автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Развитие теории и технологии формирования структуры и свойств покрытий на металлах в условиях ударно-фрикционного взаимодействия инструмента с поверхностью

На правах рукопиСи

Завалищин Александр Николаевич

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛАХ В УСЛОВИЯХ УДАРНО-ФРИКЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИНСТРУМЕНТА С ПОВЕРХНОСТЬЮ

Специальность 05 16 01 -Металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Магн итогорск - 2005

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом универ^тете им Г И Носова

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Борисов Игорь Александрович,

доктор технических наук, профессор Куксенова Лидия Ивановна,

доктор технических наук, профессор Петров Леонид Михайлович

Ведущее предприятие ОАО" Магнитогорский

металлургический комбинат"

Защита состоится 26 апреля 2005 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 217 042 01 в ФГУП "ЦНИИТМАШ" по адресу 115088, г Москва, ул Шарикоподшипниковская, 4, ауд 403

Ваш отзыв на автореферат в 1 экз , заверенный печатью организации, про^м выслать по указанному адресу

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП "ЦНИИТМАШ"

Телефон для справок (095) 275-89-00 Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 217 04^01^/ > /

доктор технических наук, профег&яг-у^4^-' ИВ^Валисовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Применение разработанных до настоящего времени разнообразных технологий модифицирования поверхности, кардинально изменяющих ее свойства, эффективно решает задачу повышения срока службы металлопродукции во многих областях ее использования Многообразие вариантов поверхностной обработки, расширяющей диапазон рабочих характеристик в условиях внешних воздействий, позволяет выбирать оптимальные схемы модифицирования для конкретных условий эксплуатации Поэтому разработка и изучение новых способов поверхностного воздействия, в том числе и нанесения покрытий, продолжает оставаться одним из приоритетных направлений развития, вызывающих теоретический и практический интерес

Возникновение проблемы экологической безопасности и необходимость внедрения энергосберегающих технологий привело к появлению нового класса покрытий, которые формируются в условиях механического воздействия на поверхность Механические способы получения покрытий, в которых основную роль играет пластическая деформация поверхности, обладают рядом преимуществ по сравнению с другими, хотя не являются универсальными Эти способы не требуют сложного специализированного оборудования и термического воздействия, в результате чего окончательные структура и свойства во всем объеме детали, достигнутые на предыдущих этапах обработки, остаются неизменными В них обычно не используются химически активные реагенты, загрязняющие окружающую среду Следовательно, проблема разработки высокоэффективных технологий механического нанесения покрытий и поиск рациональных режимов направленного воздействия на структуру и свойства модифицируемых поверхностей деталей машин и инструмента является актуальной проблемой материаловедения и представляет значительный народнохозяйственный интерес

В настоящей работе рассматривается простой и легко реализуемый способ формирования структуры и свойств покрытий широкого профиля, нано^мых в условиях ударно-фрикционного взаимодействия гибкого инструмента с поверхностью, при котором вращающаяся металлическая щетка (ВМЩ) вырывает частицы из поверхности металла-донора и перено^т их на поверхность детали Однако высокая стохастичность процесса, который определяется большим количеством значимых факторов, таких как интен-

Эвная пластическая деформация, температурные условия, природа и структура материалов покрытия и детали и многое другое, усложняет поиск оптимальной технологии получения покрытий Установление сложных регрес^онных зави^мостей между внешними факторами и свойствами в стохастических процессах часто не дает адекватных решений и требует формирования банка данных по результатам многочисленных экспериментов

Применение Энергетической методологии анализа механического поведения материалов, изучающей процессы самоорганизации структур в Эстемах, далеких от равнове^я, позволяет определить взаимосвязь между механическими свойствами и структурой без проведения крупномасштабных экспериментов Такую возможность обеспечивает привлечение законов неравновесной термодинамики для разработки технологии нанесения механических покрытий на основе анализа возникающих при этом дис^па-тивных структур

Использование указанных принципов для разработки новых технологий формирования покрытий различного назначения с широким спектром свойств в условиях ударно-фрикционного взаимодействия инструмента с поверхностью сдерживается недостаточно глубокой теоретической и практической проработкой вопросов взаимосвязи структуры и свойств с технологией нанесения покрытий и отсутствием металловедческой концепции формирования покрытий Изучение процессов, протекающих при нанесении покрытий на основе анализа превращений в структуре детали и покрытия, и использование полученных представлений для реализации новых технологических решений позволяет получать качественно новые характеристики изделий с минимальными затратами и прогнозировать их поведение при эксплуатации

Цель и задачи работы. Цель настоящей работы заключается в развитии теории формирования поверхностных структур стали с покрытием в неравновесных условиях ударно-фрикционного взаимодействия гибкого инструмента с поверхностью и разработке на этой основе эффективных технологических процессов нанесения покрытий с заданными составом и свойствами

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие научно-технические задачи

- выделить общие, характерные для контактной зоны условия взаимодействия инструмента с поверхностью, необходимые для определения места исследуемого способа в ряду других методов получения покрытий,

- выявить характерные структурные особенности поверхностных слоев основы и покрытия и процессы, протекающие в металлах в Cuльнонеравновесных условиях поверхностной пластической деформации при ударно-фрикционном нагружении, на основе анализа структур и технологии при нанесении алюминиевого покрытия на сталь,

- установить закономерности протекания диффузионных процессов в покрытиях, нанесенных гибким инструментом, в условиях термического воздействия в зави^мости от технологической схемы формирования,

- установить физические закономерности механизма формирования структур поверхности основы и покрытия в зави^мости от технологической схемы обработки,

- разработать концепцию формирования однородных и композиционных покрытий на основе анализа процесса структурооб-разования при нанесении покрытий из слабоупрочняемых пластичных и труднодеформируемых переходных металлов,

- разработать методологию расчета и конструирования многофункциональных, многокомпонентных с необходимыми свойствами покрытий, содержащих близкие и различные по природе металлы в заданных соотношениях,

- разработать научно обоснованные технологические процессы нанесения покрытий, необходимого функционального назначения, на металлоизделия и различный инструмент, осуществить промышленную апробацию и показать эффективность разработанной концепции на примерах промышленного внедрения

Научная новизна. В работе установлены следующие научные положения и закономерности

1 Получены новые научные знания о самоорганизации структур, образующихся на поверхностях стальной основы и металлического донора в неравновесных условиях ударно-фрикционного нагружения гибким инструментом, отвечающих признакам дис^пативных структур, показано, что эволюция структуры с ростом интен^вности взаимодействия протекает в закономерной последовательности и начинается со сдвиговой деформации в поверхностных зернах, с последующим текстурированием, фрагментацией зерен до образования на поверхности структуры гидродинамического течения, а переход от одной структуры к следующей происходит при достижении порогового упрочнения в зави^-мости от технологических параметров

2 Установлено явление пластической деформации в поверхностном слое стали в виде макроскопического волнообразного движения металла с последующим опрокидованием гребня волны и гидродинамическим течением, образующим промежуточную зону, связанным с переходом кристаллической структуры материала в неустойчивое состояние

3 Обнаружено при ударно-фрикционном способе нанесения покрытия и обосновано возникающее в условиях гидродинамического течения металлов явление образования метастабильно-го твердого раствора внедрения кислорода, обладающего высокой устойчивостью до повышенных температур

4 Получены новые научные знания о диффузионных процессах, протекающих в ^стеме основа - покрытие, образованной в неравновесных условиях поверхностной пластической деформации, состоящие в обнаружении близкого к линейному закона роста диффузионных слоев во времени, который реализуется благодаря появлению дополнительных путей диффузии из концентрационных неоднородностей и граничной диффузии в рекристаллизующейся основе

5 Установлен механизм формирования покрытия, включающий процессы резания, поверхностного пластического деформирования с участием сдвиговой и ротационной моды, гидродинамического течения, массопереноса материала основы и покрытия и схватывания, показано, что покрытие начинает осаждаться на структуру с незначительным смещением границ зерен, а с повышением интенCuвности взаимодействия в очаге формирования - на фрагментированную и далее на структуру промежуточной зоны, схватывание материала покрытия с поверхностью основы и дальнейший рост покрытия возможен только после достижения порогового упрочнения как материала основы, так и покрытия, характерного для данного уровня нагружения

6 Применена Cuнергетическая методология анализа механического поведения металлов в состоянии, далеком от равнове-^я, заключающаяся в использовании представлений об эволюции деформационных структур для объяснения явлений, сопровождающих формирование структуры и свойств в ^стеме донор - покрытие - основа в условиях ударно-фрикционной деформации

7 На основании представлений неравновесной термодинамики разработана математическая модель массопереноса вещества покрытия, позволяющая определить потоки и термодинамические Cuлы в ^стеме донор - инструмент - обрабатываемая по-

верхность, необходимая для расчета состава и получения композиционных покрытий

8 Разработаны теоретические принципы создания технологических процессов формирования многокомпонентных покрытий, использование которых позволяет конструировать покрытия заданного функционального назначения с необходимыми составом и свойствами

Основные научные положения, выно^мые на защиту:

- традиционные методы анализа процессов модифицирования поверхности сталей в условиях поверхностной пластической деформации, основанные на представлениях механики сплошной среды, и использование в моделях по своей природе детерминистских уравнений, не учитывающих стохастичность всех микроскопических событий, в ряде случаев исчерпали свои возможности поэтому должна применяться Синергетическая методология процесса формирования покрытий, учитывающая эволюцию дисСипа-тивных структур во взаимосвязи с фазовыми переходами, протекающими в неравновесных условиях внешних воздействий,

- завиСимости и новые научные знания о самоорганизации в структурах, образующихся на поверхностях стальной основы и металлического донора в неравновесных условиях ударно-фрикционного взаимодействия гибкого инструмента с поверхностью, согласно которым эволюция структуры начинается со сдвиговой деформации в плоскостях скольжения до фрагментации зе-ренной структуры, причем, повышение интенСивности деформации не приводит к разрушению фрагментированной структуры и износу, а происходит переход к макроскопическому волнообразному движению металла с последующим гидродинамическим течением по поверхности, связанным с переходом волновой структуры материала в неустойчивое, Сильновозбужденное состояние, способствующее растворению кислорода с образованием метастабиль-ного твердого раствора внедрения, обладающего высокой устойчивостью до повышенных температур,

- концепция конструирования композиционных покрытий заданного состава и математическая модель расчета конструкции донорского материала как параметра технологического процесса, отражающая поведение металла в условиях интенсивной пластической деформации и учитывающая энергетические затраты на всех этапах процесса формирования покрытия,

- энерго- и ресурсосберегающие, экологически чистые технологические процессы формирования однородных и композици-

онных покрытий заданного состава, различного функционального назначения на металлоизделия и инструмент, разработанные с использованием полученных в диссертации зави^мостей и новых научных знаний о структурных превращениях, протекающих в неравновесных условиях

Личный вклад автора состоит в разработке научных и практических основ формирования структуры, состава и свойств покрытий в условиях поверхностной пластической деформации гибким инструментом и включает

- методику и результаты проведенного комплексного исследования металловедческих и технологических аспектов проблемы формирования структуры и свойств покрытий в условиях ударно-фрикционного взаимодействия гибкого инструмента с поверхностью,

- разработанную методологию расчета и конструирования многофункциональных, многокомпонентных покрытий с заданными

свойствами,

- разработанные способы повышения стойкости деталей и инструмента и положительные результаты их апробации в промышленных условиях

Практическая ценность и реализация результатов работы. Проведенные исследования взаимосвязи структуры и свойств сталей с покрытием и технологии формирования однородных и композиционных покрытий позволили достичь следующих практических результатов

- экспериментально обоснована возможность формирования однородных и композиционных покрытий гибким инструментом в условия поверхностной пластической деформации из различных чистых металлов с заданными эксплуатационными свойствами,

- разработаны технологические основы, позволяющие повы-Эть сплошность и толщину покрытий, включающие изменение температурных режимов в контактной зоне инструмент-донор, которые могут использоваться для получения покрытий из различных труднодеформируемых металлов,

- установлены зави^мости, позволяющие определять влияние технологических режимов формирования покрытий на свойства металлоизделий с покрытием,

- разработана методика расчета донорской композиции для получения покрытий с заданными свойствами, соответствующими свойствам аналогичных сплавов,

- разработана и на примере типового резьбонарезного инструмента - метчика реализована технология получения антифрикционного покрытия на основе композиции чистых металлов

Результаты работы прошли испытания и внедрены

- теоретические и экспериментальные разработки процесса формирования покрытий внедрены в инструментальном производстве ОАО "Магнитогорский метизно-металлургический завод" для повышения стойкости режущего и холодноштампового инструмента путем нанесения композиционных антифрикционных покрытий на основе бронз Испытания в промышленных условиях показали увеличение срока службы инструмента с покрытием в 1,6 - 2,2 раза,

- экспериментальные разработки использованы для восстановления работоспособности прецизионных плунжерных пар топливных насосов высокого давления дизельных двигателей,

- технология нанесения алюминиевых покрытий и некоторые результаты исследования их свойств использованы для повышения несущей способности соединений с натягом Испытания образцов показали, что алюминиевое покрытие толщиной 15-20 мкм, нанесенное на одну из сопрягаемых поверхностей - вал, обеспечивает уСилие распрессовки соединения с натягом в 2,3 -3,1 раза Этот эффект использовали в конструкции составных прокатных валков ОАО "ММК", у которых на посадочную поверхность оСи перед сборкой наносили ВМЩ алюминиевое покрытие, позволяющее существенно увеличить передаваемый крутящий момент и теплопроводность контакта ось - бандаж,

- разработана технология защиты валков сортопрокатного стана ОАО "ММК" от износа путем нанесения алюминиевого покрытия непосредственно в процессе горячей прокатки, которое уменьшило вероятность образования сетки разгара и увеличило время между перевалками на 36 %,

- разработана и опробована технология защиты алюминиевым покрытием рессорной заготовки при нагреве в пламенной печи прокатного стана 350 на Чусовском металлургическом заводе,

- экспериментально показана возможность использования алюминиевого покрытия, образованного гибким инструментом, в качестве промежуточного слоя для совмещения рекристаллизаци-онного отжига в расплаве алюминия с одновременным формированием горячего покрытия

- полученные в диссертационной работе теоретически и практические результаты работы используются в учебном процессе подготовки

инженеров в Магнитогорском государственном техническом универCuте-те по специальностям 120800 «Материаловедение в машиностроении», 110500 «Металловедение и термическая обработка металлов» и 110800 «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия» Издано учебное пособие «Фрикционные покрытия на основе алюминия» для студентов вузов с грифом Минобразования РФ

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены в период с 1985 по 2004 гг на научно-технических конференциях и семинарах различного уровня (гг Москва, Киев, Краснодар, Челябинск, Ивано-Франковск, Брянск, Магнитогорск), в том числе Всесоюзный научно-технический семинар "Новые технологи производства слоистых металлов" (Магнитогорск, 1987), Областная научно-техническая конференция "Вклад молодых ученых и специалистов в решение задач технического перевооружения предприятий" (Челябинск, 1989), Всесоюзная научно-техническая конференция "Нанесение, упрочнение и свойства защитных покрытий на металлах" (Ивано-Франковск, 1990), Всесоюзный семинар "Структура и методы исследования легированных сталей" (Киев, 1991), XXIV-й семинар по диффузионному насыщению и защитным покрытиям (Киев, 1992), Межгосударственная научно-техническая конференция "Состояние и перспективы научно-технического потенциала Южно-Уральского региона" (Магнитогорск, 1994), Межгосударственная конференция "Проблемы развития металлургии на Урале на рубеже XXI века (Магнитогорск, 1996), Международная традиционная научно-техническая конференция "ПрогресCuвные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий" (Волгоград, 1999), Первый междисциплинарный семинар "Фракталы и прикладная Cuнергетика" (Москва, 1999), 5-е Собрание металловедов Рос^и (Краснодар, 2001), Труды четвертого конгресса прокатчиков (Магнитогорск, 2002), Международный школа-семинар "Фазовые и структурные превращения в сталях" (Магнитогорск, 2002), 2-я Международная научно-техническая интернет-конференция "Новые материалы и технологии в машиностроении" (Брянск, 2003), ежегодные научно-технические конференции Магнитогорского государственного универCuтета им Г И Носова (Магнитогорск, 19852004)

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 47 работ в виде научных статей, трудов и тезисов докладов, в том числе 14 статей в центральных журналах, рекомендованных ВАК, получено два патента и одно авторское свидетельство

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка цитируемой литературы из 269 наименований и 11 приложений (документы и внедрения) Общий объем диссертации составляет 313 страниц машинописного текста и содержит 143 рисунка, 34 таблицы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и сущность поставленной научно-технической проблемы, сформулирована цель и задачи исследования Приведены основные результаты с указанием научной новизны и практической ценности диссертации

В первой главе «Состояние проблемы поведения тонких поверхностных слоев металлов с покрытиями в условиях интен-Оивной деформации» проведен анализ современного состояния процессов нанесения покрытий с участием поверхностной пластической деформации с выделением явлений, возникающих во фрикционном контакте, таких как разогрев, деформация, фрагментация структуры, схватывание, разрушение Процесс поверхностной пластической деформации совмещенный с нанесением покрытия (ППДсП), протекает в условиях ударно-фрикционного взаимодействия гибкого инструмента с поверхностями основы и донора и заключается в переносе материала покрытия дисковой ВМЩ от металла-донора к поверхности детали (рис 1)

