Куксенова_Методы исследования поверхностных слоев (831911), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В этом случае решающее значение принадлежит свойству совместимости трущихся поверхностей. Если условия совместимости материалов соблюдены(а их нарушение проявляется уже на стадии приработки), то в зонеконтакта работоспособного сопряжения наиболее износостойкимиявляются следующие типы структур:1) сплавы с гетерофазными структурами (как правило, онипредставляют собой сочетание твердых кристаллов в более пластичной матрице).
Этот подход широко используется при разработке сплавов для вкладышей подшипников скольжения. При трениина поверхности вкладыша создается характерный микрорельеф засчет твердых включений, который способствует удержанию смазочного материала в зоне трения (правило Шарпи). В антифрикционных алюминиевых сплавах используется обратная комбинацияфаз — мягкие включения в твердой матрице. При трении на поверхность вытесняется мягкая структурная составляющая, обеспечиваянизкое трение;2) износостойкой гетерогенной структурой является та, в которой при изменении внешних условий контактирования (давления,25температуры, элементного состава материала), вызванных влиянием механических и тепловых импульсов, а также массопереносав зоне взаимодействия, успевают пройти обратимые структурнофазовые превращения, которые обеспечивают совместимые структуры поверхностных слоев в конкретных условиях трения.
Длясоздания такой структуры широко применяют разнообразные методы химико-термической обработки. В условиях трения реализуются квазиобратимые процессы типа γ ↔ m (аустенит ↔ мартенсит); γ ↔ γ + К (m ↔ m + К или α ↔ α + К, т. е. из аустенита,мартенсита или феррита выделяются или растворяются высокодисперсные системы. Здесь К — карбиды). Эти процессы протекают втвердом состоянии в тончайших поверхностных слоях при скачкообразном изменении температуры Т , давления p, концентрации С[6].
Следует заметить, что, как правило, процессы типа γ ↔ m протекают по бездиффузионному механизму, и перестройка решеткипо временным параметрам соответствует изменению температуры ΔT или давления Δp; а процессы γ ↔ γ + К, m ↔ m ++ К, α ↔ α + К протекают по микродиффузионному механизму, однако вследствие высокой дисперсности карбидов процессытакже успевают по времени за изменением параметров ΔT , Δp иΔC. Образование в процессе трения структуры деформируемогоповерхностного слоя, в которой реализуются квазиобратимые (снекоторым гистерезисом) процессы, приводит пару трения в установившийся режим с минимальным уровнем изнашивания.
Задачасостоит в том, чтобы подобрать режимы технологического процесса, которые обеспечат формирование гетерогенной износостойкойструктуры;3) износостойкая структура, реализующая в сопряжении явление избирательного переноса, характерной особенностью которойявляется практическая безызносность [10]. Высокие триботехнические свойства обусловлены формированием определенного структурного состояния зоны деформации антифрикционного сплавапри трении в поверхностно-активной смазочной среде [11].
Существенное повышение триботехнических характеристик в условияхреализации явления избирательного переноса сопровождается совокупностью трех ведущих структурных превращений, которыеможно представить как этапы организации износостойкой структуры зоны деформации сплава. Характеризующие их параметры26описываются законами, присущими самоорганизации износостойкой структуры.Первое превращение — формирование эффективного макроскопического диффузионного потока легирующих и примесных атомов по глубине зоны деформации, сопровождающегося их анодным растворением и созданием условий для осаждения пленкичистого металла.
Коэффициенты диффузии в поверхностных слоях достигают значений, близких к значениям при термически активируемой диффузии, когда температура близка к температуреплавления исследуемого сплава.Второе превращение — формирование на поверхности тренияпленки, в частности меди, с характерными законами измененияфундаментальных параметров пластически деформированного металла, физического уширения рентгеновских линий и периода кристаллической решетки по глубине зоны поверхностной пластической деформации. Под влиянием пластифицирующего действияповерхностно-активных веществ смазочной среды в поверхностном слое создаются благоприятные условия для выхода дислокаций на поверхность и понижения их плотности в зоне деформации,что повышает деформационную способность материала.Третье превращение — формирование модифицированногоподповерхностного слоя.
