автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Триботехнические характеристики ультрамелкозернистого титана и его сплавов

На правах рукописи

ЧЕРТОВСКИХ Сергей Владимирович

ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОГО ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ

Специальность 05 02 04 - Трение и износ в машинах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□оз

Москва - 2008

003171324

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Научный руководитель -

заслуженный деятель науки РБ, доктор технических наук, профессор ШУСТЕР Лева Шмульевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор ИЗМАЙЛОВ Владимир Васильевич

кандидат технических наук ФРОЛОВ Виктор Константинович

Ведущая организация -

Институт машиноведения им А. А Благонравова РАН

Защита состоится «г/&Я> 2008 г в часов на заседании

диссертационного совета Д 218 002 02 при Федеральном государственном унитарном предприятии Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта по адресу 107996, г Москва, 3-я Мытищинская ул , дом 10, зал заседаний Ученого Совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП ВНИИЖТ Автореферат разослан «-¡/г^З /¿-¿/^^ С? 2008 г

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу диссертационного совета института

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук --------И С Гершман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Развитие высокотехнологичных отраслей промышленности во всех развитых странах характеризуется повышенным вниманием к проблемам трения и износа Возникающий энергетический кризис требует снижения потерь мощности В то же время, анализ причин выхода из строя машин и механизмов показывает, что до 85% всех отказов связано с износом, в результате которого безвозвратно теряется более 10% металла Вместе с тем, незначительные капиталовложения в улучшение триботехнических свойств материалов узлов трения дают значительный экономический эффект Поэтому исследование механизмов трения и изнашивания, а также путей снижения потерь мощности на трение и повышения износостойкости деталей, работающих в трибосопряжениях, представляют значительный научный и практический интерес В связи с этим, в настоящее время особое внимание уделяется вопросам разработки новых материалов для трибоузлов различного назначения Одним из наиболее перспективных научных направлений в области создания новых материалов с уникальными свойствами, в том числе и с улучшенными триботехни-ческими характеристиками, является разработка специальных технологий получения ультрамелкозернистых (УМЗ) материалов, имеющих субмикрокристаллическую (СМК) и нанокристаллическую (НК) структуру Для формирования в материалах СМК и НК структуры используются различные методы кристаллизация из расплава, газовая конденсация с последующим компактирова-нием, шаровой размол с последующей консолидацией, электроосаждение и интенсивная пластическая деформация (ИПД) В данной работе в качестве объекта исследования были выбраны титан и его сплавы в УМЗ состоянии, полученном методом ИПД, в частности, равноканальным угловым прессованием (РКУП) В настоящее время широкое использование титана и его сплавов в машиностроении, химической промышленности, авиакосмической технике и медицине достигнуто благодаря особым свойствам данных материалов, таким как жаропрочность, биосовместимость, коррозионностойкость, низкая плотность, высокая удельная прочность, а для никелида титана - память формы, сверхэластичность, пластичность Применение традиционных крупнозернистых (КЗ) титана и его сплавов в подвижных соединениях сдерживается их низкими трибо-техническими характеристиками Известно, что титан, обладая незначительной толщиной окисной пленки и большой реакционной способностью ювенильных участков поверхностей, образующихся в процессе трения (граничного), склонен к схватыванию с последующим повреждением поверхностей контакта Особо ярко этот недостаток проявляется при повышенных температурах контакта Триботехнические характеристики титана и его сплавов в УМЗ состоянии могут заметно отличаться от таковых для КЗ аналогов и требуют проведения теоретических и экспериментальных исследований

Проблеме исследования влияния структурно-фазового состава контактирующих материалов на их триботехнические свойства посвящено много работ известных отечественных и зарубежных ученых В этих работах отражены результаты, характерные для фрикционного подвижного контакта традиционных (КЗ) поликристаллических материалов Практически не изученными остаются триботехнические свойства УМЗ материалов

Данная работа направлена на восполнение этого пробела и посвящена изучению влияния степени дисперсности структуры (включая УМЗ состояние, полученное методом равноканального углового прессования) на триботехнические характеристики (прочность адгезионных связей на срез, адгезионную составляющую коэффициента трения, износостойкость и т д) технически чистого титана ВТ1-0 и его сплавов (ВТ6, никелида титана) в широком интервале температур и нагрузок

В этой связи повышение качества тяжелонагруженных узлов трения и улучшение технологической обрабатываемости титана и его сплавов на основе установленных закономерностей влияния степени дисперсности структуры и температуры фрикционного контакта на их триботехнические характеристики является актуальной научно-технической задачей

Научно-исследовательсекая работа по теме диссертации выполнена в рамках гранта, полученного автором по результатам конкурса 2003 года для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов ВУЗов Минобрнауки России (шифр гранта- АОЗ-З 18-470), а также - фантов РФФИ (06-08-00049-а, 2006 - 2007 г г, 07-08-92001-ННС-а, 2007 + 2009 г г)

Цель работы - установление закономерностей влияния степени дисперсности структуры, полученной интенсивной пластической деформацией, и температуры фрикционного контакта на триботехнические характеристики титана и его сплавов и на этой основе улучшение их технологической обрабатываемости и качества работы тяжелонагруженных узлов трения

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи

1 С помощью методов неравновесной термодинамики и самоорганизации изучить влияние температуры и степени дисперсности структуры контактирующих материалов на их триботехнические характеристики

2 Повысить точность экспериментального определения зависимости адгезионных параметров фрикционного контакта (с учетом оценки упругого востановления отпечатка в процессе уменьшения нагрузки на индентор) от давления и провести экспериментальные триботехнические исследования трибоконтакта титана и его сплавов, находящихся в различных по степени дисперсности структурных состояниях при различных температурных и силовых условиях трения

3 Выполнить исследования структуры поверхностей трения титана, имеющих разную степень дисперсности в исходном состоянии, и определить составы и свойства вторичных структур и фаз, образовавшихся при различных температурах фрикционного контакта

4 Установить функциональные связи между триботехническими характеристиками (прочностью на срез адгезионных связей, адгезионной составляющей коэффициента трения, износостойкостью и т д ) и степенью дисперсности структуры титана и его сплавов с учетом температуры и удельной нагрузки на контакте

5 Разработать рекомендации по практическому использованию полученных результатов оценить характеристики технологической обрабатываемости титана и его сплавов и повысить качество их работы в тяжелонагруженных узлах трения в связи с изменением степени дисперсности структуры этих материалов

Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов. В

работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования Решения задач базируются на методах неравновесной термодинамики и самоорганизации, на фундаментальных подходах трибологии, теории контактного взаимодействия и резания металлов При проведении экспериментальных исследований использовались методы статистического анализа результатов экспериментов, стандартизованные и оригинальные методики триботехниче-ских испытаний, исследования технологической обрабатываемости, измерения микротвердости и шероховатости Использовались современные методики исследования структуры испытуемых материалов оптическая металлография (ОМ), просвечивающая и растровая электронная микроскопия (ПЭМ, РЭМ), рентгенофотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) Достоверность и обоснованность теоретических выводов подтверждена многочисленными экспериментальными данными, в том числе полученными лично соискателем

Научная новизна работы заключается в следующем 1, Определены условия потери термодинамической устойчивости трибосистемы и ее адаптации с уменьшением интенсивности изнашивания на подвижном фрикционном контакте деталей из материалов с УМЗ структурой, полученной РКУП

2 Определена величина фактического радиуса отпечатка с учетом упругого восстановления образцов в процессе уменьшения нагрузки на сферический индентор, что позволило повысить точность методики экспериментального определения зависимости адгезионных параметров фрикционного контакта от давления

3 Установлены функциональные связи между триботехническими характеристиками (прочностью на срез адгезионных связей, адгезионной составляю-

щей коэффициента трения, износостойкостью) и степенью дисперсности структуры титана и его сплавов с учетом температуры и удельной нагрузки на фрикционном контакте

4 Методом РФЭС показано, что в процессе трения УМЗ титан в зоне контакта на поверхности содержит приблизительно в два раза больше оксидов титана по сравнению с крупнозернистым аналогом, которые, выполняя роль защитной пленки, уменьшают адгезионное взаимодействие контактирующих поверхностей и способствуют снижению коэффициента трения

5 Установлена величина критической температуры контакта (~ 350° С), выше которой увеличение степени дисперсности структуры титана приводит к снижению прочности адгезионных связей на срез по сравнению с КЗ титаном

Практическая ценность.

1 Установленные теоретико-экспериментальные зависимости между степенью дисперсности структуры титана и его сплавов, критическими температурно-силовыми параметрами фрикционного контакта, с одной стороны, и триботехническими характеристиками, с другой стороны, позволяют разработать технологии ИПД получения УМЗ материалов, направленные на улучшение эксплуатационных свойств тяжелонагруженных узлов трения

2 Установленный факт улучшения показателей технологической обрабатываемости УМЗ титана позволяет повысить качество изготавливаемых из него изделий

3 Предложенный способ расчетного определения прочности адгезионных связей на срез по величине комплексного параметра пластического фрикционного контакта служит для экспресс-оценки прочности на срез адгезионных связей в условиях пластического контакта

4 Усовершенствованная методика экспериментального определения зависимости адгезионных параметров фрикционного контакта от давления позволяет повысить точность полученных результатов

Реализация работы. Результаты работы используются при проектировании и изготовлении лопаток компрессора авиационного двигателя АЛ-31Ф, изготавливаемого на ОАО «Уфимское моторостроительное предприятие», и при разработке опытных образцов стоматологических имплантатов (Тш1р1ап1 (Чехия), ИФПМ УГАТУ (Уфа)), а также внедрены в учебный процесс УГАТУ

На защиту выносятся:

1 Обоснование условий потери термодинамической устойчивости трибосистемы и ее адаптации с уменьшением интенсивности изнашивания на подвижном фрикционном контакте деталей из материалов с УМЗ структурой, полученной РКУП

2 Оценка величины фактического радиуса отпечатка с учетом упругого восстановления образцов в процессе уменьшения нагрузки на сферический

индентор, позволившее повысить точность методики экспериментального определения зависимости адгезионных параметров фрикционного контакта от давления

3 Установленные функциональные связи между триботехническими характеристиками (прочностью на срез адгезионных связей, адгезионной составляющей коэффициента трения, износостойкостью) и степенью дисперсности структуры титана и его сплавов с учетом температуры и удельной нагрузки на фрикционном контакте

