автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Роль стабильности структуры поверхностных слоев в обеспечении износостойкости металлических материалов

На правах рукописи

Буров Сергей Владимирович

РОЛЬ СТАБИЛЬНОСТИ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ В ОБЕСПЕЧЕНИИ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

05 02 01 - "Материаловедение (в машиностроении)"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ои-эи

Новосибирск - 2007

003070930

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Новосибирский государственный

технический университет"

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Батаев Анатолий Андреевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, доцент

Токарев Александр Олегович

кандидат технических наук, доцент

Потапов Владимир Михайлович

Ведущая организация

ОАО "НовосибирскНИИхиммаш", г Новосибирск

Защита состоится "24" мая 2007 года в 10— часов на заседании диссертационного совета Д 212 173 07 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу 630092, г Новосибирск, пр К Маркса, 20

Автореферат разослан '¿3 " апреля 2007 года

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент <''}/;

Никитин Ю В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В процессе трения и изнашивания в максимальной степени реализуется потенциал механических свойств тонкого поверхностного слоя деталей машин и механизмов Износ этого слоя, занимающего малую часть детали, может привести к выходу из строя всего механизма Таким образом, изучение процессов трения и изнашивания и создание новых износостойких фрикционных и антифрикционных материалов представляется актуальной научной и практической задачей

Общие тенденции развития науки о материалах в последние десятилетия свидетельствуют о значительном влиянии на износостойкость не только исходной структуры, но и новой, динамически самоорганизующейся в процессе изнашивания структуры Многочисленные данные свидетельствуют о том, что трение является процессом, способным значительно изменять структуру материала в зоне контакта

Традиционный подход к созданию новых материалов для пар трения, особенно высокоинтенсивного, основанный на связи износостойкости с "объемными" характеристиками конструктивной прочности, такими как прочность, твердость, трещиностойкость и ударная вязкость, зачастую показывает свою ограниченность Вторичная структура модифицированного в зоне контакта материала может обладать отличным от исходной структуры набором показателей конструктивной прочности Поэтому необходимым является как изучение процессов эволюции структуры материала при трении, так и свойств сформированных при изнашивании структур

Изучение поверхностных слоев и изменений в их структуре до последнего времени представлялось сложной методологической задачей, так как традиционные методики, например оптическая и электронная микроскопия, рентгенография, способны фиксировать уже произошедшие структурные превращения Развитие исследовательских технологий, таких как оптико-телевизионные измерительные системы, акустоэмиссионный анализ, и особенно рентгенография синхротронного излучения, сделало возможным изучение процессов структурных изменений в режиме реального времени

Диссертационная работа направлена на развитие научных представлений о происходящих в процессе трения изменениях дислокационной структуры и фазового состава тонкого поверхностного слоя материалов

Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования РФ (грант АОЗ-З 18-381 по теме "Выявление роли стабильности структуры в обеспечении износостойкости металлических материалов"), - в соответствии с планом работ по государственному контракту № 02 438 11 7025, выполненному в рамках федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы», - в соответствии с планом работ по теме «Технологии создания и обработки кристаллических материалов», выполняемой в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса

России на 2007-2012 годы»

Цель работы выявление роли стабильности дислокационной структуры и присутствующих в сплавах фаз в обеспечении износостойкости металлических материалов

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи

1 Изучение эволюции дислокационной структуры поверхностных слоев металлических материалов на микро- и мезомасштабном уровнях в режиме реального времени с использованием дифрактометрии синхротронного излучения

2 Изучение структурных изменений, происходящих в поверхностном слое железоуглеродистых сплавов при трении и изнашивании путем оценки преобразований карбидной фазы

3 Определение связи между факторами, затрудняющими изменения дислокационной структуры и фазового состава металлических материалов, и процессами структурных изменений при трибонагружении

Научная новизна работы:

1 Методом рентгеноструктурного анализа с использованием синхротронного излучения в режиме «дифракционное кино» установлено, что в процессе трения реализуются процессы накопления и аннигиляции дефектов дислокационного происхождения, что сопровождается циклическими колебаниями остаточных напряжений первого и второго рода В процессе проведенных структурных исследований установлено, что по мере приближения к поверхности трения амплитуда колебаний напряжений первого рода возрастает, а максимальные значения напряжений снижаются Это свидетельствует о повышенной способности поверхностного слоя к релаксации напряжений

2 Установлено, что при трибонагружении титана изменения остаточных деформаций кристаллической решетки в направлениях параметров элементарной ячейки а и с противоположны по знаку С использованием методов рентгеноструктурного анализа показано, что накопление, а также релаксация остаточных напряжений происходят циклически и отражаются на синхронном изменении параметров я и с.

3 Установлено, что в процессе трения скольжения без смазки под воздействием интенсивной деформации и нагрева в поверхностных слоях сталей происходят значительные структурные изменения карбидной фазы, сопровождающиеся разрушением цементитных пластин, их динамическим растворением и последующим выделением в виде глобулярных частиц Склонность цементитных частиц к растворению облегчает перестройку дислокационной структуры деформируемого слоя В высокохромистых сталях, содержащих карбид типа (Ёе, Сг)2зС6, при реализации аналогичных условий трения, процессы, приводящие к релаксации напряжений, выражены в меньшей степени, что в итоге способствует более раннему отделению продуктов износа. На примере углеродистых и легированных хромом сталей сделан вывод о неоднозначном влиянии стабильности исходной структуры на характер изнашивания материала

Научная н практическая значимость работы.

1 Спроектирована и изготовлена установка, позволяющая проводить рентгенографические исследования с использованием синхротронного излучения при трибонагружении цилиндрической поверхности дисковых образцов Особенности разработанной методики обеспечивают анализ структурных преобразований непосредственно в процессе изнашивания материалов (в режиме реального времени) Разработанное оборудование реализует методику дифрактометрии синхротронного'излучения при различных глубинах анализируемого поверхностного слоя материала

2 Изучены особенности изнашивания поверхностей катания железнодорожных колес при взаимодействии с чугунными тормозными колодками Выявлены характерные стадии эксплуатации пары трения Показано, что на первом этапе приработки колодок интенсивность изнашивания колесной стали в 8 раз больше по сравнению с механически обработанными (шлифованными) образцами Микротвердость закаленных зон, образующихся на втором этапе приработки, достигает 7800 МПа Закаленные зоны оказывают негативное влияние на поверхность железнодорожного колеса, приводя к его ускоренному износу. Показано, что существующая технология литья чугунных тормозных колодок не позволяет обеспечить высокое качество рабочих поверхностей, что является причиной ускоренного износа колес железнодорожных вагонов

3 Результаты работы могут быть использованы при решении прикладных задач, связанных с разработкой материалов, испытывающих одновременное воздействие деформации и нагрева в процессах трения

4 С учетом результатов диссертационной работы по заказу ОАО НПО «Сибсельмаш» (г Новосибирск) предложена технология упрочнения прокатных валков из стали 9ХС Износостойкость упрочненного инструмента повышена по сравнению с заводским в три раза Разработана и опробована технология комбинированного термопластического упрочнения деталей горного оборудования, обеспечивающая повышение их стойкости в условиях трения скольжения в присутствии абразива

5 Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на механико-технологическом факультете Новосибирского государственного технического университета

Достоверность результатов исследований обеспечивается соответствием результатов работы современным представлениям о природе процессов, происходящих в зоне контакта трущихся тел, соответствием полученных закономерностей данным других авторов, использованием различных методов исследований и согласованностью полученных результатов

На защиту выносятся

1. Экспериментальные данные металлографических и электронно-микроскопических исследований поверхностных слоев материалов, подвергнутых изнашиванию.

2 Результаты испытаний углеродистых и легированных сталей при абразивном изнашивании и при трении скольжения

3 Результаты рентгеноструктурных исследований поверхностных слоев ОЦК, ГЦК и ГПУ - металлов в процессе изнашивания, полученные методом динамической дифрактометрии синхротронного излучения в режиме «дифракционное кино»

Апробация работы. Результаты работы были представлены и обсуждались на 10 конференциях, семинарах и симпозиумах III Российско-Корейском международном симпозиуме по науке и технологии KORUS 99 (Novosibirsk, 1999 г), II международной научно-технической конференции "Экспериментальные методы в физике структурно неоднородных конденсированных сред" (Барнаул, 2001 г), региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука Техника Инновации" (Новосибирск, 2002 г), XVII Уральской школе металловедов - термистов (Киров, 2004 г ), VI Уральской школе - семинаре металловедов - молодых ученых (Екатеринбург, 2004 г), XV международной конференции по использованию синхротронного излучения (Новосибирск, 2004 г), международной конференции "Наука Технологии Инновации" (Новосибирск, 2005 г ), XI международной научно-практической конференции "Современная техника и технологии" (Томск, 2005 г), XVIII Уральской школе металловедов - термистов "Актуальные проблемы металловедения сталей и сплавов" (Тольятти, 2006 г), VII Уральской школе - семинаре металловедов - молодых ученых (Екатеринбург, 2006 г ) Публикации:

По результатам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, из них 4 статьи в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов диссертационных работ, 3 публикации -в сборниках трудов российских и международных конференций, 1 публикация - в сборнике научных трудов НГТУ Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 150 наименований, и приложения Диссертация содержит 185 страниц основного текста, в том числе 87 рисунков и 2 таблицы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определена область исследований, обоснована актуальность темы работы, перечислены основные научные вопросы, рассмотренные в диссертации, сформулирована цель работы

В первой (обзорной) главе "Структурные изменения в поверхностных слоях материалов при трении и изнашивании" проведен анализ литературных данных о структурных изменениях, происходящих при трении в поверхностных слоях материалов Рассмотрены классификации видов изнашивания, получившие наибольшее распространение Изложены современные представления о процессах перестройки дислокационной структуры при трении и структурных механизмах повышения износостойкости На основании изложенного материала сформулированы задачи исследований

Вторая глава "Материалы и методики исследований" посвящена обос-

нованию выбора и описанию материалов исследований, а также известных и разработанных методик, позволивших решить поставленные задачи Описаны методы термической обработки материалов и структурных исследований

В качестве материалов исследований использовались конструкционные стали с различным содержанием хрома 20, 20Х, 20X13, 20X17Н2, инструментальная сталь У8 с добавками титана, серый чугун на феррито-перлитной основе, содержащий 3,5 % углерода, технически чистые медь, титан, вольфрам, молибден

Структурные исследования проводились методами оптической металлографии (микроскоп NU 2Е), просвечивающей (трансмиссионный микроскоп TESLA BS-500 ) и растровой электронной микроскопии (микроскоп LEO 420) Рентгенографирование материалов непосредственно в процессе изнашивания производилось в Сибирском международном центре синхротронного излучения при Институте ядерной физики СО РАН на пятом канале синхротронного излучения накопителя ВЭПП-3 с помощью однокоординатного детектора ОД-3 Детектор ОД-3 позволяет регистрировать рентгенограммы в диапазоне 30° в 29 в режиме "дифракционного кино" Длина волны синхротронного излучения X была равной 1,504 Â при монохроматичности ДШМ0"4 Горизонтальная расходимость пучка синхротронного излучения составляла не более 10'3 рад, вертикальная - 10^ рад, при размерах пучка 0,5x0,5 мм Скорость скольжения индентора относительно образца составляла 6,2*10"3 м/с