В начальный период трения металлической пары в зоне поверхностной пластической деформации идутодновременно два процесса: формирование поверхностного слоя(защитной вторичной структуры) и формирование подповерхностного слоя, представляющего собой границу раздела между поверхностной пленкой и основным металлом.
Как показали результатыэмиссионного микроспектрального и рентгеноструктурного анализов, при трении граница чаще всего представляет собой оксидныйслой, а при трении в сложных смазочных композициях, содержащих фосфор, хлор, серу, — также их соединения с атомамиметалла. Элементы, образующие с основой материала соединения,входящие в состав подложки, диффундируют как из окружающейсреды, так и из объема металла;4) основы обеспечения оптимальной износостойкости конструкционных материалов связаны со структурной приспосабливаемостью материалов.
Сущность явления состоит в том, что длявсех материалов и смазочных сред существует диапазон нагрузок27и скоростей относительного перемещения, в котором триботехнические характеристики стабильны и существенно ниже, чем внеэтих диапазонов. Границы этих диапазонов зависят от условийобразования и свойств защитных вторичных структур, способныхминимизировать разрушение поверхностного слоя и экранировать недопустимые процессы схватывания, усталости, коррозии идр. [7].Создавая определенные структурные состояния материаловдля узлов трения, можно регулировать вторичные структуры и темсамым износостойкость, надежность и долговечность трибосопряжения.2.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ2.1. Определение геометрических характеристикповерхностейГеометрические характеристики поверхности — это параметрымакро-, микро- и субмикрогеометрии.Макрогеометрия — это отклонение геометрии всей детали инеровности больших участков поверхности. Единичные, не повторяющиеся регулярно макронеровности представляют собойотклонения поверхности от номинальной формы детали — конусность, эллиптичность, бочкообразность, неплоскостность, выпуклость, вогнутость и т. п. Эти макронеровности нормируютсяв заводских условиях. Особый вид неровностей представляетсобой волнистость.
Под волнистостью (рис. 4, а) понимают совокупность периодических и близких по размерам чередующихся возвышений и впадин, с шагом волны λ (λ0 ), значительнопревышающим ее высоту Hв (H0 ) в продольном и поперечномнаправлениях соответственно, и значительно большим, чем у микронеровностей, поверхности. Форма волн близка к синусоиде[12]. Волнистость чаще всего связана с неравномерностью процесса резания при обработке металлов, вследствие чего возникаютколебания — вибрации станка и режущего инструмента.На рис. 4, б приведен пример схемы волнистости поверхности,образованной точением, для иллюстрации определения ее основных параметров [12—15], к которым относятся:28Рис. 4.
Поверхность, образованная точением при наличии волнистости:а – схема волнистости поверхности; б – волнограмма (λ – шаг волны в продольном направлении; λ0 – длина волны в поперечном направлении; Нв , Н0 – высотаволны соответственно в продольном и поперечном направлениях)среднее арифметическое отклонение профиля волн , мкм:lWWa = (1/lW )|yi |dx или Wa =0n|yi |/n,i=1где lW — базовая длина; yi — текущее значение ординаты профиля волн (расстояние от точки профиля до средней линии); dx —приращение абсциссы; n — число ординат профиля;29средняя высота волн, мкм: 55Hi +Hi /5,WZ =i=1i=1где Нi — текущее расстояние от средней линии до вершины волны;Нi — текущее расстояние от средней линии до впадины волны;наибольшая высота профиля волн Wmax , мкм;высота сглаживания волнистости Wр , мкм;относительная опорная длина профиля волн, %:tpW =ηpW i /lW = ηpW · 100/lW ,где ηpW — опорная длина профиля волн на уровне сечения профиля;средний шаг волн, мм:SmW =nшSmW i /nш ,i=1где SmW i — текущее значение шага волн; nш — число шагов;средний радиус выступов волн, мм:RWср =nвRW i /nв ,i=1где RWi — текущее значение радиуса выступа; nв — число выступовволн.По определению работы [15] микрогеометрия характеризуетформы и размеры поверхностных неровностей, расположенныхвнутри квадрата со стороной порядка одного или нескольких миллиметров.Образование микронеровностей поверхности обусловлено взаимодействием режущего инструмента с обрабатываемым изделием — процессом снятия стружки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