Рис 1 Схема нанесения покрытия 1 - ВМЩ, 2 - донор, 3 - основа,

4 - покрытие

Образование покрытия сопровождается разогревом и большими деформациями с соответствующими структурными превращениями в поверхностных слоях различной толщины основы, донора и в покрытии Поэтому литературный обзор содержит современные представления о структурно-энергетическом состоянии поверхностного слоя материалов в контактной зоне, физических основах взаимодействия металлов при твердофазном контакте, а трение рассматривается как процесс, в котором протекает самоор-

ганизация дисСипативных структур Изучение этих вопросов необходимо для объяснения процессов, происходящих в очаге формирования покрытия и достижения цели работы

Большой вклад в развитие теории формирования структур в поверхностях трения и технологии модифицирования поверхности с использованием поверхностной пластической деформации внесли известные отечественные ученые Н М Алексеев, В П Алехин, В П Анцупов, А С Ахматов, Л С Белевский, И И Гарбар, Д Н Гаркунов, Я Е Гегузин, Э С Каракозов, В Я Кершенбаум, Б И Костец-кий, ИВ Крагельский, ЛИ Куксенова, ЕВ Перепичка, ДД Пап-шев, Л М Рыбакова, М М Саверин, М X Шоршоров, Л С Цеснек и

ДР

Из анализа литературных данных следует, что в результате физико-химического взаимодействия поверхностей трения при их относительном перемещении появляются касательные контактные напряжения фрикционной связи, сравнимые с пределом текучести при сдвиге Сдвиговая деформация в пятнах фактического контакта, достигающая значительной величины, не может быть реализована и должна ограничиваться разрушением Поэтому в конечном итоге в Системе трения устанавливается стационарное состояние, при котором в динамическом равновесии находятся процессы разрушения и восстановления физических связей, сопровождающиеся необратимой потерей массы и рассеяния энергии Источником продуктов изнашивания является внешний поверхностный слой, кинематические свойства которого определяются его способностью локализовать в себе разрыв скоростей на границе с подповерхностным слоем Между тем, в процессе формирования покрытия гибким инструментом износ в поверхности детали практически отсутствует и происходит непрерывный прирост массы

Аналитический обзор аспектов пластического течения в условиях больших давлений и сдвиговой деформации показал, что в поверхностях трения происходит интенСивная фрагментация зе-ренной структуры, механизм которой раскрыт в работах В В Рыбина, Б Е Панина и др При пластическом течении взаимодействие дислокаций приводит к образованию скоплений ваканСий и других дефектов ваканСионного типа, снижает активационные диффузионные барьеры и увеличивает дрейфовую диффузию атмосфер из атомов около дефектов, движущихся вместе с этими дефектами Это приводит к гидродинамическому течению и аномальному массопереносу в тонком внешнем слое и пересыщению

поверхностного слоя элементами контактирующих тел и кислородом из внешней среды, а также к переходу в динамическое, двухфазное кристаллическое и аморфное состояние Указанные представления позволяют объяснять явления, протекающие в поверхностях донора и основы в процессе массопереноса материала покрытия

В работах, посвященных поверхностной обработке или механическим способам нанесения покрытия, в которых существенную роль играет трение, напряженно-деформированное состояние обычно исследуется с использованием математического аппарата механики сплошных сред При этом часто игнорируются структурные превращения и связанная с ними микромеханика процессов деформации Трение является особой формой дисЭ-пативного процесса, который протекает в открытых термодинамических Эстемах, в состоянии, далеком от равновеЭя, обменивающихся энергией и веществом с окружающей средой Поэтому в большом количестве изученных работ трение рассматривается как дисЭпативный, необратимый процесс в поверхностном слое металла, в котором могут возникать дисЭпативные структуры Энергетика, как теория самоорганизующихся дисЭпативных структур, рассматривает неравновесные фазовые переходы, а Энергетическая методология механического поведения материалов, как это показано в работах В С Ивановой и др , позволяет перейти на более высокий уровень прогнозирования поведения и свойств материалов в условиях, далеких от равновеЭя Поэтому в процессе ППДсП поверхности донора и детали необходимо рассматривать как открытые термодинамические Эстемы, в которых происходит обмен веществом и энергией с внешней средой и возникает стационарное состояние с массопереносом, поддерживающееся минимумом производства энтропии

Выводы литературного анализа позволили определить цель исследования, сформулировать задачи настоящей работы и определить пути их реализации

Во второй главе «Материалы, методика нанесение покрытий ударно-фрикционным способом, методы исследования» описаны модельные материалы для исследования, способы получения покрытий, методы и установки для исследования микроструктуры, кристаллической структуры, методы определения механических и некоторых эксплуатационных свойств сталей с покрытиями

Стальные образцы с покрытиями получали на плоско- или круглошлифовальном станке, на котором вместо абразивного кру-

га устанавливали дисковую металлическую щетку радиусом 140 мм с диаметром гибких элементов (проволочного ворса) от 0,25 до 0,45 мм из канатной стали 70 С одной стороны щетка находится в контакте с поверхностью стали (основой), на которую наноCuтся покрытие, с другой стороны - с металлом-донором, из которого формируется покрытие Металл-донор, изготовленный в виде цилиндрического или прямоугольного слитка или выточенного бруска, прижимается к ВМЩ с уCuлием 20 - 40 Н Щетка, вращающаяся со скоростью 3000 об/мин, прижимается к основе с натягом 0,2 -3 мм Гибкие элементы щетки срезают частицы металла донорского слитка, переносят и "намазывают" их на поверхность основы

Модельными материалами для исследования изменения структурного состояния основы и покрытия была выбрана пара сталь 08кп и алюминий в качестве донора Также в качестве основы использовали другие стали и материалы, а донорами служили различные легкоплавкие и тугоплавкие металлы и пластичные сплавы Основные металлографические исследования были выполнены на оптических микроскопах "Epiquant" и "Epitip" Распределение элементов в поверхностных слоях исследовали на растровом электронном микроскопе "Camscan" с приставкой "Link" для рентгеновского микроанализа при напряжении 20 kV и на установке микрорентгеноспектрального анализа "Camibax" Микротвердость определяли на микротвердомере ПМТ-3 с нагрузками 0 1, 0 2, 0 5 Н Фазовый рентгеноструктурный анализ использовали при исследовании фазового состава покрытий и промежуточной зоны Съемку проводили на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 в молибденовом Ка излучении, отфильтрованном кристаллом моно-хроматором Фазовый анализ проводили в диапазоне двойных Брэгговских углов от 11° до 48° при съемке в ручном и автоматическом режиме Рентгеноструктурный анализ также использовали для определения областей когерентного рассеяния и микродеформации, для чего была усовершенствованна методика расчета, которая позволяет повыCuть точность и упростить определение количественных характеристик тонкой структуры обработанных поверхностных слоев

Третья глава «Закономерности формирования структуры и свойств основы, донора и покрытия» посвящена исследованию состава, структуры и свойств покрытий из пластичных металлов и сплавов, таких как алюминий, медь, латунь, и основы из различных сталей в зави^мости от технологических параметров процесса ППДсП Технология позволяет использовать практически

любое сочетание материалов покрытия и основы. Несмотря на различие свойств возможных пар материалов донора и основы, схема взаимодействия инструмента с рабочими поверхностями, механизм образования покрытия и закономерности всех протекающих структурных превращений являются общими во всех Системах.

Процесс нанесения покрытия сопровождается большими сдвиговыми деформациями высокой интенсивности, которые управляют последовательностью структурных превращений в поверхности основы, формируют дисСипативные структуры основы, донора и покрытия. Углубленный анализ всех структурных превращений, проведенный на паре основа - сталь марки 08 и донор - алюминий марки АО, показал, что в процессе нанесения алюминиевого покрытия образуются два типа поверхностных структур, содержащих: 1) деформированную основу и покрытие или 2) деформированную основу, покрытие и промежуточную зону, расположенную между основой и покрытием (рис. 2). Покрытие на всех сталях имеет в основном однородную структуру и в некоторых случаях состоит из нескольких слоев, незначительно различающихся травимостью.

08кп 45 40Х (закаленная)

Рис. 2. Структура поверхности сталей с покрытием: (Л! -покрытие, ПЗ - промежуточная зона, х 400)

Тип структуры, свойства покрытия и основы определяются режимом взаимодействия в очаге деформации, зависящем от многих технологических параметров. Усиление жесткости обработки (увеличение натяга, диаметра гибких элементов, кратности обработки...) увеличивает глубину проникновения деформации в основу и толщину слоя с одинаковым характером деформационной структуры. Повышение натяга от 0,2 до 0,8 мм ("мягкий" режим) приводит к формированию деформационной структуры основы в последовательности: слабодеформированная зона, тек-

стурированная фрагментированная с перемещением в глубину предшествующей структуры При натяге более 0 8-1 мм ( жест кий режим) появляется промежуточная зона (ПЗ) (рис 3)

а б в х400

Рис 3 Структуры стали 08кп с алюминиевым покрытием натяг 0 2 мм (а) 0 6 мм (б) 1 2 мм (в) П - промежуточная зона Д -деформированная Т-текстурированная Ф - фрагментированная

Показано что покрытие начинает образовываться только после формирования той деформационной структуры и соответствующего упрочнения основы которые характерны для данной ин тенСивности (жесткости) обработки Рентгеноструктурным анализом установлено что размер областей когерентного рассеяния для текстурированной зоны изменяется в завиСимости от жесткости обработки в пределах 500 - 1300 108 м фрагментированной - 95 -85 108миПЗ-20-60 1 08м Микротвердость изменяется от 1160 до 1380 МПа в недеформированных и слабодеформирован-ных зернах соответственно в текстурированной зоне - от 1400 (начало искривления границ зерен) до 1660 МПа и во фрагментиро-ванном слое - до 1820 -1850 МПа Микротвердость ПЗ на стали 08кп скачкообразно возрастает до 7000 - 7500 МПа Микротвер дость алюминиевого покрытия с ростом жесткости обработки (повышения натяга и т д ) повышается от 1300 до 2700 МПа при микротвердости донорского алюминия 300 МПа В пределах текстури рованного слоя образуется устойчивая текстура с поворотом плоскостей {100} и {111} параллельно обработанной поверхности и слабой компоненте {110} В поверхности основы возникают сжимающие напряжения от 100 до 300 МПа в зависимости от глубины залегания

Особенность строения поверхностей стали с покрытиями полученными в условиях ППД ВМЩ является образование ПЗ Она отделена от деформированной основы четкой границей и отличается повышенной травимостью Характерной особенностью ПЗ является ее слоистое (волокнистое) строение с чередующими-

ся слоями металлов основы и покрытия При нанесении алюминиевого покрытия слои алюминия и железа имеют толщину от 1 до 5 мкм Содержание алюминия и железа в ПЗ на стали 08 кп (натяг 1 2 мм, 8 проходов) составляет 1 12, 3,6 1, 8,5 1 соответственно в участках, прилегающих к основе, в середине и прилегающих к покрытию

ПЗ образуется в результате потери устойчивости в кристаллической решетке на поверхности под действием интен^вной сдвиговой деформации После образования фрагментированной зоны при достижении некоторого критического состояния появляется новая мода пластической деформации, при которой в ^стеме фрагментированных зерен возникают взаимосвязанные колебания и на поверхности формируется волнообразный рельеф (рис 4,а поверхность)

Рис 4 Волнообразные структуры поверхности стали 08кп (натяг > 1 мм) (а - х20, б - х1000, в - х800)

Дальнейшее повышение интен^вности обработки после образования волнового рельефа приводит к деформации, сопровождающейся увеличением крутизны и опрокидыванием гребня волны (рис 4,6, сечение) Это приводит к появлению гидродинамического течения металла и турбулентных потоков, при котором вихри материала волны (рис 4,в, сечение), состоящего из металлов основы и покрытия, движутся по поверхности, что определяет массопере-нос на большие расстояния Поверхность основы и микрополости гребня волны, находящиеся в ^льноактивированном состоянии, интен^вно адсорбируют кислород с образованием метастабиль-ных растворов внедрения, приводящих к аномально высокой твердости ПЗ Нагрев до 700 °С способствует выделению кислорода из твердого раствора и образованию окислов железа и алюминия, линии которых обнаруживаются на рентгенограмме только после нагрева Аналогичная слоистая структура ПЗ формируется при нанесении медных, латунных и других покрытий

Установлено, что покрытия из металлов и сплавов, имеющих низкие температуры плавления и испытывающих незначительное деформационное упрочнение, таких как алюминий, медь, латунь и другие, образованы частицами различной дисперсности и формы в зависимости от интенсивности взаимодействия ВМЩ и основы Покрытия по сравнению с донорским материалом имеют значительно более высокую микротвердость, которая определяется деформационным упрочнением и образованием пересыщенных твердых растворов элементов среды По данным микрорентгенос-пектрального анализа в алюминиевом покрытии, полученном по "жесткому" режиму, в участках, прилегающих к ПЗ, находится до 30 % железа основы, содержание которого быстро снижается с удалением от границы с ПЗ При "мягких" режимах содержание железа составляет 1 -2 %

Важным элементом Системы формирования покрытия является донорский металл, поверхность которого на установившейся стадии непрерывно разогревается, деформируется и разрушается Во всех донорских металлах с температурами плавления выше, чем температура контактной зоны, на поверхности наблюдается сплошной внешний слой, в котором исчезает исходная структура и обнаруживается структура, аналогичная слоистой структуре ПЗ (рис 5) Внешний слой образуется в динамических условиях интенсивной деформации в результате перехода в так называемое Сильновозбужденное (СВ) состояние, вызванное потоком дефектов через границу из деформированного слоя При этом теряется дальний порядок и происходит аморфизация поверхностного материала

А1 Латунь Л 90 N1

Рис 5 Структура донора с внешним поверхностным слоем, х800

Анализ результатов исследования структуры и свойств стали, покрытия и донора позволил установить механизм формирова-

ния покрытия в тройной Системе стальная поверхность - щетка -донорский металл

В основу объяснения механизма заложены представления Синергетики о самоорганизации дисСипативных структур, возникающих в открытых Системах таких как Система трения, в условиях, далеких от равновесия Формирование покрытия протекает в три этапа начальный этап, соответствующий приработке во всей Системе, этап формирования покрытия и заключительный этап, на котором рост покрытия прекращается, Система выходит на насыщение и работает вхолостую На начальном этапе Система ВМЩ -основа работает последовательно в режимах резанья, поверхностного пластического деформирования с участием сдвиговой и ротационной моды, гидродинамического течения с образованием соответствующих структур Причем окончательная структура поверхности, на которой осаждается покрытие, завиСит от интенСивности взаимодействия В Системе донор - ВМЩ на этапе приработки интенСивное ударно-фрикционного нагружение и разогрев поверхности приводят к установлению стационарного состояния с деформированной поверхностной структурой и внешним слоем, находящимся в динамическом, Сильновозбужденном (СВ), квазиаморфном состоянии

После самоорганизации соответствующих структур в поверхностях основы и донора происходит переход ко второму этапу нанесения покрытия Торцевые поверхности гибких элементов щетки схватываются с материалом внешнего слоя донора в СВ состоянии и в результате когезионного разрушения материал донора переходит на поверхность щетки Вынос из зоны взаимодействия вещества в СВ состоянии компенСируется его восстановлением на границе раздела с деформированным слоем То есть самоорганизация структуры в доноре поддерживает стационарное состояние, при котором вынос и воспроизводство вещества во внешнем слое одинаковы и обеспечивается непрерывный поток массы материала покрытия к основе Слой в СВ состоянии на поверхности донора играет роль пограничного слоя, предотвращающего непосредственный контакт ворСинок с деформированным слоем В случае выхода из стационарного состояния пограничный аморфный слой исчезает, например при резком прижиме донора к ВМЩ или на начальной стадии приработки, и гибкие элементы щетки, как микрорезцы, начинают срезать бесформенные крупные частицы донора (рис 6 а) Исчезновение такого пограничного слоя приводит к увеличению изнашивания, вид и продукты износа из-

меняются и процесс формирования покрытия прекращается В образовании покрытия участвуют только схватившиеся с торцевой поверхностью ворСинок микрообъемы донора, вырванные из слоя СВ состоянии (рис 6,б,в)

Рис 6 Частицы на поверхностях гибких элементов а - А1, б - латунь, в - Си

На поверхности основы второй этап протекает в режимах массопереноса материала покрытия с поверхности ВМЩ и схватывания с основой На заключительном этапе возникает автоколебательный процесс с периодическим нанесением и удалением поверхностных слоев покрытия, в режиме массопереноса толщина слоя растет, соответственно увеличивается натяг и жесткость обработки, далее следует переход к режиму резания с уменьшением толщины слоя и соответственно натяга Чередование этих режимов приводит к прекращению роста покрытия и его стабилизации по толщине

Четвертая глава "Поведение стали с алюминиевым покрытием при нагреве" посвящена исследованию влияния повышенных температур на структуру и свойства стали с покрытием Особенности строения алюминиевых покрытий, полученных методом ППДсП, соотношение железа, алюминия и растворенных примесей в различных зонах поверхности с покрытием определяют их поведение при повышении температуры, а также механизм образования и кинетику роста диффузионного слоя Наличие ПЗ в структуре поверхности оказывает основное влияние на способность алюми-нированной стали работать в условия высоких температур На образцах, обработанных по "жесткой" технологии, имеющих развитую ПЗ, при нагреве в конечном итоге происходит самопроизвольное отслоение алюминиевого покрытия от основы При достижении температуры 700 °С в вакууме 103 Па между покрытием и ПЗ появляется черный слой, толщина которого растет с увеличением температуры и выдержки, и нарушается сцепление покрытия с осно-