Твердость и микротвердость определяли по стандартным методикам Триботехнические испытания в условиях скольжения проводили по схемам "диск - плоскость" и "диск - колодка Испытания в условиях газоабразивного изнашивания и трения о жестко закрепленные абразивные частицы были реализованы в соответствии со стандартами на специально созданных установках Измерения температуры производили тремя методами искусственной, полуискусственной и естественной термопары

Третья глава "Исследование процессов структурных изменений поверхностных слоев металлов с помощью дифрактометрии синхротронного излучения" посвящена изучению процессов преобразований исходной дислокационной структуры, формирования дисперсной мелкокристаллической структуры трения в поверхностных слоях чистых металлов с различными типами кристаллических решеток ОЦК (Си), ГЦК (Mo, W) и ГПУ (Tt) Для решения поставленной задачи в режиме "дифракционное кино" осуществляли съемку рентгенограмм поверхностей образцов, трущихся о контртело При этом режиме за один оборот образца снимается одна рентгенограмма (рис 1) Для медных образцов изменение угла скольжения входящего пучка позволило менять оцениваемую глубину в пределах от 0 до 12 мкм

Анализ напряжений первого рода, определяемых из смещений центров рентгеновских пиков, позволил сделать заключение о том, что средний уровень напряжений возрастает, а амплитуда их колебаний снижается с увеличением расстояния от поверхности Наибольшая величина остаточных растягивающих напряжений первого рода достигает 150 МПа (рис 2) в слое толщиной до 12 мкм По мере приближения к поверхности амплитуда колебаний напря-

7

Рис. 1. Серии рентгенограмм мели (а) и титана (б), зафиксированные в режиме "дифракционного кино".

'1 нм

JKÍ

—поверхность

-<»-4 МКМ

12 мкм

10 70

Цкеды Mil MI*

Рис. 3. Зависимость величины областей когерентного рассеяния меди егг количества циклов нагружения.

жений первого рода возрастает, а максимальные значения напряжений снижаются до 80...100 МПа. Это свидетельствует о том, что на поверхности трения релаксация напряжений облегчена. Характер изменения размеров блоков О - областей когерентного рассеяния (ОКР) представлен на рис. 3. В отожженной структуре размер ОКР возрастает с глубиной, что может быть связано с исходной подготовкой поверхности. Однако уже после первых 1...5 циклов нагружения в поверхност-

ном слое размер ОКР выходит на уровень насыщения (от 35...60 нм на поверхности до 80..,100 нм в слое толщиной 12 мкм). Далее размер ОКР колеблется около достигнутого уровня насыщения.

Анализ полученных данных свидетельствует о возникновении в поверхностном слое материала фрагментированной структуры в первые циклы нагружения. В дальнейшем происходит генерирование и аннигиляция дефек-

Рнс. 2. Напряжения первого рода в поверхностном слое меда в зависимости от количества циклов трнбо нагружения.

MJU

ю т го

ЦНК-LLÍ хшуэженян

0 í 10 (S 20 35 30

Циклы II.1J 0 XÍ Ц км

тов Остаточные напряжения возрастают и периодически релаксируют благодаря перераспределению дефектов структуры

Для вольфрама (имеющего решетку ОЦК) изменение размеров областей когерентного рассеяния Б в поверхностных слоях имеет аналогичный характер (рис 4а) В зависимости от величины прилагаемой нагрузки размер областей когерентного рассеяния в структуре вольфрама достигает в равновесном состоянии 23 28 нм, а в поверхностном слое молибдена - от 20 до 40 нм При изнашивании молибдена скорость выхода размеров ОКР на уровень насыщения ниже, чем у вольфрама, что определяется его большей пластичностью

Рис 4 Зависимость pajMcpa ОКР D (а) и ветчины напряжении первого роля а (б) вспьфрама (гг ко'шчсспи циклов гриболт ичесюго нагружения Напряжения первого рода, вычисленные из значений смещения центров рентгеновских пиков, достигают в вольфраме и молибдене значительных величин (500 1100 МПа - для вольфрама (рис 46) и 200 700 МПа - для молибдена)

Зависимость уширения дифракционных максимумов титана от числа циклов трибологического нагружения представлена на рис 5. Так же как в ГЦК и ОЦК металлах, деформация поверхностного слоя а-титана приводит к смещению координат дифракционных максимумов Изменение параметров решетки титана, обусловленное напряжениями первого рода, представлено на рис. 6. Абсолютные значения деформации элементарной ячейки по параметрам я и с почти всегда противоположны по знаку

Таким образом, с использованием дифрактометрии синхротронного излучения выявлено, что дислокационная структура технически чистых металлов при трении является нестабильной и претерпевает значительные изменения, начиная с первых циклов трибонагружения

Р" 10 9 , 8 ' 7 6 5 4 3 2

0

Рис

В четвертой главе "Связь структурных изменений и износостойкости сталей с типом и морфологией карбидной фазы" рассмотрены процессы пластической деформации поверхностного слоя гетерофазного материала на примере эвтектоидной стали с исходной структурой пластинчатого перлита и исследовано влияние типа и исходной морфологии упрочняющей карбидной фазы в низкоуглеродистых сталях на процессы, происходящие при изнашивании Анализ стабильности карбидной фазы в сталях с исходным гетерофаз-ным строением ¿выполняли по изменению формы частиц и их объемной доли

При исследовании структурных изменений, происходящих в эвтектоидной стали при трении скольжения без смазки, выявлено, что в условиях разогрева поверхностного слоя не выше температуры превращения перлита в ау-стенит пластины цементита теряют прямолинейную форму, ломаются и сфе-роидизируются (рис 7) Осколки пластин, ориентированных в исходном состоянии вдоль поверхности трения, сфероидизируются в меньшей степени Анализ температуры и времени сфероидизации цементитных частиц свидетельствует о том, что этот процесс в значительной степени является деформа-ционно-стимулированным и связанным с растворением цементита Процесс трения сопровождается ротацией материала, приводящей к потере его сплошности (рис 76)

Анализ полученных экспериментальных данных позволяет сделать вывод о том, что цементитные частицы не являются стабильными в условиях трения Их растворение в свою очередь облегчает процессы перестроения дислокационной структуры В связи с этим одна из задач, поставленных в данной работе, заключалась в повышении термической стабильности карбидной фазы Для этого исследовалось влияние стабилизации структуры хромом на процессы, происходящие при изнашивании сталей 20, 20Х, 20X13 и 20X17Н2, подвергнутых различным видам термической обработки Выбор сталей был сделан с учетом типа образующихся в них карбидов- цементита резС в стали 20, легированного цементита (Ре, Сг)3С в стали

—- плоскость(102) — плоскость(110) -Д- плоскость(103) плоскость (112)

10 15 20 25

Циклы нагружени*

Е*104 8 6 4 2 О -2 -4 -6 -8 -10 -12

А Д / уД а |

Ас/с \ | 1

10 20 30

Никлы погружения

5 Зависимость ширины р дифракционных ии титана от количества циклов >ологического нагружения

Рис б Зависимость величины упругих макроискажений решетки титана по параметрам а и с кристаллической решетки от количества циклов трибонгагружения

Рис. 7. Структура поверхностного слоя со сферой дичи рованными карбидными частицами (а) и несшюшности в поверхностном слое (б), сформировавшиеся при трении с номинальной нагрузкой на контакте 2 МПа

20Х и ф-карбида (Ре, Сг):зСй в сталях 20X13 и 20Х17Н2. В сталях с 0,2 % С цементит имеет устойчивость до температуры превращения перлита в аусте-нит (727 °С). ф-карбид устойчив до - 950 °С при содержании хрома 13 % и до ~ 1050 "С при содержании хрома [7 %. Для высокохромистых сталей характерна глобулярная морфология карбидной фазы.

В результате проведенных исследований установлено, что при легировании низкоуглеродистых сталей хромом максимальный уровень износостойкости при изнашивании о закрепленные абразивные частицы повышается (рис. 8). Однако, при равной твердости больший уровень износостойкости обеспечивают менее легированные стали.

При изнашивании воздушно-абразивным потоком отожженных сталей (рис. 9) структура с глобулярным перлитом обеспечивает более высокий уровень стойкости по сравнению со структурой пластинчатого перлита. Максимальное значение износа для сталей с пластинчатой морфологией карбидов наблюдается в области углов атаки менее 45°, а для сталей с глобулярными карбидами - яри углах атаки более 45°.

Рис, к. Зависимость относительной нзносо- Рис, 9. Потери массы обра:шов m отожженных стойкости сталей от твердости при etaneft в зависимости от угла атаки

тнашнианиио закрепленный абразив, газоайразивным потоком

Износ высокохромистых отожженных сталей меньше по сравнению со сталями 20 и 20Х. При больших углах атаки степень развитости рельефа, формирующегося на поверхности образцов, снижается с увеличением твердости сталей. Внешний вид продуктов износа, зафиксированный при электрон-Номикроскопических исследованиях, имеет характер чешуек, отслоение которых происходит вдоль поверхности образцов (рис. 10). Количество таких чешуек на поверхности растет с повышением содержания хрома и, соответственно, - твердости материала. При изнашивании сталей в закаленном (рис. 11) а также в закаленном и отпущенном состоянии максимум износа характерен для больших углов атаки абразивом. Принципиальной разницы в механизме

Рне, 10. Характерный вид продуктов износа Рис. 11. Потеря массы образцов закаленных

отожженной стали 20Х17Н2, угол атаки 90°. сталей ы зависимости от угла атаки

газоабразивным потоком

отделения частиц не отмечено. Надежной зависимости величины износа от твердости или от количества чешуек на поверхности не выявлено.

Стали с различным содержанием хрома подвергали изнашиванию при трении скольжения без смазки по схеме "диск - плоская колодка" (схема "врезающегося диска"). По результатам испытаний были построены зависимости изменения объемного износа от времени изнашивания. Трение скольжения без смазки вызывает значительный разогрев поверхностных слоев материалов. Максимальные значения поверхностной температуры в процессе изнашивания сталей 20, 20Х, 20X13, 20Х17Н2 зафиксированы для отожженного состояния и составляют соответственно 280, 250, 420, 400 "С.

Зависимость объемного износа отожженных сталей при трения скольжения без смазки по схеме "диск - плоскость" представлена на рис. 12. Закаленные стали изнашиваются менее интенсивно по сравнению с отожженными. Отпуск закаленных сталей существенно не изменяет скорость изнашивания.

При всех режимах термической обработки высокохромистые стали 20X13 и 20Х17Н2 показали более высокие скорости изнашивания, чем стали 20 и 20Х. Качественных отличий в морфологии изношенной поверхности и механизмах отделения продуктов износа замечено не было.

1 1 ) ¡':ч '--ч изнашивания, мин

а б

Рис. 12. Зависимость величины объемного износа отожженных (а) и закаленных (б) сталей от времени изнашивания при Тренин скольжения без смазки по ехцме "диск плоскость".

Рис, 13. Структура подвергнутого трибона-гружению поверхностного слоя стали 20.

Рис.! 4. Полосовая субструктура поверхностного слоя закаленной и в ысокооп пущенной стали 20X13, подвергнутой трибо нагружен ию.

