автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Состав и свойства трущихся деталей из цветных металлов на тепловозах и повышение их качества с учетом структурной самоорганизации

На правах рукописи

НИКИФОРОВ Валерий Августович

СОСТАВ И СВОЙСТВА ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ НА ТЕПЛОВОЗАХ И ПОВЫШЕНИЕ ИХ КАЧЕСТВА С УЧЁТОМ СТРУКТУРНОЙ САМООРГАНИЗАЦИИ

Специальность: 05.02.01 - Материаловедение ( машиностроение)

-АВТОРЕФЕРАТ-

диссертации на соискание ученой степени КАНДИДАТА технических наук

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта МПС России (ВНИИЖТ).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Буше Николай Александрович (ВНИИЖТ) Научный консультант - кандидат технических наук

Миронов Александр Евгеньевич (ВНИИЖТ)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Асташкевич Борис Михайлович (ВНИИЖТ))

кандидат технических наук, доцент Ерошкин Виктор Петрович (МАТИ)

Ведущее предприятие - Новомосковский институт Российского химико-

Технологического университета им. Д.И. Менделеева

заседании диссертационного совета Д 218.002.02 в Федеральном государственном унитарном предприятии Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта по адресу:

129626, г. Москва, 3-я Мытищинская ул., д. 10, Малый конференц-зал. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «_»_2003 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просьба направлять в адрес диссертационного совета института.

Ученый секретарь диссертационного совета

Защита состоится «

кандидат технических наук

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Как известно, в машиностроении суммарные затраты на материалы, топливо и электроэнергию составляют не менее 2/3 общих затрат на выпускаемую продукцию. На нужды железнодорожного транспорта ежегодно расходуется до 12% топливно-энергетических ресурсов, вырабатывемых в стране, из которых более 1/3 тратится на преодоление трения, действием которого обусловлена потеря более 10% металла и до 8085% отказов оборудования и узлов из-за их изнашивания.

Железнодорожный транспорт является значительным потребителем цветных металлов и сплавов. Так, в 1980-89 годах (годы наиболее высокого уровня грузонапряженности ж.д. транспорта) потребление цветных металлов ежегодно составляло в общей сложности более 86000 тонн. Основными потребителями в те годы было Главное управление по ремонту подвижного состава и производству запасных частей, Главное управление вагонного хозяйства и Главное управление локомотивного хозяйства. На долю первых двух подотраслей приходилось соответственно 58 и 33% потребления цветных металлов. В настоящее время в связи с отсутствием потребности в подшипниковых сплавах из-за перехода вагонного парка полностью на подшипники качения, низкого качества изготовления деталей трения из цветных металлов и повышенным количеством их замены и ремонтов локомотивное хозяйство переместилось на 2-е место по потреблению цветных металлов и сплавов. На тепловозах литые детали узлов трения , изготовленные из цветных металлов и сплавов, составляют свыше 90% по массе всех деталей из этих материалов.

Сложным является положение с физическим износом тепловозов. На 1 января 2002г выработали нормативный срок службы свыше 33,0% инвентарного парка тепловозов, а по отдельным сериям износ составляет 100%. По таким самым "ходовым, рабочим" сериям тепловозам как 2ТЭ116 процент выработки составляет 45%, ТЭМ2-53%. На отдельных железных дорогах положение еще хуже. Поставки новых магистральных грузовых тепловозов практически прекращены 10 лет назад. Указаниями Министерства путей сообщения (далее МПС) от'20.02Л996Г№М-184у и от 03.06.1999гг№Л-991у изъято право постановки тепловозов в ремонт по календарному времени работы, а установлено только по достижении норматива пробега, увеличен сам норматив. Указанием МПС от 19.03.2001 года №П-389у норматив пробега тепловозов с дизелями типа Д49 увеличен еще на 25% относительно ранее действовавшего.

Все вышеперечисленное приводит к возрастанию нагрузки на тепловозы и, соответственно, к еще более напряженной работе их силовых установок и деталей трения в них. В 2002 году только по неисправности деталей, входящих составной частью в узлы трения, допущено 100 случаев порч и неисправностей тепловозов, что составило 14,5% от всего

БИБЛИеТЕКА |

количество неплановых ремонтов. Настоятельно требуется разработка организационных и технических мер по поддержанию тепловозов в исправном состоянии, в том числе, через изучение идущих в деталях трения процессов износа, методов и способов его снижения. Поскольку на тепловозах детали трения в значительной степени изготовлены из цветных металлов и сплавов, то предлагаемая работа посвящена изучению способов уменьшения количества выходов этих деталей из строя.

Особенностью использования на локомотивах трущихся деталей из цветных металлов и сплавов является их применение в узлах, непосредственно обеспечивающих безопасность движения поездов. Детали из цветных металлов и сплавов широко используются на тепловозах в качестве подшипников скольжения и определяют работоспособность такого важнейшего узла как моторно-осевой подшипник (далее МОП), а также долговечность и экономичность работы таких базовых агрегатов тепловоза как дизель (коренные, шатунные, втулочные подшипники головок шатунов, поршни и работающие с ними в паре гильзы цилиндров) и турбокомпрессоры. •

В связи со снижением централизованного снабжения и непомерно высокими отпускными ценами на цветные металлы и сплавы все тепловозоремонтные заводы отрасли и многие локомотивные депо перешли на изготовление деталей из цветных металлов и сплавов на своих предприятиях, при этом качество их изготовления резко ухудшилось. Так, в сопоставимых ценах стоимость цветных металлов возросла в среднем в 44,3 раза. Это создало положение, при котором, с одной стороны, с целью экономии средств изготовители в недостаточном количестве добавляют в шихту дорогостоящие компоненты, а с другой стороны, высокая стоимость цветных металлов повсеместно привела к хищениям. Только в 1999 году было зафиксировано 954 случая хищений и порч локомотивов и оборудования с общим ущербом более 5 млн. рублей. В связи с этим МПС было вынуждено издать указание от 03.08.1999г №Л-1556у о необходимости разработки мер по предупреждению хищений, на сеть железных дорог направлено прямое указание Министра от 17.04.2000г №100-пр-у о необходимости ускорения работ по замене цветных металлов на менее дорогие. Постановлением декабрьской 1999 года Коллегии МПС утверждена отраслевая Программа снижения расхода цветных металлов. При этом основными направлениями определены следующие: -замена цветных металлов на черные и расширение использования биметаллических деталей, -восстановление изношенных деталей и узлов, -увеличение их срока службы.

Изложенное определило актуальность выполнения данной работы. В предлагаемой работе проведены исследования вторичных структур на деталях, взятых непосредственно с работавших тепловозов и на вновь изготовленных. Для исследования были выбраны литые детали, изготовленные из бронзы: МОП, подшипники коленчатых валов дизелей, втулки верхней головки шатуна

дизеля и тормозного компрессора, подшипники газовых турбин-турбокомпрессоров и силуминовые поршни дизелей. Износ этих узлов нормирует необходимость постановки тепловозов на плановые виды крупных деповских ремонтов и на заводские ремонты, ими же определяется экономия топливно-энергетических ресурсов.

В работах В.А. Кислика, А.И. Ильина, P.C. Николаева, H.A. Буше, Б.М. Асташкевича, П.Г.Абрамова и ряда других ученых приводятся результаты исследований процессов износа материалов в различных узлах трения тягового подвижного состава. Но для узлов трения тепловозов не определены последствия нарушений технологии литья, недовложении необходимых ингредиентов в шихту, возникновении аварийных режимов эксплуатации. Не установлены допустимые отклонения химического состава при условии обязательного сохранения служебных свойств. В литературе мало работ по исследованию деталей трения тепловозов с позиций теории самоорганизации.

Решение этих задач расширит возможности прогнозирования свойств материалов, позволит сократить поломки деталей и их износ. Тем самым будут повышены надежность работы и уровень безопасности движения поездов.

Целью исследований является определение химического состава, структуры, механических и трибологических свойств материала деталей из цветных металлов и сплавов в узлах трения тепловозов, изучение характера проходящих процессов самоорганизации в зависимости от содержания компонентов, от условий трений и вида силового воздействия, вывод эмпирических формул механических свойств бронз в зависимости от химического состава, выработка практических рекомендаций по химическому составу, разработка технологических и организационных мероприятий по улучшению качества сплавов при изготовлении деталей из них в условиях депо и заводов.

Научная новизна. В работе получены следующие новые результаты:

1. На основе комплекса исследований по изучению создавшегося на сети железных дорог положения с отклонениями от норм по химическому составу антифрикционных - сплавов, - проведенному- анализу-выхода -из - строя -деталей,-изготовленных из этих материалов, и исследованию вторичных структур, образующихся на поверхностях трения, показана их роль в оценке служебных свойств трущихся деталей.

2. Установлено, что для бронз класса Cu-Sn-Pb-Zn, из которых изготавливаются МОП тепловозов, втулки верхней головки шатуна дизеля, тормозного компрессора, подшипники турбокомпрессоров и дизельные подшипники наибольшее влияние на образование защитных вторичных структур оказывают олово и свинец. Выявлено, что при прохождении процессов самоорганизации олово из твердого раствора в результате необратимых процессов диффундирует на поверхность трения, образуя мягкую прослойку. Тем самым, на поверхности трения обеспечивается соблюдение правила положительного градиента механических свойств, установленного

И.В. Крагельским. В тоже время анализом материала образцов выявлено, что олово и свинец чаще других элементов содержатся в сплаве ниже нормы.

3. Выявлен механизм создания вторичных структур на поверхности при различных режимах трения деталей из бронз класса Си-Эп-РЬ-гп, определен вклад в создание этих структур каждого из ингредиентов сплава, а также элементов, вносимых извне: смазки, абразива и др. Вторичные структуры рассмотрены с позиций комплексной структурной приспосабливаемое™ (КСП) материала детали.

4. Определены защитные вторичные структуры на поверхностях трения поршней из силумина и структурная самоорганизация при трении с повышенным нагревом, выявлен вклад в создание этих структур каждого компонента сплава. Для силуминовых поршней доказана однотипность механизма образования рельефа поверхности независимо от вида воздействия.

5. На основе многомерного регрессионного анализа выведены эмпирические формулы расчета механических свойств для бронз класса Си-вп-РЪ-Хп в зависимости от их химического состава.

6 Даны рекомендации по химическому составу деталей трения из бронз класса Си-8п-РЬ-2п и предложения по улучшению качества их изготовления. Разработаны, утверждены и направлены на ремонтные предприятия нормативно-технические документы, определяющие порядок изготовления, ремонта и контроля деталей трения из цветных сплавов.

7. Даны рекомендации по наиболее оптимальному химическому составу материала силуминовых поршней.

Методически работа состоит из следующих этапов: —изучение литературных данных,

—сбор натурных деталей, имевших повреждения в эксплуатации и новых деталей, изготовленных в депо и на заводах для установки на тепловозы,

—оценка и систематизация повреждений, подготовка фрагментов деталей для металлографических и микрорентгеноструктурных исследований, —анализ химического состава и механических свойств образцов, —выполнение металлографических исследований материала на сканирующем микроскопе "Камибакс" с высокой разрешающей способностью, —использование приемов статистических вычислений для вывода эмпирических формул механических свойств в зависимости от химического состава бронзы,

—анализ полученных результатов,

—формулирование выводов и разработка практических рекомендаций. Практическая ценность работы. С целью устранения технологических и организационных недостатков при литье и изготовлении деталей из цветных сплавов с участием автора разработаны, утверждены МПС и направлены на локомотиворемонтные заводы и в депо для руководства следующие нормативные документы:

1. Технологический процесс отливки моторно-осевых подшипников тепловозов из вторичных материалов в условиях локомотивных депо в индукционной печи;

2. Технологический процесс отливки моторно-осевых подшипников тепловозов из вторичных материалов в условиях локомотивных депо в газопламенной печи;

3. Технологический процесс отливки моторно-осевых подшипников тепловозов из вторичных материалов в условиях локомотивных депо в печи электрошлакового переплава,

4. Технологический процесс на приемку вкладышей моторно-осевых подшипников тепловозов,

5. Технологический процесс заливки вкладышей моторно-осевых подшипников баббитом Б16,

6. Технологический процесс заливки вкладышей свинцовым сплавом на основе баббитов БК2 и БК2Ш в условиях локомотивного депо^

7. Технологический процесс на приемку вкладышей двигателя 1 ОД 100, перезаливаемых свинцовым сплавом на основе баббитов БК2 и БК2Ш в условиях локомотивных депо,

8.Технологический процесс заливки стале-бронзовых подшипников дизелей тепловозов ЧМЭЗ свинцовым сплавом на основе баббитов БК2 и БК2Ш в условиях локомотивных депо,

9. Типовой технологический процесс ремонта моторно-осевых подшипнков локомотивов,

10. Технология заливки стальных корпусов моторно-осевых подшипников свинцовыми баббитами,

11. ОСТ «Вкладыши стале-баббитовые моторно-осевых подшипников локомотивов. Технические условия»,

12. Технологический процесс приготовления литейных алюминиевых сплавов.