4 Установленный факт, что в процессе трения УМЗ титан за счет большей объемной доли границ зерен и высокой концентрации дефектов в зоне контакта на своей поверхности содержит приблизительно в два раза больше оксидов титана (по сравнению с КЗ аналогом), которые выполняют роль защитной пленки, уменьшающей адгезионное взаимодействие контактирующих поверхностей

5 Существование критической температуры контакта (-350° С), выше которой повышение дисперсности структуры титана приводит к снижению прочности адгезионных связей на срез по сравнению с КЗ титаном

Апробация работы. Основные положения докладывались на научных семинарах Института машиноведения им А А Благонравова РАН (Москва, 2008), Института физики перспективных материалов и кафедры «Основы конструирования механизмов и машин» УГАТУ, а также на следующих конференциях, симпозиумах Всероссийской молодежной науч техн конф «Проблемы современного машиностроения» (Уфа, 2002, 2004 г г), II Междун науч конф «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике» (Новочеркасск, 2003 г), Междун молодежной науч конф «XXX Гагаринские чтения» (Москва, 2004 г ), Междун науч техн конф «Оптимизация и управление процессом резания, мехатронные станочные системы» (Уфа, 2004 г), 1-ой Всероссийской конф по наноматериалам «НАНО - 2004» (Москва, 2004 г), Междун науч -практ симпозиуме «Славянтрибо-6 Интегрированное научно-техническое обеспечение качества трибообъектов, их производства и экплуатации» (Рыбинск, 2004 г), Междун симпозиуме «Образование через науку» (Москва, 2005 г), Российской науч техн конф «Мавлютов-ские чтения» (Уфа, 2006 г), Междун науч техн конф «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием» (Тула, 2007 г), Междун науч техн конф «Актуальные проблемы трибологии» (Самара, 2007 г)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 статьи в отечественных и международных изданиях, а также 9 тезисов докладов

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, основных результатов и выводов, списка литературы, содержащего 123 источника, приложения и включает 76 рисунков и 9 таблиц Основная часть диссертации изложена на 170 страницах машинописного текста

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы ее цель и задачи, представлены научная новизна и практическая ценность, и основные положения, выносимые на защиту

В первой главе приведено обоснование постановки задач исследования Рассмотрены и проанализированы работы Н М Алексеева, В Г Арчегова, Д Бакли, И А Буяновского, В И Владимирова, И И Гарбара, Д Н Гаркунова, И Г Горячевой, Ю Н Дроздова, В И Колесникова, Л Г Коршунова, И В Кра-гельского, Л И Куксеновой, Г Польцера, В Ф Пинчука, А А Полякова, Д Риг-ни, О В Романив, Л М Рыбаковой, Ф Боудена, Д Тейбора, Г Фляйшера, Р Хэльмана и др , посвященные исследованию влияния структуры материалов на их триботехнические характеристики Установлено, что большинство этих работ направлено на исследование фрикционного контакта традиционных (крупнозернистых) поликристаллических материалов

Рассмотрен метод ИПД (РКУП) - как относительно новый способ получения объемных УМЗ материалов, который по сравнению с традиционными методами обработки давлением позволяет достигать значительных деформаций материала и измельчения структуры без разрушения обрабатываемых заготовок В настоящее время выполнены исследования физико-механических свойств целого ряда чистых металлов и их сплавов, обработанных РКУП, но практически не изученными остаются триботехнические характеристики УМЗ материалов в широком диапазоне изменения условий эксплуатации температуры контакта, нагрузок и т д

Исследованию термодинамических неравновесных процессов и самоорганизации в трибосистемах посвящены работы Н М Алексеева, Л И Бершадско-го, Н А Буше, И А Буяновского, И С Гершмана, Б И Костецкого, А С Кужа-рова, В В Шульца и др В этих работах показано, что неравновесные процессы в трибосистемах могут способствовать уменьшению адгезионного взаимодействия и интенсивности изнашивания контактирующих поверхностей Однако в этих работах отсутствуют данные о триботехнических характеристиках УМЗ материалов с неравновесной структурой, полученной ИПД

Как показал обзор опубликованных работ, чтобы повысить точность экспериментального метода определения зависимости адгезионых параметров фрикционного контакта сферического индентора с плоскими образцами от давления на контакте необходимо решить задачу определения величины фактического радиуса упругого восстановления отпечатка в процессе уменьшения нагрузки на индентор Имеющиеся решения имеют низкую точность вычислений

Таким образом, установлено, что УМЗ материалы, в частности титан и его сплавы, обладают повышенными физико-механическими свойствами Однако широкого применения в трибосопряжениях они еще не нашли, тк остаются

практически неизученными их триботехнические характеристики Вместе с тем, термодинамически неравновесное состояние структуры УМЗ материалов, полученных ИПД, должно способствовать протеканию процессов самоорганизации и адаптации на поверхностях трения с уменьшением изнашивания и адгезионного взаимодействия

Изложенное выше обусловило необходимость настоящей работы, определило ее цель и задачи

Во второй главе рассмотрены термодинамические аспекты трения УМЗ материалов и зависимости адгезионных параметров трения от дисперсности структуры

Структурный аспект различия традиционного (исходного) и после РКУП состояния материалов заключается в мелкодисперсной структуре материалов, подвергнутых РКУП УМЗ структура, полученная методом РКУП, имеет большую объемную долю границ зерен по сравнению с КЗ структурой, а также УМЗ материалы обладают специфической структурой, характеризующейся высокой концентрацией дефектов (точечных и линейных) в границах зерен и вблизи них, при этом количество дислокаций внутри зерен уменьшается Неравновесные границы зерен в УМЗ материалах вследствие наличия в их структуре дефектов с предельно высокой плотностью обладают избыточной энергией и полями дальнодействующих упругих напряжений Таким образом, УМЗ состояние, как термодинамическая система, находится в «более» неравновесном состоянии по сравнению с традиционным КЗ состоянием

Неравновесные процессы в трибосистеме могут приводить к снижению производства энтропии и, следовательно, интенсивности изнашивания и устойчиво протекать при образовании диссипативных структур при самоорганизации (адаптации) Процесс самоорганизации может начаться только после прохождения системы через неустойчивость Система может потерять устойчивость при отрицательном избыточном производстве энтропии (согласно функции Ляпунова) Для прохождения самоорганизации в трибосистеме должно проходить более одного независимых процесса В реальных системах наряду с трением всегда присутствуют другие независимые источники диссипации энергии, например, физико-химические взаимодействия трущихся тел друг с другом, средой и смазкой, приводящих к изменению состава поверхностных структур В уравнении избыточного производства энтропии (по Гершману И С ) это учитывается зависимостью теплопроводности X от некоторого параметра г, характеризующего степень отклонения состояния структуры материала от равновесия (например, степень дисперсности структуры, полученной при РКУП)

где 6 - флуктуация (колебание), 5 - энтропия, Г - абсолютная температура, В - площадь контакта, / - коэффициент трения, р - нагрузка, V - скорость скольжения

Правая часть выражения (1) может стать отрицательной за счет знака второго сомножителя Для того чтобы (1) могло стать отрицательным необходимо соблюдение условия

(2)

дг дг

Условие (2) соблюдается, если одновременно /и X будут уменьшаться или увеличиваться с ростом параметра г Неравновесные границы зерен в УМЗ материалах обладают избыточной энергией и полями дальнодействующих упругих напряжений, что интенсифицирует релаксационные процессы при внешнем воздействии (трении), которые отражаются в массопереносе вследствие деформации и диффузии Часть производства энтропии, вызванную массопереносом запишем в общем виде

^) =х„ рт Ц^(Хт), (3)

где Хт - термодинамическая сила, вызывающая массоперенос (градиенты напряжений или химических потенциалов, соответственно, для деформации или диффузии), р„ - средняя плотность вещества, участвующего в массопереносе, ЩХт) - средняя скорость массопереноса, зависящая от Хт, будет увеличиваться с увеличением Хт

Избыточное производство энтропии при систематической флуктуации параметра г будет равно

= ^ (¡Г ^ + М2 (4)

231 т дг дг дХт дг ) У '

Термодинамическая сила массопереноса будет увеличиваться при увеличе-

, ч адг _ дФ^

нии степени неравновесности (г), т е —-> 0, а т к —>0, то отрицательный

дг дг

вклад в избыточное производство энтропии может внести только член ——

дг

Для этого плотность вещества, участвующего в массопереносе должна уменьшаться с увеличением параметра г Таким образом, избыточное производство энтропии (4) может стать отрицательным, а система может потерять устойчивость при условии

^ < 0 (5)

дг

Заметное снижение плотности переносимого вещества может возникнуть вследствие увеличения содержания в нем вторичных более легких структур, например, оксидов

Таким образом, показано, что избыточное производство энтропии для три-босистемы с неравновесным состоянием контактирующих поверхностей может стать отрицательным, а система может потерять устойчивость и снизить интенсивность изнашивания при соблюдении условий одновременного снижения коэффициента трения, теплопроводности и плотности вещества, участвующего в массопереносе

Определенное влияние на триботехнические характеристики УМЗ материалов могут оказывать и их физико-механические свойства Известно, что предельные нормальные напряжения на контакте рт пропорциональны пределу текучести ат исследуемого материала Предел текучести может увеличиваться не только за счет уменьшения размера зерна с1 (соотношение Холла-Петча), но и за счет создания методом РКУП микроструктуры в металлах с наличием большеугловых неравновесных границ зерен (содержащих внесенные дислокации с плотностью рнгз)

°т-Оо+*л7 ¿~Уг+М а в Ъ (рнп)^, (6)

где 0О - напряжение трения, действующее на движущиеся дислокации со стороны кристаллической решетки, кхп - постоянная, характеризующая способность границ передавать напряжение от зерна к зерну для данного материала (константа Холла-Петча), М - коэффициент Тейлора, а - параметр междислокационного взаимодействия, (? - модуль сдвига, Ь - вектор Бюргерса

При наличии пластических деформаций на трибоконтакте прочность хпп адгезионных связей на срез прямо пропорциональна предельным нормальным напряжениям рг„ на контакте

+Р Л,, (?)