Электронномикроскопический снимок, приведенный на рис. 13, свидетельствует о том, что в поверхностном слое отожженной стали 20 в ходе изнашивания произошли процессы сферой дизаци и карбидной фазы и формирования дисперсной фрагментированной субструктуры. Элементы субструктуры являются равноосными и имеют размер - 300 - 500 им.

Образование глобулярных частиц цементита на месте пластинчатых позволяет предположить, что формирование фрагментированной структуры неразрывно связано с процессами растворения цементитных частиц, препятствующих перестроению структуры. Выделение глобулярных частиц происходит, вероятно, по окончании деформационного воздействия. В подвергнутой трению высокоотпущенной стали 20X13 (рис. 14) формируется полосовая су б структура, представляющая собой систему параллельных дислокационных

рживающим релаксационные процессы

перераспределения дислокаций являются дисперсные выделения частиц карбида. Таким образом, повышенная, по сравнению с цементитом, термическая стойкость карбидов типа (Ре, Сг)иС6 способст вует более раннему отделению продуктов износа.

В пятой главе "Влияние исходной структуры и предварительной подготовки поверхности на триботехиические свойства железоуглеродистых

сплавов" проанализировано влияние исходной структуры и состояния поверхностных слоев на изменения, происходящие при трении. Для решения этой задачи было исследовано влияние технологии выглаживания поверхности индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой. Кроме того, исследовали влияние проблемы стабильности исходной структуры на примере реальных изделий, в частности на примере пары «чугунная тормозная колодка - железнодорожное колесо».

Ультразвуковая обработка была использована как метод интенсивного предварительного перед изнашиванием воздействия на поверхностный слой металлического материала. Характер ультразвукового воздействия в значительной степени зависит от силы прижатия индентора к поверхности образца (Р). В данной работе величину Р изменяли в диапазоне от 24,5 до 196 Н, Характер изменения свойств поверхностного слоя по глубине оценивали путем измерения микротвердости. Анализ экспериментальных результатов, свидетельствует о том, что наиболее высокий уровень микротвердости (4700 МЛа) соответствует обработке индентором, прижатым к поверхности образца с силой Р = 24,5 Н. Микротвердость образцов, обработанных с величинами Р = 49, 98 и 196 Н составляет 4300, 3750 и 3570 МПа соответственно. С ростом значения прижимающей силы глубина упрочненного слоя возрастает, однако максимальный уровень микротвердости несколько снижается.

Анализ структуры деформированных слоев, представленных на рис. 15, свидетельствует о том, что для значений Р = 24,5; 49 и 98 Н характерно образование высокодефектных слоев, в которых существенно снижена доля карбидных частиц и наблюдаются вытянутые несплошности. Образование этих несплошноетей возможно за счет "намазывания" материала неровностей друг на друга, а так же за счет вытягивания дефектов, образовавшихся при деформации материала.

Рис. 15. Структура поверхностного слоя стали У8+0,1 %Т( после улыразвувдвдй обработки с прнжимающ:й индвнхор силой а) - Р = 24,5 К, 6) -1* = 48 Н,

Обработка поверхностного слоя индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, приводит к активизации процессов диффузии, стимулированной деформацией. Так на рис. 156 видно, что под бескарбидным слоем имеется область с повышенной долей глобулярных карбидов. Эти карбиды

без УЗО 24,5 49 98 196 Прижимающая нагрузка, Н

Рис. ¡6. Потер* массы образцов после 20 мин изнашивания.

имеют большие размеры, чем частиць! карбида в исходной структуре. При обработке с Р = 196 Н бес карбидный слоя отсутствует. Следов интенсивного растворения карбидных частиц не наблюдается. Имеет место ориентация карбидных пластинок под углами примерно 15 - 45 ° к поверхности. Образцы, подвергнутые ультразвуковой

обработке, изнашивали по схеме "вал - колодка" в условиях граничной смазки. Сравнительная диаграмма величин износа исследуемых образцов приведена на рис. 16. Анализ представленных данных свидетельствует о том. что ультразвуковая обработка повышает износостойкость материала. Минимальный износ наблюдается у образцов, обработанных по режиму УЗО при значениях Р = (00 Н.

Структурные изменения, имеющие место при изнашивании образцов, подвергнутых предварительной ультразвуковой обработке, представлены на рис. 17, 18. Интенсивному изнашиванию образцов, предварительно обработанных индентором с усилием Р = 24,5, 49, 98 Н, препятствуют высокопрочные слои материала (рис.17).

В процессе изнашивания образцов, подвергнутых предварительной ультразвуковой обработке с величиной Р = 196 Н, высокопрочный слой формируется непосредственно при изнашивании. На представленных фотографиях отчет;] и во видно налич ие слоя с трудной ы являемой структурой на поверхности

Рис 17 Структура поверхностного слоя стали У8+0,1%Т1 после ультразвуковой обработки с прижимающей силой Р=98 Н и изнашивания

Рис. 18. Сгрук1ура поверхностного слоя стали У8+0,1% "П после УЗО с прижимающей силой Н и изнашивания

изнашивания (рис. 18). Крупных карбидных частиц в этом слое не наблюдается. По границе между бескарбидным слоем и нижележащим объемом металла проходят магистральные трещины. Образование трещин такого рода должно контролировать процесс отделения продуктов износа.

Практическим примером, характеризующим стабильность исходной структуры реального изделия, является взаимодействие чугунной колодки и стального железнодорожного колеса Методами структурного анализа были выявлены структурные превращения, происходящие при высокоинтенсивном торможении Анализ состояния рабочих поверхностей тормозных колодок позволяет отметить, что во время их эксплуатации стадии приработки и установившегося трения имеют ярко выраженный характер Установлено, что наиболее негативное влияние тормозная колодка оказывает на железнодорожное колесо на стадии приработки В свою очередь, на стадии приработки можно выделить два этапа, различающихся между собой по характеру доминирующих процессов На первом этапе реализуется контакт железнодорожного колеса с абразивным слоем колодки, представляющим собой вкрапления песчано-глинистых литейных форм, на втором - колеса с чугуном, находящемся непосредственно под абразивным слоем Под воздействием новых тормозных колодок имеет место интенсивный абразивный износ поверхности катания железнодорожных колес В результате этого происходит неконтролируемое изменение геометрии колес

При испытаниях дисков из колесной стали марки 2 в условиях трения о неприработанную, то есть загрязненную неметаллическими вкраплениями, поверхность чугунной колодки и о поверхность механически обработанной (чистой) колодки интенсивность изнашивания составила 1,41 ± 0,11 мг/км и 0,175 ± 0,012 мг/км соответственно Таким образом, интенсивность изнашивания колесной стали при взаимодействии с загрязненными неметаллическими вкраплениями чугунными образцами примерно в 8 раз больше интенсивности изнашивания при взаимодействии с механически обработанными (шлифованными) образцами

При устранении абразивного слоя реализуется второй этап приработки, на котором осуществляется контакт между чугуном (колодкой) и сталью (колесом) Особенностью контакта этих элементов на стадии приработки является то, что он осуществляется в ограниченном количестве пятен, т е локализовано Неполный контакт характеризуется повышенным уровнем механических напряжений в зоне взаимодействия колодки и колеса, интенсивным локальным нагревом выше 730 °С В результате проведенных металлографических исследований было установлено, что на второй стадии приработки колодки и колеса в подповерхностных зонах колодки на участках, вступающих в контакт с поверхностью железнодорожного колеса, образуется мартенситная прослойка (рис 19а)

Толщина мартенситной прослойки составляет ~ 100 200 мкм Образование мартенсита обусловлено интенсивным нагревом поверхностного слоя в процессе торможения, образованием аустенита и быстрым отводом тепла в глубь чугунной колодки при прекращении торможения, т е при отводе тормозной колодки от колеса

Характер изменения микротвердости чугуна по глубине упрочненного слоя отражен на рис 196 Максимальное значение микротвердости закаленного слоя составляет 7800 МПа Таким образом, следует подчеркнуть, что в процессе приработки на чугунных колодках возможно образование закален-

16

пых пятен, обладающих весьма высоким уровнем твердости. При последующем торможении, т.е. при прижатии колодки к колесу закаленный участок

-Г" незакаленная тона -"-закаленная юна

\

\

Л\

' V

200 400 600

Расстояние от поверхности, мкм

Рис. [У Мартенсит в закаленной зоне чуянной колодки (а) н распределение микротъердостн в поверхностном слое колодки (б).

поверхности колодки оказывает сугубо негативное влияние на поверхность железнодорожного колеса, приводя к его ускоренному износу. Проанализированный случай, связанный с кардинальной перестройкой поверхностного слоя детали, можно представить как аномальный. С другой стороны нестабильность исходной структуры чугуна колодки (и стали колеса), приводящая к ускоренному выходу дорогостоящих изделий (колесных пар вагонов) проявляется достаточно часто и с этой точки зрения отмеченное явление считается достаточно типичным. Таким образом, роль стабильности структуры в развитии процессов изнашивания неоднозначна. В реальных условиях взаимодействия трущихся тел возможны перестройка дислокационной структуры, преобразования карбидной фазы, распад пересыщенных твердых растворов, формирование закаленных слоев.

Пятая глава также содержит описание практического использования результатов диссертационной работы. По заказу ОАО НПО «Сибсельмаш» (г. Новосибирск) выполнены работы по упрочнению прокатных валков из стали 9ХС. Износостойкость упрочненного инструмента повышена по сравнению с заводским в три раза. Разработана и опробована технология комбинированного термопластического упрочнения деталей горного оборудования, обеспечивающая повышение их стойкости в условиях трения скольжения в присутствии абразива. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на механико-технологическом факультете Новосибирского государственного технического университета.