Кроме того, в качестве обязательных мер предложено: —установить норматив на входной контроль шихтовых материалов, —выполнять системный контроль уровня ликвации по высоте отливки МОП в комплексе с металлографическими сравнениями с эталонами, —производить при механических испытаниях измерения не только нижнего, но и верхнего пределов твердости, ввести испытание на ударную вязкость, —ввести обязательное клеймение выпускаемой продукции.

На основе результатов выполненной научной работы: —предложены формулы расчета механических свойств бронз класса Си-8п-РЬ-Хп в зависимости от их химического состава,

—даны практические рекомендации по оптимальному химическому составу указанных сплавов,

—даны рекомендации по оптимальному химическому составу материала силуминовых поршней.

Апробация диссертационной работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на научно-технических совещаниях комплексного отделения "Транспортное металловедение" ВНИИЖТа, на научно-практических конференциях: "Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте": г.Москва, РГУПС (МИИТ) 17-19 ноября 1998г, г.Москва, РГУПС (МИИТ) 29-30 июня 2000г. Автор был содокладчиком по теме работы в Институте проблем механики Российской Академии наук 2 апреля 1999г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть печатных работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 244 страницах и состоит из введения, пяти глав, выводов по каждой главе и обобщенных выводов по всей работе. Работа содержит 35 таблиц, 149 рисунков, список использованной литературы из 137 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении показана актульность работы, цели и порядок ее выполнения, определен перечень исследуемых деталей, изложены задачи исследований.

Первая глава состоит из трех разделов, в которых представлен анализ современного положения с использованием цветных металлов и сплавов как в целом на железнодорожном транспорте, так и при эксплуатации и ремонте тепловозов. Приведены сведения по замене деталей из цветных сплавов при ремонте и данные анализов технического состояния.

В первом разделе описана структура использования цветных металлов и сплавов на железнодорожном транспорте. Показано, что МПС является крупным потребителем цветных металлов. Основная часть расходуется на ремонт локомотивов—тепловозов и электровозов, моторвагонного подвижного состава, а также на электроконтактную сеть. До начала 90-х годов в МПС действовала система централизованного снабжения ремонтных предприятий запасными частями и деталями из цветных металлов и сплавов, имелись запасы ломов для шихты, что обеспечивало необходимое качество при плавке. В настоящее время поставки сократились из-за непомерно высоких отпускных цен.

В настоящее время на всех тепловозоремонтных заводах отрасли и во многих депо развернуто собственное литейное производство. Однако отсутствие научно обоснованных рекомендаций по допустимой корректировке в содержании дефицитных и дорогостоящих компонентов, их замена на более дешевые, многочисленные включения вредных примесей и нарушения технологии приводят к ухудшению качества сплавов, снижению служебных свойств деталей из них. Особенностью применения цветных металлов на локомотивах состоит в том, что из них изготавливаются узлы, непосредственно обеспечивающие безопасность движения поездов и работоспособность локомотивов: это МОП, подшипники и поршни дизелей, подшипники скольжения базовых агрегатов.

Во втором разделе приведены данные по увеличению ремонтов тепловозов в связи с ростом объема перевозок, приведена расчетная потребность в баббите и свинце для заливки подшипников в депо, приведена структура парка тепловозов в настоящее время.

Аналогичным является положение с расходом цветных металлов по тепловозоремонтным заводам в системе МПС. Но положение усложняется тем, что тепловозы подаются в капитальный ремонт с предельно допустимым износом деталей и многие подшипники идут в лом без восстановления.

В настоящее время требуемый объем грузовых и пассажирских перевозок и маневровая работа обеспечиваются тепловозами, конструкции которых были разработаны 15-25 лет назад. Структура эксплуатируемого парка тепловозов грузовых серий следующая:

—62,0% тепловозы ТЭ10 всех индексов с двухтактными дизелями типа 1 ОД 100 с коренными и шатунными подшипниками из бронзы БрОЗЦ12С5 с заливкой баббитом БК2.

—38,0% тепловозы 2ТЭ116 и М62в/и, имеющими стальные подшипники с заливкой свинцовистой бронзой. Кроме бронзовых и бронзо-баббитовых все шире получают распространение биметаллические вкладыши со слоем алюминиевого сплава А020-1.

Парк маневровых тепловозов состоит на 34,0% из ТЭМ2в/и с дизелями типа ПД с подшипниками, залитыми БК2. Остальная маневровая работа выполняется тепловозами серий ЧМЭЗ (62,0%) и ТЭМ7 (4,0%), имеющими стальные подшипники с заливкой свинцовистой бронзой. На всех тепловозах грузовых, пассажирских и маневровых серий в подшипниковых узлах воздушного нагнетателя-турбокомпрессоре должны применяться бронзовые подшипники скольжения БрОЮСЮ.

На всех тепловозах, кроме пассажирских ТЭП60 и ТЭП70 и маневровых серии ЧМЭЗ применяются МОП скольжения из бронзы Бр04ЦС17.

В работе обращено внимание, что цилиндро-поршневая группа дизелей остается наименее надежным узлом.

__В_третьем_разделе_приведена ., классификация__видовизноса. , и

повреждений деталей из цветных сплавов. К этим материалам предъявляются требования по задиростойкости, прирабатываемости, износостойкости, способности мало изнашивать сопряженную поверхность. Особенности работы трущихся узлов в дизелях тепловозов рассмотрены в работах С.М. Захарова, Р.А.Насырова, Н.М. Глаголева, Б.М.Асташкевича, В.К.Фролова, А.Е. Миронова и др.

Несмотря на большое количество исследований используемых материалов и особенностей работы подшипников скольжения в литературе мало сведений по работоспособности МОП, подшипников головок шатунов, вала турбокомпрессора и дизельных вкладышей при изменении их химического состава, нет рекомендаций по корректировке химического состава без ухудшения служебных свойств сплавов. Не изучено поведение материала

при нарушениях технологии изготовления и в аварийной ситуации. Не исследован механизм самоорганизации материала в условиях комплексной структурной приспосабливаемое™ (КСП) и механизм образования оптимальной шероховатости поверхности силуминового поршня тепловозного дизеля.

Вторая глава включает анализ химического состава и свойств трущихся деталей из цветных металлов, изготовленных на заводах и в депо

Глава состоит из четырех разделов, в которых представлен анализ химического состава и механических свойств бронз класса Си-Бп-РЬ-гп и материала поршней дизелей тепловозов. Показано, что химический состав и механические свойства сплавов в значительной степени не соответствуют требованиям ГОСТ. Так, для МОП несоответствие по олову достигает 34%, цинку 46%, свинцу 53%, никелю 93%. Требуемой прочности не соответствует 12%, пластичности 60% образцов МОП. В дизельных вкладышах несоответствие по олову достигает 33%, цинку 54%, свинцу 65%. При этом требованию по прочности не соответствует 46%, а по пластичности 13% дизельных вкладышей. Химический состав втулок верхней головки шатуна не соответствует по олову у 27% образцов, цинку у 33%, свинцу у 47%. У поршневых сплавов несоответствие по содержанию магния и марганца достигает 42%, меди у 30%, кремния у 17%, железа у 54% образцов. В соответствии с химическим составом прочность ниже требуемой у 77%, пластичность у 61% образцов поршневых сплавов. В качестве примера в таблице 1 приведены данные по химическому составу, а в таблице 2 механическим свойствам образцов поршней, полученных от разных изготовителей. В поршневых сплавах, помимо несоответствия химического состава требованиям ГОСТ, крайне неудовлетворительной является структура. Установлено, что влияние структуры на механические свойства поршневых сплавов является более значительным, чем для бронз класса Си-Бп-РЬ-гп. В соответствии со структурой прочность отечественных поршней в среднем в 1,5-2 раза ниже прочности импортных материалов. Отечественные поршневые материалы не модифицированы и не дегазированы. Как пример необходимых технических решений в таблице 2 приводится достижение повышения механических свойств материала поршня, изготовленного на Астраханском ТРЗ, после его модифицирования сплавом «Зернолит-2».

Таким образом, в настоящее время состав и свойства изготовленных на заводах и в депо сплавов является неудовлетворительным, что сказывается на служебных свойствах трущихся узлов.

С целью выявления механизма самоорганизации материала у поршневых сплавов, кроме определения химического состава и механических свойств, выполнены исследования поверхности нагрева работавших и неработавших поршней в зоне максимального нагрева и у маслоохлаждающих отверстий. Самоорганизация в данном случае проявилась в виде изменения химического состава в приповерхностных слоях поршня и изменения структуры исходного

Таблица 1

Химический состав стандартных сплавов и образцов поршней_

№ п/п Марка сплава, или образца Содержание элементов. %

Мв Б! Мл Си Т| N1 Ре гп Сг РЬ А(

I А1СоА-132 0,71,3 • 11,013.0 <0,1 0,5-1,5 <0,2 2,0-3,0 <0.9 <0,1 - <0,0 5 Ост

2 АЛ25(ГОСТ) 0.8-1.3 п.о- 13,0 0.30.6 1,5-3,0 0.050.20 0,8-1,3 <0,8 <0,5 - <0,1 Ост

3 АЛЗО(ГОСТ) 0,81,3 11,013.0 <0,2 0,8-1,5 <0,2 0,8-1,3 <0,7 <0.2 - <0,0 5 Ост

4 ПС-12 ТУ32ЦТВР-225-73 0,61,0 10,014,0 - 0,8-1,2 - 2,0-3,0 <0,7 - - Ост-

5 4-1 (Чехия раб) 0,964 12,2 0,01 0,878 0,01 1 1,53 0,298 0,00 7 - Ост

6 Ч-2(Чехия раб) МО 11,8 4 0,04 29 0,892 0,01 0 1,18 0,355 0.03 2 - Ост

7 М-1(МЛРЗ нераб) 0,946 12,04 0,277 2,10 0.099 1.06 0.667 0.218 - Ост

8 М-2(МЛРЗ н/р) 0.991 12,23 0,207 1,22 0,057 1.08 0,773 0,179 - Ост-

А-108(АТРЗ н/р)) 1,78 11,32 0,195 1,76 0,039 1,93 0,891 2,55 - 0,019 Ост

10 А-155(АТРЗ н/р) 2,69 837 0,260 3,81 0.037 1,32 1,73 0.347 - 0,132 Ост

11 АС-1(АТРЗ раб) 0,980 10,97 0,187 2,07 0,031 1.13 1,25 0.034 0.0 05 - Ост

12 АС-2(АТРЗ н/р) 1,45 11,57 0,226 1,93 0.039 0,927 1,08 0,087 0,1 31 • Ост

13 А-24{АТРЗ раб) 2,43 9,98 0,208 3,10 0,039 2,12 2,05 1,16 0,0 20 0,12 Ост

14 А-141(АТРЗ раб) 1,01 12,44 0,836 2,55 0,165 2.00 2,33 0.159 0,0 74 ■ Ост

15 Б-1(Бекасово раб) 1,05 12,56 0,018 1,02 0,007 1,21 0,221 - - - Ост-

16 В-1 (Вязьма раб) 1,47 11,60 0370 1,53 0,115 1,10 0,789 0,138 0,0 91 • Ост

17 % несоответст. марке сплава 42 17 42 30 0 0 54 17 8 17 "

Таблица 2

Механические свойства стандартных сплавов и образцов поршней

№№ п/п Марка сплава, название образца бб й Кгс/мм 8 %% нв Кб кг-м/см

1 А1СоА-132 22-28 >0,5 105-125 -

2 АЛ25(стандарт) >19 >0,5 >90 -

3 АЛЗО(стандарт) >20 >0,5 >90 -

4 ПС-12 ТУ32ЦГВР-225-73 >16 - >100 -

5 4-1 (Чехи» рабочий) 16-17 0,5-4,0 85-138 0,3

6 Ч-2(Чехия рабочий) 15-183 0,5-2,5 65-108 0,3

7 М-НМЛ РЗ нерабочий) 13-14 2,5 100-118 0,2

8 М-2(МЛРЗ нерабочий) 11-13 0 89-111 0,2

9 А-108(АТРЗ нерабочий) 13,3 0 90-111 0,05

10 А-155(АТРЗ нерабоч«) 10,0 0 85-105 0,05

II АС-КАТРЗ рабочий) 1,5-10,0 0 76-120 0,1

12 АС-1 (после дегазаиии) 12,0-19,5 0 107 -

13 АС-2(АТРЗ нерабочий) 5,5-134 0 61-104 0,1

14 А-24(АТРЗ рабочий) 12,8 0 99-102 0,05

15 А-141(АТРЗ рабочий) 10,8 0 87-95 0,05

16 Б-1(Бекасово рабочий) 12,8-21.1 0-0,65 107-118 0,06-0,12

17 В-1 (Вязьма рабочий) 18.0-22,0 5,0 71-83 0,75-0,80

% несоответствия 77 61 8 -

/f

материала. Выявлена заметная ликвация легирующих элементов в зонах максимального нагрева. Первоначально происходит падение содержания всех легирующих элементов за счет их диффузии к более нагретым поверхностям, где их растворимость в алюминии выше. Для кремния, железа, марганца цинка и титана максимум содержания приходится именно на поверхностный слой, в то время как для меди и никеля максимум содержания приходится на подповерхностные слои. Максимально возросло содержание на поверхности элементов, входящих в твердый раствор алюминиевой матрицы-цинка и титана. Этот рост составил 4-5 раз. Кроме того, из первоначально существовавших в исходном материале 5 фаз осталось только 3, но и они изменили свои размеры: кремний увеличился и глобулизировался, а остальные компоненты уменьшились. Произошло изменение формы этих фаз: фазы, имевшие вид китайских письмен, превратились в цепочки мелких включений с округлой формой, появились ранее не существовавшие фазы. Как результат этих процессов, в целом образовалась структура, обеспечивающая максимальную термостойкость.