вой Отслоившаяся пластина покрытия обладает повышенной хрупкостью, при этом видимых изменений в ее структуре по сравнению с исходной структурой покрытия не происходит, а на поверхностях раздела образуется рыхлый сажистый слой, состоящий из окислов FeO, FeзO4, AI2Oз и интерметаллических соединений, идентифицированных как Fe2Al5 и FeAI3 Разрушение покрытия при нагреве выше 700 °С происходит в результате выделения кислорода из неравновесного твердого раствора с образованием химической связи с железом и алюминием Кислород с максимальной концентрацией растворяется в ПЗ Поэтому после нагрева именно между основой и покрытием в микроструктуре обнаруживается первоначально тонкий, а с ростом температуры и выдержки увеличивающийся темный слой окислов Кроме того, после выделения кислорода из раствора стабильность структуры снижается, атомы алюминия и железа, содержание которого в части покрытия со стороны основы достигает 30%, приобретают достаточную подвижность, перемещаются диффузионным путем на небольшие расстояния и образуют интерметаллические соединения Образование окислов и интерметаллидов с решетками, неизоморфными с основой и покрытием, способствует появлению напряжений, разрыхляющих образовавшиеся соединения

В образцах, обработанных по "мягкой" технологии, при которой промежуточная зона не образуется, происходит диффузия алюминия в основу с образованием слоя интерметаллических соединений Установлено, что скорость роста интерметаллического слоя из покрытия в исследованном температурно-временном интервале близка к линейной, а энергия активации в несколько раз ниже, чем при других способах алитирования из твердой фазы Так, через 5 и 10 мин из слоя алюминия в основу столбчатые кристаллы интерметаллического слоя при температуре 650 °С вырастают на глубину до 33 и 45 мкм соответственно Закон роста интерметаллического слоя можно записать в виде уравнения б п = 1,3 х 10"5 х ехр (- 26,2 / ЯТ), где п изменяется от 0,92 до 1,2

Высокая скорость роста интерметаллического слоя определяется несколькими причинами Образование интерметаллической фазы происходит внутри покрытия у границы раздела с основой уже в процессе нагреве до 550 °С в слое с повышенным содержанием железа Следующая причина определяется отсутствием окисной пленки, т к алюминиевое покрытие наносится на юве-нильную поверхность железа с высоким сопряжением кристаллических решеток Поэтому энергия активации перескоков атомов

через границу минимальная Также на скорость диффузии влияет происходящая при нагреве рекристаллизация Граничная диффузия уCuливается в результате появления мелких рекристаллизо-ванных зерен Увеличение площади большеугловых границ повышает долю граничной диффузии, скорость которой на порядки выше объемной Степень деформации металла основы мак^мальна на поверхности, поэтому рекристаллизация распространяется от поверхности в глубину Энергии активации диффузии и рекристаллизации имеют один порядок, и в начальный период перед растущим интерметаллическим слоем постоянно находится зона зарождающихся рекристаллизованных зерен с развитой суммарной поверхностью границ, по которым идет перемещение алюминия в основу

В пятой главе " Получение однородных и композиционных металлических покрытий" изучены теоретические и технологические аспекты формирования покрытий из чистых металлов и металлических композиций Возможность образования покрытий одних металлов на поверхности других в методе ППДсП определяется свойствами донора и основы и условиями взаимодействия во фрикционных контактах Образование и рост покрытия будет происходить только тогда, когда частицы материала покрытия будут перено^ться от донора к обрабатываемой поверхности, т е будет осуществляться прямой массоперенос и должен отсутствовать или быть минимальным обратный массоперенос от детали к донору Для этого необходимо создать условия, чтобы в поверхности донора происходил фазовый переход вещества в ^льновозбуж-денное состояние, которое становится источником материала покрытия, и обеспечивался прямой массоперенос Температурные условия в поверхностях донора и основы определяются длительностью фрикционного контакта Пятно контакта на поверхности донора разогревается до пятисот и более градусов, в то время как контактная зона на поверхности детали постоянно перемещается и разогревается только до 150 - 250 °С, что является благоприятным условием для прямого массопереноса

В ходе теоретического и экспериментального исследования явлений, сопровождающих формирование покрытий, была установлена возможность нанесения на сталь покрытий из переходных металлов - Т1, N1, Сг, Мо и W и др Для получения никелевого покрытия использовали донорский слиток, изготовленный из электролитического никеля, чистотой 99,4% N1, и режимы, используемые при нанесении алюминиевого покрытия В результате на по-

верхности получается тонкий сплошной неравномерный по толщине слой от 3 до 18 мкм Микроструктура поверхности стали с никелевым покрытием имеет такое же строение, как и с алюминиевым Под светлым слоем покрытия находится темнотравящаяся слоистая ПЗ с различным соотношением элементов, под которой расположена деформированная зона основы (рис 7 а) Граница между покрытием и ПЗ хорошо выражена, и на ней происходит скачкообразное изменение микротвердости и цвета после травления Микротвердость покрытия составляет 5600 МПа, промежуточной зоны - 6000 - 7500 МПа Содержание никеля в покрытии по данным микрорентгеноспектрального анализа составляет 64-70% (рис 7 б), а в ПЗ - от 10 до 28 % в зави^мости от точки измерения, остальное - железо и пример При нанесении титана на сталь 10 на поверхности образуется покрытие (рис 7 в) со сплошностью, составляющей до 80 % поверхности, состоящее из участков толщиной до 12 мкм, содержащих до 68% Т (рис 7 г) Под участками покрытия по всей поверхности находится ПЗ, имеющая слоистое строение, с содержанием титана 17 -18%

а б в г

Рис 7 Структура стали с покрытием N1 в сечении (а) и Т1 с поверхности (в) и спектрограммы покрытий (б,г)

Установлено, что способность к формированию покрытий с помощью гибкого инструмента металлов, обладающих ГЦК решеткой, выше, чем металлов с ОЦК решеткой

В работе показана особенно высокая эффективность способа при получении композиционных покрытий, которые формируются из композиционного донора, составленного из чередующихся макрообъемов чистых металлов Использование любого набора чистых исходных компонентов в донорском материале позволяет получать покрытия, обладающие принципиально новым сочетанием физических и механических свойств, в широком диапазоне концентраций в виде тонкодисперсной механической сме^ или, после

кратковременного диффузионного отжига в виде твердых растворов и соединений Донорских сплавы того же состава малопригодны из за образования в них интерметаллических соединений сни жающих способность к массопереносу Все композиционные покрытия характеризуются рентгеновскими дифрактограммами содержащими дифракционные макСимумы соответствующие чистым компонентам Линии интерметаллических соединений появляются только после диффузионного отжига Следовательно покрытие образовано перемешанными микрообъемами исходных компонентов которые несмотря на интенСивную деформацию имеют кристаллическое строение после завершения обработки

Показано что введение в алюминиевый донор вставок из никеля или цинка существенно замедляет диффузионные процессы при нагреве тем самым повышая жаростойкость покрытий Вместо столбчатых кристаллов фазы Ре2Д15 между покрытием и основой образуется тонкий диффузионный слой скорость роста которого даже при более высоких температурах значительно ниже чем из алюминиевого покрытия (рис 8)

а б в

Рис 8 Диффузионные слои в покрытиях после отжига а - AI, 650 Сб-AI + Ni, 800 С в-AI+Zn, 800 С

Привес образцов с покрытиями А1-М и Д1 соответственно при 800 и 600 ° С меньше чем без покрытия в 9-11 и 4-6 раз Среднее содержание элементов в покрытии завиСит от состава донорской композиции Так, при соотношении компонентов в композиции А1 N1 ~ 2/1 содержание Ре, А1 и N1 в покрытии определенное как интегральное по нескольким площадям равно соответст венно 317 43 2 и 25 1 % Колебание содержания элементов дос тигаетЭ- 12%

Проведенные исследования позволили разработать раз личные композиционные покрытия на основе меди Показано что из биметаллической донорской Си - Д1 композиции образуются

композиционные покрытия, состав которых можно варьировать в широких пределах Неоднородное по структуре и составу покрытие (рис 9) после короткого отжига при 550 ° С в течение нескольких минут становится структурно-однородным (линии железа в спектры покрытия попадают от основы)

Рис 9 Энергетический спектр участков композиционного ^ - AI покрытия, обогащенных AI (2), ^ (3), исходная основа (1)

Использование донорской композиции состава оловяни-стой бронзы позволяет получать покрытия, обладающие низким значением коэффициента трения Коэффициент трения в парах стальная колодка - ролик с антифрикционным композиционным покрытием незначительно отличается от коэффициента трения в парах, в которых ролик целиком изготовлен из сплава с той же концентрацией, что и покрытие Минимальное значение коэффициента трения в композиционном покрытии ^^п^п наблюдается в интервале концентрации олова в покрытии 7-10 %, что соответствует содержанию олова в антифрикционных оловянистых бронзах

В шестой главе «Математическое моделирование массо-переноса в ^стеме формирования покрытия донор - инструмент -основа» на основе теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель процесса формирования композиционных покрытий из донора, составленного из пластин чистых металлов, имеющих различную способностью к переносу Была поставлена следующая задача

Получить в формируемом покрытии заданное содержание С1 (%) компонента А, содержание С2 (%) компонента В, С3 (%) -С и т д Необходимо определить, какое должно быть соотношение компонентов в донорской композиции

В основу модели массопереноса материала покрытия от донора к металлоизделию приняты следующие допущения

- поверхности основы и донора являются открытыми термодинамическими ^стемами, в которых стационарное состояние с

потоками энергии и вещества поддерживается минимумом производства энтропии,

- в контактной зоне взаимодействия поверхности донора и инструмента выделяется энергия, которая расходуется на нагрев, деформацию, переход вещества поверхностного слоя донора в СВ состояние и образование новой границы раздела на поверхности перено^мой частицы,

- массоперенос осуществляется захватом торцевыми поверхностями гибких элементов частиц донорского вещества, находящегося в СВ состоянии, и транспортировкой их к поверхности детали

В контактной зоне взаимодействия щетки и композиционного донора возникают два основных потока поток массы вещества из поверхностного слоя, находящегося в СВ состоянии, вызываемый градиентом химического потенциала, и поток тепла от нагретого донора к щетке, вызываемый градиентом температуры Теория необратимых процессов предполагает линейную связь между термодинамическими Cuлами (X) и потоками (и) и производством энтропии ^

где - потоки тепла и вещества, , - соответст-

вующие им градиенты для ¡-го компонента

Из условия задачи о получении в покрытии /- го компонента в количестве С, (%) необходимо потребовать выполнение следующих соотношений

(2)

где /,-толщина пластины /-го донора

Под потоком массы Jml понимается масса ¡-го компонента, переходящая с поверхности донора на торцевые поверхности вор-^нок щетки, находящихся в зоне контакта за единицу времени, и выражается как

(3)

где /г интенсивность износа ¡-го компонента, Д линейная скорость уноса ¡-го компонента, р, - плотность 1-го компонента, ш -скорость вращения щетки, - радиус ВМЩ

С,

_ У^Х^ткЮ ' к=1

Скорость образования активных частиц на поверхности донора, переходящих на поверхность ВМЩ, напрямую связана с безразмерной интенОивностью стирания донора

АЕ,

(4)

где R - универсальная газовая постоянная, Тк - контактная температура по шкале Кельвина, ЛЕ, - изменение энергии при образовании одного моля /-го компонента в СВ состоянии, переходящего на поверхность ВМЩ, 101 = КЭ1п1 - эмпирический коэффициент, имеющий две составляющие К3 - коэффициент стирания

донора, зависящий от природы материала, и п0, определяемый близостью контактной температуры к температуре плавления

Для получения одного моля /-го компонента, переносимого щеткой, необходимо затратить энергию Е,

Е,=Ед,+Есвс,+Егр, (5)

где Ед, - запасенная энергия на 1 моль, затраченная на создание всех дефектов, Есвс, - энергия на 1 моль, затраченная на перевод слоя материала в СВ состояние, Егр, - энергия, затраченная на образование границы раздела

На основании эргодинамической плотность скрытой энергии и твердость,

где о, - напряжение течения

модели, связывающей запасенная энергия Е'д компонента, зависящее

6 G,

от твердости по Виккерсу НУ, ка коэффициент перенапряжения на межатомных связях, 6„-- модуль сдвига

При переносе материала в СВ состоянии от поверхности донора к поверхности ВМЩ происходит переход в состояние разрушения, которое подобно энергетическому состоянию жидкой фазы Поэтому энергия Есвс; необходимая для переноса вещества в СВ состоянии на поверхность ВМЩ, количественно равна тепловой энергии

где /_,, С„ М, удельная теплота плавления, удельная теплоемкость и молярная масса /-го компонента соответственно

Считаем, что в момент отрыва вся торцевая ювенильная поверхность ворСинки схватывается с донорским материалом, и в

момент отрыва частицы в поверхностном слое образуется граница раздела равная торцевой поверхности ворСинки на образование которой тратится граничная энергия - поверхно-

стное натяжение компонента при температуре плавления

Для нахождения энергии приходящейся на моль вещества, примем соотношение

г _ пгМ,

- высота шарового

¿«рЛ^ + У )

А

г.

сегмента, - радиус

Поток вещества от /-го донора к щетке обусловлен градиентом химического потенциала Хт1 = -grad(¡u/T), если считать, что на расстоянии Ах концентрация частиц равна нулю и общее число частиц равно п, то дгас/(д) к 2п1 / Дх, имеем

(7)

где уСилие прижима донора к щетке,

коэффициент трения размер протекания активных процес-

сов массопереноса (размер СВ состояния) Из экспериментальных

исследований установлено, что Ах яа 10-30 мкм

Поток тепла из зоны взаимодействия от донора к щетке

вызывается градиентом температуры , который

определяется тем, что тепло переносится частицами металла к

Т. -Т.

«холодным» ворСинкам щетки gradT - —

, причем величи-

ны одного порядка, поэтому градиент Силы, вызывающей

поток тепла

1 Т -Т

А I. ш

*т< = 2

Ах

(8)

В качестве потока тепла выбираем поток, переноСимый массой нагретого материала

где Са - теплоемкость материала донора, Тщ - температура ворСинок щетки

Для определения толщины пластинки /, для каждого компонента необходимо решить ^стему уравнений (1)-(2), используя при этом соотношения (3)-(8).

По данной математической модели была составлена компьютерная программа «Композиционное покрытие» для определения безразмерной толщины пластинки -¡¡/Ь для каждого компонента, т е нахождение соотношения компонентов в доноре Полученная нелинейная ^стема уравнений решалась методом последовательных приближений, а в качестве начального приближения принималось

На рис 10 приведены расчетные процентные соотношения компонентов в доноре в зави^мости от температуры контакта, если в покрытии должно содержаться 50% меди и 50% алюминия

X

\ IV

N

\

41 11П -У/1 'f.n ¿JO SSII ссо |— ~MiAt А.11СИИН11Й| Т> r|uaC

Рис 10 Соотношение компонентов в доноре Cu-Al в зави^мости от температуры контакта

В седьмой главе "Разработка технологии нанесения покрытий с заданными функциональными свойствами" приводится описание разработанных технологических процессов формирования однородных и композиционных покрытий для целенаправленного повышения качества и срока эксплуатации различных металлоизделий.