В приложении приведены акты промышленного использования, свидетельствующие об использовании результатов исследований в промышленности и в учебном процессе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

Изменение структуры поверхностного слоя является типичным для процесса изнашивания металлических материалов. Степень стабильности ис-

ходной структуры зависит от интенсивности взаимодействия изнашиваемого материала и контртела По мере повышения интенсивности изнашивания усиливаются структурные преобразования в поверхностном слое происходит перестройка дислокационной структуры, преобразуется карбидная фаза, изменяется ее объемная доля, распадается пересыщенный твердый раствор, формируется закаленный слой (при прекращении подвода энергии) С учетом проведенных исследований сделаны следующие выводы

1 В условиях трения скольжения исследованных материалов уже на первых циклах нагружения происходит фрагментация структуры Эта фрагментация, с образованием ячеистой структуры, осуществляется во всех исследованных металлах с ОЦК, ГЦК и ГПУ структурой Средний размер образовавшихся в вольфраме, молибдене и меди дислокационных ячеек составляет-20 100 нм

2 Методом рентгеноструктурного анализа, с использованием синхро-тронного излучения в режиме реального времени, установлено, что в процессе трения реализуются процессы накопления и аннигиляции дефектов дислокационного происхождения, что сопровождается циклическими колебаниями остаточных напряжений первого и второго рода В процессе проведенных структурных исследований установлено, что по мере приближения к поверхности трения амплитуда колебаний напряжений первого рода возрастает, а максимальные значения напряжений снижаются Это свидетельствует о повышенной способности поверхностного слоя к релаксации напряжений

3 Установлено, что при трибонагружении титана изменения остаточных деформаций кристаллической решетки в направлениях параметров элементарной ячейки а и с противоположны по знаку С использованием методов рентгеноструктурного анализа показано, что накопление, а также релаксация остаточных напряжений происходит циклически и одновременно по параметрам а и с

4 С использованием методов металлографических и электронномикро-скопических исследований установлено, что в процессе трения скольжения без смазки под воздействием интенсивной деформации и нагрева в поверхностных слоях сталей происходят значительные структурные изменения карбидной фазы, сопровождающиеся разрушением цементитных пластин, их динамическим растворением и последующим выделением в виде глобулярных частиц Анализ температуры и времени сфероидизации цементитных частиц свидетельствует о том, что этот процесс в значительной степени является де-формационно-стимулированным Склонность цементитных частиц к растворению облегчает перестройку дислокационной структуры деформируемого слоя В высокохромистых сталях, содержащих карбид типа (Ре, Сг)23С6, при реализации аналогичных условий трения, процессы, приводящие к релаксации напряжений, выражены в меньшей степени, что в итоге способствует более раннему отделению продуктов износа

5 В процессе проведенных триботехнических исследований установле-но^ что с повышением содержания хрома стойкость низкоуглеродистых сталей при изнашивании о закрепленные абразивные частицы повышается, од-

18

нако при равной твердости больший уровень износостойкости обеспечивают менее легированные стали

6 Исследовано влияние предварительной обработки сталей инденто-ром, колебнощимся с ультразвуковой частотой, на структуру поверхностного слоя Установлено, что характер происходящих процессов в значительной степени зависит от силы прижатия индентора к образцу Р При значениях Р в пределах 24,5 98 Н в поверхностном слое эвтектоидной стали происходит растворение цементитных частиц и формируется тонкий "бескарбидный" слой Методами структурного анализа обнаружен подповерхностный слой с повышенной долей карбидных частиц Обработка при значениях силы Р = 196 Н, обеспечивая формирование более глубокого упрочненного слоя, не приводит к полному растворению цементита Изнашивание слоя, содержащего измельченные в процессе предварительной обработки карбиды, сопровождается их растворением в процессе трения, образованием и быстрым развитием подповерхностных трещин

7 На примере пары трения "тормозная чугунная колодка - железнодорожное колесо" показано, что условия взаимодействия трущихся тел на разных этапах эксплуатации могут кардинально отличаться На первом этапе приработки колодок интенсивность изнашивания колесной стали марки 2 в 8 раз больше по сравнению с механическими обработанными (шлифованными) образцами На втором этапе процесса приработки чугунной колодки в результате интенсивного нагрева локальных, наиболее выступающих участков рабочей поверхности и быстрого отвода тепла в глубь изделия происходит закалка поверхностного слоя чугуна Микротвердость закаленных зон достигает 7800 МПа Закаленные зоны оказывают негативное влияние на поверхность железнодорожного колеса, приводя к его ускоренному износу Показано, что существующая технология литья чугунных тормозных колодок не обеспечивает стабильности исходной структуры поверхностных слоев в процессе приработки, что является причиной повышения уровня износостойкости чугунных тормозных колодок, и как следствие - ускоренного износа колес железнодорожных вагонов

8 С учетом результатов диссертационной работы по заказу ОАО НПО «Сибсельмаш» (г Новосибирск) предложена технология упрочнения прокатных валков из стали 9ХС Износостойкость упрочненного инструмента повышена по сравнению с заводским в три раза Разработана и опробована технология комбинированного термопластического упрочнения деталей горного оборудования, обеспечивающая повышение их стойкости в условиях трения скольжения в присутствии абразива Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на механико-технологическом факультете Новосибирского государственного технического университета

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1 Эволюция параметров тонкой структуры поверхностного слоя металлов при трибологическом нагружении / Д Е Буторин, С В Буров, С П Иванов // Труды 2 международной научно-техн конф "Экспериментальные методы в фи-

}

зике структурно-неоднородных конденсированных сред" - Барнаул Изд-во АГУ,2001 -С 53-57

2 Буров С В Износ железнодорожных колес при притирке чугунных тормозных колодок 1С В Буров, А А Батаев // Сборник научных трудов НГТУ, 2002 - № 4 (30) - С 153-154

3 Буров С В Влияние легирования конструкционных низкоуглеродистых сталей хромом на морфологию карбидной фазы и износостойкость при сухом трении скольжения У С В Буров И Обработка металлов - 2005 - № 4 (29) - С 26-27

4 Burov S V Studying evolution of the structure of superficial layers GZM and OZM metals at friction using diffractometry of syncrotron radiation / S V Burov // Modem technique and technologies МТГ2005 proc of the 11 intern scientific and practical conf, Tomsk - Tomsk, 2005 - P 115-116 [Изучение эволюции структуры поверхностных слоев ГЦК и ОЦК металлов при трении с использованием дифрактометрии синхротронного излучения]

5 Особенности взаимодействия чугунных тормозных колодок с колесами железнодорожных вагонов на стадии приработки / А А Батаев, С В Буров, В Г Буров, И А Батаев, Я С Лизункова // Известия высших учебных заведений Черная металлургия - 2006 - № 8 - С 29-31

6 Буров С В Остаточные напряжения в поверхностном слое a-Ti при трении скольжения без смазки / С В Буров // Обработка металлов - 2006 - № 3 (32) - С 27-29

7 Морфология карбидной фазы и износостойкость при сухом трении скольжения низкоуглеродистых сталей, легированных хромом / С В Буров, К Е Фризе, Ю В Афонин / 4 Всероссийская научно-практ конф "Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе", Новосибирск, 2006 - С 220-223

8 Пластическое деформирование ультразвуковым инструментом наплавленных упрочняющих слоев / В Г Буров, А М Кручшшн, С В Буров, А А Бивалькевич, И А Батаев//Обработка металлов -2005 -№3(28) - С 21

Подписано в печать 20 04 2007 г Формат 84x60x1/16 Бумага офсетная Тираж 100 экз Печ л 1.25 Заказ № Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г Новосибирск, пр К Маркса, 20

ВВЕДЕНИЕ.

1. СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ТРЕНИИ И ИЗНАШИВАНИИ (литературный обзор).

1.1. Изнашивание при трении. Общие термины и определения.

1.2. Классификации видов изнашивания.

1.3. Связь параметров трибосистемы с механизмами изнашивания.

1.4. Структурная теория износостойкости.

1.5. Эволюция дислокационной структуры при трении.

1.6. Эволюция фазового состава металлического материала при трении.

1.7. Отделение продуктов износа.

1.8. Структурно - энергетический аспект трения.

1.9. Постановка задач исследования.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Материалы для исследований.

2.1.1. Сплавы на основе железа.

2.1.2. Цветные металлы

2.2. Структурные исследования.

2.2.1. Оптическая металлография.

2.2.2. Растровая электронная микроскопия.

2.2.3. Трансмиссионная электронная микроскопия.

2.2.4. Дифрактометрия синхротронного излучения.

2.2.5. Рентгеновский фазовый анализ.

2.3. Механические испытания

2.3.1. Измерение твердости.

2.3.2. Испытания на износостойкость.

2.3.2.1. Трение о закрепленные частицы абразива.

2.3.2.2. Трение скольжения.

2.3.2.3. Определение относительной износостойкости материалов в условиях изнашивания в потоке абразивных частиц.

2.4. Обработка результатов экспериментов.

2.5. Ультразвуковая обработка.

2.6. Измерение температуры на поверхности трения.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МЕТАЛЛОВ С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКТОМЕТРИИ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

3.1. Эволюция структуры поверхностных слоев меди при трении скольжения без смазки.

3.2. Эволюция структуры поверхностных слоев ОЦК металлов при трении скольжения без смазки.

3.3. Эволюция структуры поверхностного слоя титана при трении скольжения без смазки.

3.4. Выводы.

4. СВЯЗЬ СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ СТАЛЕЙ С ТИПОМ И МОРФОЛОГИЕЙ КАРБИДНОЙ ФАЗЫ.

4.1. Структурные изменения в поверхностном слое отожженной эвтек-тоидной стали при трении скольжения без смазки.

4.1.1. Температура в зоне трения.

4.1.2. Преобразование карбидной фазы в поверхностном слое эвтектоидной стали при трении скольжения без смазки.

4.2. Влияние легирования низкоуглеродистой стали хромом на строение карбидной фазы.

4.3. Влияние легирования низкоуглеродистой стаж хромом на твердость.

4.4. Влияние легирования низкоуглеродистой стали хромом на стойкость в условиях абразивного изнашивания.

4.4.1. Изнашивание о закрепленные абразивные частицы.

4.4.2. Изнашивание сталей воздушноабразивным потоком частиц.

4.5. Влияние легирования низкоуглеродистой стали хромом на процессы изнашивания и структурные изменения при трении скольжения без смазки.

4.5.1. Объемный износ сталей с различной степенью легирования хромом в условиях трения скольжения без смазки.

4.5.2. Структурные изменения в поверхностных слоях сталей, легированных хромом, при трении скольжения без смазки.

4.6. Выводы.

5. ВЛИЯНИЕ ИСХОДНОЙ СТРУКТУРЫ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ НА ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ.

5.1. Влияние импульсного пластического деформирования индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, на свойства и структуру эвтектоидной стали.

5.2. Особенности изнашивания эвтектоидной стали, подвергнутой импульсной ультразвуковой обработке.

5.3. Структурные изменения в сером чугуне в условиях трения скольжения.

5.3.1. Дефекты литой поверхности чугунных тормозных колодок в состоянии поставки.

5.3.2. Триботехнические испытания поверхности колодки в состоянии поставки.

5.3.3. Превращения в чугуне, обусловленные его нагревом в процессе трения.

5.4. Выбор технологии упрочнения раскатных роликов для ротационной раскатки трубных заготовок.

5.5. Выбор технологии упрочнения деталей погружного перфоратора.

5.6. Выводы.

С первой половины прошлого столетия в связи с огромными, постоянно нарастающими затратами на ремонт и восстановление изношенных деталей машин и механизмов, проблемы трения и изнашивания стали предметом научных исследований. Во второй половине 20 века вопросам трибологии и повышения износостойкости было посвящено значительное количество работ, результаты которых опубликованы в широкоизвестных монографиях Ф.П. Боудена и Д. Тейбора [1], М.М. Хрущева и М.А. Бабичева [2], И.В. Крагель-ского [3], В.Н. Кащеева [4], И.М. Любарского и Л.С. Палатника [5], Б.И. Кос-тецкого [6] и др. Во многих работах подходы к вопросу изнашивания были основаны на бурно развивавшейся механике сплошных сред, и рассмотрение процессов изнашивания сводилось к схемам контактирования тел и макропоказателям как трибосистем, так и материалов, в них задействованных. Были разработаны общие критерии конструирования триботехпических узлов, в том числе и систем их охлаждения и смазки. Результаты этих работ широко используются в практике конструирования и эксплуатации узлов трения и в настоящее время. Конструкторский подход к повышению износостойкости на данный момент себя уже почти исчерпал.