Третья глава освещает вопросы самоорганизации трущихся деталей и возможность управления этими процессами.

Глава выделена отдельно из литературного обзора в связи с определенной сложностью теории самоорганизации и ее важности для понимания процессов, происходящих в материалах трущихся деталей и в окружающей их среде. Глава состоит из двух разделов, в которых представлен общий литературный обзор по рассматриваемому вопросу и обзор исследований в применении к узлам и деталям тягового подвижного состава.

В первом разделе приведен обзор литературы по самоорганизации различных систем, в том числе, систем трения. Наибольший вклад в изучение явлений структурной самоорганизации внесли И.Р. Пригожин, И.В. Крагельский, Klamecki /США/, П.Гленсдорф, Г.Хакен, В.Эбелинг, Б.И.Костецкий, ряд других исследователей. Особо необходимо отметить разработку теоретических вопросов самоорганизации и их практическое приложение, представленное в работах Л.И. Бершадского. Результаты исследований структурной самоорганизации, в том числе и с позиций теории фракталов, представлены в работах В.С.Ивановой, А.С.Баланкина, ряда других ученых. Использование принципов самоорганизации для решения вопросов повышения надежности и долговечности работы базовых узлов трения, в том числе тепловозов, электровозов, мотор-вагонного тягового подвижного состава (далее МВПС) представлено в работах H.A. Буше, Б.М. Асташкевича, А.Е. Миронова, С.И. Гершмана и др.

Изучению перечисленных и смежных с ними вопросов посвящены проводимые как в нашей стране, так и за рубежом синергетические форумы, в том числе последний "Славянтрибо-5", проходивший в 2000г в г.Санкт-Петербург.

/з

Основными положениями и понятиями, играющими главную роль в процессах возникновения, формирования, развития и существования вторичных) структур, являются следующие: —постоянный приток отрицательной энтропии, —усиление отклонения системы от устойчивого состояния, —кооперативное (совместное, согласованное) поведение подсистем структуры, ' —спонтанная самоорганизация,

—поддержание и развитие возникающих вторичных структур. Эти структуры по И.Р.Пригожину, П. Гленсдорфу, Л.И. Бершадскому могут , перейти в состояние термодинамического равновесия только в результате

скачка (кинетического фазового перехода) в точках бифуркаций. Нестабильное состояние характеризуется ростом флуктуаций (колебаний) и система стремится перейти в новое, более стабильное, состояние, обладающее более высокой степенью упорядоченности и, соответственно, более низкой степенью симметрии. По Пригожину в окрестностях точек бифуркации существенную роль начинают играть флуктуации окружающей среды, которые могут порождать новые фазовые переходы, в связи с чем им введено понятие "внутреннего времени" системы. Значительный вклад в разработку теории самоорганизации внес Г.Хакен. Ему принадлежит введение принципа подчинения как одного из основных в самоорганизации. Использование принципа позволяет по мере изменения бифуркационного (управляющего) параметра выделить величины, начинающие играть роль новых параметров порядка.

В открытых системах, получающих энергию и вещество из внешней среды могут возникать устойчивые состояния с высокой степенью упорядоченности. По Л.И.Бершадскому трибосистемы, обменивающиеся со средой энергией и веществом, при высоких значениях энергии и энтропии становятся сильно нелинейными и их синергетическое поведение становится неизбежным. Им же дана динамическая классификация состояний трибосистем I при гидродинамическом, "граничном" и "сухом" трении. Для материалов типа

--высокооловянистых - бронз -износостойкость - реализуется - через трибосинтез

твердых фаз, входящих в состав бронз. Для ламеллярно-адсорбционных материалов типа графита и дисульфида молибдена износостойкость ' реализуется через локализацию диссипативных каналов в результате сдвиговых

механизмов и адсорбционной способности этих материалов. Им же сформулирован принцип диссипативной гетерогенности. Сущность его в том, что для заданного сочетания трущихся материалов и состава окружающей среды в определенном диапазоне параметров нагружения реализуется вторичная структура и распределение объемов ее компонентов и диссипативных потоков между ними таким образом, что суммарное производство энтропии будет минимальным и реализуется т.н. комплексная структурная приспосабливаемость трибосистемы. При этом концепция износостойкости формулируется не только в зависимости от исходных свойств

и

материалов, но и как характеристика возникающего при трении нового состояния трибосистемы.

В работах триболога В.Е. К1атес1и /США/ трение характеризуется как процесс, присущий любой сопряженной паре. В.Е. Юатеск] приведены результаты термодинамического анализа системы трения в состоянии, далеком от равновесия, описано распределение диссипированной энергии при трении. В отличие от равновесного, при квазистатическом состоянии энтропия изолированной системы может только возрастать.Для такой системы скорость изменения энтропии должна быть выше нуля и справедливо соотношение:

с15/<1У= -2 рхУ, (1)

где: Б- скорость изменения энтропии системы, V- скорость скольжения, р- плотность.

Из уравнения (1) следует, что при постоянной энтропии скорость скольжения должна быть равна нулю. Для случая, когда У>0 энтропия системы будет уменьшаться. Отсюда логически следуют два вывода:

1. Система трения не изолирована, так как уменьшение энтропии возможно только при подводе энергии в систему извне,

2. Ситуация неравновесная, так как относительная скорость не равна нулю. При этом сама возможность относительного движения увязывается с процессом подвода и рассеивания энергии в системе трения тел.

Из анализа уравнения (2) изменения энтропии системы:

(К / А = £К1 / Л + <Юе / Л = 0 (2)

где: <181 - приращение энтропии внутри тела;

¿Бе - приращение энтропии за счет внешних источников сделан вывод о величине относительной скорости как о мере отклонения от равновесного состояния. Система будет сдвигаться в неравновесное состояние при уменьшении энтропии, если подводимая энергия не будет успевать диссипироваться (рассеиваться). Непрерывное скольжение приводит к непрерывному подводу энергии в систему и к непрерывной диссипации этой энергии. Результатом подвода энергии (негэнтропии) является образование упорядоченных структур. Общий вывод следует такой: если система не может (или не успевает) диссипировать подводимую к ней энергию, то она либо разрушается, либо в ней происходят неравновесные фазовые переходы.

В процессе образования вторичных структур возможны два варианта поведения системы трения: повышение или понижение энтропии структур в сравнении с веществами, вступающими во взаимодействие. Ими являются материалы контртела, смазки, окружающая газовая среда и т.д. при условии общего снижения энтропии трущегося тела. В начальный момент (уравнение 3) изменение энтропии трущегося тела будет состоять из следующих составляющих:

¿Б = ёБвнеш. + + (18 в-в + сЮпр—сШизн. (3 ) где: ¿Б-общее изменение энтропии трущегося тела, в том числе за счет:

ёБвнеш.- теплового потока из зоны трения в тело, <181 - прохождения потоков тепла, импульса или вещества, ёБв-в- притока вещества из окружающей среды или из контртела, ёБпр.- химических превращений в поверхностных слоях (образование твердых растворов, химических соединений и.т.д), (18изн,- износа материала, т.е. отвода вещества. Возникновение и рост вторичных структур можно представить схемой: при трении на трущейся поверхности оседают компоненты среды и контртела, они взаимодействуют друг с другом, образуя вторичные структуры, которые и подвергаются износу. Из приведенного анализа следует :

1. Обязательным атрибутом трения является износ,

2. В процессе приработки образуются вторичные структуры,

3. Характер износа определяется составом и состоянием вторичных структур. При прочих равных условиях изнашивание будет меньше у структур, состоящих из неравновесных химических соединений, твердых растворов и т.д.

Во втором разделе приведены сведения по применению основных положений теории самоорганизации при исследовании деталей тягового подвижного состава железнодорожного транспорта. В работах Н.А.Буше, Б.М.Асташкевича, А.Е.Миронова, С.И.Гершмана и др. приведены результаты исследований процессов самоорганизации трущихся деталей конкретных узлов тепловозов, электровозов, контактной сети. Приведены результаты исследований самоорганизации материала подшипников скольжения дизелей в режиме смешанной смазки, для различных антифрикционных материалов и при изменении нагрузки. Дается понятие "износ сплава" в применении к тепловозным дизелям, приводятся результаты исследований различных режимов обкатки. Процессы самоорганизации приводят к образованию так называемого "третьего тела", действие которого становится особенно эффективным, когда подповерхностные слои существенно упрочняются, а активные поверхностные—разупрочняются.

Ранее в ряде работ Г.Хакена, В.Эбелинга, И.Пригожина В.С.Ивановой, С.А.Баланкина, Б.И. Костецкого высказывались мысли о возможности управления процессами самоорганизации в сложных системах, в том числе в системах трения. Условием такого управления является то, что необходимо брать в расчет не только исходный материал контртел, а учитывать все составляющие трибосистемы, в том числе состав окружающей среды. Четвертая глава посвящена исследованию процессов структурной самоорганизации материала трущихся деталей: МОП, втулок верхней головки шатуна дизеля и тормозного компрессора, подшипников турбокомпрессоров, подшипников дизелей, силуминовых поршней дизелей. Результаты металлографических и микрорентгеноструктурных исследований описаны с позиций теории самоорганизации. В качестве методики исследований принималось сравнение начальных структур со структурами, образующимися на поверхности образцов бронз класса Си-8п-РЬ-2п при различных режимах

/е

трения. Проведенными исследованиями 5 образцов на машине трения СМЦ-2 выявлено, что сравниваемые детали и эталоны имеют равнозначные вторичные структуры. Так, образцы №1 и №2, имевшие разные нагрузки, к окончанию установившегося режима вышли на одинаковые моменты трения. Следовательно, нагрузка в определенных интервалах не является определяющей для процесса трения, с другой стороны, сравнение образцов №№ 2, 3, 4 с одинаковой нагрузкой 300 кгс, но разной начальной температурой масла (18, 42 и 70 град. С) приводит к выводу, что температура самым существенным образом влияет на процесс трения. Образец №5 при нагрузке в 100 кгс в режиме практически сухого трения (нанесено 2 капли масла) работать не может, установившегося режима не наблюдалось. В работе выполнены металлографические исследования распределения олова, свинца и цинка на поверхности трения образцов №1...4, а также образца из бронзы Бр04Ц4С17 после его приработки на фрезе, т.е. на грани заедания, а также исследован аварийный МОП из депо Оренбург. Кроме исследований бронзы Бр04Ц4С17 МОП исследования характера распределения основных легирующих компонентов на поверхности трения и проходящей структурной самоорганизации материала были выполнены по бронзам Бр08С12 и БрОЮСЮ подшипников турбокомпрессоров дизелей, бронзам Бр03Ц7С5Н1 втулок верхней головки шатуна дизеля и тормозного компрессора, бронзам Бр05Ц5С5, БрОЗЦ12С5 коренных и шатунных подшипников дизелей 1 ОД 100.

Для бронз класса Си-Бп-РЬ^п выявлен общий механизм образования защитных вторичных структур при различных режимах трения и вклад, вносимый каждым компонентом сплава и элементов, попадающих извне, на скорость этого процесса. Установлено, что определяющее значение на характер образования вторичных структур оказывает режим трения. На рис. 1-6 представлено распределение основных легирующих компонентов олова и свинца для бронз класса Си-5п-РЬ-2п. Основные выводы из результатов исследований следующие:

Начальная литая структура бронз (рис.1) представляет собой гетерогенную структуру, состоящую из твердой матрицы и мягких свинцовых включений. Олово во всех сплавах данного класса дает два вида твердого раствора с медью, в структуре имеются отдельные зоны без растворенного олова. Цинк входит в твердый раствор с медью равномерно и его влияние на образование вторичных структур незначительное.

В режиме, близкому к жидкостному трению (рис.2) основное влияние на образование вторичной структуры оказывает олово. В матрице сплава повышается его содержание как за счет большей легированности-областей, где оно уже было, так и за счет уменьшения площади зон без олова. При этом в сплаве имеется наличие трех фаз. Первая фаза близка по составу к£фазе (37,8% олова по массе), вторая фаза представляет собой твердый раствор в меди с 3...5% олова., в третьей фазе олова нет, а твердый раствор обогащен атомами углерода из смазки (до 4%). Такая вторичная структура, состоящая из

Распределение олова на поверхности трения бронз класса Си-вп-РЬ-гп в зависимости от нагрузки

Бп

Рис. I без нагрузки

Рис. 2 жидкостное трение

5п

ЭиКГЕ 323 ■ Э02 ■

гэа ■ 253 -237. В 215 ■ 154 ~

1 тг

151 ■ 129 -137 _ 86 В 64 В 43 В

:•», » *

Рис. 2» слабое контактирование

Рис. Л среднее контактирование

Бп

Рис. 5 сильный контакт

Рис. С предзадирное состояние

/¿?

