

152. Справочник по триботехнике / Под редакцией М. Хебды и А.В. Чичинадзе, М.: Машиностроение, Варшава. Т. 1, 1989. 400 е.; т. 2, 1990. -420 е.; т. 3, 1992.-730 с.

153. Справочник. Трение и износ, смазка / Под ред. И.В. Крагельского и В.В. Алисина. М.: Машиностроение, Т. 1, 1978. 400 е.; т. 2, 1979. - 358 с.

154. Трение и износ материалов на основе полимеров / В.А. Белый, А.Н. Свириденко, М.И. Петроковец, В.Г. Савкин. Минск, Наука и техника, 1976.-432 с.

155. Теплый М.И. Контактные задачи для областей с круговыми границами. Львов.: Вища школа, 1983. - 174 с.

156. Ткаченко Ю.Г., Юлюгин В.К., Бовкун Г.А., Юрченко Д.З. Свойства и особенности поведения при высокотемпературном трении в вакууме спеченных самосмазывающихся материалов на основе тугоплавких металлов // Тез .докл., Киев, 1979. 45 с.

157. Ткаченко Ю.Г. Трение и износ бескислородных тугоплавких соединений материалов на их основе при высоких температурах // Трение и износ, 1981. К» 5, Т. II. - С 256-261.

158. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. Книга I. М.: Машиностроение, 1978. - 400 с.

159. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. Книга II. М.: Машиностроение, 1979. - 358 с.

160. Трибология. Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ.- М.: Машиностроение, 1993. 452 с.

161. Усов JI.II., Борисенко A.M. Применение плазмы для получения высокотемпературных покрытий. М.: Наука, 1965. - 135 с.

162. Финкин Е.Ф. Уравнение износа твердых смазочных пленок для оценки их износной долговечности // Проблемы трения и смазки. Т. 92. Серия - М.: Мир, 1970. -№ 2. -С. 104-110.

163. Финкин Е.Ф. Влияние толщины пленки и нормальной нагрузки на коэффициент трения тонких пленок // Проблемы трения и смазки. Т. 91. Серия - М.: Мир, 1969. - № 3. - С. 199-206.

164. Френкель Б.А., Петрова J1.H., Милованова B.C. Автоматические методы и приборы для оценки физико-механических свойств твердых смазочных покрытий // Автоматизация и контрольно-измерительные приборы, 1973. № 9. - С. 21-24.

165. Фукс И.Г., Буяновский И.А. Введение в трибологию, М.: Нефть и газ, 1995.-278 с.

166. Химушин Ф.Ф. Жаропрочные стали и сплавы. М.: Металлургия, 1964.-672 с.

167. Чатынян JI.A. Новые износостойкие жаропрочные сплавы для узлов трения // Теория трения, износа и проблемы стандартизации. -Брянск, 1978.-С. 314-325.

168. Чатынян JI.A., Герман А.Н., Бабурина Е.В., Чуткина В.II. Высокотемпературные твердосмазочные покрытия, нанесенные методом электрофореза //Твердые смазочные покрытия. М.: Наука, 1977. - С. 25-28.

169. Чертавских Л.К., Белосевич В.К. Трение и технологическая смазка при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1968. - 361 с.

170. Чихос X. Системный анализ в триботехнике. М.: Мир, 1982.351 с.

171. Чичинадзе А.В. Расчет и исследование внешнего трения при торможении. М.: Наука, 1967. 232 с.

172. Чичинадзе А.В., Матвеевский P.M., Браун Э.Д. Материалы в триботехнике нестационарных процессов. М.: Наука, 1986. 243 с.

173. Шапошников Н.А. Механические испытания металлов. М.: Машгиз., 1968. - 159 с.

174. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1972.381 с.

175. Шишокин В.П. О твердости металлов и их сплавов при различной температуре. ЖПХ, 1929. - Т. И. - № 6. -С.34-38.

176. Шмыков А.А. Справочник термиста. М.: Машгиз, 1961. - 181 с.

177. Шустер Л.Ш. Роль сил трения в износе режущих инструментов. -Уфа, 1974. 93 с.

178. Шустер Л.Ш., Криони Н.К. Высокотемпературная триботехника в машиностроении. /Сб. научн. трудов междунар. научно-практич. конф. «Триботех - 2003». - Москва, 2003. - С.24-25.

179. Шустер Л.Ш., Криони Н.К. Высокотемпературная триботехника в машиностроении. //Приводная техника. 2004, № 1. - С. 48-50.

180. Barvvell F.T., Milne A.A. The Use Molybdenum Disulfide in Association with Phosphated Surfaces, Sci. Lubrication (London), 3, 10, 1951.

181. Blackwell J. Effect of Higt Temperature operation on Rolling bearing materials. Wear, 1979, vol. 56,1, p. 131-138.

182. Boyd J., Robertson D.P. The Friction Properties of Various Lubricants at High Pressures, ASME Trons., 67, 51 (1945), p. 45-57.

183. Bowden F.P., Tabor D. The Friction and Lubrication of Solids. Clarendon Press, Oxford, 1950, p. 544.

184. Brigman P. Flow Phenomena ia Heaving Stressed Metals. I. Appl. Phys., v. 4, 1937, p. 37-41.

185. Bubin Bernard. Svaluation of Dry Film Lubricants, WADS. Technical Report, p. 53. Part II, ASJIA. Dicument N AD 97318 (September, 1956).

186. Farr J.P.G. Molybdenum Disulfide in Lubrication. A review. Wear, vol. 35 (1975) p. 1-13.

187. Friction and Wear of Plasma-Sprayed Coatings Containing Cobalt Alloys from 25° to 650° in Air, ASLE Transactions. Volume 24, Number 2, April 1981, p. 257-263.

188. Hani Т.Д. Testing Solid Lubricants International Electionie. Lirenif Packaging Symposion. Paper 3/2, 1969, 10 p.

189. Hopkins V., Comball U., Important Cousiderational in the Use of Solid Fils Lubrication Engineering, v. 27, N II, 1971, p. 386-392.

190. Jost H.P. Pure Molybdenum Disulfide, Its Properties and Uses in the Sheet Metal Industry, Sheet Metal Ind., 33, 679 (1956).

191. Kingsbury E.P., Rabinovvicz E. Friction and Wear of Metals to 1000°C. Trans. ASMESer. D,vol. 81, 1959, p. 118-121.

192. Merrill G.F., Benzing R.I. Solid Films Lubricants for Extreme Environments, March. Desing, 32, N 23, 208, (1967).

193. Midgley I.W. The Frictional Properties of Molybdenum Disulfide, I. Just. Petrol., 47, 316 (1956).

194. Milne A.A. Experiments on the Friction and Endurance of Varions Surface Treatments Lubricated with Molybdenum Disulfide, Wear, I, 92 (1957).

195. Shushan B. Effect of gurface Roughneess and Temperature on the Wear of CdO graphite and M0S2 Felms (Test in Berring Application). Wear of Materials, 1979, p. 409-414.

196. Sonntag A. The Propertions and Uses of Pure Molybdenum Disulfide as a Lubricant, Paper Presented to the Milwaukee Section of the ASLE (March, 1953).

197. Spengler G. Molybdenum Disulfide as a Lubricant, Experiments and Application, VDI, 96, 683 (1954).

198. Williams T.I. High Temperature Airframe Bearings and Lubricants, Lubric. Eng., vol. 18, №1, January (1962).