где Р - коэффициент упрочнения молекулярных связей под действием сжимающих напряжений, т0 - прочность адгезионных связей на срез в отсутствии нормальной нагрузки

УМЗ материалы имеют повышенную величину ргт и их неравновесные границы зерен обладают избыточной энергией, что приводит к увеличению х„„ (по сравнению с КЗ состоянием) Но в результате инициирования трением процессов релаксации, возникновения вторичных структур на контакте прочность т„„ адгезионных связей на срез может увеличиваться в меньшей мере, чем величина ргп предельных нормальных напряжений В результате этого адгезионная составляющая коэффициента трения /м = т„„ /р„ может снижаться Температура © контакта, изменяя величины т„„ и рт, может оказывать дополнительное влияние на величину коэффициента^

В третьей главе приведены данные об испытуемых материалах, применяемом оборудовании и описание методик экспериментальных исследований

Изучение триботехнических характеристик, микроструктуры, механических свойств проводили в основном на КЗ и УМЗ (после РКУП) титане ВТ1-0 и его сплавах (ВТ6 и никелиде титана (Ti49 gNiso 2))

Для проведения операций РКУП был использован пресс с гидравлическим приводом ДБ-2432 усилием 1,6 МН, штамповые оснастки с двумя пересекающимися под углом Ф (90°, 110°, 135°, соответственно для ВТ1-0, Ti49i8Ni502, ВТ6) каналами с равными поперечными сечениями 020 и 40 мм Прессование проводили при температурах 400 + 450° С (для ВТ1-0 и Ti498Ni5o2) и 700° С (для ВТ6) по маршруту Вс> где после каждого прохода заготовка поворачивалась вокруг своей продольной оси на угол 90° Было выполнено по 8 проходов Для еще большего измельчения микроструктуры один из прутков из ВТ1-0 после РКУП подвергали дополнительной холодной прокатке со степенью деформации 75%

При проведении триботехнических испытаний использовались оригинальные методики и оборудование машина трения по схеме «диск-палец» и установка для адгезионных исследований с учетом температуры и давления на фрикционном контакте Для исследования адгезионного взаимодействия применительно к условиям повышенных температур контакта применяли инденто-ры из твердосплавного материала ВК8, имеющего предпочтительное применение при обработке резанием деталей из титана и его сплавов, в виде двустороннего сферического пуансона (имитирующего единичную неровность пятна касания трущихся твердых тел) Нагрев зоны контакта образцов и индентора осуществляли электроконтактным способом Для определения зависимости прочности адгезионных связей на срез т„ от нормальных напряжений рг на подвижном фрикционном контакте использовали метод постепенно снижающихся нагрузок F„ от максимальных, соответствующих пластическим деформациям на контакте, до минимально возможных по точности измерительных приборов

Решение задачи об упругом восстановлении отпечатка (сферической лунки) при разгружении позволило определить фактический радиус готш площадки контакта, соответствующий нагрузке Fm

R2

2 с

(8)

К = г (9)

Ксг 2 Кст с = Я~г-Ъ„ (10)

где г - радиус вершины сферического индентора, Я - радиус сферического сегмента восстановленного отпечатка, Их, /гост - соответственно суммарное и ос-

таточное (пластическое) внедрения индентора: h, - текущее значение остаточной величины упругого восстановления при разгрузке индентора.

Как показали исследования, если при определении величин т„ и р,. использовать значения фактических радиусов отпечатков испытуемых образцов при разгружении (а не принимать rm„ = const, как это делалось ранее), то точность определения величин т„ и рг возрастает на 5 + 10% (особенно при малых нагрузках на индентор - при упругом контакте).

По стандартным методикам проводили измерения шероховатости обработанной поверхности на профилометре 170622 («Калибр») и микротвердости на электронном микротвердомере «Buehler Omnimet» и приборе ГТМТ-3. Использовали стандартные методики и оборудование для исследования микроструктуры и химического и фазового состава испытуемых образцов: ОМ (NEOPHOT 21), ПЭМ (JEM-100В), РЭМ (JEOL JXA-6400, CamScan Series 4 DV100), РФЭС (ЭС 2403 М-Т).

Исследование параметров технологической обрабатываемости (износостойкости инструмента, температуры резания, коэффициента усадки стружки, шероховатости и наклепа обработанных поверхностей) КЗ и УМЗ титана проводили по стандартным методикам на малогабаритном токарном станке 1У61М.

В четвертой главе рассмотрено влияние температуры контакта и степени дисперсности структуры титана и его сплавов на триботехнические характеристики.

Исследования влияния степени дисперсности структуры титана и температуры фрикционного контакта на адгезионные параметры проводили на образцах из титана ВТ 1-0 в трех состояниях: в исходном состоянии, после РКУП и после РКУП + холодная прокатка. Средний размер зерен структуры титана в этих состояниях соответственно был 15, 0,3 и 0,1 мкм (рис. 1). РКУП подвергали и образцы из ВТб и никелида титана, средний размер зерен которых в исходном состоянии и после РКУП соответственно был равен 6 и 0,5 мкм; 50 и 0,3 мкм.

а) б) в)

Рисунок 1. Микроструктура титана в состоянии: а) исходном: б) РКУП; в) РКУП + хол. прокатка Выявлены функциональные зависимости между дисперсностью структуры, температурой и триботехническими параметрами: т„„, рт,/м, Р, т0(рис. 2, 3 и 4).

онного контакта на триботехнические ха- контакта на триботехнические параметры рактеристики титана ВТ1-0 а)/м, б) т„„, а)/м, б) т„„, в) рг„, 1 и 2 - соответственно

в) р„, 1 - исходного, 2 - РКУП, КЗ и УМЗ никелида титана,

3 - РКУП + хол прокатка 75% 3 и 4 - соответственно КЗ и УМЗ ВТ6

Формирование УМЗ структуры в титане ВТ 1-0 снижает^ и уменьшает его склонность к схватыванию (рис 2) Этот эффект тем сильнее, чем меньше размер зерен и выше температура контакта Установлена величина критической температуры контакта ~ 350° С, выше которой увеличение дисперсности структуры титана приводит к снижению т„„ по сравнению с КЗ состоянием, что можно объяснить интенсивной релаксацией напряжений в УМЗ титане за счет процессов возврата и интенсификацией возникновения вторичных структур (оксидов титана) на фрикционном контакте, выполняющих роль защитной пленки, предохраняющей от схватывания поверхностей контакта

В интерметаллидном сплаве Ти^М^од измельчение структуры значительнее снижает/м, чем в двухфазном сплаве ВТ6 (рис 3), что связано с большим увеличением прочностных свойств и рг„ с уменьшением размера зерна

Испытания по схеме «диск-палец» также подтвердили снижение средних значений коэффициента трения у материалов ВТ1-0 и Т1498№502, обработанных РКУП, по сравнению с их исходным состоянием (рис 5) Установлено, что УМЗ материалы имеют повышенную износостойкость по сравнению со своими КЗ аналогами

200 100

1

л к-

—_ 1 2

Г?

!

I !

1 )

—А-

Г ГГТ-1

При исследовании ряда чистых металлов и сплавов, находящихся как в КЗ, так и в УМЗ состояниях, установлена функциональная связь (в интервале температур контакта 20 + 450° С) между прочностью х„„ адгезионных связей на срез и комплексным параметром пластического фрикционного контакта X:

т„„= 1,1- 1СГ- X/

3.3

(11

где

Х = (о,/а2)-Я5, (12) где С| и о2 - соответственно большая и меньшая величины поверхностной энергии контактирующих материа-

200 400 600 800 @°с Рисунок 4. Влияние температуры трибо-контакта на триботехнические параметры титана ВТ1-0 ¡3 (а) и то (б): 1 - исходного; 2 - РКУП; 3 - РКУП + хол. прокатка 75%

лов, НВ - твердость пластически деформируемого образца.

Материал цилиндра и пройденная дистанция трения

ВТ1-0 (исх); 0+200 м

ВТ1-0 (РКУП + кол. прокатка): 0+150 м

ВТ1-0 (исх); 2004500 м

ВТ1-0 (РКУП + хоп. прокгтга): 150+500 м

Т149,8МК0,2 (исх); 0+150 м ТМ9,8Ы150,2 (РКУП); 0+150 м

! 0.0 0,1 0,2 0,3 0,4 0.5 0,6 0.7 0.0

Коэффшдиент трения Интенсивность изнашивания, мм*/(Н-м)

Рисунок. 5. Интенсивности изнашивания и коэффициенты трения КЗ и УМЗ ВТ 1-0 и Т149д№5о,2 при испытании по схеме «диск-палец» В пятой главе приведены результаты исследований структуры поверхностей фрикционного контакта методами ОМ, РЭМ, РФЭС.

Установлено отсутствие значительного роста зерна УМЗ титана при температурах контакта до 800° С, что связано с равновесием процессов рекристаллизации и фрагментации структуры в результате интенсивной деформации в зоне пластического контакта при высоких нагрузках. Морфология поверхности лунок после триботехнических испытаний (на адгезиометре) на КЗ титане является более грубой, чем на УМЗ титане. Это объясняется меньшей величиной адгезионной составляющей коэффициента трения в контакте с УМЗ титаном по

сравнению с КЗ аналогом Размеры фрагментов внутренней стороны стружки при резании УМЗ титана являются меньшими по сравнению со стружкой КЗ титана, и усадка стружки УМЗ титана меньше, чем КЗ титана Топография обработанной резанием поверхности УМЗ титана имеет меньшие размеры следов от пластической деформации (налипов, чешуек) и соответственно меньшую микрошероховатость по сравнению с КЗ титаном Все это можно объяснить меньшими значениями адгезионной составляющей коэффициента трения при обработке УМЗ титана по сравнению с КЗ титаном, а также с возможным проявлением признаков сверхпластичности в материале стружки

Представлены обзорные РФЭ спектры (рис 6), на основе которых выявлено, что поверхность образцов из УМЗ и КЗ титана ВТ1-0 после адгезионных испытаний имеет одинаковый качественный элементный состав, но различный количественный При помощи спектров высокого разрешения для подуровня Т1 2р (рис 7) установлено, что образцы из КЗ и УМЗ титана после триботехниче-ских испытаний не содержат на своей поверхности металлический титан, однако содержат этот элемент в его соединении ТЮ2 Выявлено, что на поверхности УМЗ титана после триботехнических испытаний присутствует в 2 раза больше оксидов титана Т1О2 по сравнению с КЗ аналогом При этом, количество оксидов титана увеличивается с увеличением температуры контакта Оксиды титана, выполняя роль защитной пленки, предохраняют от схватывания контактирующих поверхностей и способствуют снижению коэффициента трения

Zn (LMM)+Na(KLL ■пэв

1100 юоо goo soo 700 eoo 500 400 300 200 100 Энергия связи, эВ

Энергия связи, эВ

Рисунок 6 Пример обзорного РФЭ спектра УМЗ титана после триботехнических испытаний при температуре контакта 800° С