относительно небольшого количества твердой £-фазы, ориентированной по направлению трения и окруженной более мягкой матрицей соответствует правилу Шарпи для антифрикционных материалов и обеспечивает получение выгодного микрорельефа, способного оптимально удерживать смазку. Роль свинца как мягкой структурной составляющей еще незначительна, но заметно его перераспределение по направлению трения.

В режиме ужесточения трения (рис.3) до уровня начала металлического контактирования происходит еще большее увеличение содержания олова на поверхности. Полностью исчезают области, не легированные оловом. Теперь матрица уже состоит из двух растворов олова в меди со значительной концентрацией в их составах. При этом не происходит падение содержания^/-фазе, а идет увеличение содержания олова в ^-фазе за счет его диффузии из внутренних области сплава. Из-за различия в уровне содержания олова в двух видах твердого раствора и соответствующими различиями в уровнях прочности и твердости более ярко выражается наиболее выгодный для удержания смазки рельеф поверхности. Количество свинца на поверхности трения не снижается, однако его видимая часть уменьшается за счет поглощения свинцом твердых включений из продуктов износа и абразива из смазки. Такая структура также пока соответствует правилу Шарпи. На этот режим трения система реагирует двояко:

1. образованием защитных антифрикционых пленок,

2. созданием микрорельефа поверхности, оптимально удерживающего смазку.

На режим металлического контактирования (рис.4, 5) система реагирует образованием на поверхности трения включений гораздо более легкоплавкой, чем свинец мягкой структурной составляющей-олова (разница в температурах плавления соответственно 327 и 232 град .С). В зонах металлического контакта, еще не переходящего в натиры и глубокие борозды выявлены включения практически чистого олова. На образование таких включений понадобилась диффузия олова не только из внутренних областей, но и из поверхностных структур. Из них олово полностью ушло и матрица представляет собой равномерный раствор цинка в меди. Таким образом, создается такая вторичная структура, которая не соответствует стремлению к равновесному состоянию по диаграмме состояний, а является с точки зрения диаграммы состояния невозможной. Ранее исследованиями Бершадского и Заманского только высказывалось предположение о возможности такой реакции системы трения, однако это не было подтверждено экспериментально. Выделения в структуре чистого олова удалось выявить впервые. При ужесточении режима трения и исчерпании запаса свинца за счет аномальной диффузии олова из твердого раствора на поверхности трения образуется защитная пленка из его выделений. Таким образом, именно оловом обеспечивает дополнительный ресурс работоспособности бронз в предзадирном состоянии.

На режим предзадирного трения (рис. 6) система реагирует образованием выделений еще большего количества олова. Эти выделения располагаются по

направлению трения и имеют вытянутые «хвосты» по направлению трения. Окончания таких «хвостов», превращаясь в тонкие пленки, как правило окисляются. При этом система стремится покрыть этими пленками, в первую очередь, крупные выделения твердых вторых фаз и тем самым снизить трение на этом участке, сохранить материал. Таким образом, в предзадирном состоянии система трения полностью отказывается от уменьшения трения по правилу Шарпи и переходит на принцип антифрикционное™ за счет выжимания мягких фаз или их расплавления при критическом нагреве, сопровождаемом окислением.

Особый интерес представляет исследование бронзовых дизельных вкладышей на тыльной стороне, имеющей малое перемещение и сухое трение. На этой поверхности выявлены зоны практически чистой меди, что наблюдается даже невооруженным глазом по смене цвета с золотистого, характерного для бронзы и латуни, на красный, характерный для чистой меди. Это объясняется тем, что медь изначально мягче и менее прочна по сравнению с бронзой, что позволяет ей легче деформироваться без разрушения и обеспечивать схватываемость деталей (подшипника и постели) для прекращения разрушения материала подшипника. Свинцовых включений в месте трения мало, что свидетельствует об их износе, а температурный режим в зоне трения еще недостаточен для восполнения свинца из внутренних слоев.

Таким образом, недостаток олова и свинца может самым существенным образом сказаться на работоспособности деталей из бронзы класса медь-олово-свинец-цинк, снизит их служебные свойства и тем самым поставит под угрозу безопасность движения поездов.

В этой же главе приведены результаты металлографических и микрорентгеноструктурных исследований материала силуминовых поршней, которые являются вторыми по количеству потребляемого для тепловозов цветного металла. По ним кроме анализа химического состава и механических свойств были выполнены микрорентгеноструктурные исследования поверхности трения. Результаты исследований показали, что и в этом случае на поверхности образуются вторичные структуры, защищающие материал от разрушения. На поверхности трения исследовано распределение кремния, железа, марганца, магния, углерода, цинка. Кроме того, на поверхности выявлено образование двух устойчивых профилей—возвышенностей и углублений. Их образование также является одним из проявлений эффектов самоорганизации. В данном случае в качестве параметра саморегулирования выступает устойчивая форма профиля, а целевой функцией—минимум рассеиваемой энергии. Существование подобного эффекта приводил в своих работах еще Л.И. Бершадский, в настоящее время это подтверждено экспериментально.

В области возвышенности видны две структуры: темные, гладкие, вытянутые в направлении трения и светлое более шероховатое поле, также ориентированное по направлению трения. Темные выделения полностью

совпадают с зонами повышенного содержания железа и кремния. Однако кремний составляет лишь тонкий не более 1-2 мкм слой, нанесенный на выделения интерметаллида с большим содержанием железа и марганца. Кроме того, пленка имеет медь, но в ней полностью отсутствует углерод и магний. Светлое шероховатой поле представляет собой структуру выхода на поверхность зоны кремнистой эвтектики, которая под действием сил трения стала приобретать направленный рост кремнистой фазы. При этом науглероженными оказываются участки алюминиевой матрицы.

Природа образования области углубления связана с нахождением под ней грубого каркаса интерметаллидных включений, а не зоны кремнистой эвтектики, как на возвышенности. Происходит легкое выкрашивание участка матрицы по слою сторочечных интерметаллидов, которые параллельны поверхности трения. В отдельных случаях интерметаллиды, перпендикулярные поверхности трения, выходят на поверхность и начинают воспринимать нагрузку на себя. При этом такие выделения даже начинают расти в направлении трения. Состав этих выделений состав можно определить как 30-40%+81, 35-40% (Ре,Мп) +30-20% А1. Эта фаза не соответствует диаграмме равновесного состояния и выявлена впервые. Объяснения процессам, происходящим на поверхности трения с нагревом, показано на структуре шлифа, изготовленного из этого участка образца поршня, на рис. 7-12. Внешний интерметаллидный слой имеет как различную толщину, так и различное строение. Выявленная фаза 51+(Ре,Мп)+А1 имеет наиболее толстый слой только в местах, где имеется сочетание трех основных образующих ее компонентов, а именно: кремния, железа и марганца. При этом источники поступления компонентов следующие: кремний поступает за счет выхода к поверхности трения кремнистой эвтектики (рис 7) из внутренних областей сплава, марганец (рис.10) поступает как из внутренних областей за счет диффузии, так и извне с продуктами горения и износа контртела. Основным источником железа (рис.8) является подпитка им извне за счет износа контртела. Этот вывод подтверждается характером распределения железа в приповерхностном слое. Слой-железа практически одинаков по всей длине шлифа, в нем имеются частички в 3-5 мкм. Если в достаточно кремния, железа и марганца, то образуется фаза 81+(Ре,Мп)+А1, где возможны различные соотношения этих компонентов, способные замещать друг друга (средняя часть шлифа). В правой части также образовалась эта фаза, однако непосредственно в нагаре, где нет кремния, но есть углерод—происходит образование интерметаллидов системы железо-алюминий-углерод на основе фазы РеА1 . В левой части шлифа где есть и железо, и марганец, но недостаточно кремния слой фазы 81+(Ре,Мп)+А1- наиболее тонкий. Притоку кремния в эту зону препятствуют сторочечные выделения фазы (Ре Мп N1) параллельные поверхности трения. Очевидно, что в средней части шлифа будет происходить рост интерметаллидов, так как для этого имеются все необходимые ингредиенты, в левой части шлифа произойдет отслоение части поверхности

Распределение компонентов в приповерхностном слое в зоне трения поршня

\ *

Ре

I

Рис. "^кремнистая эвтектика

Рис. 8 распределение железа

Рис. 9 распределение алюминия Рис. ^распределение марганца

по линии строчечных выделений фазы (РеМп№) А1 с образованием углублений. В правой части шлифа произойдет под действием сил трения разрушение хрупкой фазы РеА1^ и она примет вид светлой шероховатой зоны.

Рекомендации по химическому составу поршней следующие: поршни должны изготавливаться из сплава, близкого по химическому составу к международному составу А1СоА-132 или хотя бы к составу стандартных сплавов АЛ25, АЛЗО. Сплавы в обязательном порядке должны модифицироваться и дегазироваться.

Пятая глава посвящена математической обработке экспериментальных данных по бронзе класса Си-Бп-РЬ-Зп.

Для 33 образцов МОП, 15 образцов верхней головки шатуна дизеля и подшипников турбокомпрессоров, 15 дизельных вкладышей с различным процентным содержанием легирующих компонентов: Бп, Zn, РЬ, БЬ, Ре, и Р удалось произвести замеры прочности, твердости, ударной вязкости и относительного удлинения.

В связи с тем, что нет априорных данных о виде функциональной зависимости замеренных величин, то нельзя ставить задачу по определению параметров соответствующих функций. При этом остается возможность статистической обработки опытных данных на основе многомерного корреляционного анализа. Недостаточное количество экспериментальных данных и сложность задачи позволяют провести анализ механических свойств от процентного содержания компонентов только в линейном приближении с некоторыми ограничениями. Такие ограничения связаны с большими ошибками в определении элементов обратной корреляционной матрицы при наличии парциальных коэффициентов корреляции, близких к нулю. '

Таким образом, для каждой измеренной величины определялись парциальные коэффициенты корреляции с восемью переменными (8п, Тп, РЬ, №, ЭЬ, Ре, 81 и Р). Значимость коэффициентов парциальной корреляции определялась с помощью критерия Н по формуле:

Н=г(п—1)

где г-коэффициент, п-количество измерений;

Для дальнейшего анализа использовались только те переменные, для которых значения Н не сильно отличались от критических при надежности выводов Р=0,9. Затем строилась матрица моментов:

где X/ , X,"—текущие значения из выборок,» 0

Х^ , Х-—их средние значения, а индексы^ = 1, 2,...... п. При этом значение п

соответствует количеству выбранных переменных.

Далее строилась обратная матрица Ь= • , которая и определяет соответствующие корреляционные коэффициенты я,., равные:

Соответствующая регрессионная зависимость определяется выражением:

где индекс ш—соответствует одной из измеренных величин (прочность, твердость, ударная вязкость, относительное удлинение), а индекс ^относится к величине процентного содержания компонента.

Среднеквадратичное отклонение величины <Р от истинного значения определяется величиной: (Т"7

Б =(//Ьтп)^

Мерой корреляции между и остальными величинами служит сводный

©Л7 „ ,

равный

коэффициент корреляции Д, равный : /

/ = (/- тп * Ьтп), который служит мерой отклонения экспериментальных точек от плоскости корреляции.

Результаты обработки опытных данных по изложенной схеме приведены ниже.

5.1 Прочность

Среднее значение прочности 18,85 кгс/мм? Средние значения % % содержания

элементов и коэффициенты при членах уравнения:

Элемент вп Ъп РЬ БЬ в

Среднее значение 3,66 4,60 12,23 0,325 0,022

Коэффициенты 1,93 -0,06 -0,633 -7,47 -3,46

Среднеквадратичное отклонение величины прочности-3,89 кгс/мм? Сводный коэффициент кореляции-0,507. Корреляционная формула имеет вид: 0&=Д8,85+1,93(8п-3,66КМ7(8Ь-0,325)-3,46(8-0,022)-0у633(РЬ-12ДЗ)-0,ЩХп-4,6) (кгс/мм )

Из формулы следует, что прочность повышает только олово в соотношении 1,93 кгс/мм2 на каждый 1% Бп (10,2%). Прочность снижает, причем сильнее всего, сурьма-на 7,47% на каждый 1% БЬ (39,6%). Второй по вредному снижению прочности является сера - на 3,46кгс/мм2на каждый 1% 8 (18,4%^. Влияние свинца на снижение прочности незначительное - 0,633 кгс/мм на каждый 1% РЬ (3,4%), совсем мало снижает прочность цинк - всего 0,06 кгс/мм2 на каждый 1% Ъп (0,33%). Вредное влияние сурьмы и серы объясняется образованием по границам зерен бронзы хрупких эвтектик. Снижение прочности бронзы при увеличении содержания цинка можно объяснить, исходя из данных металлографических исследований. Установлено, что с повышением содержания цинка уменьшается площадь шлифов, занятая твердым раствором олова в меди, с одновременным возрастанием «белых полей» структуры, в которых олово замещено цинком. Данное положение приводит к, хотя и незначительному, но снижению прочности сплава в целом.