Композиционные антифрикционные покрытия на основе оловянистой бронзы наноCuли на инструмент для производства крепежа на ОАО "Магнитогорский метизно-металлургический завод" Как правило, метчики, отрезные ножи, пуансоны отбраковываются по причине износа и притупления рабочих кромок, в результате чего появляется брак по точности резьбы и качеству по-

верхности Из-за притупления режущей кромки метчика возрастает момент резания и происходит поломка хвостовика метчика, а при отклонении настройки пуансона от центрально-симметричной даже в пределах допуска происходит смещение и увеличение касательных напряжений на части рабочей поверхности Оловянистые бронзы имеют повышенные прочностные свойства по сравнению с медью и чистыми металлическими компонентами и обладают меньшей способность к массопереносу Поэтому для нанесения покрытия, имеющего состав антифрикционной бронзы, использовалась композиционная конструкция донора из пластин чистых компонентов, содержащихся в бронзе

Экспериментально было определено, что максимальному повышению стойкости соответствует покрытие, имеющее состав бронзы Бр ОЦС 5-5-5 Поэтому для получения покрытия аналогичного состава соотношение компонентов в донорском композите, набранном из пластин химически чистых металлов, рассчитывали с использованием математической модели Покрытие из композиционного донора, полученного расчетным путем по математической модели, нанесли на цилиндрический образец для определения среднего содержания элементов микрорентгеноспектральным анализом в нескольких точках, которое составило 6% Эп, 6,7% Ип, 4,36% РЬ, остальное - Си

с

РИС 11 Энергетический спектр антифрикционного покрытия состава бронзы

Разработанную конструкцию донора использовали для нанесения покрытия на выбранный инструмент, стойкость которого увеличилась от 1,6 до 2,2 раза для различных типов инструмента, а годовой экономический эффект составил более 1111000 руб в год (в ценах 2003 г)

Тонкие медные покрытия были использованы для восстановления работоспособности прецизионных плунжерных пар топ-

ливных насосов высокого давления дизельных двигателей моделей Д355-А-3, Д355С, НД1500 и моделей иностранных фирм путем нанесения покрытий на плунжеры Плунжерные пары, имеющие точность сопряжения до 1,5 мкм, выходят из строя в результате неравномерного износа трущихся поверхностей Допуски на износ сопоставимы с толщиной медного покрытия, которое наноОили на переоборудованном круглошлифовальном станке После получения покрытия размеры плунжера доводятся до первоначальных с последующей притиркой на стенде Экономический эффект от внедрения технологии восстановления в 1989 - 90гг составил 119000 руб , а за счет сокращения закупок плунжерных пар за рубежом сэкономлены валютные ассигнования в объеме 11000 инвалютных руб в ценах 1989 г

Технология нанесения алюминиевых покрытий и некоторые результаты исследования их свойств использованы для повышения несущей способности соединений с натягом Повышение стойкости прокатных валков и экономия высоколегированных сталей часто решается путем изготовления составных валков, в которых осевая часть выполняется из углеродистых сталей, а бандаж из легированных Эффективность такого соединения определяется коэффициентом трения на посадочной поверхности Учитывая, что покрытие на цилиндрическую поверхность достаточно просто наноСится методом ППДсП, на модельные образцы, на одну из сопрягаемых поверхностей - вал наносили мягкие алюминиевое покрытие с микротвердостью 1100 - 1300 МПа Испытания образцов показали, что алюминиевое покрытие толщиной 15-20 мкм обеспечивает уСилие распрессовки соединения с натягом в 2,3 - 3,1 раза выше в результате того, что алюминий заполняет впадины микропрофиля на сопряженных поверхностях Этот эффект использовали в конструкции составных прокатных валков ОАО "ММК", у которых на посадочную поверхность оСи перед сборкой наносили ВМЩ алюминиевое покрытие, позволяющее существенно увеличить передаваемый крутящий момент и теплопроводность контакта ось - бандаж Для повышения стойкости бандажи отливали из износостойкой стали 150ХНМ, а ось вытачивали из отработанных валков стали 60ХН Опытная партия валков 1180x2000 была установлена в клети № 2 стана 2000 ОАО "ММК" В процессе эксплуатации измеренная износостойкость составных валков с бандажами из стали 150ХНМ оказалась выше цельнокованых из стали 60 ХН в 1,8 - 2 раза при стоимости составного валка 64 % от цельнокованого

Показана эффективность защиты валков горячей прокатки от износа в результате образования сетки трещин разгара путем нанесения алюминиевого покрытия Покрытие наносили на рабочие калибры штрипсового стана 300 ОАО "ММК" в процессе горячей прокатки и эффективность оценивали по величине износа после прокатки одинакового количества полос В калибрах с покрытием радиальная выработка оказалась на 36 % меньше На основании полученных положительных результатов было принято решение о проектировании промышленного робота с установкой на манипуляторе ВМЩ с узлом нанесения покрытия

Практические результаты работы по исследованию поведения алюминиевых покрытий при нагреве были использованы для защиты рессорной заготовки из стали 55ХГ от высокотемпературной газовой коррозия при температуре 1150 °С при нагреве в пламенных печах перед прокаткой на стане горячей прокатки 350 Чу-совского металлургического завода После горячей прокатки защищенных заготовок на поверхности полностью отсутствуют следы окалины, остается сплошной тонкий светлый слой раскатанной фазы Fe3AI, которая не исчезает после термообработки и имеет высокую стойкость к атмосферной коррозии, что немаловажно для рессор

В работе показана возможность использования плакирования алюминием гибким инструментом горячекатаной полосы для последующего получения холоднокатаной ленты с покрытием На поверхность горячекатаной заготовки 2,8x80 для ленты из стали 08пс которая изготовляется в ЛПЦ 8 ОАО "ММК", наносили алюминиевый подслой толщиной 30 - 40 мкм с использованием "мягких" режимов Горячекатаная окалина удаляется в процессе нанесения покрытия, поэтому отпадает необходимость химической подготовки поверхности в ваннах кислотного травления перед холодной прокаткой Заготовку прокатывали при комнатной температуре на прокатном стане 630 в трех клетях с суммарным обжатием до 82% без нарушения сплошности покрытия При этом толщина рас-катаного покрытия составляет 8-11 мкм Для скоростного рекри-сталлизационного отжига холоднокатаную сталь толщиной 0 8 мм с раскатанным алюминиевым покрытием погружали в ванну с расплавленным алюминием при температуре 700°С Покрытие, выполняющее функции вспомогательного подслоя, частично оплавляется, и происходит полное смачивание жидким алюминием поверхности После рекристаллизации на поверхности остается сплошное равномерное алюминиевое покрытие Между слоем

алюминиевого покрытия и сталью образуется тонкий слой интерметаллического соединения, строение и свойства которого не зависят от предшествующей обработки Слой состоит из фазы Fe2AI5 с микротвердостью при нагрузке 20 г 8000-9000 МПа Исследование механических свойств показало, что лента из стали 08пс с покрытием, полученная по приведенной схеме, несмотря на повышенную хрупкость диффузионного слоя, приобретает состояние "мягкая - М" ГОСТ 503-81 Сплошность покрытия при изгибе на 180° не нарушается, отслоения покрытия и трещин в поверхностных слоях не обнаруживается

Практические результаты работы по исследованию закономерностей формирования алюминиевых покрытий были опробованы для повышения жаростойкости медных пластин кристаллизаторов установок непрерывной разливки стали кислородно-конверторного цеха ОАО "ММК" Показано, что удельный привес при рабочей температуре 820 °С в воздушной среде, определенный как изменение массы, отнесенной к единице поверхности, образцов с покрытием во много раз меньше, чем без покрытия (рис 12) Результаты исследования доложены в технологическом отделе кислородно-конверторного цеха ОАО "ММК" и приняты к изучению

ных

Рис 12 Жаростойкость медных пластин без покрытия (1) и с алюминиевым покрытием 20 - 30 мкм (2), 40 - 50 мкм (3) при температуре 820 °С

Заключение

1 Разработана теория и технология нанесения однород-и многокомпонентных покрытий в условиях поверхностной пластической деформации, вызванной ударно-фрикционным воздействием гибкого инструмента, обладающих широким спектром защитных свойств, что позволило решить крупную научно-техническую проблему, направленную на повышение стойкости металлоизделий и работоспособности деталей машин и механизмов и инструмента

2 Установлено, что в процессе нанесения покрытия в поверхности основы формируется иерархия дисСипативных структур, эволюция которых с повышением интенсивности взаимодействия протекает в последовательности структура слабодеформи-рованных зерен, текстурированная, фрагментированная, структура промежуточной зоны, а покрытие образуется после того, как произойдет формирования такой структуры, которая соответствует данной интенСивности деформации и уровню упрочнения

3 На основе исследования изменений в деформационных структурах установлено, что упрочнение до определенного уровня, в отличие от других схем деформации не приводит к образованию микротрещин во фрагментированной структуре поверхности основы и появлению продуктов износа, аккомодационная подстройка сопровождается появлением следующей формы самоорганизации в тонком поверхностном слое характеризующейся возбуждением колебаний с волнообразным движением микрообъемов металла Последующее опрокидывание гребня волны приводит к появлению турбулентных потоков, посредством которых осуществляется мас-соперенос на большие расстояния В турбулентном движении участвуют осажденные частицы металла покрытия и адсорбированные элементы среды, в результате чего образуется слоистая вихревая структура промежуточной зоны и пересыщенные растворы внедрения, обладающие высокой твердостью Перенос и перемешивание металлов происходит в основном на уровне отдельных микрообъемов, а не на атомном уровне, без образования твердых растворов

4 Определено строение покрытий, которое завиСит от технологии нанесения Алюминиевое покрытие при "мягких" технологиях состоит из хаотично расположенных округлых частиц, при "жестких" - из бесформенных Сильнодеформированных частиц В покрытии в результате механического легирования содержится до 30% ат Ре, попадающего из стальной основы, концентрация которого уменьшается с удалением от границы раздела с основой Использование медного и латунного донорского металлов не изменяет структурных превращений в основе и характера структуры покрытия В тонкой структуре медных и латунных покрытий преобладают частицы с более выраженным кристаллическим строением

5 Установлено, что в донорских металлах, имеющих температуру плавления выше температуры контактной зоны, на поверхности образуется сплошной внешний слой со слоистой струк-

турой, который отделен от деформированной структуры резкой границей раздела Слоистая структура формируется в динамических условиях контакта в результате фазового перехода в ^льно-возбужденное (квазиаморфное) состояние с турбулентным течением в поверхностном слое Массоперенос от донора к основе происходит путем схватывания и когезионного разрушения вещества из указанного слоя торцами гибких элементов инструмента и транспортировки их к поверхности основы Непрерывный вынос из зоны взаимодействия вещества в квазиаморфном состоянии ком-пен^руется его восстановлением на границе раздела с деформированным слоем Таким образом, в результате самоорганизации в ^стеме поддерживается стационарное состояние, характеризующееся стабильностью структуры, при которой вынос вещества из слоя в квазиаморфном состоянии и его воспроизводство постоянно Прекращение взаимодействия инструмента с донором приводит к обратному переходу в обычное состояние с фик^рованием слоистой структуры

6 На основании теоретических и экспериментальных исследований установлен механизм формирования покрытия, согласно которому изменение структуры и свойств поверхностей обрабатываемого металлоизделия и донора протекает в три этапа приработки, осаждения покрытия и холостого периода Основные структурные превращения завершаются на этапе приработки, на котором в зави^мости от интен^вности взаимодействия инструмента с основой реализуются два пути формирования ее структуры а) с участием сдвиговой и ротационной мод пластической деформации и б) с дополнительным гидродинамическим, турбулентным течением поверхностных слоев основы и донора, ответственных за образование двух поверхностных зон -деформированной и промежуточной соответственно Осаждение покрытия протекает в стационарном динамическом состоянии в режиме массопереноса На заключительном этапе возникает автоколебательный процесс с периодическим нанесением и удалением поверхностных слоев покрытия, когда вся ^стема донор - инструмент - основа работает вхолостую, и рост толщины покрытия прекращается

7 Установлено влияние технологии нанесения алюминиевых покрытий на их поведение при нагреве Покрытия, полученные при "жестких" режимах, имеющие развитую промежуточную зону, самопроизвольно отслаиваются от основы при нагреве до температур, близких к температуре плавления алюминия, в результате распада метастабильного раствора внедрения и выделения кисло-

рода, сопровождающегося образованием окислов в промежуточной зоне, а также в результате образования интерметаллических соединения в участках покрытия, обогащенных железом В покрытиях, полученных при "мягких" режимах, с высокой скоростью происходит диффузионный рост столбчатых кристаллов фазы Ре2Д15, обладающей защитными свойствами при повышенных температурах Энергия активации диффузии из такого покрытия в четыре раз меньше, чем при диффузии из алюминиевого покрытия, полученного плакированием холодной пластической деформацией Энергия активации снижается в результате увеличения доли граничной диффузии, связанной с появлением перед диффузионным фронтом мелких рекристаллизованных зерен в деформированной основе

8 Проведен анализ применимости метода ППДсП для получения покрытий из металлов, имеющих высокие температуры плавления и испытывающих деформационное упрочнение сравнимое с упрочнение стали Установлено, что использование в качестве донора металлов с высоким деформационным упрочнением приводит к механическому легированию и образованию в поверхностном слое смеСи микрообъемов металлов основы и донора Дополнительный подогрев донора увеличивает концентрацию металла покрытия Способность металлов к формированию покрытий с помощью гибкого инструмента, обладающих ГЦК решеткой, выше, чем у металлов с ОЦК решеткой

9 Показано, что получение покрытий из донорских сплавов затруднено в связи с существованием в них твердых соединений, отрицательно влияющих на процесс массопереноса Поэтому разработаны теоретические основы и эффективная технология получения многокомпонентных покрытий с различным сочетанием металлических компонентов в широком диапазоне концентраций, с использованием композиционной конструкции донора, составленного из макрообъемов чистых металлов Это позволяет наноСить жаростойкие покрытия, например алюмоникелевые, антифрикционные композиционные покрытия, имеющие состав антифрикционной бронзы, обладающие низким коэффициентом трения и др

10 Для получения покрытий необходимого состава заданного функционального назначения разработана математическая модель, базирующаяся на современных принципах неравновесной термодинамики, согласно которым в Системе донор - инструмент поверхность донора рассматривается как открытая термодинамическая Система, в которой существуют потоки энергии и

вещества Учитывая, что массоперенос от композиционного донора к основе суммируется из потоков от каждого компонента, используя теорию необратимых процессов, предполагающую линейную связь между термодинамическими силами, потоками и производством энтропии, модель позволяет рассчитать конструкцию донора, составленного из макрообъемов чистых металлов

11 Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили определить перспективные направления использования покрытий, получаемых методом ППДсП, из которых наиболее значимыми можно считать антифрикционные покрытия, покрытия, повышающие коррозионную стойкость, окалиностой-кость и жаростойкость Практическое внедрение композиционных покрытий на основе меди типа антифрикционных бронз позволило получить тонкие слои на режущей кромке резьбонарезного инструмента, обладающие низким значением коэффициента трения, в результате чего уменьшаются действующие нагрузки в сопряженных поверхностях с соответствующим повышением долговечности металлоизделия Нанесение медных покрытий позволило восстанавливать работоспособность прецизионных деталей, например, плунжерных пар, обеспечивающее повторную эксплуатацию дорогостоящих узлов со сроком службы, сравнимым с новыми Использование алюминиевых покрытий в соединениях с натягом значительно увеличивает передаваемый крутящий момент и теплопроводность Применение данного эффекта позволило изготовить составные прокатные валки с бандажом из износостойкой стали Алюминиевые покрытия и композиционные покрытия на основе алюминия благодаря протекторным свойствам алюминия целесообразно использовать для защиты металлоизделий от воздействия агрессивных сред при нормальных и высоких температурах и при механических нагрузках Нанесение алюминиевого покрытия на работающие валки горячей прокатки сортового стана позволило повысить стойкость калибров на 36% Другая область использование метода ППДсП - это нанесение покрытий в качестве подслоя на длинномерные изделия с простой формой поверхности, позволяющее исключить из технологической цепи экологически вредный способ химической и электрохимической подготовки поверхности и получать защитные коррозионностойкие покрытия погружением в расплав из того же металла

Положения диссертации опубликованы в 47 работах, в том числе 14 статей в центральных журналах, рекомендованных ВАК, основными из которых являются следующие

1 Завалищин А Н Структура и свойства стали после поверхностной пластической деформации с одновременным нанесением покрытия // Металловедение и термическая обработка металлов -1998 -№ 2 -С 31 -35

2 Завалищин А Н Поведение при нагреве алюминиевых покрытий, полученных во фрикционном контакте // Металловедение и термическая обработка металлов -2001 -№ 7 -С 23 -26

3 Завалищин А Н Получение покрытий из переходных металлов в процессе поверхностной пластической деформации // Металловедение и термическая обработка металлов -2004 -№ 2 -С 34-38

4 Завалищин А Н Образование дис^пативных структур при механическом нанесении металлических покрытий на стальную поверхность // Физика металлов и металловедение -2003 -Т 96 -№5 -С 61 -66

5 Zavalishchin A N Formation of Dissipative Structures upon Mechanical Deposition of Metallic Coatings at Steel Surfaces // The Physics of Metals and Metallography -2003 -Vol 96 -No 5 , -P 496 -501

6 Завалищин A H Эволюция деформационных структур в условиях ударно-фрикционного нанесения покрытий // 5-е Собрание металловедов Рос^и Сб тр -Краснодар 2001 -С 195-198

7 Завалищин А Н , Завалищина Е Г Белевский Л С Исследование структуры и состава покрытий, нанесенных металлическими щетками // Изв вузов Черная металлургия -1989 -№ 6 -С111-113

8 Завалищин А Н , Завалищина Е Г , Белевский Л С Термическая обработка алюминиевого покрытия, нанесенного металлическими щетками // Изв вузов Черная металлургия -1989 -№ 7 -С 110-112

9 Завалищин А H , Папшев А В Разработка совмещенной технологии алюминирования и термообработки стали // Изв вузов Черная металлургия -1998 -№ 3 -С 54-59

10 Завалищин АН Структура покрытий на медной основе, полученных механическим способом // Изв вузов Черная металлургия -2003 -№7 -С 45-48

11 Завалищин АН Алюмоцинковые фрикционные покрытия на стали // Изв вузов Черная металлургия -2003 -№ 8 -С 31-33

12 Завалищин АН , Николаев А А , Ячиков И M Моделирование состава композиционных антифрикционных покрытий // Изв вузов Черная металлургия -2004 -№ 7 -С 48-51

13 Завалищин А Н Исследование структуры и свойств алю-моникелевых фрикционных покрытий // Технология металлов -2003 -№ 1 -С 27-31

14 Завалищин АН Анцупов В П Дема Р Р Кадошников В И Повышение стойкости режущего инструмента нанесением композиционных антифрикционных покрытий // Технология машиностроения -2003 -№4 -С 10-11

15 Завалищин АН Механизм образования покрытий, сформированных во фрикционном контакте, // Трение и износ -2001 -Т 22 -№2 -С 197 202

16 Завалищин АН , Николаев А А , Ячиков И М Использование термодинамических представлений для определения состава композиционного покрытия // Вестник М а гн итого р гос техн унта им Г И Носова -2003 -№ 3 -С 45-48

17 Завалищин АН Фрикционные покрытия на основе алюминия Учеб пособие с грифом М-ва образ РФ -Магнитогорск 2000 -123 с

18 А с 1479555 СССР, МКИ С 23 С 26 / 00 Способ нанесения покрытия / Завалищин А Н Белевский Л С , Санкин Ю В и др Опубл 15 01 89 //БИ 1989 №3

19 Патент 1811433 РФ, МПК В 21 В 3/00 Способ производства стального алюминированного проката / Санкин Ю В , Завалищин А Н , Зеленов В Ни др Опубл 23 04 93 // БИ 1993 № 15 С 183

20 Патент 32719 РФ, МПК В 21 В 39/00 Устройство для нанесения покрытий / Кадошников В И , Завалищин А Н , Дема Р Р , Анцупов А В Опубл 27 09 2003 // БИМП № 27 С 658