Рисунок 7 Спектры высокого разрешения подуровня Т12р образцов из УМЗ титана 1 -0 = 800° С, 2-350° С, 3-20° С, 4 - до триботехнических испытаний Таким образом, приведенные в главах 4 и 5 экспериментальные данные позволяют объяснить снижение интенсивности изнашивания УМЗ материалов за счет снижения коэффициента трения, теплопроводности (по данным Р 3 Валиева и И В Александрова) и плотности вещества (ТЮ2), участвующего в массопереносе

В шестой главе приведены примеры практической реализации полученных результатов Выполнены исследования по оценке характеристик обрабатываемости резанием при продольном точении прутков из ВТ 1-0, находящегося как в КЗ, так и в УМЗ состоянии Результаты исследований представлены в таблице 1 и на рис 8 Здесь V - скорость и / - глубина резания, подача, 'С, - коэффициент продольной усадки стружки, Е - термоЭДС, Да - параметр шероховатости, Ну-микротвердость и N - степень наклепа обработанной поверхности

Таблица 1

Сравнение характеристик обрабатываемости резанием КЗ и УМЗ ВТ 1-0

Режимы резания Характеристики обрабатываемости резанием КЗ и УМЗ титана

V, м/мин Г, мм мм/об Е, мВ Яа, мкм #ь МПа Ы, % %

КЗ УМЗ КЗ УМЗ КЗ УМЗ КЗ УМЗ КЗ УМЗ

109,3 0,25 0,05 12,6 12,0 1,30 1,18 2928 2714 46,4 8,6 - -

0,08 13,5 12,7 1,41 1,28 2964 2853 48,2 14,1 - -

0,10 13,9 13,2 1,45 1,36 3001 2940 50,0 17,6 1,35 1,34

0,16 14,7 14,1 2,10 1,85 3169 3171 58,5 26,9 - -

68,3 0,25 0,10 12,6 11,5 1,50 1,38 2749 2619 37,5 4,8 1,47 1,39

54,6 11,6 10,8 1,52 1,38 2984 2911 49,2 16,4 1,55 1,46

43,7 10,3 10,1 1,54 1,41 2939 3022 46,9 20,9 1,64 1,53

27,3 8,4 8,2 1,68 1,50 2948 2811 47,4 12,4 2,04 1,8

109,3 0,10 0,10 13,5 12,8 1,35 1,20 3160 2903 58,0 16,1 - -

0,20 13,9 13,1 1,40 1,30 2907 3042 45,4 21,7 - -

0,35 14,3 13,7 1,68 1,55 2825 3046 41,3 21,9 - -

/, м

Рисунок 8 Зависимость величины износа резца по задней поверхности при точении КЗ и УМЗ титана от пути резания / (X = 0,1 мм/об, Г = 0,25 мм, У= 110,5 - 76 м/мин) 1 - КЗ, 2 - УМЗ

Установлено, что улучшение технологической обрабатываемости УМЗ титана связано в основном с уменьшением адгезионной составляющей коэффициента трения за счет возникновения вторичных структур (оксидов титана) на поверхности трибоконтакта

Показаны потенциальные области применения УМЗ титановых сплавов с улучшенными механическими характеристиками (включая усталостную прочность), трибо-техническими свойствами и техно-

логической обрабатываемостью при изготовлении медицинских имплантатов (в стоматологии, ортопедии и травматологии) и лопаток компрессоров авиадвигателей и паровых турбин Использование УМЗ титана для изготовления имплан-

татов вместо легированных титановых сплавов может обеспечить полную биологическую совместимость с живой тканью, малогабаритность и меньший вес, а также улучшить их эксплуатационные характеристики Применение для изготовления лопаток компрессоров авиадвигателей и паровых турбин УМЗ титана и его сплавов позволит уменьшить вредное влияние фреттинга и повысить работоспособность трибосопряжений замковых соединений лопаток с дисками и сопряжений бандажных, антивибрационных полок лопаток

Результаты исследований внедрены в учебный процесс при изучении курса «Триботехника в реновации»

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Показано, что избыточное производство энтропии для трибосистемы с неравновесным состоянием контактирующих поверхностей может стать отрицательным, а система может потерять устойчивость и снизить интенсивность изнашивания при соблюдении условий одновременного снижения коэффициента трения, теплопроводности и плотности вещества, участвующего в массопере-носе

2 Выявлено, что формирование УМЗ структуры в титане ВТ1-0 снижает адгезионную составляющую коэффициента трения и уменьшает интенсивность изнашивания Этот эффект проявляется тем сильнее, чем меньше размер зерен и выше температура контакта

3 РФЭС исследованиями установлено, что поверхность образцов из УМЗ и КЗ титана ВТ]-0 после триботехнических испытаний имеет одинаковый качественный, но разный количественный элементный состав На поверхности испытанных образцов УМЗ титана за счет большей объемной доли границ зерен и высокой концентрации дефектов присутствует в 2 раза больше оксидов титана Т1О2 по сравнению с КЗ аналогом При этом, количество оксидов титана увеличивается с увеличением температуры контакта Оксиды титана, выполняя роль защитной пленки, уменьшают адгезионное взаимодействие контактирующих поверхностей и способствуют снижению коэффициента трения

4 Установлена величина критической температуры контакта (- 350° С), выше которой увеличение степени дисперсности структуры титана приводит к снижению прочности адгезионных связей на срез по сравнению с КЗ состоянием за счет интенсивных процессов релаксации и окисления УМЗ титана с образованием Т1О2

5 Определено, что формирование УМЗ структуры в титановых сплавах (ВТ6 и никелиде титана (Т^^Ы^г)) снижает адгезионную составляющую коэффициента трения и уменьшает интенсивность изнашивания никелида титана более чем в 2 раза

6 Формирование УМЗ структуры в титане ВТ1-0 улучшает его технологическую обрабатываемость (параметр шероховатости Ла обработанной поверхности уменьшается на 0,1 •*- 0,9 мкм, износостойкость резца увеличивается в 1,5 -2 раза, средняя температура контакта, коэффициент продольной усадки стружки и степень наклепа снижаются, соответственно до 10, 13 и 35%), что объясняется, главным образом, уменьшением адгезионной составляющей коэффициента трения

7 Установлена функциональная связь между прочностью адгезиионных связей на срез и комплексным параметром пластического фрикционного контакта, учитывающим поверхностные энергии материалов трущихся тел, дисперсность структуры и твердость более мягкого материала трибоузла

8 Повышена на 5 + 10% точность экспериментального определения зависимости адгезионных параметров фрикционного контакта от давления путем оценки величины фактического радиуса отпечатка с учетом упругого восстановления образцов в процессе уменьшения нагрузки на сферический индентор при выполнении адгезионных исследований

9 Показаны потенциальные области применения УМЗ титановых сплавов с улучшенными триботехническими свойствами и технологической обрабатываемостью при изготовлении медицинских имплантатов и лопаток компрессоров авиадвигателей и паровых турбин

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в рецензируемых научных журналах из списка ВАК:

1 Семенов, В.И. Влияние комплексного параметра пластического фрикционного контакта и структуры материала на прочность адгезионных связей / В И Семенов, Л Ш Шустер, С В Чертовских, Г И Рааб // Трение и износ -2005 -Т 26,№ 1 -С 73-79

2 Чертовских, C.B. Триботехнические свойства нитинола, полученного интенсивной пластической деформацией / С В Чертовских, Л Ш Шустер, В В Столяров // Трение и износ - 2005 - Т 26, № 1 - С 80-83

3 Шустер, Л.Ш. Триботехнические характеристики титана с ультрамелкозернистой структурой / Л Ш Шустер, M Ш Мигранов, С В Чертовских, А Я Са-дыкова//Трение и износ -2005 -Т 26, №2 -С 208-214

4 Столяров, В.В. Трибологическое поведение ультрамелкозернистых титановых сплавов / В В Столяров, Л Ш Шустер, С В Чертовских // Трение и смазка в машинах и механизмах - 2006 - № 10 - С 11-19

5 Чертовских, C.B. Влияние интенсивной пластической деформации титана ВТ 1-0 на его обрабатываемость резанием / С В Чертовских // Известия ТулГУ Сер инструментальные и метрологические системы Вып 2 Труды международной юбилейной науч -техн конференции «Проблемы формообразования де-

талей при обработке резанием», посвященной 90-летию со дня рождения СИ Лашнева, 29-31 января 2007 г - Тула Изд-во ТулГУ, 2006 -С 45-53

6 Чертовских, C.B. Обрабатываемость резанием ультрамелкозернистого титана ВТ 1-0, полученного методом равноканального углового прессования / С В Чертовских // Вестник машиностроения — 2007 - № 5 - С 43-46

Публикации в других изданиях:

7 Шустер, Л.Ш. Термодинамические аспекты работы высокотемпературных трибосистем / JIШ Шустер, M Ш Мигранов, Р И Ахметшин, С В Чертовских //Приводная техника -2006 (64), №6 -С 33-37

8 Шустер, Л.Ш. Исследование триботехнических свойств наноструктурных титановых сплавов / Л Ш Шустер, M Ш Мигранов, С В Чертовских // Проблемы определения технологических условий обработки по заданным показателям качества изделий Материалы Российской научно-технической конференции -Рыбинск РГАТА,2003 -С 37-40

9 Шустер, Л.Ш. Исследование триботехнических свойств материалов и покрытий с ультрамелкозернистой структурой / Л Ш Шустер, M Ш Мигранов, Р И Ахметшин, С В Чертовских // Проблемы синергетики в трибологии, три-боэлектрохимии, материаловедении и мехатронике Материалы II Междунар науч -практ конф, г Новочеркасск, 6 нояб 2003 г В 2 ч - Новочеркасск ЮРГТУ, 2003 -Ч I - С 39-41

10 Семенов, В.И. Взаимосвязь прочности адгезионных связей и комплексного параметра пластического фрикционного контакта / В И Семенов, Л Ш Шустер, С В Чертовских // IV Международный конгресс «Машиностроительные технологии'04», 23 - 25 сентября 2004, Варна, Болгария - Варна, 2004 -4 1 -С 61-63

11 Шустер, Л.Ш. Триботехнические характеристики деталей машин из титановых сплавов с ультрамелкозернистой структурой / Л Ш Шустер, M Ш Мигранов, А Я Садыкова, С В Чертовских // Славянтрибо-6 Интегрированное научно-техническое обеспечение качества трибообъектов, их производства и экплуатации Материалы международного научно-практического симпозиума, Санкт-Петербург - Пушкин, 20 - 24 сентября 2004 г В 2 т / Под общ ред ВФ Безъязычного, В Ю Замятина - Рыбинск РГАТА, 2004 -Т 1 - С 213 -216