5.2 Пластичность

Среднее значение пластичности=12,05%. Средние значения процентного содержания элементов и коэффициенты при членах уравнения: _

Элемент вп РЬ № БЬ Ре 8

Среднее значение 3,64 12,19 0,238 0,305 0,13 0,022

Коэффициенты 3,91 -0,83 -12,7 -16,24 -10,36 3,3

Среднеквадратичное отклонение величины пластичности-5,36%. Сводный коэффициент кореляции-0,701. Корреляционная формула имеет вид:

8 =12,05+3,91(8п-3,64)+3^(8-0,022)+0,83(РЬ-12,19)-16,24(8Ь-0305)-12,7(Х!-0,238)-1036(Ре-0,13) (%)

Из формулы следует, что пластичность повышает олово, сера и свинец. Положительное влияние олова можно объяснить свойствами твердых растворов, образуемых с медью. Свинец, образуя пластичные выделения вокруг зерен бронзы, способствует облегчению деформации материала. Влияние серы, по всей вероятности, аналогично влиянию свинца. Максимально уменьшает пластичность сурьма, образующая по границам зерен хрупкую эвтектику. Влияние никеля и железа характеризуется образованием твердых включений вторых фаз, также охрупчивающих бронзу.

5.3 Твердость

Среднее значение твердости=79,6 НВ. Средние значения процентного содержания элементов и коэффициенты при членах уравнения:

Элемент Бп РЬ БЬ Ре Б

Среднее значение 4,07 12,0 0,256 0,115 0,0135

Коэффициенты 1,97 -1,71 16,7 21,7 -64,9

Среднеквадратичное отклонение величины твердости-12,31 НВ. Сводный коэффициент кореляции-0,558. Корреляционная формула имеет вид:

НВ=79,6+21,7(Ге-0,115)+16,7(8Ь-0,256)+1,97(8п-4,07)-64,9(18-0,0135)-1,71 (РЬ-12,0).

Из формулы следует, что основное влияние на твердость оказывают вредные примеси железа и сурьмы и на порядок меньше коэффициент влияния олова. Снижают твердость сера и свинец.

Для каждой марки бронзы существует оптимальный интервал значений твердости. При низкой твердости интенсивно изнашивается бронзовая деталь и практически не изнашивается стальное контртело. При высокой твердости бронзы уменьшается ее износ, но стремительно возрастает износ стали. В ГОСТ 613-79 дан только нижний предел твердости каждой марки бронзы, в то в то время как в зарубежных стандартах даются оптимальные интервалы твердости. Такие интервалы, обеспечивающие высокие эксплуатационные свойства, были определены в данной работе на основе анализа состояния исследованных деталей после эксплуатации.

5.4 Ударная вязкость Среднее значение ударной вязкости=1,01 кгм/см. Средние значения

Элемент Бп РЬ № Ре Р Б

Среднее значение 3,63 4,3 12,29 0,244 0,129 0,022 0,023

К-т корреляции 0,13 0,115 -0,03 -0,353 -0,19 -3,0 -2,18

Среднеквадратичное отклонение величины ударной вязкости-0,33 кгм/см г Сводный коэффициент корреляции-0,712 Корреляционная формула имеет вид:

Кс =1,01 +0,13(8п-3,63)+0,11 (гп-4,3)-3,0(Р-0,022)-2,18(8-0,023)-Ог3530Ч1-0^44)-0,19(Ре-0,129)-0,03(РЬ-12,29)(кгм/смг-)

Из формулы следует, что повышают ударную вязкость олово и цинк-элементы, образующие с медью твердые растворы. Сильнее всего снижают ударную вязкость фосфор и сера-элементы, образующие эвтектики по границам зерен. Слабее снижают ударную вязкость никель и железо-элементы, образующие вторые фазы, способные вызывать концентрацию напряжений. Меньше всех снижает ударную вязкость свинец-элемент не растворимый в меди, чьи выделения можно рассматривать как аналог пор.

В таблице 3 приведены данные по значениям прочности, пластичности, твердости и ударной вязкости бронз класса Си-8п-РЬ-7п, применяющихся в узлах трения тепловозов, а именно: Бр04Ц4С17, Бр05Ц5С5, БрОЗЦ12С5, БрОЮСЮ, Бр08С12, исходя из положений:

1. Расчетные значения каждого из свойств, полученные по приведенным формулам, исходя из допусков на содержание компонентов, нормируемых действующим ГОСТ 613-79,

2. Максимально допустимого содержания вредных примесей и минимального содержания компонентов повышающих уровень данного свойства— наименьшее значение свойства,

3. Максимального содержания компонентов, повышающих уровень данного свойства, минимальном значении компонентов, понижающих уровень данного свойства и обеспечивающих наиболее высокий уровень данного свойства,

4. Расчет оптимального (тах/гшп) содержания всех компонентов, гарантирующий необходимую техническую надежность узла трения в эксплуатации по имеющемуся практическому опыту и экономически оправданный с позиций возможных затрат.

Установлено:

—бронза БрОЗЦ12С5 для подшипников дизелей 1 ОД 100 по прочности и пластичности хуже, чем бронза Бр05Ц5С5, что подтверждено результатами испытаний, решение по замене бронз вызывает сомнение, —значения пластичности для бронз марок Бр04Ц4С17, Бр05Ц5С5, БрОЗЦ12С5 и ударной вязкости для бронзы Бр04Ц4С17 свидетельствуют о завышении допуска на содержание таких вредных примесей, как никель, сурьма, железо, фосфор и необходимо снизить их содержание до оптимально допустимого, —использование бронзы марки Бр04Ц4С17 для подшипников турбокомпрессоров нежелательно, так как не обеспечивается требуемый уровень прочности,

—необходимо введение интервала допуска на твердость сплавов, как это сделано в зарубежных стандартах,

Таблица3

Механические свойства бронз класса Си-Бп-РЬ^п

Механическое свойство Значения свойств для различных бронз

Бр04Ц4С17 Бр05Ц5С5 БрОЗЦ12С5 • БрОЮСЮ Бр08С12

Кгс/мм гост 613-79 тт 15 18 21 20 (14,5)

шах (19.5)

Расчет по ГОСТ тт 12.13 21,96 17,56 30,26 (24,08)

шах 21.48 28,62 24,18 37,27 (27,64)

Расчете корр.х/с тт 1437 - 1930 - -

шах 22,41 - - - -

% ГОСТ 613-79 тш 12 4 5 6 (3)

шах - - - - ' («)

Расчет по ГОСТ тт -15,26 -22.25 -29.42 7,04 (23,49)

тах - - - 39,93 (33.77)

Расчет с корр.х/с тт 13,96 4,66 432 - -

тах 2839 14,79 11,84 - -

нв ГОСТ 613-79 тт 60 60 60 78 65(78)

тах - - - - (118)

Расчет по ГОСТ Ш1П 64.67 87,35 83.41 88,65 (81,29)

тах 89,25 107,33 104,12 102,66 (93,59)

Расчете корр.х/с тт - - - - -

тах 84,25 100,49 97,28 - -

Кс Кт/си2 ГОСТ 613-79 тш 1.0 1,0 1.0 1,0 0,98

тах - - - - 137

Расчет по ГОСТ тт -0,45 0,41 0.59 0,56 0,87

тах 0.41 1,76 2,45 1.68 1,33

Расчете корр.х/с тт - 1,11 1,27 1,20 -

тах 139 - - - -

Таблица4

Рекомендуемый химический состав оловянных литейных бронз

_Марка_ бронзы Химический состав %

Основные компоненты Примеси, не более

Эп гп РЬ Р Си гп А1 Ре Б! БЬ № Б Всегл

Бр04Ц4С17 4,56,0 5,07.0 14,020,0 0,010,05 Ост - 0,05 0,1 0,05 0,2 0,2 0,05 0,65

Бр05Ц5С5 4,06,0 4,06,0 4,06,0 0,010,05 Ост — 0,05 0,2 0,05 0,2 0,2 0,05 0,65

Бр03Ц12С5 2,03,5 8,015,0 3,06,0 0,010,05 Ост - 0,02 0,1 0,02 0,2 0,1 0,05 0,65

БрОЮСЮ 9,011,0 - 8,011,0 0,010,05 Ост 0,5 0,02 0,2 0,02 0,45 02 0,05 0,90

Бр08С12 7,08,0 - 11,013,0 0,01" 0,05 Ост 0,5 0,02 0,2 0,02 0,3 0,25 0,05 0,75

—наилучшее совпадение (более 90%) формулы дают при условии разброса не более 100% от среднего значения каждого элемента. При разбросе 200% сходимость результатов составляет около 80%. Однако при разбросе в 3-8,5 раз, как это имело место при расчете пластичности и ударной вязкости по никелю и железу, полученные расчетным путем данные не соответствуют действительности.

В соответствии с изложенным в таблице 4 приведен рекомендуемый химический состава бронз класса Си-Бп-РЬ-гп, при этом фосфор переведен из примесей в основные компоненты.

Главным легирующим компонентом во всех сплавах данного класса является олово. Оно повышает прочность, пластичность и ударную вязкость и умеренно (в среднем в 10 раз меньше, чем железо и сурьма) повышает твердость. При этом олово является одним из главных компонентов процесса самоорганизации. Свинец обеспечивает антифрикционные свойства сплавов. Уменьшение содержание этих двух компонентов недопустимо.

Основные выводы диссертации

1. Анализ создавшегося на сети железных дорог положения с техническим состоянием тепловозов, изучение их возрастной структуры и обеспеченности ремонтами, снижение уровня централизованного снабжения цветными металлами и сплавами приводят к выводу о нарастании процессов физического износа парка и необходимости принятия неотложных мер технического и организационного характера по стабилизации положения.

2. Установлено, что в настоящее время химический состав и механические свойства большинства деталей трения, изготовленных из цветных металлов и сплавов и определяющих работоспособность и экономичность работы базовых узлов и агрегатов тепловозов, а также, отчасти, безопасность движения, не соответствуют требованиям действующих ГОСТов.

3. Анализ выхода этих деталей из строя и изучение образующихся на поверхности трения вторичных структур позволяют сделать вывод о прямой взаимосвязи указанных факторов между собой.

4. Установлено, что для бронз системы Си-Бп-РЬ^п, из которых изготовляются литые детали МОП, втулки верхней головки шатуна дизеля и тормозного компрессора, подшипники турбокомпрессоров, коренные и шатунные вкладыши коленчатых валов дизелей тепловозов наибольшее положительное влияние на создание защитных вторичных структур оказывают олово и свинец, но именно эти легирующие компоненты недовкладываются при плавке, что снижает служебные свойства указанных деталей и ведет к их преждевременной замене.

5. Для литых деталей из бронз системы Си-8п-РЬ-2п изучены вторичные структуры при различных режимах трения, определен вклад, вносимый в их

создание каждым из ингредиентов сплава, а также элементов, попадающих извне (смазка, абразив и т.д.). Показана определяющая роль олова как главного компонента, обеспечивающего прохождение процессов самоорганизации в сплаве.

6. Статистической обработкой данных по химическому составу и свойствам сплавов системы Си-8п-РЬ-2п установлено, что для обеспечения требуемых механических и служебных характеристик этих бронз в состав обязательных регулируемых примесей необходимо ввести никель и серу, а фосфор из раздела «Примеси» перенести в раздел «Основные компоненты» с определением для него верхнего и нижнего пределов содержания. Следует в обязательном порядке проводить испытание образцов на ударную вязкость.

7. Проведенные исследования показали недостаточную обоснованность замены бронз марок БрОЮСЮ и Бр08С12 на бронзу Бр04Ц4С17 в узле подшипника турбокомпрессора 6ТК, а также неравнозначность замены бронзы Бр05Ц5С5 на бронзу БрОЗЦ12С5, ухудшающую служебные свойства корпусов дизельных вкладышей.

8. По результатам статистической обработки и изучения образующихся вторичных структур произведена корректировка химического состава бронз системы Си-Бп-РЬ-гп таким образом, чтобы получить комплекс служебных характеристик сплавов, наиболее полно отвечающих требованиям эксплуатации и обеспечивающих долговечность.бронзовых деталей в узлах трения тепловозов.

9. Дня поршней из силумина выявлен механизм и показан вклад каждого из ингредиентов сплава в создание защитных вторичных структур на поверхности трения и максимального нагрева. Выявлена, предположительно, новая фаза 8|+(Ре,Мп)+А1, содержащая 30-40% 81+35-40% (Ре,Мп) + 30-20% А1. Эта фаза обеспечивает максимальную износостойкость поверхности трения при воздействии высоких температур и абразива.

10. На основе результатов выполненных исследований предложены рекомендации по оптимальному химическому составу материала поршня, обеспечивающие его долговечность и работоспособность____

11. Доказано, что при выборе сплава с целью обеспечения долговечности и надежной работы конкретного узла трения необходимо руководствоваться не только данными механических свойств, приведенными в стандартах и технических условиях, но и учитывать принципы структурной самоорганизации материала.

12. С целью устранения выявленных технологических и организационных недостатков при изготовлении литых деталей из цветных металлов и сплавов при участии автора разработан и утвержден Департаментом локомотивного хозяйства МПС России комплекс нормативно-технических документов, направленных на повышение качества. Всего утверждено 12 документов.