К концу 20 века произошел значительный качественный скачок в развитии техники, связанный с достижениями трибологии, зафиксировавшей к тому времени огромное количество фактических данных об износостойкости реальных пар трения, а также достижения нефтехимической промышленности, производящей смазочные материалы. Благодаря этому во многих случаях практического использования многократно возросла надёжность трибоуз-лов. Так, например, для профессиональной автотехники пробег более 1 млн. км без капитального ремонта двигателя и трансмиссии уже не редкость, хотя еще полвека назад даже постановка такой задачи казалась нереальной. Созданы целые классы материалов для работы в условиях активного трибонаг-ружения. Это различные наплавочные материалы на основе карбидов тугоплавких металлов, стали с метастабильным аустенитом, широкий спектр антифрикционных бронз и композиционных материалов. В значительной степени развита и продолжает активно развиваться технология нанесения защитных износостойких покрытий.

С шестидесятых годов прошлого столетия в металлофизике трения стала обсуждаться идея о том, что износ металлических материалов невозможен без пластической деформации поверхностных слоев, а отделение продуктов износа контролируется прочностными характеристиками этого нового, структурно измененного материала поверхности. Одно из основных течений в трибологии связано с изучением свойств измененных трением структур и моделированием процессов деформирования. Изменение структуры материалов, сопровождающееся упрочнением, неоднозначно влияет на износостойкость, поскольку при треиии могут происходить процессы фазовых превращений, растворения частиц упрочняющей фазы с образованием новых твердых растворов. Эти процессы активируются механическим воздействием и разогревом металла в области фрикционного контакта. Так, в сталях может происходить образование аустенита и мартенсита трения, отпуск мартенсита, растворение частиц карбидной фазы. Фазовые превращения приводят к качественным изменениям процессов изнашивания. На сегодняшний день отсутствуют систематизированные данные о таких изменениях, они носят разрозненный характер. Можно предположить, что способность материала сохранять при термическом и деформационном воздействии количественно и качественно свой фазовый состав и структуру определённо должна влиять и на количественные характеристики износа материалов.

Исследование кинетики структурных изменений стало возможным с появлением акустоэмиссионных [7-9], оптико-телевизионных, и основанных на дифрактометрии синхротронного излучения методов [10-13]. Традиционные методы изучения структуры и напряженно-деформированного состояния металлических материалов такой возможности не дают.

В настоящее время для выработки общих рекомендаций по выбору структуры и термической обработки материалов пар трения необходимым является обобщение экспериментальных данных об эволюции дислокационной и фазовой структуры в процессе трения. Влияние факторов, затормаживающих или качественно изменяющих структурную эволюцию поверхностных слоев материалов при изнашивании, также требует детализации.

Целью данной работы является: выявление роли стабильности дислокационной структуры и присутствующих в сплавах фаз в обеспечении износостойкости металлических материалов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования РФ (грант АОЗ-3.18-381 по теме " Выявление роли стабильности структуры в обеспечении износостойкости металлических материалов ") и в соответствии с планом работ по государственному контракту № 02.438.11.7025 "Научно-организационное, методическое и техническое обеспечение организации и поддержки научно-образовательных центров в области машиностроения и осуществление на основе комплексного использования материально-технических и кадровых возможностей совместных исследований и разработок", выполняемого в рамках федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники"

Научная новизна работы:

Научная новизна работы:

1. Методом рентгеноструктурного анализа с использованием синхро-тронного излучения в режиме «дифракционное кино» установлено, что в процессе трения реализуются процессы накопления и аннигиляции дефектов дислокационного происхождения, что сопровождается циклическими колебаниями остаточных напряжений первого и второго рода. В процессе проведенных структурных исследований установлено, что по мере приближения к поверхности трения амплитуда колебаний напряжений первого рода возрастает, а максимальные значения напряжений снижаются. Это свидетельствует о повышенной способности поверхностного слоя к релаксации напряжений.

2. Установлено, что при трибонагружении титана изменения остаточных деформаций кристаллической решетки в направлениях параметров элементарной ячейки awe противоположны по знаку. С использованием методов рентгеноструктурного анализа показано, что накопление, а также релаксация остаточных напряжений происходят циклически и отражаются на синхронном изменении параметров а и с.

3. Установлено, что в процессе трения скольжения без смазки под воздействием интенсивной деформации и нагрева в поверхностных слоях сталей происходят значительные структурные изменения карбидной фазы, сопровождающиеся разрушением цементитных пластин, их динамическим растворением и последующим выделением в виде глобулярных частиц. Склонность цементитных частиц к растворению облегчает перестройку дислокационной структуры деформируемого слоя. В высокохромистых сталях, содержащих карбид типа (Fe, Сг)2зСб, при реализации аналогичных условий трения, процессы, приводящие к релаксации напряжений, выражены в меньшей степени, что в итоге способствует более раннему отделению продуктов износа. На примере углеродистых и легированных хромом сталей сделан вывод о неоднозначном влиянии стабильности исходной структуры на характер изнашивания материала.

Достоверность результатов исследований обеспечивается: соответствием результатов работы современным представлениям о природе процессов, происходящих в зоне контакта трущихся тел; соответствием полученных закономерностей данным других авторов; использованием различных методов исследований и согласованностью полученных результатов.

Научная и практическая значимость работы.

1. Спроектирована и изготовлена установка, позволяющая проводить рентгенографические исследования с использованием синхротронного излучения при трибонагружении цилиндрической поверхности дисковых образцов. Особенности разработанной методики обеспечивают анализ структурных преобразований непосредственно в процессе изнашивания материалов (в режиме реального времени). Разработанное оборудование реализует методику дифрактометрии синхротронного излучения при различных глубинах анализируемого поверхностного слоя материала.

2. Изучены особенности изнашивания поверхностей катания железнодорожных колес при взаимодействии с чугунными тормозными колодками. Выявлены характерные стадии эксплуатации пары трения. Показано, что на первом этапе приработки колодок интенсивность изнашивания колесной стали в 8 раз больше по сравнению с механически обработанными (шлифованными) образцами. Микротвердость закаленных зон, образующихся на втором этапе приработки, достигает 7800 МПа. Закаленные зоны оказывают негативное влияние на поверхность железнодорожного колеса, приводя к его ускоренному износу. Показано, что существующая технология литья чугунных тормозных колодок не позволяет обеспечить высокое качество рабочих поверхностей, что является причиной ускоренного износа колес железнодорожных ва-: гонов.

3. Результаты работы могут быть использованы при решении прикладных задач, связанных с разработкой материалов, испытывающих одновременное воздействие деформации и нагрева в процессах трения.

4. С учетом результатов диссертационной работы по заказу ОАО НПО «Сибсельмаш» (г. Новосибирск) предложена технология упрочнения прокатных валков из стали 9ХС. Износостойкость упрочненного инструмента повышена по сравнению с заводским в три раза. Разработана и опробована технология комбинированного термопластического упрочнения деталей горного оборудования, обеспечивающая повышение их стойкости в условиях трения скольжения в присутствии абразива

5. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на механико-технологическом факультете Новосибирского государственного технического университета.

На защиту выносятся:

1. Экспериментальные данные металлографических и электронномикроскопических исследований поверхностных слоев материалов, подвергнутых изнашиванию.

2. Результаты испытаний углеродистых и легированных сталей при абразивном изнашивании и при трении скольжения.

3. Результаты рентгеноструктурных исследований поверхностных слоев ОЦК, ГЦК и ГПУ - металлов в процессе изнашивания, полученные методом динамической дифрактометрии синхротронного излучения в режиме «дифракционное кино».

Апробация работы!

Результаты работы были представлены и обсуждались на конференциях, семинарах и симпозиумах:

- Второй международной научно-технической конференции "Экспериментальные методы в физике структурно неоднородных конденсированных сред" (Барнаул, 2001 г.);

- Третьем Российско-Корейском международном симпозиуме по науке и технологии КОИ-Ш 99 (Новосибирск, 1999 г.);

- региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука. Техника. Инновации" (Новосибирск, 2002 г.);

- XVII Уральской школе металловедов - термистов (Киров, 2004 г.);

- VI Уральской школе-семинаре металловедов - молодых ученых (Екатеринбург, 2004 г.);

- XV Международной конференции по использованию синхротронного излучения (Новосибирск, 2004 г.);

- международной конференции "Наука. Технологии. Инновации" (Новосибирск, 2005 г.),

- XI международной научно-практической конференции "Современная техника и технологии" (Томск, 2005 г.);

- XVIII Уральской школе металловедов-термистов "Актуальные проблемы металловедения сталей и сплавов" (Тольятти, 2006 г.);

- VII Уральской школе-семинаре металловедов - молодых ученых (Екатеринбург, 2006 г.).

Публикации:

По результатам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, из них 4 статьи в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов диссертационных работ, 3 публикации - в сборниках трудов российских и международных конференций, 1 публикация - в сборнике научных трудов НГТУ.

Структура диссертации:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 150 наименований, и приложения. Диссертация содержит 185 страниц основного текста, в том числе 87 рисунков и 2 таблицы.

5.6. Выводы

Анализ полученных результатов позволяет следующие выводы о влиянии исходного состояния поверхностного слоя железоуглеродистых сплавов на структурные изменения, происходящие при трении и изнашиннии.

1. Исследовано влияние обработки сталей индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, на структуру поверхностного слоя. Установлено, что характер происходящих процессов в значительной степени зависит от силы прижатия индентора к образцу Р. При значениях Р в пределах 24,5.98 Н в поверхностном слое эвтектоидной стали происходит растворение цементит-ных частиц и формируется тонкий "бескарбидный" слой. При реализации некоторых режимов обработки обнаружен подповерхностный слой с повышенной долей карбидных частиц. Обработка при значениях силы Р = 196 Н, обеспечивая формирование более глубокого упрочненного слоя, не приводит к полному растворению цементита.

2. Характер отделения продуктов износа в сталях с предварительно сформированным безкарбидным слоем и со слоем, содержащим деформированные и разрушенные цементитные пластины, существенно различается. Изнашивание слоя, содержащего измельченные в процессе предварительной обработки карбиды, сопровождается их растворением в процессе трения, образованием и быстрым развитием подповерхностных трещин.

3. На примере пары трения "тормозная чугунная колодка - железнодорожное колесо" показано, что условия взаимодействия трущихся тел на разных этапах эксплуатации могут кардинально отличаться. Показано, что первый этап приработки колодки к колесу связан с реализацией аномальных условий взаимодействия. Характер взаимодействия колодки и колеса на данном этапе эксплуатации соответствует механизму изнашивания материала при трении о закрепленные частицы абразива. Интенсивный износ колес обусловлен низким качеством рабочих поверхностей литых колодок, наличием поверхностных участков с прочно закрепленными абразивными включениями. Интенсивность изнашивания колесной стали марки 2 (по ГОСТ 10791-89) при взаимодействии с чугунными образцами, загрязненными абразивными включениями, в 8 раз больше по сравнению с механическими обработанными (шлифованными) образцами.

4. На втором этапе процесса приработки чугунной колодки в результате интенсивного нагрева локальных, наиболее выступающих участков рабочей поверхности и быстрого отвода тепла в глубь изделия происходит закалка поверхностного слоя чугуна. Микротвердость закаленных зон достигает 7800 МПа. При последующем торможении закаленные зоны оказывают негативное влияние на поверхность железнодорожного колеса, приводя к его ускоренному износу. Существующая технология литья чугунных тормозных колодок не позволяет обеспечить высокое качество рабочих поверхностей, что является причиной ускоренного износа колес железнодорожных вагонов.