21 Завалищин АН , Белевский ИЛ Свойства композиционных покрытий, полученных методом ППДсП, // ПрогресСивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий Межвуз сб науч тр -Волгоград, 1999 -С 212 -214

22 Завалищин А Н , Белевский И Л Самоорганизация дис-Сипативных структур при нанесении алюминиевых покрытий гибким инструментом // Фракталы и прикладная Синергетика Сб науч тр -М , 1999 -С 89-90

23 Завалищин А Н , Завалищина Е Г , Белевский Л С Структура и свойства трибомеханических покрытий на основе алюминия после диффузионного отжига // Материалы XXIV семинара по диффузионному насыщению и защитным покрытиям -Киев, 1992 -С 56-58

24 Завалищин А Н Получение покрытий из переходных металлов в процессе поверхностной пластической деформации // Новые технологии в машиностроении, металлургии материаловедении и высшем образовании Межвуз сб науч тр -Н Новгород, 2001 -С 217 222

25 Завалищин АН, Николаев А А ,Ячиков ИМ Термодинамическое моделирование состава композиционных механических покрытий // Новые материалы и технологии в машиностроении 2-я Междунар науч -техн интернет-конф -Брянск, 2003 (Интернет-сайт http //science bsea bryansk ru)

26 Завалищин А Н Применение принципов синергетики для анализа процессов в ударно-фрикционной зоне при нанесении покрытия // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением Сб научн тр аспирантов и соискателей -Магнитогорск, 2002 -С 13-21

27 Завалищин А Н Структура слоистой промежуточной зоны в покрытиях, полученных ударно-фрикционным способом // Обработка сплошных и слоистых материалов Межвуз сб науч тр -Магнитогорск, 2002 -С 106-114

28 Завалищин А Н Диффузии алюминия из фрикционного покрытия в рекристаллизующуюся стальную основу // Фазовые и структурные превращения в сталях Тр Междунар школы-семинара -Магнитогорск 2002 Вып 2 -С 385-392

29 Завалищин А Н Структура фрикционных покрытий на основе меди // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением Сб науч тр аспирантов и соискателей -Магнитогорск, 2002 -С 119 - 124

30 Завалищин А Н Нанесение покрытия на холоднокатаную сталь в процессе рекристаллизационного отжига // Тр IV-ro междунар конгресса прокатчиков -М , 2002 -Т 1 -С 219-221

31 Завалищин А Н , Николаев А А , Ячиков И М Моделирование состава композиционных покрытий // Новые программные средства для предприятий Урала Сб тр -Магнитогорск, 2003 -С 139-148

32 Завалищин А Н , Анцупов В П , Дема Р Р , Мохнаткин Д В Влияние процентного соотношения материалов в покрытии на увеличение стойкости резьбонарезного инструмента Междунар сб науч тр - Магнитогорск, 2004 -С 92-100

33 Белевский Л С , Завалищин А Н , Завалищина Е Г и др Свойства приповерхностных слоев и состояние поверхности обработанной металлической щеткой с одновременным нанесением

покрытия // Новые технологи производства слоистых металлов Материалы Всесоюзн научно-техн конф -Магнитогорск, 1987 -С42-43

34 Завалиицин А Н , Завалищина Е Г , Белевский Л С Структура и свойства алюминиевых покрытий нанесенных механическим способом // Теория и практика производства метизов Меж-вуз сб науч тр -Магнитогорск, 1989 Вып 15 -С 71-73

35 Завалищин А Н , Папшев А В Чевозерова Т Г Разработка совмещенной технологии алюминирования и термической обработки холоднокатаной стали // Обработка сплошных и слоистых материалов Межвуз сб науч тр -Магнитогорск, 1996 -С 93 -103

36 Завалищин А Н , Папшев А В , Санкин Ю В Исследование возможности получения защитного покрытия на рессорной заготовке // Обработка сплошных и слоистых материалов Межвуз сб науч тр -Магнитогорск, 1996 -С 189- 195

Подписано в печать 11 03 2005 Формат 60x84 1/16 Бумага тип № 1

Плоская печать Услпечл2,00 Тираж! 00 экз Заказ 157

455000, Магнитогорск, пр Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ

Of. и

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЕДЕНИЯ ТОНКИХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МЕТАЛЛОВ С ПОКРЫТИЯМИ В

УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНОЙ ДЕФОРМАЦИИ;.

1.11 Основные способы формирования покрытия с участием

1 деформации:.

1.1.1. Механотермическое формирование поверхности (МТФ) г. 1.1.2. Финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО)

I 1.1.3. Вибро-галтовочное нанесение покрытий.

1.1.4. Наплавка металлов трением.

1.1.5. Поверхностная пластическая деформация с одновременным» нанесением покрытия.

1.2. Структурно-энергетическое состояние поверхностного слоя»

I материалов в условиях интенсивной деформации:.

1.3. Физические основы взаимодействия металлов при твердофазном?

5 контакте. 33;

1.4. Трение, как диссипативная система.

1.5. Поверхностная пластическая обработка гибким инструментом;. 38 116. Структуры сталей;после модифицирования поверхностной? пластической деформацией:.

1.6.Г. Особенности поверхности после обработки ВМЩ.

Выводы и задачи исследования;.

Задачи исследований.

2. МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДИКА НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ | УДАРНО - ФРИКЦИОННЫМ СПОСОБОМ, МЕТОДЫ | ИССЛЕДОВАНИЯ.

I»/ I*.

2.1: Материалы, методика нанесение покрытий;.

2.2. Методы исследования.49

Выводы по главе.

3. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ПОКРЫТИЯ В УСЛОВИЯХ УДАРНО-ФРИКЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ИНСТРУМЕНТА С ПОВЕРХНОСТЬЮ.

3.1. Основные типы и свойства структур поверхности стали с покрытием.

3.2. Взаимодействие ВМЩ и основы в контактной зоне.

3.3. Особенности строения поверхности стали с алюминиевым» покрытием после ППДсШ.

3.3.1. Структурные превращения при "мягких" технологиях.

3.3.2. Структуры при "жестких" технологиях.

3.4. Строение промежуточной зоны.

3.5. Структура алюминиевого покрытия;.

3.6. Структуры медных и латунных покрытий.

3.7. Структура и свойства материала донора для получения покрытия.

3.8. Механизм образования покрытия в методе ППДсП.

3.8.1. Эволюция структуры основы.

3.8.1.1. Механизм формирования покрытия при "мягкой" технологии.

3:8.1.2. Механизм формирования структур при "жесткой" технологии.

3.8.2. Механизм переноса материала покрытия от донора.

Выводы по главе.

4. ПОВЕДЕНИЕ СТАЛИ С АЛЮМИНИЕВЫМ ПОКРЫТИЕМ ПРИ НАГРЕВЕ.

4ШКинетика роста интерметаллического слоя.

1 4.2: Структура и свойства алюминиевого покрытия после лазерной? обработки;.

Выводы;по главе:.

5. ПОЛУЧЕНИЕ ОДНОРОДНЫХ И КОМПОЗИЦИОННЫХ j МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ:.

I 5.1. Покрытия из чистых металлов.

1 5J2i Композиционные покрытиям.

1 5.2.1. Алюмоникелевые покрытия.196s

5:2.2. Алюмоцинковые покрытия:.

5:2.3 : Композиционные покрытия на основе меди.

5.2.3.1 . Покрытия состава алюминиевой бронзы.

5.23.2! Покрытия состава оловянистой бронзы.

Выводы по главе.

6. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МАССОПЕРЕНОСА В СИСТЕМЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЯ ДОНОР - ИНСТРУМЕНТ

ОСНОВА.

6.1: Постановка задачи:.

6.1.1. Общие положения.

6.1.2. Поток массы и интенсивность износа донора.226,

6.1.3. Силы, обусловливающие поток массы.

6:1.41 Тепловые явления в пятне контакта щетки:.236;

6.1.5. Сила, вызывающая поток тепла.239' • \\

6.2.Моделирование состава композиционных покрытий;.240г

Выводы к главе.

7. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ С ЗАДАННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ СВРЙСТВ АМИ.

7.1. Разработка технологии получения антифрикционных покрытий.248 =

7.2Г Применение медных покрытий для восстановления плунжерных пар*

7.3; Повышение стойкости бан дажированных валков.

7.4. Использование алюминиевого покрытия для повышения стойкости валков горячей прокатки;.270i

7.5. Получение защитного покрытия на рессорной заготовке.

7.6. Подготовка поверхности стальной полосы для совмещения рекристаллизационного отжига с нанесением покрытия.

7.7. Повышения стойкости стенок медных кристаллизаторов ЛНРС.278i

Выводы к главе.281!

Актуальность проблемы». Применение разработанных до настоящего времени: разнообразных технологий модифицирования поверхности; кардинально изменяющих ее; свойства, эффективно * решает задачу повышения- срока службы; металлопродукции во многих: областях ее использования. Многообразие вариантов» поверхностной? обработки;, расширяющей; диапазон - рабочих характеристик : в условиях внешних! воздействий;„ позволяет выбирать, оптимальные схемы; модифицирования: для: конкретных условий! эксплуатации: Поэтому разработка и изучение новых способов поверхностного воздействия; в том числе; и нанесения! покрытий; продолжает оставаться:одним из; приоритетных направлений развития; вызывающих теоретический и практический интерес.

Возникновение проблемы экологической безопасности^ и необходимость внедрения энергосберегающих технологий привели к появлению нового класса покрытий, которые формируются в условиях механического воздействия на поверхность. Механические способы« получения? покрытий; в которых основную роль играет пластическая? деформация» поверхности, обладают рядом; преимуществ по сравнению с другими, хотя не являются-универсальными. Эти способы не требуют сложного специализированного? оборудования: и: термического воздействия; в; результате чего? окончательные структура; и свойства: во всем объеме детали; достигнутые на предыдущих этапах обработки, остаются неизменными. В них обычно не используются: химически активные реагенты; загрязняющие окружающую среду. Следовательно, проблема; разработки высокоэффективных технологий) механического»нанесения? покрытий и поиск: рациональных режимов направленного; воздействия: на:структуру и свойства:модифицируемых поверхностей; деталей машин и инструмента является актуальной проблемой материаловедения и представляет значительный народнохозяйственный интерес.

В настоящей работе рассматривается простой и легко реализуемый; способ формирования структуры и свойств покрытий широкого профиля; наносимых в условиях ударно-фрикционного взаимодействия; гибкого инструмента с поверхностью, при котором вращающаяся металлическая щетка (ВМЩ) вырывает частицы из поверхности металла-донора и переносит их на поверхность детали; Однако высокая! стохастичность процесса; который' определяется; большим4 количеством: значимых факторов, таких как интенсивная» пластическая« деформация, температурные условия, природа и структура материалов покрытия и детали и многое другое, усложняет поиск оптимальнойIтехнологии получения покрытий. Установление сложных регрессионных зависимостей между внешними! факторами и свойствами в стохастических процессах. часто не дает адекватных решений и:требует формирования* банка данных по результатам; многочисленных экспериментов;

Применение синергетической методологии? анализа механического; поведения; материалов, изучающей процессы. самоорганизации структур в системах, далеких от равновесия, позволяет определить взаимосвязь между механическими свойствами и структурой без проведения крупномасштабных экспериментов. Такую возможность обеспечивает привлечение законов ; неравновесной термодинамики для разработки технологии«нанесения ? механических покрытий на основе анализа возникающих при этом диссипативных структур.

Использование указанных принципов для; разработки новых технологий формирования» покрытий различного назначения с широким спектром свойств; в условиях ударно-фрикционного взаимодействия инструмента с поверхностью сдерживается недостаточно ? глубокой I теоретической и практической проработкой? вопросов? взаимосвязи структуры и свойств с технологией нанесения покрытий; и отсутствием металловедческой концепции? формирования! покрытий: Изучение процессов; протекающих при нанесении покрытий; на основе анализа превращений; в структуре детали? и покрытия и использование полученных представлений для реализации новых технологических решений позволяет получать качественно новые характеристики изделий с: минимальными затратами спрогнозировать их поведение при эксплуатации.

Цель работы - развитие теории; формирования поверхностных структур стали с покрытием; в неравновесных условиях ударно-фрикционного взаи-модействияí гибкого инструментас поверхностью»и разработке на этой основе эффективных технологических процессов нанесения покрытий с заданными;составом и свойствами;.

Задачи исследования:

- выделить общие, характерные для контактной зоны у слови я взаимодействия инструмента с поверхностью, необходимые: для определения места исследуемого способа в ряду других методов получения покрытий;

- выявить характерные: структурные: особенности» поверхностных слоев основы и покрытияí и процессы, протекающиег в; металлах в■ сильнонеравновесных условиях поверхностной пластической деформации- при ударно-фрикционном нагружении, на основе анализа структур и технологии при нанесении алюминиевого покрытия на сталь;

- установить закономерности протекания?диффузионных процессов в покрытиях, нанесенных; гибким инструментом, в условиях термического воздействия в зависимости от технологии формирования;

- установить физические- закономерности: механизма« формирования структур поверхности основы: иг покрытия» в зависимости! от технологической схемы обработки;

- разработать концепцию ? формирования однородных и; композиционных покрытий на основе анализа процесса структурообразования при нанесении покрытий из слабоупрочняемых пластичных и труднодеформируемых переходных металлов;

- разработать методологию расчета и конструирования? многофункциональных, многокомпонентных, с: необходимыми свойствами покрытий, содержащих близкие и различные по природе металлы в заданных соотношениях;

- разработать научно-обоснованные технологические процессы нанесения покрытий необходимого функционального назначения на металлоизделия и инструмент различного назначения, осуществить промышленную апробацию и показать эффективность разработанной концепции на примерах промышленного внедрения.

Научная новизна работы:

В;работе установлены следующие научные положения и закономерности.

1. Получены новые научные знания о самоорганизации структур, образующихся ^ на поверхностях стальной ? основы. и г металлического донора ?. в - неравновесных условиях ударно-фрикционного шагружения; гибким инструментом, отвечающих признакам? диссипативных структур; показано; что эволюция! структуры с ростом;интенсивности!взаимодействия;протекает в закономерной! последовательности и начинается со сдвиговой деформации в поверхностных зернах с последующим текстурированием, фрагментацией зерен до образования? на поверхности структуры гидродинамического течения, а переход от однош структуры к следующей; происходит при достижении порогового упрочнения в зависимости от технологических параметров.

2. Установлено; явление пластической деформации' в,поверхностном; слое стали: в I виде макроскопического; волнообразного ь движения • металла; с последующим опрокидованием; гребня волны и; гидродинамическим; течением;, образующим промежуточную зону, связанным; с переходом? кристаллическойIструктуры материала в неустойчивое состояние.

3. Обнаружено при ударно-фрикционном способе нанесения > покрытия и обосновано возникающее в условиях гидродинамического течения металлов явление образования метастабильного твердого раствора внедрения кислорода, обладающего высокой устойчивостью до повышенных температур.

4. Получены новые; научные: знания о диффузионных процессах, протекающих в системе основа - покрытие, образованной в неравновесных условиях и поверхностной пластической?деформации, состоящие в обнаружении близкого к линейному закона роста диффузионных слоев во времени, который феализу-ется благодаря появлению дополнительных путей диффузии из концентраци-о нных неоднородностей ] и: граничной * диффузии; в; рекристаллизующейся! основе.

5; Установлен механизм формирования ? покрытия, включающий I процессы: резания; поверхностного пластического деформирования; с; участием г сдвиговой г и ротационной? моды, гидродинамического течения;.массопереноса:материала основы и покрытия и схватывания; показано, что покрытие начинает осаждаться на структуру с незначительным смещением границ зерен, а с повышением: интенсивности ? взаимодействия в очаге формирования; - на фрагментированную« и далее на структуру промежуточной зоны, схватывание материала покрытия с поверхностью основы и дальнейший рост покрытия» возможен только после достижения порогового упрочнения как материала- основы, так и покрытия, характерного для данного уровня нагружения.

6. Применена синергетическая: методология; анализа механического поведения; металлов в состоянии, далеком от равновесия, заключающаяся; в использовании представлений: об эволюции г деформационных: структур; для объяснения; явлений, сопровождающих; формирование структуры и свойств в системе донор - покрытие - основа в условиях ударно-фрикционной деформации.

7. На основании представлений неравновесной термодинамики: разработана математическая! модель, массопереноса вещества: покрытия; позволяющая определить » потоки*и термодинамические силы 4 в системе донор; - инструмент -обрабатываемая; поверхность, необходимая для расчета: состава и: получения: композиционных покрытий.

8; Разработаны»теоретические: принципы: создания технологических процессов формирования многокомпонентных покрытий; использование которых позволяет конструировать покрытия; заданного функционального назначения с: необходимыми составом и свойствами.