13. Ожидаемый годовой экономический эффект за счет снижения только на 10% количества порч, неисправностей и неплановых ремонтов узлов трения тепловозов составит свыше 2,7 млн. рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Миронов А.Е., Никифоров В.А. Литье возможно, но только осторожно, ж. "Локомотив", №3 1999, с.34-35.

2. Никифоров В.А., Миронов А.Е. Использование алюминиевых сплавов для изготовления поршней дизелей, ж. "Локомотив", №6 1999, с.32-33.

3. Миронов А.Е., Никифоров В.А. О низком качестве бронзовых вкладышей, ж. "Локомотив", №11 1999, с.23.

4. Миронов А.Е., Никифоров В.А. О качестве литья из цветных металлов и сплавов в условиях локомотивных депо и локомотиворемонтных заводов. В сборнике. Труды конференции «Ресурсосберегающие технологии на ж.д. транспорте», Москва РГУПС. 2000, С.Х7-7-У/-8.

5. Миронов А.Е., Никифоров В.А. Бронзовые вкладыши моторно-осевых подшипников тепловозов. В сборнике научных трудов «Инженерная механика, материаловедение и надежность оборудования» вып.№4, НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковск, 2002, с. 81-87.

6. Миронов А.Е., Никифоров В.А. О качестве бронзовых вкладышей моторно-осевых подшипников тепловозов. Вестник ВНИИЖТ. №1 2003, с.35-40.

9

Подписано к печати ¿С гг. Формат бумаги 60х90г1Л6. Объем т '> ■ Заказ Тираж -/^С^л Типография ВНИИЖТ, 3-я Мытишинская ул.. д. 10

• ' î§9( 7??é

Введение,

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Цветные металлы и сплавы для деталей подвижного состава на железнодорожном транспорте, эксплуатационные показатели, износ и повреждаемость деталей локомотивов.

1.1 Структура использования цветных металлов и сплавов на железнодорожном транспорте, технология их производства, использование чистых цветных металлов и ломов, вопросы экономии цветных металлов. Э

1.2 Оценка работоспособности трущихся деталей тепловозов, изготовленных с использованием цветных металлов

1.2.1. Замена узлов трения тепловозов в связи с ростом объема перевозок, . расчетная потребность в баббите и свинце для заливки подшипников.

1.2.2. Замена узлов трения тепловозов на тепловозоремонтных заводах.

1.2.3. Структура парка тепловозов, анализ выхода из строя узлов трения.

1.3. Классификация видов изнашивания, основные виды износа и повреждений трущихся деталей локомотивов, изготовленных с использованием цветных металлов.

1.3.1. Классификация видов износа. ^'

1.3.2. Износ и повреждение МОП. .2/

1.3.3. Износ и повреждение втулок верхней головки шатуна дизеля, тормозного ~ компрессора и подшипников турбокомпрессоров. ®

1.3.3.1. Особенности работы подшипников в дизелях.

1.3.3.2 Износ и повреждение втулок шатуна дизеля и тормозного компрессора.

1.3.3.3. Износ и повреждение подшипников турбокомпрессоров. ^^

1.3.4. Износ и повреждение материала поршней. J

1.3.4.1. Конструкция поршней и особенности их работы в тепловозных дизелях. $'t

1.3.4.2. Материал поршней. . 4,

1.3.4.2.1. Общие положения. .4,

1.3.4.2.2. Краткие сведения о литейных сплавах системы алюминий-кремний.

1.3.4.3. Повреждения материала поршней.

Выводы по главе 1.4i

Глава 2. Анализ химического состава и свойств трущихся деталей из цветных металлов, изготовленных на заводах и в локомотивных депо.

2.1. Вкладыши МОП.

2.1.1. Общие положения. ^

2.1.2. Исследование химического состава образцов.

2.1.3. Оценка механических свойств.л

2.2. Исследования втулок верхней головки шатуна дизеля, тормозного компрессора и вкладышей подшипников турбокомпрессоров. ^

2.3. Исследования бронзо-баббитовых дизельных вкладышей. ^

2.3.1. Проверка химического состава дизельных вкладышей.

2.3.2. Проверка механических свойств бронзы корпусов вкладышей.

2.4. Исследование материала силуминовых поршней дизелей. 7 с

2.4.1. Исследование химического состава поршневых сплавов.^

2.4.2. Исследование химического состава и механических свойств поршня в зоне нагрева.

2.4.3. Исследование химического состава поршня после изготовления и после длительной эксплуатации.Si

2.4.4. Исследование механических свойств образцов поршней.^

Выводы по главе 2.Э*

Глава 3. Принципы самоорганизации трущихся деталей и возможность по управления этим процессом.

3.1 Общие принципы самоорганизации при трении. 9

3.2. О самоорганизации трущихся деталей тягового подвижного состава железнодорожного транспорта и возможности управления этим процессом.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Исследование структурной самоорганизации трущихся деталей. .т

4.1. Исследование структур бронзовых МОП.

4.1.1. Исследование литого материала представленных образцов. 40i

4.1.2. Трибологические испытания бронзы Бр04Ц4С17 МОП.

4.1.3. Исследование вторичных структур на поверхности бронзы Бр04Ц4С17.

4.2 Металлографические исследования структур на поверхностях трения втулок верхней головки шатуна дизеля и тормозного компрессора.^/t

4.3 Металлографические и микрорентгеноструктурные исследования материала поршней дизелей тепловозов.

4.3.1. Исследование структур материала поршней вне зоны воздействия температуры и трения. ~

4.3.2. Исследования структур поверхности нагрева. ./7J

4.3.3. Исследования структур поверхности трения.

4.4. Металлографические и микрорентгеноструктурные исследования бронзы -БрОЗЦ12С5 дизельных подшипников. 'У*

Выводы по главе 4. .24С

Глава 5. Математическая обработка экспериментальных данных. .т

5.1. Прочность.^

5.1.1. Применение формулы прочности для оценки бронзы Бр04Ц4С17.

5.1.2. Применение формулы прочности для оценки бронзы Бр05Ц5С5. Ж

5.1.3. Применение формулы прочности для оценки бронзы БрОЗЦ12С5. .2/

5.1.4. Применение формулы прочности для оценки бронзы БрОЮСЮ. . 2П

5.1.5. Применение формулы прочности для оценки бронзы Бр08С12 .т

5.2. Пластичность. .Zfl

5.2.1. Применение формулы пластичности для оценки бронзы Бр04Ц4С17.

5.2.2. Применение формулы пластичности для оценки бронзы Бр05Ц5С5.£££

5.2.3. Применение формулы пластичности для оценки бронзы БрОЗЦ12С5.

5.2.4. Применение формулы пластичности для оценки бронзы БрОЮСЮ. 2.2.

5.2.5. Применение формулы пластичности для оценки бронзы Бр08С12.

5.3. Твердость.2.2.2)

5.3.1. Применение формулы твердости для оценки бронзы Бр04Ц4С17.

5.3.2. Применение формулы твердости для оценки бронзы Бр05Ц5С5.22-S

5.3.3. Применение формулы твердости для оценки бронзы БрОЗЦ12С5.

5.3.4. Применение формулы твердости для оценки бронзы БрОЮСЮ.22t

5.3.5. Применение формулы твердости для оценки бронзы Бр08С12.

5.4. Ударная вязкость.'

5.4.1. Применение формулы ударной вязкости твердости для оценки бронзы Бр04Ц4С17.

5.4.2. Применение формулы ударной вязкости твердости для оценки бронзы Бр05Ц5С5.^

5.4.3. Применение формулы ударной вязкости твердости для оценки бронзы БрОЗЦ12С5.

5.4.5. Применение формулы ударной вязкости твердости для оценки бронзы

БрОЮСЮ. 23/

5.4.5. Применение формулы ударной вязкости твердости для оценки бронзы БрОБС12.

92) *

Выводы по главе 5.г-и*

Как известно, в машиностроении суммарные затраты на материалы, топливо и электроэнергию составляют не менее 2/3 общих затрат на выпускаемую продукцию. На нужды железнодорожного транспорта ежегодно расходуется до 12% топливно-энергетических ресурсов, вырабатывемых в стране, из которых более 1/3 тратится на преодоление трения, действием которого обусловлена потеря более 10% металла и до 80-85% отказов оборудования и узлов из-за их изнашивания. Помимо этого, железнодорожный транспорт является значительным потребителем цветных металлов и сплавов. Так, в 1980-89 годах (годы наиболее высокого уровня грузонапряженности ж.д. транспорта) потребление цветных металлов ежегодно составляло в общей сложности более 86000 тонн. Основными потребителями в те годы было Главное управление по ремонту подвижного состава и производству запасных частей, Главное управление вагонного хозяйства и Главное управление локомотивного хозяйства. На долю первых двух подотраслей приходилось соответственно 58 и 33% потребления цветных металлов. В настоящее время в связи с отсутствием потребности в подшипниковых сплавах из-за перехода вагонного парка полностью на подшипники качения, низкого качества изготовления деталей трения из цветных металлов и повышенным количеством их замены и ремонтов локомотивное хозяйство переместилось на 2-е место по потреблению цветных металлов и сплавов. На тепловозах литые детали узлов трения, изготовленные из цветных металлов и сплавов, составляют свыше 90% по массе всех деталей из этих материалов.

Сложным является положение с физическим износом тепловозов. На 1 января 2002г выработали нормативный срок службы свыше 33% инвентарного парка тепловозов, а по отдельным сериям износ составляет 100%. При этом поставки новых магистральных грузовых тепловозов практически прекращены 10 лет назад. Рядом указаний Министерства путей сообщения России (далее МПС) изъято право постановки тепловозов в ремонт по времени работы, а установлено только по достижении норматива пробега, увеличен сам норматив. Это приводит к возрастанию нагрузки на тепловозы и, соответственно, к еще более напряженной работе их силовых установок и деталей трения в них. В 2002 году только по неисправности деталей, входящих составной частью в узлы трения, допущено 100 случаев порч и неисправностей, что составило 14,5% от всего количества порч тепловозов, не снижается количество неплановых ремонтов.

Все вышеизложенное настоятельно требует разработки организационных и технических мероприятий по поддержанию тепловозов в исправном состоянии, в том числе, через изучение идущих в деталях трения процессов износа и возможных способов его снижения. Поскольку на тепловозах детали трения в значительной степени изготовлены из цветных металлов и сплавов, то предлагаемая работа посвящена изучению именно этих деталей. Особенностью использования на тепловозах трущихся деталей из цветных металлов и сплавов является их применение в узлах, непосредственно обеспечивающих безопасность движения поездов. Это в первую очередь моторно-осевые подшипники (далее МОП). Кроме того, детали трения обеспечивают долговечность и экономичность работы такого базового агрегата, как дизель: коренные, шатунные, втулочные подшипники головок шатунов, поршни и работающие с ними в паре гильзы цилиндров, а также турбокомпрессоры. В настоящее время все тепловозоремонтные заводы отрасли и многие локомотивные депо перешли на изготовление деталей из цветных металлов и сплавов на своих предприятиях из-за снижения централизованного снабжения и непомерно высокими отпускными ценами на цветные металлы и сплавы. Только в сопоставимых ценах стоимость цветных металлов возросла в среднем в 44,3 раза. При этом качество изготовления деталей резко ухудшилось. Это создало положение, при котором, с одной стороны, с целью экономии средств изготовителями не вкладываются в шихту дорогостоящие компоненты, с другой стороны, резко возросло количество хищений цветных металлов. В связи с этим МПС было вынуждено издать ряд указаний по предупреждению хищений, принята отраслевая Программа снижения расхода цветных металлов.

Указанные обстоятельства определили цели и порядок построения работы. Установлено, что метод простого анализа химического состава цветных сплавов и их механических свойств для выявления причин износа и разработки предложений по его снижению оказался недостаточным. В связи с этим в предлагаемой работе выполнены исследования возникающих на поверхности трения защитных вторичных структур с привлечением не только положений термодинамики необратимых процессов, к которым относится трение, но и положений теории самоорганизации. Показано, что в зависимости от вида воздействия: силовое, температурное или совместное, а также условий трения: жидкостное, граничное, смешанное или сухое на поверхности детали проходят процессы структурной самоорганизации, обеспечивающие минимальное разрушение материала в конкретных условиях эксплуатации. Установлено, что факторами, определяющими конечную структуру, являются продолжительность и характер воздействия условий трения, а также степень легированности материала. На основе математической обработки данных по химическому анализу и механическим свойствам образцов, результатов металлографических и микрорентгеноструктурных исследований с учетом структурной самоорганизации материала предложены рекомендации по оптимальному химическому составу деталей для бронз класса медь-олово-свинец-цинк. Даны рекомендации по оптимальному составу сплавов типа силумин для изготовления поршней. В качестве практического руководства при участии автора разработаны и утверждены МПС нормативно-технические документы, направленные на повышение качества изготовления деталей трения из цветных металлов и сплавов.

Основные выводы диссертации

1. Анализ создавшегося на сети железных дорог положения с техническим состоянием тепловозов, изучение их возрастной структуры и обеспеченности ремонтами, снижение уровня централизованного снабжения цветными металлами и сплавами приводят к выводу о нарастании процессов физического износа парка и необходимости принятия неотложных мер технического и организационного характера по стабилизации положения.