12 Шустер, Л.Ш. О взаимосвязи прочности адгезионных связей и комплексного параметра пластического фрикционного контакта / ЛШ Шустер, С В Чертовских, В И Семенов // Оптимизация и управление процессом резания, мехатронные станочные системы Сборник трудов международной научно-технической конференции -Уфа РИО БашГУ, 2004 - С 109-114

13 Чертовских, C.B. Триботехнические свойства титана и его сплавов с ультрамелкозернистой структурой, полученной интенсивной пластической дефор-

мацией / С В Чертовских, Л Ш Шустер, В В Столяров // Авиационно-технологические системы Межвуз сб науч тр Под общ ред M А Анферова -Уфа Изд-во УГАТУ, 2004 - С 319-329

14 Чертовских, C.B. Исследование триботехнических свойств нитинола, полученного интенсивной пластической деформацией / С В Чертовских, J1Ш Шустер, В В Столяров // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей машин Межвуз сб науч тр / Под ред H Б Демкина - Тверь ТГТУ, 2005 - С 66-70

15 Чертовских, C.B. Влияние размера зерна на трибологические свойства титана и его сплавов / С В Чертовских, Л Ш Шустер // Наука - производству Ежегодный научно-технический сборник / Под общей ред д т н В J1 Юрьева -Уфа Гилем,2005 -С 34-44

16 Чертовских, C.B. Влияние интенсивной пластической деформации на три-ботехнические характеристики титана / С В Чертовских, J1Ш Шустер, В В Столяров // Мавлютовские чтения Российская научно-техническая конференция, посвященная 80-летию со дня рождения чл -кор РАН, профессора Р Р. Мавлютова сб трудов в 5 т - Уфа УГАТУ, 2006 - Т 3 - С 271 - 277

17 Семенов, В.И. Влияние структуры материала на прочность адгезионных связей на срез / В И Семенов, Л Ш Шустер, Г И Рааб, С В Чертовских И Актуальные проблемы трибологии Сборник трудов международной научно-технической конференции, июнь 2007 г, в 2-х томах - Москва «Машиностроение», 2007 -Т 1 -С 401-410

18 Чертовских, C.B. Усовершенствование методики экспериментальной оценки адгезионных параметров фрикционного контакта / С В Чертовских, Л Ш Шустер // Актуальные проблемы трибологии Сборник трудов международной научно-технической конференции, июнь 2007 г, в 2-х томах - Москва «Машиностроение», 2007 -Т 2 - С 431 -440

Подписано к печати 23 05 2008 г. Формат бумаги 60x90 1/16 Объем 1,5 п л Заказ 106 Тираж 100 экз Типография ОАО «ВНИИЖТ», 3-я Мытищинская ул, д 10

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ. 13 1.1. Влияние структурно-фазового состояния и физико-механических свойств контактирующих материалов на триботехнические характеристики

1.1.1. Влияние структурно-фазового состояния контактирующих материалов на триботехнические характеристики.

1.1.2. Влияние поверхностных энергий контактирующих материалов на триботехнические характеристики.

1.1.3. Исследования неравновесных процессов и самоорганизации в трибосистемах.251.2. Интенсивная пластическая деформация, микроструктура и свойства УМЗ материалов.29»

1.2.1. Кручение под высоким давлением.30'

1.2.2. Равноканальное угловое прессование.

1.2.3. Особенности микроструктуры и физико-механических свойств УМЗ материалов.

1.3. Вопросы. оценки триботехнических характеристик в подвижном< фрикционном контакте.

1.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 2: ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТРЕНИЯ УМЗ

МАТЕРИАЛОВ.48*

2.1. Термодинамические особенности трения УМЗ материалов.

2.2. Влияние степени дисперсности структуры материалов и температуры контактирования на триботехнические характеристики.

2.3. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ,

ОБОРУДОВАНИЕ И АППАРАТУРА.

3.1. Материалы,исследований.

3.2. Применяемые условия равноканального углового прессования.

3.3. Методики исследований структуры материалов.

3.3.1. Оптическая металлография.

3.3.2. Просвечивающая и растровая электронная микроскопия.

3.3.3. Рентгенофотоэлектронная спектроскопия.

3.4. Измерение шероховатости и микротвердости.

3.5. Методики определения триботехнических характеристик.

3.5.1. Экспериментальное определение адгезионных параметров фрикционного контакта.

3.5.2. Повышение точности экспериментального определения адгезионных параметров фрикционного контакта.

3.5.3. Триботехнические испытания по схеме «диск-палец».:.

3.6. Методика исследования обрабатываемости резанием.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНТАКТА И СТЕПЕНИ

ДИСПЕРСНОСТИ СТРУКТУРЫ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ НА ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

4.1. Зависимость адгезионных параметров от температуры контакта и степени дисперсности структуры титана.

4.2. Зависимость адгезионных параметров от температуры контакта и дисперсности структуры титановых сплавов.

4.3. Триботехнические исследования на машине трения.10Ф

4.4. Влияние комплексного параметра пластического фрикционного< контакта и дисперсности структуры материалов на прочность адгезионных связей.

4.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ФРИКЦИОННОГО КОНТАКТА.

5.1. Топография и микроструктура поверхности после триботехнических испытаний КЗ и УМЗ титана.

5.2. Топография стружки и обработанной резанием поверхности

КЗ и УМЗ титана.

5.3. Химический и фазовый составы контактирующих поверхностей.

5.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ

РЕЗУЛЬТАТОВ.

6.1. Обрабатываемость резанием титана с различной дисперсностью структуры.

6.2. Преимущества применения УМЗ титана и его сплавов в медицине.

6.3. Перспектива применения УМЗ титановых лопаток в компрессорах авиадвигателей и паровых турбинах.

6.4. Выводы по главе.

Актуальность темы. Развитие высокотехнологичных отраслей промышленности во всех развитых странах характеризуется повышенным вниманием к проблемам'трения и износа. Возникающий энергетический кризис требует снижения потерь мощности. В то же время, анализ причин выхода из строя машин и механизмов показывает, что до 85% всех отказов связано с износами, в результате которых безвозвратно теряется более 10% металла. Вместе с тем, незначительные капиталовложения в улучшение триботехнических свойств материалов узлов трения дают значительный экономический эффект. Поэтому исследование механизмов трения и изнашивания, а также путей снижения потерь мощности на трение и повышения износостойкости различных деталей, работающих в трибосопряжениях, представляет научный и практический интерес.

В связи с этим, особое внимание уделяется вопросам разработки новых материалов для трибоузлов различного назначения. Одним из наиболее перспективных научных направлений в области создания материалов с уникальными свойствами, в том числе и с улучшенными триботехническими характеристиками, является разработка специальных технологий получения ультрамелкозернистых (УМЗ) материалов, имеющих субмикрокристаллическую (СМК) (со средним размером зерен от 0,1 до 1 мкм) и нанокристаллическую (НЕС) (со средним размером зерен менее 100 нм) структуру. Для формирования* в материалах €МК и НК структуры используются различные методы: кристаллизация из расплава, газовая конденсация с последующим компактированием, шаровой размол с последующей консолидацией, электроосаждение и интенсивная пластическая деформация* (ИПД). В последние два*десятилетия- достигнуты значительные успехи в области получения и исследования свойств УМЗ материалов. Данные материалы, в первую очередь, металлы представляют большой интерес не только для исследователей, но и для различных отраслей промышленности. Это связано с необычными свойствами УМЗ материалов и с привлекательными перспективами их применения. В данной работе в качестве объекта исследования были выбраны титан и его сплавы в УМЗ состоянии, полученном методом ИПД, в частности, равноканальным угловым прессованием (РКУП). В настоящее время широкое использование титана и его сплавов в машиностроении, химической промышленности, авиакосмической технике и медицине достигнуто благодаря особым свойствам данных материалов, таким как жаропрочность, биосовместимость, коррозионная стойкость, низкая плотность, высокая удельная прочность, а для никелида титана — память формы, сверхэластичность, пластичность. Применение традиционных крупнозернистых (КЗ) титана и его сплавов в подвижных соединениях сдерживается их низкими триботехни-ческими характеристиками. Известно [105], что титан, обладая незначительной толщиной окисной пленки и большой реакционной способностью ювенильных участков поверхностей, образующихся в процессе трения (граничного), склонен к схватыванию (налипанию, сварке) с последующим повреждением поверхностей контакта. Особо ярко этот недостаток проявляется при повышенных температурах контакта. Триботехнические характеристики титана и его сплавов'в УМЗ состоянии могут заметно отличаться' от таковых для КЗ аналогов и требуют проведения теоретических и экспериментальных исследований.

Проблеме исследования влияния структурно-фазового состава контактирующих материалов на их триботехнические свойства посвящено много работ известных отечественных и зарубежных ученых. Н.М. Алексеев, В.Г. Арчегов, Д. Бакли, Л.И. Бершадский, И.А. Буяновский, Ф. Боуден, H.A. Буше, В.И. Владимиров, И.И. Гарбар, Д.Н. Гаркунов, И.С. Гершман, И.Г. Горячева, Ю.Н. Дроздов, В.И. Колесников, Л.Г. Коршунов, Б.И. Костецкий, И.В. Крагельский, Л.И. Куксенова, Г. Польцер, В:Ф. Пинчук, A.A. Поляков, Д. Ригни, 0:В. Романив, Л.М. Рыбакова, Д. Тейбор, Г. Фляйшер, Р. Хэльман и др. внесли существенный вклад в развитие теории трения. В этих работах отражены результаты, характерные для фрикционного подвижного контакта традиционных (КЗ) поликристаллических материалов. Практически не изученными остаются триботехнические свойства УМЗ материалов.

Данная работа направлена на восполнение этого пробела и посвящена изучению влияния степени дисперсности структуры (включая УМЗ состояние, полученное методом равноканального углового прессования) на триботехниче-ские характеристики (прочность адгезионных связей на срез, адгезионную составляющую коэффициента трения, износостойкость и т.д.) технически чистого титана ВТ1-0 и его сплавов (ВТ6, никелида титана) в широком интервале температур и нагрузок.

В этой связи повышение качества тяжелонагруженных узлов трения* и улучшение технологической обрабатываемости титана и его сплавов на основе установленных закономерностей влияния степени дисперсности структуры и температуры фрикционного контакта на их триботехнические характеристики является актуальной научно-технической задачей.