5. С учетом результатов диссертационной работы по заказу ОАО НПО «Сибсельмаш» (г. Новосибирск) разработана и опробована технология термического упрочнения роликов из стали 9ХС, применяющихся для ротационной раскатки бесшовных высокопрочных труб, позволившая повысить стойкость инструмента в 3 раза. Для ОАО «МКК-Саянмрамор» (г. Саяногорск) разработана и опробована технология комбинированного термопластического упрочнения деталей погружного перфоратора, позволившая повысить их стойкость в условиях трения скольжения в присутствии абразива и ударно-усталостного нагружения в 2,5 раза. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на механико-технологическом факультете Новосибирского государственного технического университета.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведённых, рентгеноструктурных, металлографических и электронномикроскопических исследований выявлены особенности структурных изменений, свойственных металлическим материалам при трении. Установлено, что дислокационная структура как технически чистых однофазных металлов, так и гетерофазных сплавов при трении является нестабильной и претерпевает существенные изменения. Наличие в гетерофазных сплавах упрочняющих частиц, препятствующих перестроению дислокационной структуры не способно полностью предотвратить прохождение процессов структурной эволюции, поскольку фазовый состав также не является стабильным при трении.

На основании анализа проведенных исследований можно обобщить следующие основные результаты и выводы.

1. В условиях трения скольжения исследованных материалов уже на первых циклах нагружения происходит фрагментация структуры. Эта фрагментация, с образованием ячеистой структуры, осуществляется во всех исследованных металлах с ОЦК, ГЦК и ГПУ структурой. Средний размер образовавшихся в вольфраме, молибдене и меди дислокационных ячеек составля-ет~20.100 нм.

2. Методом рентгеноструктурного анализа, с использованием синхро-тронного излучения в режиме реального времени, установлено, что в процессе трения реализуются процессы накопления и аннигиляции дефектов дислокационного происхождения, что сопровождается циклическими колебаниями остаточных напряжений первого и второго рода. В процессе проведенных структурных исследований установлено, что по мере приближения к поверхности трения амплитуда колебаний напряжений первого рода возрастает, а максимальные значения напряжений снижаются. Это свидетельствует о повышенной способности поверхностного слоя к релаксации напряжений.

3. Установлено, что при трибонагружении титана изменения остаточных деформаций кристаллической решетки в направлениях параметров элементарной ячейки а и с противоположны по знаку. С использованием методов рентгеноструктурного анализа показано, что накопление, а также релаксация остаточных напряжений происходит циклически и одновременно по параметрам а и с.

4. С использованием методов металлографических и электронномикро-скопических исследований установлено, что в процессе трения скольжения без смазки под воздействием интенсивной деформации и нагрева в поверхностных слоях сталей происходят значительные структурные изменения карбидной фазы, сопровождающиеся разрушением цементитных пластин, их динамическим растворением и последующим выделением в виде глобулярных частиц. Анализ температуры и времени сфероидизации цементитных частиц свидетельствует о том, что этот процесс в значительной степени является деформационно-стимулированным. Склонность цементитных частиц к растворению облегчает перестройку дислокационной структуры деформируемого слоя. В высокохромистых сталях, содержащих карбид типа (Бе, Сг)гзСб, при реализации аналогичных условий трения, процессы, приводящие к релаксации напряжений, выражены в меньшей степени, что в итоге способствует более раннему отделению продуктов износа.

5. В процессе проведенных триботехнических исследований установлено, что с повышением содержания хрома стойкость низкоуглеродистых сталей при изнашивании о закрепленные абразивные частицы повышается, однако при равной твердости больший уровень износостойкости обеспечивают менее легированные стали.

6. Исследовано влияние предварительной обработки сталей индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, на структуру поверхностного слоя. Установлено, что характер происходящих процессов в значительной степени зависит от силы прижатия индентора к образцу Р. При значениях Р в пределах 24,5.98 Н в поверхностном слое эвтектоидной стали происходит растворение цементитных частиц и формируется тонкий "бескарбидный" слой. Методами структурного анализа обнаружен подповерхностный слой с повышенной долей карбидных частиц. Обработка при значениях силы Р = 196 Н, обеспечивая формирование более глубокого упрочненного слоя, не приводит к полному растворению цементита. Изнашивание слоя, содержащего измельченные в процессе предварительной обработки карбиды, сопровождается их растворением в процессе трения, образованием и быстрым развитием подповерхностных трещин.

7. На примере пары трения "тормозная чугунная колодка - железнодорожное колесо" показано, что условия взаимодействия трущихся тел на разных этапах эксплуатации могут кардинально отличаться. На первом этапе приработки колодок интенсивность изнашивания колесной стали марки 2 в 8 раз больше по сравнению с механическими обработанными (шлифованными) образцами. На втором этапе процесса приработки чугунной колодки в результате интенсивного нагрева локальных, наиболее выступающих участков рабочей поверхности и быстрого отвода тепла в глубь изделия происходит закалка поверхностного слоя чугуна. Микротвердость закаленных зон достигает 7800 МПа. Закаленные зоны оказывают негативное влияние на поверхность железнодорожного колеса, приводя к его ускоренному износу. Показано, что существующая технология литья чугунных тормозных колодок не обеспечивает стабильности исходной структуры поверхностных слоев в процессе приработки, что является причиной повышения уровня износостойкости чугунных тормозных колодок, и как следствие - ускоренного износа колес железнодорожных вагонов.

8. С учетом результатов диссертационной работы по заказу ОАО НПО «Сибсельмаш» (г. Новосибирск) предложена технология упрочнения прокатных валков из стали 9ХС. Износостойкость упрочненного инструмента повышена по сравнению с заводским в три раза. Разработана и опробована технология комбинированного термопластического упрочнения деталей горного оборудования, обеспечивающая повышение их стойкости в условиях трения скольжения в присутствии абразива. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на механико-технологическом факультете Новосибирского государственного технического университета.

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

2. Хрущев М. М. Абразивное изнашивание / М. М. Хрущев, М. А. Бабичев. М.: Наука, 1970. - 252 с.

3. Крагельский И. В. Трение и износ / И. В. Крагельский М. : Машиностроение, 1968.-480 с.

4. Кащеев В. Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов / В. Н. Кащеев. -М.: Машиностроение, 1978. -213 с.

5. Любарский И. М. Металлофизика трения / И. М. Любарский, Л. С. Палатник М.: Металлургия, 1976. - 176 с.

6. Костецкий В. И. Трение и износ при резании металлов / В. И. Костецкий-М.: Машгиз, 1955.-81 с.

7. Периодичность акустической эмиссии при сухом трении пары сталь -латунь / Ю. А. Фадин, А. М. Лексовский, Б. М. Гинзбург, В. П. Булатов // Письма в ЖТФ.- 1993.-Т. 19, вып. 5.-С. 10-13.

8. Акустические и электрические методы в триботехнике / А. И. Свириденок, Н. И. Мышкин и др. Минск : Наука и техника, 1987. - 280 с.

9. Попов В. Л. Генерация поверхностных волн при внешнем трении упругих твердых тел / В. Л. Попов, А. В. Колубаев // Письма в ЖТФ. 1995. --Т. 21, вып. 19.-С. 91-94.

10. Буторин Д. Е. Связь дислокационных механизмов упрочнения с показателями прочности, трещиностойкости и износостойкости углеродистых сталей : автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук / Д. Е. Буторин. Новосибирск, 2002. - 19 с.

11. Барахтин Б. К. Кинетика структурных изменений при ползучести / Б. К. Барахтин // Известия вузов. Физика. 1986. -№ 11. - С. 111-113.

12. Барахтин Б. К. Кинетика искажений структуры деформированных металлов по данным малоуглового рассеяния синхротронного излучения / Б.

13. К. Барахтин, С. А. Иванов // Известия вузов. Физика. 1982. - № 8. - С. 107109.

14. Эффект периодического изменения дефектной структуры при пластической деформации / Б. К. Барахтин, В. И. Владимиров, С. А. Иванов, И. А. Овидько, А. Е. Романов // Физика твердого тела. 1986. - Т. 28, вып 7,1. C.2250-2252.

15. Rigney D. A. Viewpoint set on materials aspect of wear introduction /

16. D. A. Rigney // Scripta Metallurgica et Materialia. 1990. - Vol. 24 - P. 799-803.

17. Тушинский Jl. И. Проблемы материаловедения в трибологии. / Л. И. Тушинский, Ю. П. Потеряев Новосибирск. : Изд-во НЭТИ, 1991. - 64 с.

18. Справочник по триботехнике. В 3 т. Т. 1. Теоретические основы / под общ. ред. М. Хебды, А. В. Чичинадзе. М. : Машиностроение, 1989.-400 с.

19. ГОСТ 23.002-78. Обеспечение износостойкости изделий. Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения. М. : Изд-во стандартов, 1980.- 14 с.

20. Диссипация энергии Электронный ресурс. // Большая советская энциклопедия, электронная версия. М. : Науч. изд-во "Большая Российская энциклопедия", 2002. - 3 электрон, опт. диска (CD-ROM).

21. Трение, изнашивание и смазка : справочник. В 2 кн. Кн. 2 / под ред. И. В. Крагельского, В. В. Алисина. М. : Машиностроение, 1978 - 1979. -358 с.

22. Хрущов M. М. Абразивное изнашивание / M. М. Хрущов, М. А. Бабичев. М. : Наука, 1970. - 252 с.

23. Основы трибологии : учеб. для техн. ВУЗов / под ред. А. В. Чичинадзе. М. : Центр "Наука и техника", 1995. - 778 с.

24. Williams J. A. Wear modelling: analitical, computational and mapping. A continuum mechanics approach / J. A. Williams // Wear. 1999. - P. 225-229.

25. Трибология: Исследование и приложение : опыт США и стран СИГ / под ред. В. А. Белого, К. Лудени, Н. К. Мышкина. М. ; Нью-Йорк : Машиностроение, Алертон пресс, 1993. - 454 с.

26. Zum-Gahr К. H. Microstructure and wear of materials / К. H Zum-Gahr. Amsterdam et al. : Elsevier, 1987. - 560 p.

27. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин / В. Д. Зозуля, Е. Л. Шведков, Д. Я. Ровинский, Э. Д. Браун. Киев. : Наукова думка, 1990.-264 с.

28. Марков Д. П. Адгезионно-инициируемые типы катастрофического изнашивания / Д. П. Марков, Д. Келли // Трение и износ. 2002. - № 5. - С. 483^93.

29. Бершадский J1. И. Структурная самоорганизация трибосистем и возможности конструирования износостойких материалов / JI. И. Бершадский // Структура и конструктивная прочность стали. Новосибирск. : Изд-во НЭТИ, 1989. - С. 96-103.

30. Зильберг Ю. В. О некоторых терминах трения, изнашивания и смазки / Ю. В. Зильберг // Трение и износ. 1991. -№ 5. - С. 884-890.

31. Матвеевский Р. М. Замечания к статье Ю. В. Зильберга «О некоторых терминах трения, изнашивания и смазки» / Р. М. Матвеевский // Трение и износ. 1991. -№ 5. - С. 891-892.