Основные научные положения; выносимые на защиту:

- традиционные: методы анализа процессов модифицирования? поверхности сталей в условиях поверхностной? пластической? деформации, основанные на представлениях механики сплошной; среды; и использование в моделях по своей природе детерминистских» уравнений, не* учитывающих стохастичность всех микроскопических событий; в основном! исчерпали: свои,5 возможности; поэтому должна применяться синергетическая¡методология^процесса формирования покрытий; учитывающая эволюцию диссипативных структур во взаимосвязи с фазовыми переходами, протекающими в неравновесных условиях внешних воздействий;

- зависимости и: новые: научные знания о самоорганизации в структурах,, образующихся на; поверхностях стальной! основы и металлического донора? в неравновесных условиях ударно-фрикционного взаимодействия? гибкого инструмента с поверхностью, согласно«которым эволюция структуры начинается со сдвиговой деформации в плоскостях скольжения г до фрагментации: зеренной структуры, причем, повышение интенсивности деформации не: приводит к разрушению фрагментированной структуры и износу,, а происходит: переход к макроскопическому волнообразному движению металла с последующим гидродинамическим? течением по поверхности, связанным с: переходом волновой структуры; материала? в, неустойчивое; сильновозбужденное состояние, способствующее растворению! кислорода с образованием; метастабильного твердого раствора: внедрения, обладающего^ высокой: устойчивостью- до повышенных температур;:

- концепция конструирования; композиционных покрытий;заданногосостава и« модель расчета конструкции!донорского материала как параметра:технологического процесса, отражающая поведение металла в условиях интенсивной пластической деформации и учитывающая энергетические затраты на всех этапах процесса формирования покрытия;

- энерго- и ресурсосберегающие, экологически: чистые технологические процессы формирования однородных и композиционных покрытий заданного состава, различного функционального назначения на металлоизделия и инструмент,. разработанные: с использованием полученных в диссертацию зависимостей и новых научных знаний о структурных превращениях, протекающих в неравновесных условиях.

Реализация работы:

- теоретические и экспериментальные разработки процесса формирования» покрытий внедрены, в . крепежном = производстве ОАО »"Магнитогорскийг метизно-металлургический завод" для повышения стойкости режущего инструмента путем нанесения композиционных антифрикционных покрытий на; основе бронз. Стойкость инструмента - метчиков, пуансонов, отрезных ножей - по результатам работы в 2002 г. выросла в 1,6 - 2,2 раза, при этом годовой экономический эффект составил более 1111000 руб;.

- разработанные автором режимы получения тонкого медного покрытия с низким значением микротвердости использованы в> разработанной технологии восстановления плунжерных пар топливных насосов тяжелонагруженных дизелей: Моторесурс восстановленных плунжерных пар сравним с первоначальным, и экономический эффект составил 961500 руб. и 115440 инвал. руб. в ценах 1990г.;.

- технология! нанесения;алюминиевых< покрытий! и некоторые результаты исследования их свойств использованы для»повышения несущей» способности соединений с натягом. Испытания образцов показали; что алюминиевое покрытие .толщинош 15 - 20 мкм, нанесенное на одну из сопрягаемых поверхностей -вал; обеспечивает усилие распрессовки соединения с натягом в 2,3 - 3,1 раза. Этот эффект использовали в конструкции составных прокатных валков ОАО "ММК", у которых на посадочную поверхность оси перед сборкой наносили ВМЩ алюминиевое покрытие, позволяющее существенно увеличить передаваемый крутящий момент и теплопроводность контакта ось - бандаж;

- разработанные автором режимы получения алюминиевого покрытия были использованы для повышения стойкости валков горячей прокатки штрип-сового стана 300 ОАО "ММК". На работающий валок в;процессе прокатки наносили алюминиевое покрытие, которое уменьшало возможность образования сетки трещин разгара и увеличивало время; между перевалками? на 36 %. Результаты работы; использованы; для проектирования! технологии: и установки для; нанесения покрытий на калибрах; валков горячей> прокатки стана;

- результаты работы в виде технологической инструкции переданы, на Чу-совской металлургический завод, согласно которой на рессорную заготовку наносится толстое алюминиевое покрытие для защиты от окисления при нагреве в пламенной печи; прокатного стана 350л Ожидаемый годовой экономический; эффект от внедрения! технологии; защиты; заготовки! от окисления? составит 72800 руб. за счет снижения угара металла;

- результаты,, полученные автором при« проведении« научно-исследовательской работы, выполненной в рамках гранта Госкомвуза конкурса 1994 г. по фундаментальным проблемам металлургии, выявляют возможность использования предварительного г нанесения алюминиевого; покрытия в условиях ударно-фрикционной деформации; для реализации! сверхскоростного отжига в расплаве металла при одновременном восстановлении покрытия;;

- результаты работы внедрены в учебный процесс подготовки инженеров; в Магнитогорском; государственном техническом; университете по специальностям; 120800 «Материаловедение в машиностроении», 110500 «Металловедение и термическая обработка металлов» и 110800' «Порошковая; металлургия; композиционные материалы, покрытия». В $2000 г. издано учебное пособие: «Фрикционные покрытия на основе алюминия» для студентов вузов с грифом Минобразования РФ.

Выводы по главе

Проведенные теоретические и экспериментальные- исследования! позволяют определить перспективные направления«использования покрытий, получаемых методом; ППДсП, из; которых наиболее значимыми можно > считать антифрикционные покрытия и покрытия, повышающие коррозионную стойкость,, окалиностойкость и жаростойкость.

Практическое использование композиционных покрытий; на основе меди; типа?антифрикционных бронз, позволяет получать тонкие в пределах допуска слои на рабочей поверхности, обладающие низким значением коэффициента трения, в; результате чего уменьшатся; действующие нагрузки в^ сопряженных поверхностях с соответствующим * повышением долговечности; металлоизделия. Разработанная и внедренная технология получения антифрикционных покрытий на режущем и резьбонарезном инструменте повышает его стойкость в 1,6 -2,2 раза и может применяться как эффективная дополнительная обработка в машиностроении для повышения долговечности инструмента.

Мягкие алюминиевые покрытия, полученные при соответствующих технологиях, могут использоваться? как промежуточные слои, повышающие прочность посадки с составных деталей за счет повышения коэффициента трения в? прессовой посадке в результате заполнения микронеровностей на сопряженных поверхностях. Разработанная! технология» нанесения! промежуточного алюминиевого слоя с на поверхность бочки составного валка пред посадкой: сменного бандажа, изготовленного; из износостойкой! стали; позволила получить необходимую прочность соединения составного валка;, без- которой? невозможна: его? работа; и повысить его износостойкость в 1,8 — 2 раза.

Алюминиевые покрытия и композиционные: покрытия«на основе: алюминия благодаря высокой жаростойкости целесообразно использовать для защиты металлоизделий; работающих при высоких: температурах. Применение алюминиевого- покрытия для повышения разгаростойкости валков: горячей* прокатки снижает износ на 36 %. Использование защитных свойств I алюминия; нанесенного на: заготовки для: горячего проката, например, на рессорную ? заготовку;, предотвращает окалинообразование и угарный расход металла.

Следует считать целесообразным нанесение жаростойкого алюминиевого покрытия на медные блоки кристаллизаторов установок непрерывной разливки стали; Эксперименты,, выполненные на образцах блоков, показали повышение жаростойкости пластин более, чем в: 10 раз.

В работе в рамках выполнения гранта Госкомвуза конкурса 1994 г. по фундаментальным: проблемам металлургии проведено исследование; направленное на разработку новейших, ресурсосберегающих и экологических технологи йв прокатном производстве. Нанесение: покрытий? в: качестве вспомогательной операции на длинномерные изделия с простой формой поверхности, дало возможность исключить из технологической цепи экологически вредный способ химической и электрохимической подготовки поверхности и проводить скоростной отжиг с одновременным; формированием защитного: коррозионно-стойкого покрытия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработана теория и?технология! нанесения; однородных и многокомпонентных покрытий в условиях поверхностной? пластической; деформации; вызванной I ударно-фрикционным воздействием? гибкого инструмента;, обладающих широким спектром защитных; свойств, что - позволило решить крупную научно-техническую проблему, направленную на; повышение стойкости металлоизделий и работоспособности деталей машин и механизмов и инструмента;

Устано влено, что в процессе нанесения 1 покрытия ; в поверхности основы формируется иерархия диссипативных структур, эволюция которых с повышением интенсивности взаимодействия протекает в последовательности: структура: слабодеформированных зерен, текстурированная; фрагментированная, структура: промежуточной зоны, а покрытие г образуется! после того; как произойдет формирования? такой; структуры, котораяI соответствует данной? интенсивности деформации и уровню упрочнения;.

На основе исследования изменений; в;деформационных структурах установлено; что -упрочнение; до ? определенного уровня;. в г отличие; от других схем деформации; не' приводит к образованию микротрещин; во фрагментированной структуре поверхности(основы и появлению продуктов износа; аккомодационная I подстройка; сопровождается появлением следующей! формы самоорганизации в тонком; поверхностном ? слое, характеризующейся г возбуждением I колебаний с волнообразным движением микрообъемов; металла; Последующее опрокидывание; гребня волны; приводит к появлению турбулентных потоков, посредством! которых осуществляется массоперенос; на большие; расстояния. В турбулентном движении; участвуют осажденные; частицы; металла покрытия- и адсорбированные элементы среды, в результате чего образуются слоистая г вихревая структура ; промежуточной с зоны и пересыщенные растворы внедрения, обладающие высокой твердостью. Перенос и перемешивание металлов происходит в основном на уровне отдельных микрообъемов, а не на атомном уровне, без образования твердых растворов.

Определено строение покрытий, которое зависит от технологии нанесения. Алюминиевое покрытие при "мягких" технологиях состоит из ; хаотично расположенных округлых частиц, при "жестких" - из бесформенных сильноде-формированных частиц. В покрытии в результате механического легирования содержится до 30% ат. Ие, попадающего из стальной основы, концентрация которого уменьшается с удалением от границы раздела с основой. Использование медного и латунного донорского металлов не изменяет структурных превращений; в основе * и! характера; структуры покрытия. В тонкой! структуре медных и латунных покрытий преобладают частицы с более выраженным- кристаллическим строением.

Установлено, что в донорских металлах, имеющих температуру плавле-ния« выше температуры? контактной зоны, на поверхности образуется сплошной внешний слой со слоистой структурой и твердостью, значительно превышающей исходную, который отделен от деформированной структуры резкой границей раздела. Слоистая структура формируется в динамических условиях контакта в результате фазового перехода в сильновозбужденное (квазиаморфное) состояние с турбулентным течением в поверхностных слоях, испытавших предельную ;деформацию в?локальных объемах. Прекращение взаимодействия ? инструмента с донором приводит к обратному переходу в обычное состояние с фиксированием слоистой структуры.

Массоперенос от донора к основе происходит опосредовано»через дискретную поверхность щетки путем захвата торцами5 гибких элементов частиц из внешнего слоя на поверхности донора; находящегося в сильновозбужденном, квазиаморфном состоянии, и транспортировки их к поверхности основы. Донорская частица переходит на торцевую поверхность гибкого элемента в результате когезионного разрушения вещества в указанном слое. Непрерывный вынос из зоны взаимодействиявещества! в квазиаморфном £ состоянии 1 компенсируется его > восстановлением г на границе раздела; с деформированным слоем. Таким = образом, в результате самоорганизации в5 системе поддерживается? стационарное состояние, характеризующееся- стабильностью структуры, при котором вынос вещества из слоя в квазиаморфном состоянии и его воспроизводство постоянно.

Повторное использование поверхностно упрочненного донора не снижает способность системы донор - инструмент - основа: к формированию г покрытия; После повторного использования?донора изменений? в структурах: деформированного иs квазиаморфного слоев»поверхности не: происходит. Упрочнение поверхности; полученное от предыдущей обработки, не: влияет на динамическое структурное состояние; возникающее: в i очаге взаимодействия: с: инструментом, которое определяется природой материала и той дополнительной механической5 энергией, которую требуется? ввести? в: разогретый металл; донора для* перехода: его1 в сильновозбужденное состояние. Использование в качестве донора * металлов; имеющих более высокие прочностные свойства и температуры плавления: по сравнению с основой, приводит к появлению обратного массопереноса и механическому легированию поверхности! донора металлом? основы. Дополнительный подогрев донора способствует усилению прямого массопереноса.

На основании теоретических и экспериментальных исследований« установлен: механизм« формирования покрытия,, согласно? которому изменение структуры и свойств поверхностей обрабатываемого металлоизделия и донора протекает в три этапа: приработки, осаждения i покрытия и? холостого ? периода; Для каждого ? этапа характерна: определеннаяi иерархия: структур, которая зависит от технологии« нанесения покрытия. Основные структурные; превращения завершаются: на этапе приработки; на которомs в зависимости от интенсивности взаимодействия инструмента с основой реализуются два пути формирования ее структуры: а) с участием сдвиговой и ротационной мод пластической деформации; и б) с дополнительным гидродинамическим, турбулентным течением поверхностных слоев основы и донора, ответственных за образование двух поверхностных зон - деформированной и промежуточной соответственно. Осаждение покрытия протекает в стационарном динамическом состоянии в режиме массопереноса; На заключительном этапе; возникает автоколебательный: процесс с периодическим нанесением и удалением поверхностных слоев покрытия, когда вся система донор - инструмент - основа работает вхолостую, и рост толщины покрытия прекращается.

Установлено влияние технологии нанесения алюминиевых покрытий? на процессы, протекающие в них при? нагреве. Покрытие и промежуточная}зона; полученные при ? "жестких" режимах, устойчивы к рекристаллизационным процессам при нагреве до температур близких к температуре плавления алюминия;. Однако в конечном? итоге ? пластины. покрытия ? самопроизвольно отслаиваются ? от основы, а на поверхностях раздела; появляются соединения; близкие к окислам РеО; Ре3Од, АЦОз, и интерметаллические соединения?железа и алюминия. Образование окислов и интерметаллидов; с решетками;, не изоморфными с основой и покрытием, приводит к появлению; напряжений; разрыхляющих образовавшиеся соединения; Внутреннее окисление происходит в результате распада? и выделения кислорода; из метастабильного раствора; внедрения. Механическое легирование алюминиевого покрытия другими?металлами;резко замедляет скорость диффузии из покрытия и предотвращает его разрушение при нагреве.

Установлено, что из покрытий, полученных при "мягких" режимах, с высокой скоростью происходит диффузионный;рост столбчатых кристаллов фазы РегАЦ, обладающей защитными; свойствами? при; повышенных температурах. Интерметаллические соединения' при нагреве? до 550 °С образуются в слое алюминиевого покрытия, прилегающем? к основе; из концентрационных?неод-нородностей, содержащих: повышенное количество:железа, в результате диффузии железа и алюминия на малые расстояниях образованием фазы РеА1з; при повышении температуры до 600 °С соединения: образуются. в результате диффузионного перехода атомов? алюминия ¡ через> границу раздела, приводящего к росту кристаллов фазы: РегАЦ. Энергия активации диффузии; из такого ? покрытия в четыре раз меньше, чем; при диффузии из алюминиевого; покрытия, полученного плакированием холодной пластической деформацией; Энергия активации снижается в результате увеличения доли граничной диффузии, связанной с появлением: перед: диффузионным; фронтом? мелких рекристаллизованных зерен.

Проведен анализ применимости метода ППДсП для< получения покрытий из металлов, имеющих высокие температуры плавления и испытывающих деформационное упрочнение,,сравнимое с упрочнение стали. Установлено; что> использование: в качестве донора-металлов с высоким деформационным упроч нением приводит к механическому; легированию и образованию в ; поверхностном слое смеси микрообъемов металлов основы и донора: Дополнительный подогрев донора увеличивает его концентрацию в покрытии. Способность металлов ■ к формированию ? покрытий! с помощью 5 гибкого инструмента; обладающих ГЦК решеткой, выше, чем у металлов с ОЦК решеткой.

Показано, что получение: покрытий! из донорских сплавов затруднено в связи с существованием в них твердых соединений, отрицательно влияющих на процесс массопереноса. Поэтому разработаны теоретические: основы и эффективная технология получения многокомпонентных покрытий с различным сочетанием металлических компонентов«в! широком ? диапазоне концентраций, с использованием композиционной конструкции донора, составленного из; макрообъемов чистых металлов; Таким способом получаются жаростойкие покрытия, например, алюмоникелевые, антифрикционные композиционные покрытия с составом антифрикционной бронзы, обладающие низким коэффициентом трения и др.

Для получения покрытий необходимого состава заданного функционального 4 назначения«разработана математическая модель, базирующаяся на; современных принципах неравновесной термодинамики, согласно которым в системе донор - инструмент поверхность донора рассматривается; как открытая термодинамическая система; в которой существуют потоки энергии и вещества. Учитывая, что массоперенос; от композиционного > донора^ к основе суммируется из потоков от каждого компонента, используя теорию необратимых процессов, предполагающую линейную; связь г между термодинамическими силами, потоками« и производством : энтропии, модель позволяет рассчитать конструкцию донора; составленного из макрообъемов чистых металлов.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили определить перспективные направления использования« покрытий, получаемых методом * ППДсП, из которых наиболее значимыми можно ? считать антифрикционные покрытия, покрытия, повышающие коррозионную стойкость, окалиностойкость и жаростойкость. Практическое внедрение композиционных покрытий на основе меди типа антифрикционных: бронз позволило получить тонкие: слои на: режущей: кромке резьбонарезного» инструмента; обладающие низким значением : коэффициента : трения;, в t результате : чего > уменьшаются действующие нагрузки в сопряженных поверхностях с соответствующим повышением долговечности металлоизделия; Использование алюминиевых покрытий в соединениях с натягом : значительно ; увеличивает передаваемый крутящий * момент и теплопроводность. Применение данного эффекта позволило изготовить составные прокатные валки с бандажом из износостойкой стали: Алюминиевые покрытия и композиционные покрытия? на основе алюминия благодаря протекторным свойствам алюминия < целесообразно ; использовать для: защиты металлоизделий от воздействия агрессивных сред при нормальных и высоких температурах и при механических нагрузках. Нанесение алюминиевого покрытия на работающие: валки: горячей: прокатки сортового стана: позволило повысить стойкость калибров на 36%. Другая область использование метода ППДсП - это нанесение : покрытий ? в : качестве : подслоя : на « длинномерные : изделия * с : простой формой поверхности, позволяющее исключить из технологической цепи экологически вредный способ химической: и электрохимической подготовки поверхности и получать защитные коррозионностойкие покрытия погружением в расплав из того же металла.