Научно-исследовательсекая работа по теме диссертации выполнена в рамках гранта, полученного автором по результатам конкурса 2003 года для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов высших учебных заведений Минобрнауки России (шифр гранта: АОЗ-3.18-470); а также - грантов РФФИ (06-08-00049-а, 2006 - 2007 г.г.; 07-0'8-92001-ННС-а, 2007 - 2009 г.г.).

Цель и задачи диссертации. Целью диссертационной работы является установление закономерностей влияния1 степени дисперсности структуры, полученной интенсивной пластической деформацией, и температуры, фрикционного- контакта на триботехнические характеристики титана и его сплавов и на этой основе улучшение их технологической обрабатываемости и качества работы в тяжелонагруженных узлах трения.

Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи:

1. С помощью методов неравновесной термодинамики и самоорганизации изучить влияние температуры и степени дисперсности структуры контактирующих материалов на их триботехнические характеристики.

2. Повысить точность экспериментального определения зависимости адгезионных параметров фрикционного контакта (с учетом оценки упругого востановления отпечатка в процессе уменьшения нагрузки на индентор) от давления и провести экспериментальные триботехнические исследования титана и его сплавов, находящихся в различных по степени дисперсности структурных состояниях при различных температурных и силовых условиях трения.

3. Выполнить исследования структуры поверхностей трения титана, имеющих разную степень дисперсности в исходном состоянии, и определить составы и свойства образовавшихся вторичных структур и фаз при различных температурах фрикционного контакта.

4. Установить функциональные связи между триботехническими характеристиками (прочностью на срез адгезионных связей, адгезионной составляющей коэффициента трения, износостойкостью и т.д.) и степенью дисперсности структуры титана и его сплавов с учетом температуры и удельной нагрузки на контакте.

5. Разработать рекомендации.по практическому использованию полученных результатов: оценить характеристики технологической- обрабатываемости титана и его сплавов и повысить качество их работы в тяжелонагруженных узлах трения в связи с изменением степени дисперсности структуры этих материалов.

Научная новизна:

1. Определены условия потери термодинамической устойчивости трибосистемы и ее адаптации с уменьшением интенсивности изнашивания на подвижном фрикционном контакте деталей из материалов с УМЗ структурой, полученной РКУП.

2. Определена, величина фактического радиуса отпечатка с учетом упругого востановления образцов в процессе уменьшения нагрузки на сферический индентор, что позволило повысить точность методики экспериментального определения зависимости адгезионных параметров фрикционного контакта от давления.

3. Установлены функциональные связи между триботехническими характеристиками (прочностью на срез адгезионных связей, адгезионной составляющей коэффициента трения, износостойкостью) и степенью дисперсности структуры титана и его сплавов с учетом температуры и удельной нагрузки на фрикционном контакте.

4. Методом РФЭС показано, что в процессе трения УМЗ титан в зоне контакта на поверхности содержит приблизительно в два раза больше оксидов титана по сравнению с крупнозернистым аналогом, которые, выполняя роль защитной пленки, уменьшают адгезионное взаимодействие контактирующих поверхностей и способствуют снижению коэффициента трения.

5. Установлена величина критической температуры контакта 350° С), выше которой увеличение степени дисперсности структуры титана приводит к снижению прочности адгезионных связей на срез по сравнению с КЗ титаном.

Практическая значимость.

1. Установленные теоретико-экспериментальные зависимости между степенью дисперсности структуры титана и его сплавов, критическими температурно-силовыми параметрами фрикционного контакта, с одной стороны, и триботехническими характеристиками, с другой стороны, позволяют разработать технологии ИПД получения УМЗ материалов, направленные на улучшение эксплуатационных свойств тяжелонагруженных узлов трения.

2. Установленный факт улучшения показателей технологической обрабатываемости УМЗ титана позволяет повысить качество изготавливаемых из него изделий.

3. Предложенный способ расчетного определения прочности адгезионных связей на срез по величине комплексного параметра пластического фрикционного контакта служит для экспресс-оценки прочности на срез адгезионных связей в условиях пластического контакта.

4. Усовершенствованная методика экспериментального определения зависимости адгезионных параметров фрикционного контакта от давления позволяет повысить точность полученных результатов.

На защиту выносятся:

1. Обоснование условий потери термодинамической устойчивости трибосистемы и ее адаптации с уменьшением интенсивности изнашивания на подвижном фрикционном контакте деталей из материалов с УМЗ структурой, полученной РКУП.

2. Оценка величины фактического радиуса отпечатка с учетом упругого восстановления образцов в процессе уменьшения нагрузки на сферический индентор, позволившая повысить точность методики экспериментального определения зависимости адгезионных параметров фрикционного контакта от давления.

3. Установленные функциональные связи между триботехническими характеристиками (прочностью на срез адгезионных связей, адгезионной составляющей коэффициента трения, износостойкостью) и степенью дисперсности структуры титана и его сплавов с учетом температуры и удельной нагрузки на фрикционном контакте.

4. Установленный факт, что в процессе трения УМЗ- титан за счет большей объемной доли границ зерен и высокой'концентрации дефектов,в зоне контакта на своей поверхности содержит приблизительно в два раза больше оксидов титана (по сравнению с КЗ аналогом), которые выполняют роль защитной пленки, уменьшающей адгезионное взаимодействие, контактирующих поверхностей.

5. Существование критической-температуры контакта (~ 350° С), выше которой повышение дисперсности структуры титана приводит к снижению прочности адгезионных связей на срез по сравнению с КЗ титаном.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 статьи в отечественных и международных изданиях, а также 9 тезисов докладов.

Благодарности. Выражаю искреннюю благодарность научному руководителю Шустеру Лёве Шмульевичу и научному консультанту Столярову Владимиру Владимировичу за неоценимую помощь на всех этапах работы над диссертацией, а также всем, кто помогал в подготовке и проведении исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Показано, что избыточное производство энтропии для трибосистемы с неравновесным состоянием контактирующих поверхностей может стать отрицательным, а система может потерять устойчивость и снизить интенсивность изнашивания при соблюдении условий одновременного снижения коэффициента трения, теплопроводности и плотности вещества, участвующего в массопе-реносе.

2. Выявлено, что формирование УМЗ структуры в титане ВТ 1-0 снижает адгезионную составляющую коэффициента трения и уменьшает интенсивность изнашивания. Этот эффект проявляется тем сильнее, чем меньше размер зерен и выше температура контакта.

3. РФЭС исследованиями установлено, что поверхность образцов из УМЗ и КЗ титана ВТ 1-0 после триботехнических испытаний имеет одинаковый качественный, но разный количественный элементный состав. На поверхности испытанных образцов УМЗ титана за счет большей объемной доли границ зерен и высокой концентрации дефектов присутствует в 2 раза больше оксидов титана ТЮ2 по сравнению с КЗ аналогом. При этом, количество оксидов титана увеличивается с увеличением температуры контакта. Оксиды титана, выполняя роль защитной пленки, уменьшают адгезионное взаимодействие контактирующих поверхностей и способствуют снижению коэффициента трения.

4. Установлена величина критической температуры контакта 350° С), выше которой увеличение степени дисперсности структуры титана приводит к снижению прочности адгезионных связей на срез по сравнению с КЗ состоянием за счет интенсивных процессов релаксации и окисления УМЗ титана с образованием ТЮ2.

5. Определено, что формирование УМЗ структуры в титановых сплавах (ВТ6 и никелиде титана (Т149)8№5о,2)) снижает адгезионную составляющую коэффициента трения и уменьшает интенсивность изнашивания никелида титана более чем в 2 раза.

6. Формирование УМЗ структуры в титане ВТ 1-0 улучшает его технологическую обрабатываемость (параметр шероховатости Яа обработанной поверхности уменьшается на 0,1 н- 0,9 мкм; износостойкость резца увеличивается в 1,5-^-2 раза; средняя температура контакта, коэффициент продольной усадки стружки и степень наклепа снижаются, соответственно до 10, 13 и 35%), что объясняется, главным образом, уменьшением адгезионной составляющей коэффициента трения.

7. Установлена функциональная связь между прочностью адгезиионных связей на срез и комплексным параметром пластического фрикционного контакта, учитывающим поверхностные энергии материалов трущихся тел, дисперсность структуры и твердость более мягкого материала трибоузла.

8. Повышена точность на 5 -г 10% экспериментального определения зависимости адгезионных параметров фрикционного контакта от давления / путем оценки величины фактического радиуса отпечатка с учетом упругого востановления образцов в процессе уменьшения нагрузки на сферический индентор при выполнении адгезионных исследований.

9. Показаны потенциальные области применения УМЗ титановых сплавов с улучшенными триботехническими свойствами и технологической обрабатываемостью при изготовлении медицинских имплантатов и лопаток компрессоров авиадвигателей и паровых турбин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненного исследования установлены закономерности влияния степени дисперсности структуры, полученной интенсивной пластической деформацией методом равноканального углового прессования, и температуры фрикционного контакта на триботехнические характеристики титана и его сплавов. Показано, что с формированием ультрамелкозернистой структуры в титане и его сплавах существенно улучшаются их триботехнические характеристики и показатели обрабатываемости резанием. В качестве примера приведены потенциальные области применения УМЗ титановых сплавов с улучшенными триботехническими свойствами и обрабатываемостью резанием в медицине и машиностроении.

1. Алехин, В.П. Кинетическое индентирование в проблеме неразрушающего контроля и диагностики материалов / В.П. Алехин, С.И. Булычев, А.В.Колмакова, O.E. Узинцев // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2004. - № 6. - С. 46 - 51.

2. Анализ поверхности методами ОЖЕ- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии / Под ред. Д. Бриггса и М.П. Сиха. М.: Мир, 1987. - 482 с.

3. Бакли, Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии I Д. Бакли; Пер. с англ. A.B. Белого, Н.К. Мышкина; Под ред. А.И. Свириденко. М.: Машиностроение, 1986. - 360 с.

4. Бекпаганбетов, А.У. Определение твердости при переходе от упругой к упругопластической деформации / А.У. Бекпаганбетов, В.М. Матюнин, Д.С. Немытов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2004. -№ 6. - С. 42 - 46.

5. Белый, A.B. Структура и методы формирования износостойких поверхностных слоев / A.B. Белый, Г.Д. Карпенко, Н.К. Мышкин. М.: Машиностроение, 1991.-208 с.

6. Бершадский, Л.И. Структурная термодинамика трибосистем / Л.И. Бершадский. Киев: Знание, 1990. - 31 с.