32. Gates J. D. Two-body and three-body abrasion: a critical discussion / J. D. Gates // Wear. 1998. - Vol. 214. - P. 139-146.

33. Абразивное изнашивание / В. H. Виноградов, Г. M. Сорокин, M. Г. Колокольников. M. : Машиностроение, 1990.-224 с.

34. Поверхностная прочность материалов при трении / под ред. Б. И. Костецкого. Киев, 1976.-291 с.

35. Шейнман Е. J1. Абразивный износ : обзор американ. печати / Е. JI. Шейнман//Трение и износ.-2005.-№ 1.-С. 100-111.

36. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов и покрытий на газоабразивное изнашивание с помощьюцентробежного ускорителя: ГОСТ 23.201-78. Введ. 2001-01-79. - М., 1978.

37. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы: ГОСТ 23.208-79. Введ. 2001-03-81. -М., 1980.

38. Металлы. Метод испытания на абразивное изнашивание при трении о закрепленные абразивные частицы: ГОСТ 17367-71. Введ. 2001-01-73.-М., 1972.

39. Мильман Ю. В. Структурные аспекты абразивного износа материалов / Ю. В. Мильман, Д. В. Лоцко // Структурная самоорганизация и оптимизация триботехнических характеристик конструкционных материалов / Тез. докл. конф., сентябрь 1990. Киев, 1990. - С. 5.

40. Кривенко И. И. Удельная сила трения как характеристика уровня структурной приспосабливаемости материалов при трении / И. И. Кривенко // Трение и износ. 1995. - № 4. с. 727-733.

41. Трение, изнашивание и смазка : справочник. В 2 кн. Кн. 1. / под ред. И. В. Крагельского, В. В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. - 400 с.

42. Larsen-Basse J. Effect of composition, microstructure, and surface condition on the wear of cemented carbides / J. Larsen-Basse // Journal of metals. 1983.-Vol. 11. -P. 35-42.

43. Larsen-Basse J. Influence of grit diameter and specimen size on wear during sliding abrasion / J. Larsen-Basse // Wear. 1968. - № 12 - P. 35-53.

44. Nathan G. K. The empirical relationship between abrasive wear and applied conditions / G. K. Nathan, W. J. D. Jones / Wear. 1966. - № 9. - P. 300309.

45. Износостойкость и структурные превращения высокохромистых инструментальных сталей при трении / JI. Г. Коршунов, И. Н. Веселов, М. С. Хадыев // Термическая обработка и физика металлов. Вып.5. Свердловск : изд-во УПИ им. С. М. Кирова, 1978. - С. 101-110.

46. Мослех М. Влияние глубокого вакуума и/или высоких температур на трение подшипников скольжения / Мохсен Мослех // Трение и износ. 2001. -№ 5. -С. 527-533.

47. О структурно-динамических аспектах трения металлов / J1. И. Бершадский, С. В. Варнавин, С. Н. Нагорных, Г. Ф. Сарафанов // Трение и износ. 1994. - № 1. с. 40-48.

48. Ashby М. F. Wear mechanism maps / М. F. Ashby, S. С. Lim // Scripta Metallurgica et Materialia. 1990. - Vol. 24. - P. 805-810.

49. Ригни Д. А. Некоторые замечания по вопросу об изнашивании при скольжении / Д. А. Ригни // Трение и износ. 1992. - № 1. С. 21-26.

50. Костецкий Б. И. Структурно-энергетическая приспосабливаемость материалов при трении / Б. И. Костецкий // Трение и износ, 1985. № 2 (60). -С. 201-212.

51. Takeuchi S. Deformation of cristals controlled by the Pierls mechanism / S. Takeuchi, T. Suzuki // Strength of metals and alloys. ICSMA 8 : proc. of 8 intern. Conf., Tampere, 22-26 Aug 1988. Tampere., 1989. - Vol. 1. - P. 161166.

52. Lin D. S. The effect of the degree of work hardening on the friction and wear of metals during abrasion / D. S. Lin. Wear. - 1969. -№ 13. - P. 91-97.

53. Venugopal Reddy A. The influence of grain size on the erosion rate of metals / A. Venugopal Reddy, G. Sundararajan // Metallurgical trans. 1987. -Vol. 18 A-P. 1293-1305.

54. Lin D. S. The relation of the friction and wear in abrasion of Al-4wt% Cu alloy, to the estimated precipitate particle size and separation during age-hardening / D. S. Lin, H. Wilman. // Wear. 1969. - Vol. 14. - P. 337-346.

55. Сорокин Г. M. К вопросу повышения износостойкости сталей / Г. М. Сорокин // Трение и износ. 1992. - № 3 - С. 443^150.

56. Larsen-Badse J. Influence of structure on the abrasion resistance of A1040 steel / J. Larsen-Badse, K. G. Mathew // Wear. 1969. - № 14. - P. 199-206.

57. Sedriks A. J. The effect of work-hardening on the mechanics of cutting in simulated abrasive processes / A. J. Sedriks, T. 0. Mulhearn // Wear. 1964. -№ 7.-P. 451-459.

58. Richardson R. C. D. The wear of metals by hard abrasives / R. C. D. Richardson // Wear. 1967. -№ 10. - P. 291-309.

59. Giltrow J. P. A relationship between abrasive wear and the cohesive energy of metals / J. P. Giltrow// Wear. 1970. -№ 15. - P. 71-78.

60. Критерий выбора сталей применительно к абразивному изнашиванию / Г. М. Сорокин, Б. П. Сафонов, А. В. Бегова // Трение и износ. 2003. -№ 1.- С. 80-84.

61. Zum Gahr К. Н. Optimizing fracture toughness and abrasion resistance in white cast irons / Karl Heinz Zum Gahr, D. V. Doane // Metallurgical transaction A.- 1980.-Vol. 11-P. 613-620.

62. Сорокин Г. M. К вопросу повышения износостойкостисталей / Г. М. Сорокин // Трение и износ. 1992. - № 3. - С. 443^150.

63. Изучение износостойкости ионно-плазменных покрытий из эвтектических сплавов железа / О. В. Микуляк, В. Е. Панарин, А. К. Шурин, А. Б. Гончаренко //Трение и износ. 1991. - № 2. - С. 315-319.

64. Колокольцев В. М. Исследование износостойкости бинарных сплавов железа / В. М. Колокольцев // Трение и износ. 1995. - № 4. - С. 719-726.

65. Войнов Б. А. Износостойкость термоциклированных белых чугунов / Б. А. Войнов // Трение и износ. 1992. - № 6. - С. 1112-1115.

66. Джонсон К. JI. Пластическое течение поверхностей при циклическом качении и скольжении / К. JI Джонсон // Трение и износ. 1992. - № 1. - С. 15-20.

67. Давиденков Н. Н. Об остаточных напряжениях / Н. Н. Давиденков // Рентгенография в применении к исследованию материалов / под ред. Г. Курдюмова. М.; Л., 1936 - С. 393-401.

68. Штремель М. А. Прочность сплавов. В 2 ч. Ч. 2. / М. А. Штремель -М. :МИСИС, 1997.-527 с.

69. Марков Д. П. Адгезионно-инициируемые типы катастрофического изнашивания / Д. П. Марков, Д. Келли // Трение и износ. 2002. - № 5. - С. 483-493.

70. Ganapathi S. К An HREM study of the nanocrystalline materials produced by sliding wear process. / S. K. Ganapathi, D. A. Rigney // Scripta Metallurgica et Materialia. 1990. - Vol. 24. - P. 1675-1678.

71. Orientation determination of subsurface cells generated by sliding. / P. Heilmann, W. A. T. Clark, D. A. Rigney // Acta Metall. 1983. - Vol. 31, № 8. -P. 1293-1305.

72. Deformation substructures associated with very large plastic strains / D. A. Rigney, R. Divakar, S. M. Kuo // Scripta Metallurgica et Materialia. 1992 -Vol. 27.-P. 975-980.

73. Физическое металловедение / С. В. Грачев, В. Р. Бараз и др. -Екатеринбург.: Изд-во УГТУ-УПИ, 2001. 534 с.

74. Классификация дислокационных субструктур / Н. А. Конева, Э. В. Козлов, JL И. Тришкина//Металлофизика. 1991. - Т. 13, № 10. - С. 49-58.

75. Колубаев Е. А. Деформирование поверхностных слоев при трении и факторы, влияющие на трибологические свойства металлов. : дис. канд физ.-мат. наук / Е. А. Колубаев. Томск, 2005. - 139 с.

76. Попов В. JI. Характерный параметр длины, определяющий формирование субструктуры при больших пластических деформациях. / В. JI. Попов, А. В. Колубаев // Письма в ЖТФ. 1996. - Т. 22, вып. 13. - С. 37-42.

77. Larsen-Badse J. Abrasion resistance of some S.A.P. type alloys at room temperature. / J. Larsen-Badse. - Wear. - 1968. - Vol. 12. - P. 357 - 368.

78. Wilman H. Abrasion and surface structure / H. Wilman // Wear. 1969. -№3. - P. 249-254.

79. Рентгенографический и электронно-оптический анализ / С. С. Горелик, Ю. А. Скаков, Л. Н. Расторгуев М.: МИСИС, 1994 - 328 с.

80. Термодинамический анализ взаимосвязи износа с поверхностной плотностью дислокаций / А. И. Березняков, Е. С. Венцель, А. В. Евтушенко // Трение и износ. 1994. - № 2. - С. 181-185.

81. Филиппов М. А. Использование принципа метастабильности аустенита Богачева Минца при разработке износостойких материалов / М. А. Филиппов, Б. А. Кулишенко // Вестник УГТУ-УПИ. - 2004. - № 2 (32). -С. 158-168.

82. Контактная прочность металлических сплавов. : тр. УПИ им. С. М. Кирова. / под ред. И. Н. Богачёва. Свердловск.: Изд-во УПИ, 1972. - 144 с.

83. Карбидостали со структурой метастабильного аустенита / В. Н. Анциферов, М. Г. Латыпов, А. А. Шацов // Трение и износ. 200. - № 6. - С. 671-676.

84. Сопротивляемость абразивному изнашиванию сплавов со структурой метастабильного аустенита в зависимости от их химического состава / В. С. Попов, Н. Н. Брыков, М. И. Андрущенко, А. А. Гапон, М. Ю. Осипов // Трение и износ.- 1991. -№ 1.-С. 163-170.

85. Алмазный инструмент на основе структурно-неустойчивой связки с новыми формами углерода / В. Н. Анциферов, С. А. Оглезнева, А. А. Шацов // Трение и износ. 2001. - № 5. - С. 587-591.

86. Breedis J. F. Influence of dislocation substructure on the martensitic transformation in stainless steel / J. F. Breedis // Acta metallurgica. 1965. - Vol. 13.-P. 239-249.

87. Бернштейн M. JT. Термомеханическая обработка сплавов. В 2 x т. / M. JT. Бернштейн М.: Металлургия, 1968 - 1171 с.

88. In situ study of stress-induced martensitic transformation in TiNi / S. N. Kulkov, Yu. P. Mironov, V. I. Danilov, S. A. Barannikova, B. P. Tolochko, A. V. Bessergenev. // Nuclear instruments and methods in physics research. 2000. - A 448-P. 267-275.