Обобщения, проведенные в аналитическом обзоре, теоретические представления, изложенные в диссертации, зависимости, полученные в экспериментальных исследованиях, и примеры ; практического применения результатов работы целесообразно использовать в соответствующих дисциплинах, преподаваемых студентам : металлургических и машиностроительных специальностей s в высших учебных заведениях. Ведение металловедческих представлений: о структурных изменениях, протекающих в поверхностях в процессе формирования механических покрытий, позволит студентам глубже изучить механизм и кинетику нанесения покрытий и творчески подходить к проблеме создания новых технологий модифицирования поверхности.

1. Саверин М.М. Дробеструйный наклеп. М.: Машгиз, 1955. 311с.

2. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка: поверхностным? пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. 151 с.

3. Повышение:несущей: способности:деталей машин;алмазным:выглаживанием / В.К. Яценко, Г.З. Зайцев, В.Ф. Притченко и др. М.: Машиностроение; 1985.231 с.

4. Рыковский Б.П., Смирнов В.А., Щетинин Г.М. Местное упрочнение деталей поверхностным наклепом. М.: Машиностроение, 1985. 151 с.

5. Кершенбаум В.Я. Механотермическое формирование поверхностей трения. М.: Машиностроение, 1987. 231 с.

6. Лхматов Л.С. Молекулярная физика граничного трения. Мл Гос. Изд-во физ-мат. лит., 1963; 472 с.

7. Сварка трением: Справочник / В.К.Лебедев, И.А.Черненко и др.; Под общ. ред. В.К.Лебедева. М.: Машиностроение, 1987. 364 с.

8. Тарновский И.Я., Леванов А.Н., Поксеваткин М.И. Контактные напряжения при пластической деформации. М.: Машиностроение, 1966; 279 с.

9. Польцер Г., Майсснер ? Ф. Основы ; трения ? и ; изнашивания; М.: Машиностроение, 1984. 263 с.1.. Литвинов В.Н., Михин Н.М., Мышкин Н.К. Физико-химическая механика избирательного переноса при трении. М.: Наука, 1979. 186 с.

10. Любарский И.М., Палатник Л.С. Металлофизика трения. Mi: Металлургия, 1976. 176 с.

11. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии: Пер: с англ. Ml : Машиностроение, 1986. 392 с.

12. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. Ml: Машиностроение, 1978; 211 с.

13. Каракозов Э.С. Соединение металлов в-твёрдой фазе. Ml:. Металлургия, 1976. 263 с.

14. Гарбар И.И. О структуре и строении поверхностных? слоев сопряженных материалов трущихся пар // Трение и износ. 1190. Т.2. №4. С 581 -593;

15. Рыбакова JI.M., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. М.: Машиностроение, 1982. 211 с.18; Синергетика и фракталы в материаловедении / B.C. Иванова, А-С. Ба-ланкин, И.Ж. Бунин, А.А. Оксогоев. М.: Наука, 1994. 383 с.

16. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1989. 327 с.

17. Рыбакова Л:М., Куксенова Л.И., Назаров Ю.А. Структура стали 50Г после финишной антифрикционной безабразивнош обработки поверхности и оценка качества модифицированного?слоя?// Металловедение и;термическая обработка металлов. 1992. № 10. С. 14 20.

18. Дорофеев Ю.Н. Обработка деталей ППД с нанесением покрытий натиранием // Вестник машиностроения. 1984. № 7. С. 55 56.

19. Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей, М.: Машиностроение. 1974. 133 с.

20. Kawase Н, .Makimoto М. Development of Aluminium-clad steel sheet by Roll-bonding II Frens Iron and Steell Inst. Jap. 1983. V. 23. № 7. P. 23-34

21. Белевский Л. С. Пластическое деформирование поверхностного слоя? и формирование покрытия ? при • нанесении ? гибким?инструментом. Магнитогорск: Лицей РАН, 1996.231с.

22. А.с. 1206068 СССР, МКИ В 24В 39 / 00. Способ нанесения покрытия / Л.С. Белевский, В.И. Кадошников, Ю.М. Миронов и др. Опубл. 12.01.86. Бюл.З.

23. А.с. 1479555 СССР, МКИ С 23 С 26/ 00. Способ нанесения покрытия / А.Н. Завалищин, Л.С. Белевский, Ю.В. Санкин и др. Опубл. 15.01.89. Бюл.З.

24. Л.с. 1446194 СССР, МКИ С 23 С 26 / 02. Устройство для нанесения покрытия на поверхность / В.Л. Пиксаев, Л.С. Белевский, Г.М. Красовская и др. Опубл.23; 12.88. Бюл.47.

25. Завалищин А.Н., Завалищина Е.Г., Белевский; Л.С. Исследование структуры; и состава покрытий; нанесенных металлическими^ щетками // Известия вузов. Черная металлургия. 1989. № 6. С. 111-113.

26. Анцупов В:П; Теория и практика: плакирования; изделий гибким? инструментом. Магнитогорск, 1999. 242 с.30; Анцупов В.П. Теоретические основы; плакирования изделий гибким инструментом: Магнитогорск. 1996. 60 с.

27. Завалищин А.Н. Структура и свойства стали: после; поверхностной пластической?деформацииз с одновременным нанесением! покрытия // Металловедение и термическая обработка металлов. 1998. № 2. С.31-35.

28. А.с. 1558996 СССР, МКИ С 23 С 26 / 00. Устройство для нанесения металлических покрытий на ленту / И.И. Ошеверов, П.Н. Смирнов, А.А. Титова и др. Опубл.23.04.90. Бюл; № 15.

29. Перепичка Е.В. Очистно-упрочняющая обработка изделий; щетками; М.: Машиностроение, 1989; 136 с.

30. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего; инструмента: М.: Машиностроение, 1982. 320 с.

31. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. 480 с.

32. Епифанов Г.Н. О двухчленном законе трения // Исследования по физике твердого тела. М. 1957. С. 12 -27.

33. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1985. 424 с.

34. Современные представления о контактном трении при обработке металлов давлением / В.И. Каиланов, В.И. Шокарев, Б.Н. Грунько и др. Деп. в УкрНИИНТИ 02.01.89. № 35-Ук 89.

35. Алехин В.П! Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов: М.: Наука, 1983. 280 с.

36. Избирательный? перенос: в тяжелонагруженных узлах трения / Под. ред. Гаркунова Д.И. М.: Машиностроение, 1982. 205 с.

37. Поверхностная прочность материалов при трении: / Б.И. Костецкий, И.Г. Носков, А.К. Карауло и др; Киев: Технпса, 1976. 296 с.

38. Костецкий Б.И. Структурно-энергетическая? приспособляемость материалов при трении // Трение и износ. 1985. Т. 6. № 2. С. 201 -212.

39. Фляйшер Г. Об энергетическом уровне: фрикционных пар // Трение и износ. 1987. Т. 8. № I.e. 25-38.

40. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка. М.: Машгиз, 1960. 542 с.

41. Dal arm М. Werkstofforschung aufdem Gebiet der Plastizifat und Feszid-keit Wiss Zeitochr. Т.Н. Otto von Guericke. Magdeburg. 1975. № 2/3. P. 235 -245.

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

43. Тэйбор Д. Трение как диссипативный процесс // Трение и износ. 1994. Т. 15. №2. С. 296-315.49: Проблемы изнашивания твердых тел в аспекте механики / А.Ю. Иш-л и некий, И.В. Крагельский, Н.М. Алексеев и др. // Трение и износ. 1986. Т. 7. № 4. С. 581-592.

44. Панин В.Е., Гриняев Ю.В. Неустойчивость ламинарного течения и вихревой характер пластической деформации кристаллов // Известия высших учебных заведений. Физика. 1984. № 1. С .61 -- 67.

45. Алексеев Н.М., Мелашенко А.И., Нагорных С.Н. Динамика фрикционного контакта // Трение и износ. 1989. Т. 10. № 5. С. 809 -819.

46. Физические основы прочности тугоплавких металлов / В.И. Трефи-лов, Ю.В. Мильман, Р.К. Иващенко, С.А. Фирстов. Киев:Наукова думка,. 1915. 315 с.

47. Рыбин В.В. Структурно-кинетические аспекты физики развитой пластической деформации // Известия вузов. Физика.1991. № 3. С. 7-22.

48. Конева Н.А., Козлов Э.В. Физическая природа стадийности;пластической деформации // Известия вузов. Физика. Т. 33. № 2. С. 89-106.

49. Физическая мезомеханика и и компьютерное конструирование материалов. Под ред. Панина В.Е. Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1995. Т.1. 297 с.

50. Измельчение микроструктуры в вольфраме интенсивной пластической деформацией / И.В. Александров, Г.И. Рааб, Л.О. Шестакова, А.Р. Кильмаме-тов и др. // Физика металлов и металловедение. Т. 93. № 5. 2002. С. 105 112.

51. Mitchel С.М., Laufer Е.Е. Surface structure in an abraded titanium alloy // Wear. 1980. Vol.41. P. 351 -363.

52. Heilmann R., Don? J;, Sum T.S. et. al. Sliding wear and transfer // Wear. 1983. Vol. 91. P. 171-190.

53. Chen L.H., Rigney D.A. // Wear. 1989. Vol. 129. P. 303-317.

54. Гарбар И.И., Северденко В.П., Скорынин Ю.В. Образование продуктов изнашивания при трении скольжения // Доклады академии наук СССР. 1975. Т. 225. №3. С. 546- 548:

55. Рапопорт Л.С., Рыбакова. JI.M. Влияние структурного состояния поверхностных слоев на? процессы трения и изнашивания I. II Трение: и износ.1987. Т. 8. №5. С. 888-894.

56. Рапопорт Л.0. Уровни пластической деформации поверхностных слоев и их связь с процессами изнашивания // Трение и износ. 1989. Т. 10. № 5. С. 786-792.

57. Фирстов С.А., Саржан Г.Ф. Дислокационная структура и деформационное упрочнение ОЦК-металлов // Известия вузов. Физика. 1991. № 3. С.23-34.

58. Структурные уровни пластической деформации и разрушения. Под ред. В.Е. Панина. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд., РАН, 1990. 255 с.

59. Конева Н.А., Козлов Э.В. Закономерности структурного упрочнения // Известия вузов. Физика. Т. 34. № 3. С. 56-70.

60. Малыгин Г.А. Процессы самоорганизации дислокаций и пластичность кристаллических материалов / Фракталы и прикладная синергетика Сб. тез. Первого междисциплинарного семинараМ, 1999. С. 87-88.

61. Гарбар ? И.И. Кинетика развития: дислокационной структуры меди в процессе трения // Трение и износ. 1982. Т. 3. №5. С. 880-889.

62. Кабалдин Ю.Г Структурно-энергетический подход к процессу изнашивания режущего инструмента// Вестник машиностроения. 1990: № 12. С 6268.

63. Кабалдин Ю.Г Структурно-энергетический подход к процессу изнашивания твердых сплавов // Известия;вузов Машиностроение. 1986. № 4. С. 127 131.

64. Кабалдин Ю.Г. Повышение устойчивости процесса резания // Вестник машиностроения. 1991. № 6. С. 37-40.

65. Nakajima К., Mizutani Y. Structural change of he surface layer of low carbon steels due to abrding // Wear. 1969. Vol. 11. P. 283-292:

66. Dautzenberg J.H. // Wear. 1980. Vol. 61. P. 111-124.

67. Поверхностная прочность материалов при трении,. / Под. ред. Б.И. Костецкого. Киев: Техника, 1976. 291 с.

68. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. М.: Наука. 1977,. 220 с.

69. Каракозов Э.С. Сапрыгин В;Д. Холодная сварка труб. М.: Металлургия, 1978. 173 с.

70. Горский В.В., Иванова Е.К., Гончаренко А.Б. Исследование поверхностных слоев трения стали? методом оже- и рентгеновской спектроскопии // Физика металлов и металловедение. 1982. Т. 53. Вып. 3; С. 554 559.

71. Горский В.В., Тихонович В.В. О стабильности свойств легированных кислородом структур трения в условиях термических воздействий // Металлофизика; 1987. Т. 9. № 1.С. 46- 50.

72. Горский В.В., Тихонович В.В., Шановая Б.С. Структурные изменения в поверхностных слоях пары трения сталь > 130X1 бМ-сталь 20X13 // Металлофизика. 1985. Т. 7. № 5. С. 56 62.

73. Разумов О.Н., Горский В.В., Грипачевский А.Н. Особенности строения легированных кислородом структур в слоях трения * меди // Металлофизика. 1987. Т. 9. № 2. С. 96 98.

74. Горский В.В. Формирование легированных кислородом сплавов Me Me' О в зоне контакта металлов при трении // Трение и износ: 1989. Т. 10. № 3. С. 452 - 460;

75. Гарбар И.И. О структуре и строении поверхностных слоев сопряженных материалов трущихся пар // Трение и износ. 1990. Т.П. № 4. С. 581-593.

76. Rozenfield A.R. // Wear. 1986. Vol. 113. P. 319-329.

77. Eim S.G., BmmonJiH:.Tbe unlubricatedïwear ofiron // Wear. 1986. Vol. 113. P.383-399.93; Костецкий Б.И: Натансон М.Э.1, Бершадский Л.И. Механохимические процессы при граничном трении. М.: Наука, 1972. 170 с.

78. Buckley D.H., Janson R.I. The: influence of crystal structure: and* some properties of hexagonal metals on friction and adgesion // Wear. 1972. Vol. 20. № 1. P. 89-103.

79. Грипачевский ' A.H., Горский B.B., Литвинов * В .H. Локальное ; рентге-носпектральное исследование поверхности трения: бронзы, БрОФ 10-1 // Трение и износ. 1985. Т. 6. № 4. С. 227-271.

80. Буше Н.А. Подшипниковые: сплавы для подвижного: состава; М.: Транспорт, 1967. 224 с.

81. Алексеев Н.М., Крагельский И.В., Шапиро А.М. Особенности пластического течения металлов при трении и их влияние на процессы трения и изнашивания // Трение и износ: 1983. Т. 4. № 3. С. 389-397.

82. Алексеев Н.М., Буше Н.А. Некоторые : аспекты совместимости материалов при трении. I . Подповерхностные процессы // Трение и износ. 1985. Т. 6: № 5. С. 773 -783:

83. Алексеев : Н.М., Буше Н.А. Некоторые аспекты совместимости материалов при трении. II. Поверхностные процессы //Трение и износ. 1985. Т. 6. № 6. С. 965 974.

84. Алексеев Н.М., Буше Н.А. Некоторые аспекты совместимости : материалов при трении. III. Микроироцессы механической фрикционной приспособляемости // Трение и износ. 1987. Т. 8. № 2. С. 197-205.

85. Akagaki. Т., Kato К. Wear mode diagram in lubricated sliding friction of carbon steel // Wear. 1989. Vol. 129. P. 303-317.

86. Миграция атомов примеси;в железе при;пластической деформации / В.В. Немошкаленко, В.В. Тихонович, В.В. Горский и др.// Металлофизика; 1993. Т. 15. №4. С. 45-53.

87. Горский В.В., Чубенко А.Н., Якубцов И.Я. О строении легированных кислородом структур в контактной зоне трения никеля // Металлофизика. 1987. Т. 9. №2. С. 116-117.

88. Пластическая деформация и массоперенос в поверхностных слоях металлов при трении / В.В. Горский, Е.К. Иванова, А.Н. Чубенко, А.Н. Грипачевский. Дет в ВИНИТИ. 1985. № 9032-85.

89. Исследование: поверхностных слоев s трения методом спектроскопии оже электрона«/ В.В. Немошкаленко, В.В. Горский, Ю.Н. Иващенко и др. // Металлофизика. 1987. Т. 11. №1. - С. 106 - 107.

90. Иванова B.C. Синергетика разрушения. Ресурс и прочность оборудования нефтеперерабатывающих заводов. Уфа. 1989. С. 3 — 28.

91. Кабалдин Ю.Г. Управление стружкообразованием при резании углеродистой стали // Вестник машиностроения. 1992. № 2. С. 44-48.

92. Коба Е.С., Лацко Д.В., Мильман Ю.В. // Поверхность. 1987. № 8. С. 123 130.

93. Образование твердых растворов металлов при пластическом течении; под; высоким; давлением / В.А. Жорин, И.Ф.Макарова; М.Я. Ген? и др. // ДАН? СССР. 1981. Т. 261. №2: С. 405 408.

94. Формирование ультратонкой структуры в?никелиде титана при пластическом течении под высоким давлением / В.А. Жорин, В.Б. Федоров,

95. Д.К. Хакимова, Е.Г. Галкина, Е.В. Татьянин // ДАН СССР. 1984. Т. 275. № 6. С. 1447- И49.

96. Фарбер В.М. Вклад диффузионных процессов?в;структурообразова-ние при интенсивной холодной пластической деформации металлов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 8. С. 3 9.

97. Слядников Е.Е; Генерация и эволюция точечных дефектов в кристалле при интенсивном внешнем воздействии? // Физическая мезомеханика. 1999. Т. 2. № 1 -2. С. 27- 36.

98. О структурных параметрах и характеристиках прочности металлов / В.В. Федоров, Г.А. Чекурова, Г.М. Коновалова и др.// Металлы. 1988. № 2. С. 131-136.

99. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия, . 1975, 454 с:

100. Федоров В.В. Термодинамические аспекты?прочности;и разрушения твердых тел. Ташкент: ФАН, 1979; 167 с.