7. Боуден, Ф.П. Трение и смазка / Ф.П. Боуден; Пер. с англ. Ю.Н. Востропятого; Под ред. И.В. Крагельского. -М.: Машгиз, 1960. 151 с.

8. Боярская, Ю.С. Физика процессов микроиндентирования / Ю.С. Боярская, Д.З. Грабко, М.С. Кац; Под ред. М.И. Вальковской. Кишинев: Штинца, 1986.-296 с.

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

10. Булычев, С.И. Анализ структуры по статистике индентирования / С.И. Булычев // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2001. -№6.-С. 55-58.

11. Булычев, С.И. О корреляции диаграмм вдавливания и растяжения / С.И. Булычев // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2001. — № 11.-С. 33-41.

12. Булычев, С.И. Испытание материалов непрерывным вдавливанием инден-тора / С.И. Булычев, В.П. Алехин. М.: Машиностроение, 1990. - 224 с.

13. Буше, H.A. Совместимость трущихся поверхностей / Н.А.Буше, В.В. Копытько. -М.: Наука, 1981. 127 с.

14. Буше, H.A. Трение, износ и усталость в машинах. Транспортная техника: Учебник для вузов / H.A. Буше. М.: Транспорт, 1987. - 223 с.

15. Валиев, Р.З. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией / Р.З. Валиев, И.В. Александров. М.: Логос, 2000. - 272 с.

16. Васин, P.A. Введение в механику сверхпластичности: В 2 ч / P.A. Васин, Ф.У. Еникеев. Уфа: Гилем, 1998. - Ч. 1. - 280 с.

17. Виноградов, В.Н. Механическое изнашивание сталей и сплавов: Учеб. пособие для вузов / В.Н. Виноградов, Г.М. Сорокин. М.: Недра, 1996. - 364 с.

18. Владимиров, В.И. Физическая природа разрушения материалов / В.И. Владимиров. М.: Металлургия, 1984. - 280 с.

19. Власов, В.М. Работоспособность упрочнённых трущихся поверхностей / В.М. Власов. М.: Машиностроение, 1987. - 304 с.

20. Внутреннее трение и дефекты в металлах: Сборник статей / Пер. с англ. и нем. М.И. Баязитова; Под ред. B.C. Постникова. М.: Металлургия, 1965. -420 с.

21. Гарбар, И.И. О структуре и строении поверхностных слоев сопряженных трущихся пар / И.И. Гарбар // Трение и износ. 1990. - № 4. - С. 581 - 593.

22. Гаркунов, Д.Н. Триботехника: Учеб. для вузов / Д.Н. Гаркунов. 2-е изд. -М.: Машиностроение, 1989. - 327 с.

23. Гаршин, А.П. Абразивные материалы / А.П. Гаршин, В.М. Гропянов, Ю.В. Лагунов. Л.: Машиностроение, 1983. — 231 с.

24. Гершман, И.С. Реализация диссипативной самоорганизации поверхностей трения в трибосистемах / И.С. Гершман, H.A. Буше // Трение и износ. -1995.-Т. 16, № 1.-С. 61-70.

25. Гершман, И.С. Синергентика процессов трения / И.С. Гершман // Трение, износ, смазка. 2006. - Т. 8, № 4(29). - С. 71 - 80.

26. Гинзбург, Б.М. О влиянии сдвиговой деформации на механизм изнашивания поликристаллических твердых тел при трении скольжения / Б.М. Гинзбург // Трение и износ. 2001. - № 6. - С. 625 - 631.

27. Горячева, И.Г. Контактные задачи в трибологии / И.Г. Горячева, М.Н. До-бычин. М.: Машиностроение, 1988. - 253 с.

28. Грабский, М. Структурная сверхпластичность металлов / М. Грабский. -М.: Металлургия, 1975. 272 с.

29. Григорович, В.К. Твердость и микротвердость металлов /

30. B.К. Григорович. М.: Наука, 1976. - 230 с.

31. Дедков, Г.В. Нанотрибология: экспериментальные факты и теоретические модели: Обзоры актуальных проблем / Г.В. Дедков // УФН. 2000. - № 6.1. C. 585-618.

32. Дейли, Дж. Механика жидкости / Дж. Дейли, Д. Харлеман. М.: Энергия, 1971.-276 с.

33. Дерягин, Б.В. Адгезия твердых тел / Б.В. Дерягин, H.A. Кротова, В.П. Смилга. М.: Наука, 1977. - 279 с.

34. Джонсон, Кеннет. Механика контактного взаимодействия / Кеннет Джонсон; Пер. с англ. В.Э. Наумова, A.A. Спектора; Под ред. Р.В. Гольдштейна. М.: Мир, 1989. - 509 с.

35. Дрозд, М.С. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации: Монография / М.С. Дрозд, М.М. Матлин, Ю.И. Сидякин. М.: Машиностроение, 1986. - 224 с.

36. Дрозд, М.С. Некоторые закономерности силового контакта упругой сферы с упругопластическим полупространством / М.С. Дрозд // Трение и износ.- 1995.-№ 2.-С. 218-226.

37. Дроздов, Ю.Н. Расчет коэффициента трения в тяжелонагруженном контакте при скольжении / Ю.Н. Дроздов, В.Г. Арчегов // Машиноведение. -1975.-№6, С. 81-83.

38. Дроздов, Ю.Н. Трение и износ в экстремальных условиях: Справочник / Ю.Н. Дроздов, В.Г. Павлов, В.Н. Пучков. -М.: Машиностроение, 1986.-224 с.

39. Егорова, Ю.Б. Влияние структруы на обрабатываемость резанием титановых сплавов / Ю.Б. Егорова, A.A. Ильин, Б.А. Колачев, В.К. Носов, A.M. Мамонов // Металловедение и термическая обработка металлов. — 2003.-№4.-С. 16-21.

40. Журавлев, В.Н. Сплавы с термомеханической памятью и их применение в медицине / В.Н. Журавлев, В.Г. Пушин. Екатеринбург: УроРАН, 2000. - 150 с.

41. Зозуля, В.Д. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин / В.Д. Зозуля, B.JI. Шведков. Киев: Наукова думка, 1990. - 264 с.

42. Ишлинский, А.Ю. Механика деформируемого тела / А.Ю. Ишлинский. — М.: Наука, 1986.- 167 с.

43. Кайбышев, O.A. Границы зерен и свойства металлов / O.A. Кайбышев, Р.З. Валиев. М.: Металлургия, 1987. - 212 с.

44. Кайбышев, O.A. Сверхпластичность промышленных сплавов / O.A. Кайбышев. М.: Металлургия, 1984. - 264 с.

45. Кашин, O.A. Эволюция структуры и механических свойств наноструктур-ного титана при термомеханических обработках / O.A. Кашин, Е.Ф. Дуда-рев, Ю.Р. Колобов и др. // Материаловедение. -2003. № 8. - С. 25 - 30.

46. Кащеев, В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов /

47. B.Н. Кащеев. М.: Машиностроение, 1978. - 213 с.

48. Коршунов, Л.Г. Влияние размера зерна и температуры отпуска на износостойкость стали 38XH3MOA / Л.Г. Коршунов, A.M. Полякова, Н.М. Черненко, В.М. Умова // Физика металлов и металловедение. 1986. - № 5. —1. C. 1007- 1012.

49. Коршунов, Л.Г. Структурные превращения при трении и износостойкость аустенитных сталей / Л.Г. Коршунов // Физика металлов и металловедение. 1992.-№ 8.-С. 3-21.

50. Костецкий, Б.И. Механико-химические процессы при граничном трении / Б.И. Костецкий, М.Э. Натансон, Л.И. Бершадский. -М.: Наука, 1972. 170 с.

51. Костецкий, Б.И. Трение, смазка и износ в машинах / Б.И. Костецкий. -Киев: Техника, 1970. 395 с.

52. Костецкий, Б.И. Фундаментальные основы поверхностной прочности материалов при трении / Б.И. Костецкий. Киев: Знание, 1980. - 26 с.

53. Коттрелл, А.Х. Строение металлов и сплавов / А.Х. Коттрелл; Пер. с англ. В.Б. Кишеневского и А .Я. Судакина; Под ред. М.Л. Бернштейна. М.: Ме-таллургиздат, 1961.-288 с.

54. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. М.: Машиностроение, 1977. - 525 с.

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

56. Красильников, H.A. Разработка методов интенсивной пластической деформации для получения ультрамелкозернистых металлов и сплавов с повышенными свойствами: Автореф. дис. доктора техн. наук: 05.16.01 / УГАТУ. Уфа, 2005. - 34 с.

57. Кривоухов, В.А. Обработка резанием титановых сплавов / В.А. Криво-ухов, А.Д. Чубаров. — М.: Машиностроение, 1970. 180 с.

58. Криштал, М.А. Внутреннее трение и структура металлов / М.А. Криш-тал. М.: Металлургия, 1976. - 375 с.

59. Крокстон, К.А. Физика жидкого состояния: Статистическое введение / К.А. Крокстон; Пер. с англ. А.Г. Башкирова, Н.В. Вдовиченко; Под ред. А.И. Осипова. -М.: Мир, 1978.-400 с.

60. Крымов, В.В. Производство газотурбинных двигателей / В.В. Крымов, Ю.С. Елисеев, К.И. Зудин. М.: Машиностроение, 2002. - 376 с.

61. Куксенова, Л.И. Методы испытаний на трение и износ: Справочник / Л.И. Куксенова, В.Г. Лаптева, А.Г. Колмаков, Л.М. Рыбакова. М.: Ин-термет Инжиниринг, 2001. - 152 с.

62. Любарский, И.М. Металлофизика трения / И.М. Любарский, Л.С. Палатик; Под общ. ред. М.Л. Бернштейна, И.И. Новикова. М.: Машгиз, 1976. - 176 с.

63. Макаров, A.B. Структура, трибологические и механические свойства азотсодержащих высокохромистых сталей с мартенситной основой / A.B. Макаров // Физика металлов и металловедение. 2003. - № 3. - С. 101-112.

64. Макаров, А.Д. Оптимизация процессов резания / А.Д.Макаров. М.: Машиностроение, 1976. -278 с.

65. Малыгин, Г.А. Амплитудно-зависимое внутреннее трение и подобие температурных зависимостей напряжений микро- и макротекучести кристаллов / Г. А. Малыгин // Физика твердого тела. 2000. - № 4. - С. 688 - 693.