89. Акимов В. В. Исследование триботехнических свойств твердосплавных композиционных материалов на основе TiC со связующей фазой TiNi / В. В. Акимов // Трение и износ. 2005. - № 2. - С. 197-200.

90. Триботехнические свойства никелида титана при трении без смазки. / В. В. Семида, В. В.Полотай, С. М. Солонин, Н. В. Гончарук // Трение и износ. 1995. - № 2. - С. 323-326.

91. Новиков И. И. Теория термической обработки металлов / И. И. Новиков. -М.: Металлургия, 1986-480 с.

92. Износостойкость и структурные превращения высокохромистых инструментальных сталей при трении. / JI. Г. Коршунов, И. Н. Веселов, М. С. Хадыев // Термическая обработка и физика металлов. Вып.5. Свердловск. : Изд-во УПИим. С. М. Кирова, 1978.-С. 101-110.

93. Образование ориентированных цементитных скоплений в деформированных углеродистых сталях. / В. А. Батаев, А. А. Батаев, JI. И. Тушинский, Д. Е. Буторин // МИТОМ. 2001. - № 5. - С. 5-7.

94. Влияние отпуска и фрикционного нагрева на износостойкость стали У8, закаленной лазером / А. В. Макаров, JI. Г. Коршунов, A. JI. Осинцева // Трение и износ. 1991. - № 5. - С. 870-878.

95. Макаров А. В. Повышение твердости и износостойкости закаленных лазером стальных поверхностей с помощью фрикционной обработки / А. В. Макаров, JI. Г. Коршунов //Трение и износ. -2003. -№ 3. С. 301-306.

96. Структура, прочность и теплостойкость мартенсита стали У8, деформированного трением / J1. Г. Коршунов, А. В. Макаров, Н. J1. Черненко, С. П. Насонов // Физика металлов и металловедение. 1996. - Вып. 2 (82). -С. 38-48.

97. Ultrafine structures formed upon friction and their effect on the tribological properties of steels / L. G. Korshunov, A. V. Makarov, N. L. Chernenko // The Physics of Metals and Metallography. 2000. - Suppl. 1 (90). -P. 48-58.

98. Износостойкость и деформационное упрочнение углеродистых и низколегированных сталей в условиях трения скольжения с большими контактными нагрузками / А. В. Макаров, J1. Г. Коршунов, И. J1. Солодова // Трение и износ. 2000. - № 5. - С. 501-510.

99. Sedriks A. J. The effect of work-hardening on the mechanics of cutting in simulated abrasive processes / A. J. Sedriks, Т. O. Mulhearn. Wear. - 1964. -№ 7. - C. 451-459.

100. Кинетика структурных изменений при усталостном изнашивании / Н. А. Шипица, А. Л. Жарин, Л. И. Маркова, И. Л. Фомихина // Физическая мезомеханика. 2004. - Спецвып. 7, Ч. 1. - С. 437-440.

101. Тушинский Л. И. Структурная теория конструктивной прочности материалов / Л. И. Тушинский. Новосибирск.: Изд-во НГТУ, 2004. - 400 с.

102. Тушинский Л. И. Теория и технология упрочнения металлических сплавов / Л. И. Тушинский. Новосибирск.: Наука, 1990. - 306 с.

103. Самоорганизация вторичных структур при трении / И. С. Гершман, Н. А. Буше, Е. А. Миронов, В. А. Никифоров // Трение и износ. 2003. - № 3, - С. 329-334.

104. Захаров С. М. Структурно-динамическая теория трибосистем Л. И. Бершадского / С. М. Захаров // Трение и износ. 2003. - № 3. - С. 307-312.

105. Гершман И. С. Реализация диссипативной самоорганизации поверхностей трения в трибосистемах / И. С. Гершман, Н. А. Буше // Трение и износ.- 1995. -№ 1.-С. 61-70.

106. Исследование напряженно-деформированного состояния и структурно-фазовых изменений в алюминиевом сплаве при поверхностном модифицировании и трении / М. Ю. Байбарацкая, В. В. Иссерс, Ю. К. Машков, А. С. Тайлашев//Трение и износ. 1992. -№ 4. - С.707-715.

107. Тэйбор Д. Трение как диссипативный процесс / Д. Тэйбор // Трение и износ. 1994.-№2-С. 296-315.

108. Рубцов В. Е. Моделирование деформационных и тепловых процессов в поверхностном слое упруго-пластичного материала при трении.: дисс. канд. физ.-мат. наук / В. Е. Рубцов Томск, 2004. - 145 с

109. Взаимосвязь износа и энергозатрат при трении металлов в отсутствие смазочного материала. / Ю. А. Фадин, В. П. Булатов, О. Ф. Киреенко // Трение и износ. 2002. - № 5. - С. 566-570.

110. Некоторые аспекты механики разрушения границы контакта упругих тел при трении / Н. М. Алексеев, Р. В. Гольдштейн, Н. М. Осипенко // Трение и износ. 1990. - № 6. - С. 965-973.

111. О влиянии сдвиговой деформации на механизм изнашивания поликристаллических твердых тел при трении скольжения / Б. М. Гинзбург, Д. Г. Точильников, Ю. П. Козырев // Трение и износ. 2001. - № 6. - С. 625— 630.

112. Моделирование трения и изнашивания в машинах / Э. Д. Браун, Ю. А. Евдокимов, А. В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 1982. - 191 с.

113. Приближенный расчет поверхностных температур системы "колодки-колесо-рельс" / И. А.Жаров, И. Н. Воронин, С. Б. Курцев // Трение и износ.-2003.-№2.-С. 144-152.

114. Разогрев твердого тела в зоне удара эродирующей твердой частицы / JI. И. Урбанович, Е. М. Крамченков, Ю. Н. Чуносов // Трение и износ. -1994.-№ 6. -С. 965-972.

115. Богданович П. Н Распределение температуры по глубине тонких поверхностных слоев трущихся деталей при высоких скоростях скольжения / П. Н. Богданович, Д. В. Ткачук // Трение и износ. 2001. - № 2. - С. 160— 167.

116. Жаров И. А. Учет формы колеса и теплоотвода в воздух при расчете приповерхностных температур системы "колодка-колесо-рельс" / И. А. Жаров // Трение и износ. 2003. - № 5. - С. 477-485.

117. Жаров И. А. Расчет температур на пятне контакта колеса с рельсом при юзе и боксовании системы / И. А. Жаров // Трение и износ. 2003. - № 3 С. 248-259.

118. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Воломникова и др. . М : Машиностроение, 1989 - 640 с.

119. Сильман Г. И. Система Бе-С-Сг и переход от неё к системам Ре-С и Ре-С-Сг-Бь Термодинамический и термокинетический анализ. Расчет, построение и использование диаграмм. / Г. И. Сильман Брянск. : Изд.-во БГТиА, 1999.- 144 с.

120. Исследование поведения перлита при деформации патентованной стали / С. Б. Михайлов, Т. И. Табатчикова, В. М. Счастливцев и др. // ФММ. -2001.-Т. 91, №6.

121. Попов А. А. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. : справочник термиста. / А. А. Попов, Л. Е. Попова М.: Металлургия, 1965. - 495 с.

122. Гуляев А. П. Металловедение. / А. П. Гуляев М. : Оборонгиз, 1956-344 с.

123. Приборы и методы физического металловедения. В 2-х т. Т. 1 / пер с англ. под ред Ф. Вейнберга. М.: Мир, 1973. - 428 с.

124. Приборы и методы физического металловедения. В 2-х т. Т. 2.1 пер с англ. под ред Ф. Вейнберга М.: Мир, 1974. - 364 с.

125. Гинье А. Рентгенография кристаллов / А. Гинье. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1961. - 604 с.

126. Дифрактометрия с использованием синхротронного излучения / В. В. Болдырев, Н. 3. Ляхов, Б. П. Толочко и др. Новосибирск : Наука. Сиб. Отд-ние, 1989.- 145 с.

127. Металлы. Методы измерения твёрдости по Роквеллу: ГОСТ 901359. -Введ. 1969-01-01.-М., 1989.

128. Измерение микротвёрдости вдавливанием алмазных наконечников: ГОСТ 9450-76. Введ. 1977-01-01 -М., 1993.

129. Румшиский Л. 3. Математическая обработка результатов эксперимента / Л. 3. Румшиский М. : Наука, 1971. - 192 с.

130. Корн Г. Справочник по математике / Г. Корн, Т. Корн. М. : Наука, 1974.-831 с.

131. Коршунов Л. Г. О влиянии окисления и схватывания металлов при трении на величину и знак термоЭДС / Л. Г. Коршунов, И. Н. Богачев // Проблемы трения и изнашивания. Киев, 1974. - № 6. - С. 97-101.

132. Серегин С. А. Температура контактной поверхности при трении металлов / С. А. Серегин, В. И. Люленков // Тепловая динамика трения / под ред А. В. Чичинадзе. -М., 1970-С. 122-126.

133. Плахова Е. В. Разработка методов и средств контроля температуры в зоне трения: автореф. дис. на соискание степени канд. техн. наук. / Е. В. Плахова. Орел. : Изд-во Орловского ГТУ, 1997 - 20 с.

134. Буторин Д. Е. Связь дислокационных механизмов упрочнения с показателями прочности, трещиностойкости и износостойкости углеродистых сталей.: дис. . канд. техн. наук / Д. Е. Буторин -Новосибирск, 2002. 205 с.

135. Буров С. В. Изучение эволюции структуры поверхностных слоев гцк и оцк металлов при трении с использованием дифрактометриисинхротронного излучения. НГТУ / С. В. Буров // Наука, технологии, инновации : сборн. тез. Новосибирск, 2005.

136. Буров С. В. Эволюция тонкой структуры поверхности ГЦК и ОЦК металлов при трении. / С. В. Буров // 6 Уральская школа-семинар металловедов молодых ученых, Екатеринбург, 2-4 нояб. 2004 г. : сб. тез. -Екатеринбург : Изд-во УГТУ-УПИ, 2004. - С. 88.

137. Буров С. В. Остаточные напряжения в поверхностном слое а-И при трении скольжения без смазки / С. В. Буров // Обработка металлов. 2006. -№3(32)-С. 27-29.

138. Металлография железа. Т. 1. Основы металлографии : пер. с англ. / под. ред.Ф. Н. Тавадзе. М.: Металлургия, 1972. - 240 с.

139. Металлография железа. Т. 2. Структура сталей. : пер. с англ. / под. ред.Ф. Н. Тавадзе. -М.: Металлургия, 1972. 284 с.

140. Буров С. В. Влияние легирования конструкционных низкоуглеродистых сталей хромом на морфологию карбидной фазы и износостойкость при сухом трении скольжения / С. В. Буров // Обработка металлов. № 4. - 2005. - С. 26-28.

141. Буров С. В. Влияние типа карбидной фазы на особенности изнашивания низкоуглеродистых сталей / С. В. Буров. Тольятти, 2006.

142. Буров / Наука. Техника. Инновации : материалы докладов регион, науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 05-08 дек. 2002 г. -Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2002. Ч. 2. - С. 76-77.

143. Буров С. В. Износ железнодорожных колес при притирке чугунных тормозных колодок. / С. В. Буров, А. А. Батаев // Сборник научных трудов НГТУ, 2002. 4 (30) - С. 153-154.