2. Установлено, что в настоящее время химический состав и механические свойства большинства деталей трения, изготовленных из цветных металлов и сплавов и определяющих работоспособность и экономичность работы базовых узлов и агрегатов тепловозов, а также, отчасти, безопасность движения, не соответствуют требованиям действующих ГОСТов.

3. Анализ выхода этих деталей из строя и изучение образующихся на поверхности трения вторичных структур позволяют сделать вывод о прямой взаимосвязи указанных факторов между собой.

4. Установлено, что для бронз системы Cu-Sn-Pb-Zn, из которых изготовляются литые детали МОП, втулки верхней головки шатуна дизеля и тормозного компрессора, подшипники турбокомпрессоров, коренные и шатунные вкладыши коленчатых валов дизелей тепловозов наибольшее положительное влияние на создание защитных вторичных структур оказывают олово и свинец, но именно эти легирующие компоненты недовкладываются при плавке, что снижает служебные свойства указанных деталей и ведет к их преждевременной замене.

5. Для литых деталей из бронз системы Cu-Sn-Pb-Zn изучены вторичные структуры при различных режимах трения, определен вклад, вносимый в их создание каждым из ингредиентов сплава, а также элементов, попадающих извне (смазка, абразив и т.д.). Показана определяющая роль олова как главного компонента, обеспечивающего прохождение процессов самоорганизации в сплаве.

6. Статистической обработкой данных по химическому составу и свойствам сплавов системы Cu-Sn-Pb-Zn установлено, что для обеспечения требуемых механических и служебных характеристик этих бронз в состав обязательных регулируемых примесей необходимо ввести никель и серу, а фосфор из раздела «Примеси» перенести в раздел «Основные компоненты» с определением для него верхнего и нижнего пределов содержания. Следует в обязательном порядке проводить испытание образцов на ударную вязкость.

7. Проведенные исследования показали недостаточную обоснованность замены бронз марок БрОЮСЮ и Бр08С12 на бронзу Бр04Ц4С17 в узле подшипника турбокомпрессора 6ТК, а также неравнозначность замены бронзы Бр05Ц5С5 на бронзу БрОЗЦ12С5, ухудшающую служебные свойства корпусов дизельных вкладышей.

8. По результатам статистической обработки и изучения образующихся вторичных структур произведена корректировка химического состава бронз системы Cu-Sn-Pb-Zn таким образом, чтобы получить комплекс служебных характеристик сплавов, наиболее полно отвечающих требованиям эксплуатации и обеспечивающих долговечность бронзовых деталей в узлах трения тепловозов.

9. Для поршней из силумина выявлен механизм и показан вклад каждого из ингредиентов сплава в создание защитных вторичных структур. на поверхности трения и максимального нагрева. Выявлена, предположительно, новая фаза Si+(Fe,Mn)+AI, содержащая 30-40% Si+35-40% (Fe,Mn) + 30-20% А1. Эта фаза обеспечивает максимальную износостойкость поверхности трения при воздействии высоких температур и абразива.

10. На основе результатов выполненных исследований предложены рекомендации по оптимальному химическому составу материала поршня, обеспечивающие его долговечность и работоспособность.

11. Доказано, что при выборе сплава с целью обеспечения долговечности и надежной работы конкретного узла трения необходимо руководствоваться не только данными механических свойств, приведенными в стандартах и технических условиях, но и учитывать принципы структурной самоорганизации материала.

12. С целью устранения выявленных технологических и организационных недостатков при изготовлении литых деталей из цветных металлов и сплавов при участии автора разработан и утвержден Департаментом локомотивного хозяйства МПС России комплекс нормативно-технических документов, направленных на повышение качества. Всего утверждено 12 документов.

13. Ожидаемый годовой экономический эффект за счет снижения только на 10% количества порч, неисправностей и неплановых ремонтов узлов трения тепловозов составит свыше 2,7 млн. рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Миронов А.Е., Никифоров В.А. Литье возможно, но только осторожно, ж. "Локомотив", №3 1999, с.34-35.

2. Никифоров В.А., Миронов А.Е. Использование алюминиевых сплавов для изготовления поршней дизелей, ж. "Локомотив", №6 1999, с.32-33.

3. Миронов А.Е., Никифоров В.А. О низком качестве бронзовых вкладышей, ж. "Локомотив", №11 1999, с.23.

4. Миронов А.Е., Никифоров В.А. О качестве литья из цветных металлов и сплавов в условиях локомотивных депо и локомотиворемонтных заводов. В сборнике. Труды конференции «Ресурсосберегающие технологии на ж.д. транспорте», Москва РГУПС. 2000, с. -7— -8.

5. Миронов А.Е., Никифоров В.А. Бронзовые вкладыши моторно-осевых подшипников тепловозов. В сборнике научных трудов «Инженерная механика, материаловедение и надежность оборудования» вып.№4, НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковск, 2002, с. 81-87.

6. Миронов А.Е., Никифоров В.А. О качестве бронзовых вкладышей моторно-осевых подшипников тепловозов. Вестник ВНИИЖТ. №1 2003, с.35-40.

1. Прейскурант №02-05. Оптовые цены на лом и отходы цветных металлов и сплавов. М.: 1989.

2. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: "Машиностроение", 1968.

3. Снеговский Ф.П. Опоры скольжения • тяжелых машин. М.: Машиностроение, 1969.

4. Типей Н, Константинеску В.Н., Ника А.А., Ольга Бицэ. Подшипники скольжения. Расчет, проектирование, смазка. Издательство Академии Румынской народной республики. Бухарест, 1964.

5. Азаренко В.А. Повышение надежности моторно-осевых подшипников. Диссертация на соискание ученой степени канд. тех. наук. М.: 1984.

6. Чернавский С.А. Подшипники скольжения. М.: Машгиз, 1963.

7. Моисеев Г.А. Секционная мощность тепловозов и проблемы надежности. М.: Транспорт, 1978.

8. Спицын М.А., Машнев М.М.и др. Опоры осей и валов машин и приборов. JL: Машиностроение» 1970.

9. Костомаров В.М., Бургвиц А.Г. Основоположник теории гидродинамического трения в машинах Н.П. Петров. Государственное, изд-во машиностроительной литературы, Москва., 1982.

10. Андриевский В.Г. Меры борьбы с выкрашиванием рабочих поверхностей зубьев шестерен тяговых электродвигателей тепловозов. Техника железных дорог, 1956, №1.

11. Иванов В.Н., Белявский И.Ю., Беляев А.И. Повышение долговечности моторно-осевых подшипников. Железнодорожный транспорт., 1964, №6.

12. Гриценко В.Е., Горонович П.И. (Ворошиловградский ТСЗ). Надежность моторно-осевых подшипников скольжения тепловозов. В сб. Надежность колесо-моторных блоков тепловозов.М.: 1975, /НИИинформтяжмаш, 5-75-14, с. 17.19.

13. Беляев А.И. Характер износа вкладышей моторно-осевых подшипников. В сб. Труды МИИТ, 1963, вып. 169.

14. Беляев А.И. Исследование работы узлов и деталей опорно-осевого подвешивания тяговых двигателей тепловозов с целью его усовершенствования. Диссертация на соискание уч. степени канд. тех. наук. М.: 1986.

15. Иванов В.Н., Беляев А.И. Горизонтальная динамика локомотивов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей. В сб.Труды МИИТ, 1964, вып. 184.

16. Пашутин А.Н. Исследования работоспособности моторно-осевых подшипников. В сб. Труды ВНИТИ, 1970, вып.34.

17. Дриц М.Е., Ильин А.И. Антифрикционные материалы в машиностроении. Киев: Гостехиздат, 1947.

18. Середа В.Т. Меры продления срока службы зубчатой передачи тепловоза. ЭТТ, 1957, №8.

19. Маслак М.Ф. Фетисов Н.М. и др. О материале для вкладышей моторно-осевого блока тепловозов. Труды Днепропетровского института инженеров транспорта, выпуск №145, 1973г.

20. Веллер В.А (ВНИКТИ). Повышение надежности колесно-моторного магистральных тепловозов 2ТЭ10Л. В сб. Надежность колесо-моторных блоков тепловозов. М.: 1975, /НИИинформтяжмаш, 5-75-14, с. 31.35.

21. Мельников B.JI. (ВНИТИ) О нормах износа вкладышей моторно-осевых подшипников тепловозов. В сб. Надежность колесо-моторных блоков тепловозов. М.: 1975,/НИИинформтяжмаш, 5-75-14, с. 19.21.

22. Веллер В.А., Мельников B.JI. (ВНИТИ) Работоспособность колесо-моторных блоков тепловозов. В сб. Надежность колесо-моторных блоков теповозов. М.: 1975,/НИИинформтяжмаш, 5-75-14, с.1.,.3.

23. Малоземов Н.А., Шапошников В.А. Пути увеличения долговечности колесно-моторных блоков тепловозов с опорно-осевым подвешиванием. В сб. Труды РИИЖТ (г. Ростов), 1964, вып.44.

24. Шабанов В.А., Кадыров Т.Х. Надежность тепловозных тяговых двигателей в условиях Казахстана. В сб.Труды ТашИИТ, 1979, вып. 153/1.

25. Германов А.Н., Каменев А.Н., Азаренко В.А. Моторно-осевые подшипники с принудительной системой смазки. Вестник ВНИИЖТ, 1981 г, №2.

26. Тертычко Н.А., Кузнецов Т.Ф., Тепловоз ТЭ2, М.: Трансжелдориздат, 1955.

27. Тепловозы. Конструкция, теория и расчет. Под редакцией Панова Н.И., М.: Машиностроение, 1976.

28. Железнодорожный транспорт. Итоги первой, планы второй пятилетки. М.: Трансжелдориздат, 1934.

29. Билик Ш.М., Широких В.П. Пары трения из пластмасс в подвижном составе. В сб. Труды ВНИИЖТ, 1962, вып. 242

30. Американская железнодорожная энциклопедия. Тепловозы, электровозы, турбовозы, ремонтные мастерские, депо. Сокр. перев. с англ. Под редакцией канд. техн. наук Сломянского В. М.: Трансжелдориздат, 1960.

31. Прейскурант цен №25-01. Оптовые цены на отливки, поковки и горячие штамповки. М.:1967.

32. Буше Н.А., Фролов В.К. Применение латунных и стале-баббитовых МОП, залитых баббитом БК-2Ц. Вестник ВНИИЖТ №4 2000г.

33. Reliability as a factor in diesel motive pover costs. "Railwau Gasette International", No. 12,128, 1972.

34. О системе (нормативах) технического обслуживания и эксплуатации, текущего и капитального ремонтов тягового подвижного состава. Указание МПС от 3 июня 1999г № Л-991у.

35. Захаров С.М., Никитин А.П., Загорянский Ю.А. Подшипники коленчатых валов тепловозных дизелей. М.: Транспорт, 1981.

36. Буше Н.А. Подшипниковые сплавы для подвижного состава. М.: Транспорт, 1967.

37. Рудницкий Н.М. Материалы автотракторных подшипников скольжения. М.: Машиностроение, 1965.

38. Рудницкий Н.М. Разработка и применение новых антифрикционных сплавов для подшипников поршневых двигателей. -Автореф. диссертации на соискание ученой степени .д. т .н. М.: 1972.

39. Буше Н.А. Трение, износ и усталость в машинах. Москва.: Транспорт, 1987.

40. Буше Н.А., Копытько В.В. Совместимость трущихся поверхностей. М.: Наука, 1981.

41. Сэндвиро Ситата и др. Подшипники скольжения и их характеристики. -Киккай Сэккей., т.25,1981.

42. Исследование подшипников скольжения на испытательных стендах. Сравнение пар трения сталь-алюминий и сталь-бронза. -MTZ, 42, №12, 1981.

43. Особенности выбора и проектирования подшипников скольжения. -Киккай Сэккей, 25, №1, 1981.

44. Поварков И.Л., Межевова В.Г. Влияние основных эксплуатационных факторов на теплотехническое состояние дизеля 1 ОД 100. В сб. Трение и износ, стр.40-41, вып. 3, 1981.

45. Правила технического обслуживания и текущего ремонта тепловозов типа ТЭЗ и ТЭ10. № ЦТ-4410, утв. 15.08.86, М.: Транспорт, 1988.

46. Под ред. Пахомова Э.А. Новые методы контроля эксплуатационных свойств картерных масел. М.: Транспорт, 1971. (Труды ВНИИЖТ, вып. 435).

47. Венцель С.В. Смазка двигателей внутреннего сгорания. Москва-Киев: Машгиз, 1963.

48. Смирнов Л.И., Шлянин А.А. Очистка масла и воздуха на тепловозах. М.: Транспорт, 1974.

49. Лугинин Н.Г. Технология ремонта тепловозов. М.: Транспорт, 1972.

50. Шишкин К.А., Гуревич А.Н. и др. Тепловоз ТЭЗ. М.: Транспорт, 1973.

51. Беленький А.Д., Буше Н.А, Нарских И.И, Цареградский В.А. Работа подшипников коленчатого вала при обводнении дизельного масла. В сб. Труды ВНИИЖТ, 1968, вып. 359.