66. Марковец, М.П. Определение механических свойств металлов по твердости / М.П. Марковец. М.: Машиностроение, 1979. - 191 с.

67. Марченко, Е.А. О природе разрушения поверхности металлов при трении / Е.А. Марченко. М.: Наука, 1979. - 118 с.

68. Матлин, М.М. Аналитическое определение параметров внедрения сферического индентора по диаграмме растяжения материала контртела /

69. М.М. Матлин, А.И. Мозгунова // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2001. - № 11.-С. 47-51.

70. Миронов, С.Ю. Влияние размера зерна и однородности микроструктуры на равномерность деформации технически чистого титана / С.Ю. Миронов, Г.А. Салищев // Физика металлов и металловедение. — 2001. — № 5. — С. 81 — 88.

71. Миронов, С.Ю. Влияние размера зерна на механическое поведение титана ВТ1-00 / С.Ю. Миронов, С.П. Малышева, P.M. Галлеев, Г.А. Салищев, М.М. Мышляев // Физика металлов и металловедение. — 1999. № 3. — С. 80 — 85.

72. Михин, Н.М. Внешнее трение твердых тел / Н.М. Михин. М.: Наука, 1977.-221 с.

73. Мухин, B.C. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов / B.C. Мухин, Л.Ш. Шустер. Уфа, 1987. - 216 с.

74. Мышляев, М.М. О механизме деформации субмикрокристаллического титана / М.М. Мышляев, С.Ю. Миронов // Физика твердого тела. 2002. -№ 4. - С. 711-716.

75. Назаренко, П.В. Определение силы и коэффициента трения кристаллических тел, исходя из дислокационных представлений. / П.В. Назаренко // Прикладная механика. Киевский институт гражданской авиации: Сборник научных трудов № 3. Киев, 1972. - С. 20 - 24.

76. Нефедов, В.И. Рентгеновская спектроскопия химических соединений. Справочник. / В.И. Нефедов. М.: Химия, 1984.

77. Никаноров, С.П. Упругость и дислокационная неупругость кристаллов / С.П. Никаноров. М.: Наука, 1985. - 250 с.

78. Новиков, Н.И. Сверхпластичность сплавов с ультрамелким зерном / Н.И. Новиков, В.К. Портной. -М.: Металлургия, 1981. 168 с.

79. Основы трибологии (трение, износ, смазка): Учебник для технических вузов / Под ред. A.B. Чичинадзе. М.: Наука и техника, 1995. — 778 с.

80. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением / Под ред. J1.A. Хворостухина, C.B. Шишкина, А.П. Ковалева, P.A. Ишмакова. М.: Машиностроение, 1988. — 141 с.

81. Поздняков, В.А. Структурные механизмы пластической деформации на-нокристаллических материалов / В.А. Поздняков, A.M. Глезер // Физика твердого тела. 2002. - № 4. - С. 705 - 709.

82. Польцер, Г. Основы трения и изнашивания / Г. Польцер, Ф. Майсснер; Пер. с нем. О.Н. Озерского, В.Н. Пальянова; Под. ред. М.Н. Добычина. -М.: Машиностроение, 1984. 264 с.

83. Поляков, A.A. Трение на основе самоорганизации / A.A. Поляков, Ф.И. Рузанов; Под ред. A.B. Чичинадзе. М.: Наука, 1992. - 135 с.

84. Практическая трибология. Мировой опыт / Под ред. A.B. Чичинадзе. -Т.1.-1994.-247 с.

85. Практическая трибология. Мировой опыт / Под ред. A.B.Чичинадзе. -Т.2.-1994.-С. 255-451.

86. Пригожин, И. Современная термодинамика / И. Пригожин, Д. Кондипуди. -М.: Мир, 2002.-461 с.

87. Регель, В.В. Кинетическая природа прочности / В.В. Регель, А.И. Слуцкая // Физика сегодня и завтра. Д.: Наука, 1973. С. 90 - 175.

88. Резание труднообрабатываемых материалов / Под ред. П.Г. Петрухи. — М.: Машиностроение, 1972. 175 с.

89. Решение задач тепловой динамики и моделирования трения и износа: Сборник статей / АН СССР, Гос. НИИ машиноведения им. A.A. Благонра-вова; Отв. ред. A.B. Чичинадзе. -М.: Наука, 1980. 150 с.

90. Романив, О.Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей / О.Н. Романив. М.: Металлургия, 1979. — 176 с.

91. Рыбакова, Л.М. Структура и износостойкость металла / JT.M. Рыбакова, Л.И. Куксенова. -М.: Машиностроение, 1982. 212 с.

92. Семенов, В.И. Моделирование граничных эффектов и разработка высокоэффективных смазочных материалов для горячей штамповки алюминиевых сплавов: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.03.05 / ИПСМ. Уфа, 1995.-20 с.

93. Сверхмелкое зерно в металлах / Пер. с англ. В.В. Романеева, A.A. Григоряна; Под ред. JI.K. Гордиенко. М.: Металлургия, 1973. - 384 с. .

94. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин / E.JI. Шведков, Д.Я. Ровинский, В.Д. Зозуля, Э.Д. Браун; Отв. ред. И.М. Фе-дорченко. Киев: Наук, думка, 1979. - 187 с.

95. Смыслов, A.M. Повышение долговечности деталей машин в условиях фреттинга / A.M. Смыслов, К.С. Селиванов. Уфа: Гилем, 2005. - 180 с.

96. Справочник по триботехнике: В 3 т. Т.1: Теоретические основы / Под общ. ред. М. Хебды, A.B. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 1989. - 397 с.

97. Справочник по триботехнике: В 3 т. Т.2: Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения / Под общ. ред. М. Хебды,

98. A.B. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 1990. - 416 с.

99. Столяров, В.В. Измельчение микроструктуры и механические свойства титана, подвергнутого винтовой экструзии и последующей прокатке /

100. B.В. Столяров, Я.Э. Бейгельзимер, Д.В. Орлов, Р.З. Валиев // Физика металлов и металловедение. 2005. — № 2. - С. 92 - 99.

101. Суслов, А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин / А.Г. Суслов. М.: Машиностроение, 2000. - 320 с.

102. Таблицы физических величин: Справочник / Под ред. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. - 1008 с.

103. Томленов, А.Д. Теория пластического деформирования металлов /

104. A.Д. Томленов. — М.: Металлургия, 1972. 408 с.

105. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х кн. Кн. 1 / Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. -М.: Машиностроение, 1978. 400 с.

106. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х кн. Кн. 2 / Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. -М.: Машиностроение, 1979. 358 с.

107. Трение, износ и смазка / Под ред. A.B. Чичинадзе, Э.М. Берлинера, Э.Д. Брауна и др. — М.: Машиностроение, 2003. 575 с.

108. Трибология. Исследования и приложения. Опыт США и стран СНГ / Под ред.

109. B.А. Белого, К. Лудемы, Н.К. Мышкина. -М.: Машиностроение, 1993. 454 с.

110. Физико-химическая механика сцепления / Под ред. И.П.Исаева. М.: МИИЖДТ, 1973.-183 с.

111. Хачин, В.Н. Никелид титана: Структура и свойства / В.Н. Хачин, В.Г. Путин, В.В. Кондратьев; Отв. ред. В.Д. Садовский. -М.: Наука, 1992. 160 с.

112. Шабанов, В.М. К исследованию распределения контактных напряжений при непрерывном упругопластическом вдавливании сферического инден-тора / В.М. Шабанов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2003. -№ 1. С. 41 —45.

113. Шабанов, В.М. О критериях деформации и упрочнения при испытании материалов методом непрерывного упругопластического вдавливания сферического индентора / В.М. Шабанов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2004. - № 11. - С. 45 - 48.

114. Шаповалов, В.В. Прогнозирование триботехнических характеристик смазываемых узлов трения по реальным субструктурным параметрам трибосистем / В.В. Шаповалов, В.Т. Костыгов // Трение и износ. 2001. - № 6. - С. 659 - 663.

115. Шустер, Л.Ш. Адгезионное взаимодействие режущего инструмента с обрабатываемым материалом / Л.Ш. Шустер. М.: Машиностроение, 1988. - 85 с.

116. Шустер, Л.Ш. Адгезионное взаимодействие твердых металлических тел / Л.Ш. Шустер. Уфа: Гилем, 1999. - 199 с.

117. Шустер, Л.Ш. Основы триботехники / Л.Ш. Шустер. — Уфа, 1994. — 110 с.

118. Buchanan, R.A. Yon implantation of surgical Ti-6A1-4V for improved resistance to wearaccelerated corrosion / R.A. Buchanan, E.D. Rigney, S.M. Williams // Biomed. Hater. Res. 1990. - № 21. - P. 355 - 360.

119. Collier, J.P. Corrosion between the components of modular femoral hip prostheses. / J.P. Collier, V.A. Surprenant, R.E. Jengen and oth. // Bone St. Surg. -1992. V. 7413. — P. 511 — 515.

120. Farhat, Z.N. Effect of grain size on friction and wear of nanocrystalline aluminium / Z.N. Farhat, Y. Ding, D.O. Northwood, A.T. Alpas // Materials Science and Engineering. 2001. - V. A 206. - P. 3 02 - 313.

121. Mishra, R. Effect of grain size on the tribological behavior of nanocrystalline nickel / R. Mishra, B. Basu, R. Balasubramaniam // Materials Science and Engineering. 2004. - V. A 373. - P. 370 - 373.

122. Shuster, L.Sh. and other. Self-Organization During Friction. Advanced Sur-face-Engincered Materials and Systems Design / edited by German S. Fox-Rabinovich, George E. Totten. Taylor & Francis, 2006. - 458 p.

123. Stolyarov, V.V. Grain refinement and properties of pure Ti, processed by warm ECAP and cold rolling / V.V. Stolyarov, Y.T. Zhu, I.V. Alexandrov // Materials Science and Engineering. 2003. - V. 343. - P. 43 - 50.

124. Stolyarov, V.V. Influence of ECAP routes on the microstructure and properties of pure Ti / V.V. Stolyarov, Y.T. Zhu, I.V. Alexandrov, T.C. Lowe, R.Z. Valiev // Materials Science and Engineering. 2001. - V. 299. - P. 59 - 67.

125. Zhernakov, V.S. The developing of nanostructured SPD Ti for structural use / V.S. Zhernakov, V.V. Latysh, V.V. Stolyarov, A.I. Zharikov, R.Z. Valiev // Scripta Mater. -2001. -V. 44 (8-9) P. 1771 - 1774.