101. Иванова B.C. Усталостное? разрушение металлов. М.:; Металлургия. 1963 . 271с.

102. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. М.: Металлургиз-дат, 1961. Т.2. 416 с.

103. Оf природе схватывания твердых тел. Сб. под ред. / П.А. Ребиндера М.: Наука, 1968. 57 с.

104. Айнбиндер С.Д. Холодная сварка? металлов. Рига:: АН Латв. ССР. 1957. 162 с.

105. Потапов H.H., Лебедев В.Н. Слоистые металлические композиции; М: Металлургия, 1986. 287 с.

106. Лашко Н.Ф., Лашко-Авакасян С.В. Металловедение сварки. М: Машгиз, 1954. 272 с.

107. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. М: Машиностроение, 1976.312 с.

108. Астров Е.И. Плакированные многослойные металлы. М:: Металлургия; Л 965: 239 с.

109. Семёнов А.П. Схватывание металлов. М: Машгиз, 19691280 с.

110. Балакин В:И:, Хренов К.К. Роль вакуума при холодной сварке // Автоматическая сварка. 1966. № 2. С. 43- 48.

111. ЗО.Упит Г.Н. Ювенильные поверхности, их получение и свойства // Доклады АН СССР. 1968. Т. 179. № 6. С. 1318-1321.

112. Сальников A.C. Атомно-энергетическая модель трения // Металловедение и термическая обработка металлов. 1993. № 7. С. 27-32.132!„Уэрт, 4!, Томсон Р: Физика твёрдого тела; М: Мир; 1966; 558с;

113. Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. М.: Машиностроение, 1986. 276 с.

114. Каракозов Э.С. Сапрыгин В.Д. Холодная сварка;труб. М.: Металлургия, 1978. 173 с.

115. Гегузин Я.Е., Крагельский Н.В., Парицкая Л.Н. О взаимном;схватывании металлов при высоких температурах под давлением // О природе схватывания твердых тел. М.: Наука, 1968. С. 5-8.

116. Крагельский Н.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы: расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

117. Шоршоров М.Х., Красулин Ю.Л., Дубасов A.M. К вопросу о расчетной оценке режимов сварки давлением // Сварочное производство. 1967. № 7. С. 14- 17.

118. В шип»! В.И. Сварка металлов трением. JI.: Машиностроение, 1970.175 с.

119. Иванова B.C., Закирничная М.М., Кузеев И.Р. Синергетика и фракталы. Универсальность>механического поведения;материалов. 4.2. Уфа: УГНТУ, 1998. 226 с.143; Моисеев H.H. Алгоритм развития. М.: Наука, 1987. 202 с.

120. Польцер F., Эвелинг В;, Фиркоский А. Внешнее трение твердых тел, диссипативные структуры и самоорганизация // Трение и износ.Л 988. Т. 9. №1. С. 12-18.

121. Цеснек JI.C. Механика и микрофизика истирания поверхностей. М.: Машиностроение, 1979. 263 с.

122. Гленсдорф П., Пригожин И., Термодинамическаяf теория структуры; устойчивости и флуктуаций. М.: Мир, 1973. 280 с.

123. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М-: Мир,. 1979. 512 с.

124. Эбелинг В. Образование * структур при необратимых процессах. М.: Мир, 1979. 279 с.

125. Синергетика и фракталы в материаловедении / B.C. Иванова, A.C. Баланкин, И.Ж. Бунин и др. М.: Наука, 1994. 383 с.

126. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов / Под. ред. В.Е. Панина Новосибирск: Наука, 1995. Т. 1. 297 с.

127. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия, 1986. 224 с.

128. Корольков Б.П. Ряды эволюции структур // Вестник Российской академии наук. 1997. Т. 67. № 10. 929- 935.

129. Мусин P.A., Лямин Я.В. Проявление процессов самоорганизации при сварке пластическим? деформированием // Сварочное производство; 1997. № 3. С. 7 -8.

130. Зуев И.В., Редчиц A.B., Редчиц В.В. Применение принципов;синергетики при анализе процессов; сопровождающих соединение материалов // Сварочное производство. Л 996. № 21 С.3-121

131. Колбасников * Н.Г., Щукин С.В. Энтропия1 и i деформационное упрочнение металлов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 1990. №4. С. 57- 60.

132. Расчет и экспериментальное определение ■ вероятностных характеристик; деформируемого металла / А.К. Григорьев, A.B. Иванов; Н.Г. Колбасников, С.Г. Фомин-// Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 1990. № 1.С. 41 -43.

133. Колбасников Н.Г., Трифонова И.Ю; Интегрально-вероятностная интерпретация температурной зависимости предела текучести металла // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 1995. № 11. С. 36 -41.

134. Поляков A.A.Трение; на основе самоорганизации. М.: Наука, 1992.267с.

135. Бершадский Л.И. О самоорганизации и концепциях износостойкости трибосистем И Трение и износ. 1992. Т. 13. №6. С. 1077-1094.

136. Костецкий Б.И. Трение; смазка и износ. Киев. Технжа. 1970. 396 с.

137. Гершман И.С., Буше H.A. Неустойчивость трибосистемы с токосъемом в процессе самоорганизации//Трение и износ. 1999: Т. 20.№ 6; С. 623-629.

138. Гершман И.С., Трушевский С.М:, Шумицкий A.B. Роль * углерода в самоорганизациишроцесса изнашивания сильноточных скользящих электрических контактов // Трение и износ. 2002. Т. 23. № 5. С.520 — 523.

139. Гершман И.С. Совместимость материалов при трении с токосъемом // Трение и износ. 2000. Т. 21. № 5. С. 540-543.

140. Поляков A.A. Две модели трения и их термодинамическая>интерпретация // Трение и износ. 1992. Т. 13. №5. С. 925-930.

141. Бершадский • Л.И. Оsвзаимосвязи¡: структурных механизмовsиi дисси-пативных потоков приs кинетическом (некулоновском)?трении; и износе // Трение и износ. 1989. Т. 10. № 2. С. 358-364.

142. Завалищин А.Н., Белевский И.Л. Самоорганизация диссипативных структур при нанесении алюминиевых покрытий гибким инструментом II Фракталы и прикладная синергетика: Сб. науч. тр. М., 1999. С.89 90.

143. Шапиро A.M. Механизм временной самоорганизации изнашивания // Трение м износ. 1990. Т. 11. № 3. С. 401 408.

144. Гершман И.С., Буше H.A., Берент В.Я. Термодинамические аспекты существования! устойчивых вторичных структур на поверхностях сильноточных скользящих контактов // Трение и износ. 1989. Т. 10. № 2. С. 225-232:

145. Гершман И.С., Пенский Н.В. Закономерности! образования? вторичных; структур в условиях трения с токосъемом // Трение и износ. 1995: Т. 16. № 1.С. 126-131.

146. Берент В.Я., Гершман И.С. Вторичные структуры на поверхностях сильноточных скользящих контактов: 1. Строение и состав. // Трение и износ. 1989. Т. 10. №4. С. 687-693.

147. Кургузов Ю.И., Папшев Д.Д. Технологическое обеспечение качества поверхности при» упрочнении механическими» щетками // Вестник: машиностроения. 1986. №4. С. 54 59.

148. Папшев Д.Д: Эффективность методов s отделочно-упрочняющей обработки // Вестник машиностроения; 1983. № 7. С. 42- 44.

149. Рыбакова J1.M., Куксенова Л.И., Назаров Ю.А. Структура поверхностных слоев и износостойкость закаленной стали 50Г после финишной антифрикционной безабразивной обработки // Металловедение и термическая обработка металлов;. 1993. № 3. С. 5 -9.

150. Куксенова Л.И., Рыбакова Л.М., Назаров Ю.А. Структура поверхности и износ чугуна после финишной антифрикционной безабразивной обработки // Металловедение и термическая обработка металлов. 1993; № 9. С.11 15.

151. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М.: Изд-во. Физ.-мат. лит. 1961. 861 с.

152. Тейлор А. Рентгеновская металлография: пер. с англ. М.: Металлургия, 1965.663 с.190: Уоррен. Б.И. Рентгенографическое изучение деформированных металлов: // Успехи физики металлов. М; 1963. Т.5. С.172 -238.

153. Санкин Ю. В., Завалишин А. Н., Санкин М.Ю. Гармонический анализ формы рентгеновских линий. Международ сб. науч. тр. Магнитогорск. 2004. С. 47 58.

154. Р. Шторм Р. Теория вероятностей / Статистика / пер. с нем. М.: Мир. 1970. 364 с.

155. Кидин И.Н., Андрюшечкин В.И., Гобунов И.ГВ Установка для определения остаточных напряжений на базе прибора ПМТ-3 // Заводская лаборатория; 1971. №1. С. 107- 109.

156. Биргер И.А. Методы определения остаточных напряжений в стержнях и пластинках//Заводская лаборатория. 1962. № 5: С. 599-605:

157. Завалищин А.Н. Фрикционные покрытия на основе алюминия. Учебное пособие с грифом Мин-ва образования РФ. Магнитогорск, 2000. 123 с.

158. Завалищин А.Н., Завалищина Е.Г., Белевский Л.С. Структура и свойства алюминиевых покрытий, нанесенных механическим способом // Теория ипрактика производства метизов: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск, 1989. Выи. 15. С. 71-73.

159. Туровский M.JL, Новик P.A. Упрочняющая обкатка роликами азотированных сталей // Вестник машиностроения. 1970; № 1. С. 39 42.

160. Горелик G.G. Рекристаллизация металлов иtсплавов. М.: Металлургия, 1978. 567 с.

161. Атом-вакансионные состояния в кристаллах / В.Е. Панин, BiE. Его-рушкин, Ю.А. Хон и др. // Известия, вузов Физика'. 1982. № 12. С 5 28.

162. Билик Ш.М. Образование поперечных периодических неровностей на поверхностях; твердых тел в процессе трения // Трение и износ в машинах: Сб. XXVII Изд-во. Акад. наук СССР. М.: 1962. С. 71-79.

163. Заславский Г.М., Сагдеев Р.З. Введение в нелинейную физику. Mi: Наука, 1988. 366 с.

164. Завалищин А.Н. Поведение при нагреве алюминиевых покрытий, полученных во фрикционном контакте, // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. № 7. С. 23 -26.

165. Завалищин А.Н. Диффузии алюминия из ; фрикционного покрытия г в; рекристаллизующуюся стальную*основу// Фазовые и структурные;превращения в сталях:; Тр. Междунар. школы-семинара. Магнитогорск, 2002. Вып. 2. С. 385-392.

166. Завалищин А.Н. Структура фрикционных покрытий на основе меди // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Сб. науч. тр. аспирантов и соискателей. Магнитогорск, 2002. С. 119- 124.

167. Zavalishchin A.N. Formation of Dissipative S tinctures upon Mechanical Deposition of Metallic Coatings at Steel Surfaces // The Physics of Metals and Metallography. No. 5. 2003. Vol. 96. P. 496 501.

168. Klamecki B.E. Thermodynamic Model of Friction // Wear. 1980. V. 63. №2. P. 113-120.

169. Гершман И.С., H.A. Буше. Реализация диссипативной самоорганизации поверхностей трения в трибосистемах // Трение и износ. 1995. Т. 16. № 1. С. 61-71.

170. Завалищин А.Н. Механизм образования;покрытий, сформированных во фрикционном контакте // Трение и износ. 2001. Т.22. № 2. С. 197 202.

171. Иванова B.C. Синергетика разрушения // Ресурс и прочность оборудования нефтеперерабатывающих заводов. Межвуз. сб. науч. тр. Уфа: УГНТУ, 1989. С. 3-28.

172. Завалищин А.Н., Завалищина Е.Г., Белевский J1.C. Термическая обработка алюминиевого покрытия, нанесенного металлическими щетками // Известия вузов. Черная металлургия. 1989. № 7. С. 110-112.

173. Завалищин А.Н., Завалищина Е.Г. Белевский J1.C. Структура и свойства трибомеханических покрытий на основе алюминия после диффузионного отжига // Материалы XXIV семинара по; диффузионному насыщению и защитным покрытиям. Киев, 1992. С. 56-58.

174. Бережной А.С. Многокомпонентные системы окислов. Киев Наукова думка, 1970. 544 с.

175. Рябов В;Р. Алитирование стали. М: Металлургия, 1973. 239 с.

176. Завалищин А.Н. Получение покрытий из переходных металлов в процессе поверхностной пластической деформации // Металловедение и термическая обработка металлов. 2004. № 2. С. 34 —38.

177. Процессы взаимной; диффузии в сплавах / Под ред. Гурова К.П. М.: Наука, 1973. 359 с.

178. Полухин П.И.,. Гун ГЛ., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник. Mi: Металлургия, 1983. 351 с.

179. Слоистые металлические композиции / И.Н. Потапов, В.Н. Лебедев, А.Г. Кобелев и др. М.: Металлургия; 1986. 216 с.

180. Завалищин А.Н., Белевский И.Л. Свойства: композиционных: покрытий; полученных методом ППДсП // Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий: Межвуз. сб. науч. тр. Волгоград, 1999. С. 212-214.

181. Завалищин А.Н. Исследование структуры и свойств алюмоникеле-вых фрикционных покрытий // Технология металлов. 2003. № 1. С. 27-31.

182. Баландин Ю.А., Завалищин А.Н., Трубицын A.B. Исследование условий формирования и свойств Fe-Al покрытия на стали // Нанесение, упрочнение и свойства защитных покрытий на металлах: Материалы Всесоюз. науч.-техн. конф. Ивано-Франковск, 1990, С. 196.

183. Проскуркин Е.В., Попович В.А., Мороз А.Т. Цинкование::Справочник: М.: Металлургия. 1988. 528 с.

184. Завалищин А.Н. Алюмоцинковые фрикционные покрытия на стали // Известия вузов. Черная металлургия. 20031 № 8. С.31-33.240: Беккерт М.,. Клемм : X. Способы металлографического травления. Справочник. Mi : Металлургия, 1988. 398 с.

185. Завалищин А.Н., Николаев А.А., Ячиков И.М; Моделирование состава композиционных покрытий // Новые программные средства для предприятий Урала: Go. трудов. Магнитогорск, 2003. С. 139-148.

186. Завалищин А.Н., Николаев А.А;, Ячиков И.М; Моделирование состава композиционных антифрикционных покрытий // Известия вузов: Черная металлургия: 2004i № 7. С. 48-5 V.

187. Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М. Литейное производство цветных и редких металлов. М.: Металлургия, 1982. 352 с.

188. Федоров^ С.В. Эргодинамический метод оценки механических свойств металлов и сплавов по исходной iи динамической структурам. // Синергетика, структура^ и свойства материалов: и; самоорганизующихся технологий: Сб. 1.4. 1.М., 1996. С. 135- 1381

189. Березняков А.И., Венцель Е.С. О термодинамическом аспекте изнашивания трибосопряжения // Трение и износ. 1991. Т. 12.№ 3. С. 529-534.

190. Влияние процентного соотношения материалов в покрытии на увеличение стойкости резьбонарезного инструмента / А.Н. Завалищин, В.П. Анцу-пов, P.P. Дема, Д.В. Мохнаткин // Междунар. сб. науч. тр. Магнитогорск, 2004. С. 92- 100.

191. Патент 32719 РФ, МПК В 21 В 39/00. Устройство для нанесения покрытий / Кадошников В.И., Завалищин А.Н., Дема P.P., Анцупов А.В.-2003107751 /20. Заявл. 25.03.03. Опубл. 27.09.2003 // БИМП. 2003. № 27. С. 658:

192. Бобровников Г.А. Прочность посадок, осуществляемых с применение холода. М.: Машиностроение, 1971. 211 с.

193. Чертавский А.К. Трение и смазка при обработке металлов давлением. М:: Металлургиздат, 1949. 168 с.

194. Северденко В.П., Макушок Е.Н., Равин А.Н. Окалина при; горячей обработке давлением. М:: Металлургия, 1977. 208 е.,259/ Солнцев СС., Туманов: А.П. Защитные покрытия металлов при нагреве. М.: Машиностроение, 1976. 240с.

195. Завалищин А.Н., Папшев А.В, Санкин Ю.В: Исследование: возможности получения: защитного^ покрытия; на рессорной; заготовке;// Обработка сплошных и слоистых материалов:: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск, 1996; С.189- 195.

196. Патент 1811433 РФ, МПК В 21В 3/00. Способ производства стального алюминированного проката / Ю.В. Санкин, А.Н. Завалищин, В.Н. Зеленое и др. 5005240/27. Заявл. 15.07.91. Опубл.23.04.93 // БИ: 1993. № 15. С. 183.

197. Завалищин; А.Н., Папшев; А.В., Чевозерова Т.Р. Разработка совмещенной» технологии алюминирования и термической» обработки: холоднокатаной стали // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск, 1996. С. 93 103.

198. Завалищин А.Н., Папшев А.В. Разработка;совмещенной технологии алюминирования и термообработки стали // Известия вузов. Черная металлургия. 1998. №3. С. 54-59.

199. Функе П. Влияние высоких скоростей нагрева и охлаждения при рек-ристаллизационном отжиге нелегированной холоднокатанной: полосы; из кипящей стали на её свойства // Чёрные металлы. 19721 № 5. С. 8 17.

200. Вайгель Г. Исследование влияния кратковременного рекристалли-зационного отжига на механические и технологические свойства малоуглеродистых стальных полос // Чёрные металлы. 1966. № 20. С. 22 34.

201. Завалищин А.Н. Нанесение покрытия на холоднокатаную сталь в процессе рекристаллизационного отжига //Тр. IV-ro междунар. конгресса прокатчиков. М:, 2002. T.I. G. 219 221.