52. Силин Н.И., Карасик И.И. Метод оценки прирабатываемости антифрикционных материалов. Вестник машиностроения, №12, 1974.

53. Хмелевский А.В. Износ и повреждения коленчатых валов и износ вкладышей подшипников дизеля 2Д100. В сб. Труды ВНИИЖТ, вып.230, стр. 19-44, 1962.

54. Греков К.А. Усовершенствование конструкции поршней и колец дизеля 2Д100. В сб. Труды ВНИИЖТ, вып.230, стр.48-49, 1962.

55. Нарских И.И., Загорянский Ю.А. Анализ эксплуатационной службы подшипников коленчатых валов дизелей 1 ОД 100, 11Д45 и М756. В сб. Труды ВНИИЖТ, вып. 316, стр. 146-152, 1966.

56. Захаров С.М., Никитин А.П. Исследование характеристик подшипников тепловозных дизелей методом математического моделирования. В сб. Труды ВНИИЖТ, вып. 316, стр. 96-110, 1966.

57. Буше Н.А., Володин А.И., Фуфрянский Н.А. Повышение долговечности и надежности подшипников дизелей тепловозов. В сб. Труды ВНИИЖТ, вып. 316, стр. 193-199, 1966.

58. Волченков А.В. Разработка трибологически обоснованных режимов обкатки тепловозных двигателей. Автореф. дисс. на соискание уч. степени к.т.н. М.: 1990.

59. Стеценко Е.Г. Эксплуатационные условия работы и методы укладки коленчатых валов дизеля 2Д100. В сб. Труды ВНИИЖТ, вып. 230, стр.4-18, 1962.

60. Захаров С.М. Работа коренных подшипников дизеля 2Д100 при износе шеек коленчатого вала и вкладышей. В сб. Труды ВНИИЖТ, вып. 316, стр. 9195, 1966.

61. Мишин И.А. Долговечность двигателей. Д.: Машиностроение, 1968.

62. Буше Н.А., А.С. Гуляев А.С., Двоскина В.А., Раков К.М. Подшипники из алюминиевых сплавов. М.: Транспорт, 1974.

63. Поварков И.Л., Антюхин Г.Г. Совершенствование систем воздухоснабжения тепловозных дизелей. Труды ВНИИЖТ, М.: Интекст. 1999.

64. Анализ технического состояния тепловозов федерального железнодорожного транспорта России за 2000год. М: 2001.

65. Насыров Р.А. Повышение надежности работы поршней тепловозных дизелей. М.: Транспорт, 1977.

66. Глаголев Н.М. и др. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины. М.: Транспорт, 1973.

67. Асташкевич Б.М. Вопросы изнашивания и повышения надежности деталей цилиндро-поршневой группы тепловозных дизелей. Вестник ВНИИЖТ, № 4, стр. 15-23, 1998.

68. Асташкевич Б.М., Пясик С.С. Исследование износостойкости анодированных поршней. Вестник ВНИИЖТ, №8, стр.30-33, 1980.

69. Фролов В.К. Исследование влияния фосфатирования, микрогеометрии и микростроения чугунов на прирабатываемость и износостойкость деталей цилиндро-поршневой группы транспортных дизелей. Автореф. дисс. на соискание уч. степени к.т.н. М., 1971.

70. Под общей ред. Ваншейдта В.А. Дизели. Справочник. JL: Машиностроение (Ленинградское отд.), 1977.

71. Синенко Н.П. и др. Тепловозный дизель Д70. М.: Транспорт, 1966.

72. Кокошинский И.Г. и др. Борьба с пригоранием поршневых колец двигателя Д50. В кн. "Газогенераторные тепловозы и усовершенствование тепловозных силовых установок". В сб. Труды. ЦНИИ МПС, вып. 87, 1954.

73. Орлин А.С., Круглов М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. М.: Машиностроение. 1980.

74. Rohrle М. Mahle-Kolloguim "HTZ", 1973, N 8, S. 253-257.

75. Naumann Н. Kolben furDiesel motoren—ein -oder mehrteige Ausfuhrung. "MTZ", 1970, N 2, S 73-75.

76. Сазонов B.M., Устинов A.H. Исследование механических напряжений в опытных вариантах поршней двигателя 6ЧН 21/21. НИИинформтяжмаш, серия: Двигатели внутреннего сгорания, 4-73-1, стр. 12-15, М.,1973.

77. Rohrle M. Ermittlung von Spannungen und Deformation an Kolben unter Einsatz von Computer-Rechenprogrammen und Spannung-optik. "MTZ", 1970, N 10, S. 414-422.

78. Wacker E. Finite Element-Programme zur Berechnung von Brennraum-Bauteilen. "MTZ".-1971, N 8, S. 267-279.

79. Mihara M. Steady and cyclic thermal stresses of diesel engine pistons—a photothermoelastig stedy and calculations. "SAE Preprints", 1972, N 720025, p.1-12.

80. Насыров P.A., Чичин А.В. Измерение термических напряжений в поршне на статическом тепловом стенде. Вестник ВНИИЖТ, №6. стр. 14-18, 1972.

81. Салтыков М.А. и др. Исследование и конструктивное обеспечение прочности деталей цилиндро-поршневой группы дизеля при переменности рабочих режимов. М.: Энергомашиностроение, №12, стр. 18-20, 1970.

82. Насыров Р.А., Ставров Т.В. Остаточные напряжения в поршнях дизелей типа Д100 и 11Д45. Вестник ЦНИИ МПС, №8, стр. 19-21, 1971.

83. Сухомлинов P.M., Кормилов Н.И. Исследование внутренних напряжений в сварном силуминовом поршне тепловозного дизеля Д70. НИИинформтяжмаш, вып.4-66-6, стр. 46-52, 1966.

84. Щеголь А .Я. и др. О температурном состоянии поршней двигателя Д70. М.: Энергомашиностроение, вып. '2, 1974.

85. Dearden A. Residual thermal stresses in compression ignition engines "BGIRA Yornal", 1961, N 9 (Yuli), p. 540-599.

86. Morland G. Research into diesel engine thermal stress problems. "Mechanigal Power", 1963, May, N101, p. 148-151.

87. Миронов A.E., Никифоров B.A. О низком качестве бронзовых вкладышей, ж. "Локомотив", №11 1999.

88. Фролов В.К., Никифоров В.А. Сталеалюминиевые подшипники для транспортных дизелей, ж. "Локомотив", № 12 1999.

89. Пригожин И.Р. От существующего к возникающему. Время и сложность в физических науках. Пер. с англ. М., Наука, 1985.

90. В.Е. Klamecki "An entropy-lased of plastic deformation energy dissipation in sliding". "Wear", 1984, N 3 pp.319-329.

91. B.E. Klamecki "Energy disipation in sliding". "Wear", 77, 1982, N2, pp. 115128.

92. B.E. Klamecki "Wear-entropy produktion modell". "Wear", 53, 1980, N2, pp/ 325-330.

93. B.E. Klamecki "A Thermodinamic model of friktion". "Wear", 63, 1980 pp. 113120.

94. Гленсдорф П., Пригожин И.Р. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций. М.: Мир, 1973.

95. Хакен Г. Синергетика. Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. Пер. с англ. М.: Мир, 1985.

96. Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах (введение в теорию диссипативных структур). Пер. с нем. М.: Мир, 1979.

97. Хрущов М.М. Исследования приработки подшипниковых сплавов и цапф. М.: Изд-во АН СССР, 1946.

98. Костецкий Б.И. Поверхностная прочность материалов при трении. Изд-во Техника, Киев, 1976.

99. Бершадский Л.И. Структурная термодинамика трибосистем. Киев, общ-во Знание, 1990.

100. Бершадский Л.И. О самоорганизации и концепции износостойкости трибосистем. Трение и износ, т. 13, №6, 1992.

101. Бершадский Л.И. Основы теории структурной приспосабливаемости и переходных состояний трибосистем и ее приложение к задачам повышения надежности зубчатых и червячных передач. Автореф. на соискание уч. степени, д. т. н. Москва, 1982.

102. Бершадский Л.И. Самоорганизация и надежность трибосистем. Киев, общ-во Знание Украинской ССР, 1981.

103. Иванова B.C., Баланкин А.С. и др. Синергетика и фракталы в материаловедении. М.: Наука, 1994.

104. Баланкин А.С. Синергетика деформируемого тела. М.: МО СССР, 1991.

105. Иванова B.C. Синергетическая методология получения сплавов в оптимальном структурном состоянии. Материалы синергетического форума. Уфа, 1989.

106. Буше Н.А. Маркова Т.Ф. Совместимость трибосистем в режиме смешанного трения. Трение и износ, т. 14, № 4, 1993.

107. Буше Н.А., Шумицкий А.В. Примеры реализации принципов совместимости трибосистем трущихся деталей транспортной техники. Материалы синергетического форума "Славянтрибо-5". С-Петербург, 2000.

108. Буше Н.А., Гершман И.С., Миронов А.Е. Процессы самоорганизации при трении. 2-я Международная научно-техническая конференция. Тезисы доклада, Брянск, 1996.

109. Асташкевич Б.М., Чайковский К.Р. Получение фрикционного модифицированного чугуна для тормозных колодок. Литейное производство (1993), №7,8-9.

110. Миронов А.Е. Особенности структурной самоорганизации бронзовых деталей локомотивов. Вестник ВНИИЖТ №2, с.24-26, 1999.

111. Гершман И.С., Буше Н.А. Реализация диссипативной самоорганизации поверхностей трения в трибосистемах. Трение и износ, т. 16, №1, 1995.

112. ИЗ. Шумицкий А.В. Формирование приработочных слоев биметаллических вкладышей дизелей тепловозов. Диссертация уч.ст. канд. техн. наук. М.: 2000.

113. Панин В.Е. и др. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск; Наука, 1985.

114. Потамошнев А.П., Бершадский Л.И. Эффекты структурной упорядоченности металла при динамическом нагружении контакта "сфера-плоскость". Трение и износ, т. 8, №6, 1987.

115. Колубаев А.В., Тарасов С.Ю. Закономерности формирования поверхностных структур при трении с высокими нагрузками. Трение и износ, т. 19, №3, 1998.

116. Точигина Т.А., Карасик И.И., Буше Н.А., Бершадский Л.И. Экспериментальная оценка наследственной и диссипативной характеристик приработки. Трение и износ, т.7, №2, 1986.

117. Панин В.Е. Изв. Вузов. Физика, т.ЗО, 1987.

118. Моисеев Н.Н. Алгоритмы развития. М., Наука, 1987.

119. Garbar, J.V. Skorininn "Metal surfage layer strukture formation under sliding friktion". "Wear", 51,1978, pp. 327-336.

120. D.A. Rigney and J.P. Mirth "Plastig deformation and sliding friktion of metals". "Wear", 53, (1979), 345-370.

121. P. Meilman and D.A. Rigney "An energy based model of friktion and its applucation to coated systems". "Wear", 72, (1981), 195-217.

122. Асташкевич Б.М. Свойства и кинетика формирования вторичных структур на поверхности трения фрикционных фосфористых чугунных тормозных железнодорожных колодок. Трение и износ, т. 19, №1, 1998.

123. Венцель С.В. и др. Смазочное масло как фактор приспосабливаемости трибосистемы. Трение и износ, т. 7, №2, 1986.

124. Дончук П.П., Марковский П.А., Костецкий Б.И. Исследование переноса металла в процессе схватывания при сухом трении скольжения.—в сб.: "Повышение долговечности материалов", Киев, изд. Института проблем литья АН УССР, 1969.

125. Пискнер З.П. Дифракция электронов. М., Изд-во АН СССР. 1949. 403 с.

126. Костецкий Б.И., Пустоварова Н.П. Пластическое деформирование и вторичные явления на контакте трущихся металлов.—"Сухое трение". Рига, Изд. АН ЛатвССР, 1961.

127. Трусков П.Ф. Физико-химические изменения в металле при трении.—в сб.: "Трение, смазка и износ деталей машин". Вып.З. Киев, КИГВФ, 1962.

128. Шапиро A.M. Трение и износ. 1990. T.l 1, №3, с.401-408.

129. Никифоров В.А., Миронов А.Е. Использование алюминиевых сплавов для изготовления поршней дизелей, ж. "Локомотив", №6 1999.

130. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М., "Наука", 1973, стр. 114-115, 190.

131. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике, М., "Наука", 1973, стр.556557, 638-639.

132. Миронов А.Е., Никифоров В.А. Литье возможно, но только осторожно, ж. "Локомотив", №3 1999.

133. Миронов А.Е., Никифоров В.А. Бронзовые вкладыши моторно-осевых подшипников тепловозов. В сб. научных трудов «Инженерная механика, материаловедение и надежность оборудования» вып.№4, НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковск, 2002, с. 81-87.

134. Миронов А.Е., Никифоров В.А. О качестве бронзовых вкладышей моторно-осевых подшипников тепловозов. Вестник ВНИИЖТ. №1 2003, с.35-40.

135. Под общей ред. Б.Н. Арзамасова Конструкционные материалы. Москва, Машиностроение 1990г, стр. 110, 115.