Деформация и разрушение модифицированных ионными пучками материалов при трении тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, доктор технических наук Гриценко, Борис Петрович

• Гриценко, Борис Петрович
• доктор технических наук
• 2007

Оглавление диссертации доктор технических наук Гриценко, Борис Петрович

Введение.

Глава 1. Физические основы повышения трибологических свойств металлов и сплавов методом ионно-пучковой обработки.

1.1. Изнашивание материалов при трении.

1.1.1. Физические процессы, происходящие в приповерхностных слоях материалов при трении.

1.1.2. Акустические колебания, возникающие при трении; влияние акустических колебаний на деформационное поведение металлов.

1.1.3. Основные механизмы изнашивания твердых тел при трении.

1.2. Ионная имплантация как метод модификации поверхностных свойств металлов и сплавов.

1.2.1. Физические процессы, происходящие в металлах и сплавах при ионной имплантации.

1.2.2. Свойства ионно-имплантированных металлов и сплавов.

1.3. Выводы.

1.4. Задачи исследования.

Глава 2. Характеристики объектов и методы исследования.

2.1. Образцы для исследований.

2.2. Изделия для разработки и апробирования технологий модифицирования материалов методом ионной имплантации.

2.3. Методы исследования.

Глава 3. Разрушение ионно-имплантированных материалов при трении.

3.1. Изучение закономерностей изнашивания армко-железа, стали 45, титана ВТ 1-0 и сплава ВТ6 при трении.

3.1.1. Кинетика изнашивания армко-железа и стали при трении.

3.1.2. Кинетика образования пятен контактов металлов при трении в условиях подавления акустических колебаний.

3.2. Изучение спектральных характеристик акустических колебаний, возникающих в трибосистеме.

3.3. Изучение влияния ионной имплантации на акустические характеристики поверхностных слоев стали 45.

3.4. Исследование микроструктуры поверхностных слоев образцов стали 45 после испытаний на трение.

3.5. Влияние структуры материалов на изнашивание образцов.

3.6. Изменение структуры приповерхностных слоев при трении.

3.7. Морфология поверхностей трения.

3.8. Выводы.

Глава 4. Разрушение и изнашивание режущего инструмента при эксплуатации.

4.1. Механизмы изнашивания режущего инструмента.

4.2. Разрушение режущего инструмента.

4.3. Некоторые особенности разрушения твердосплавных резцов.

4.3.1. Мезомеханические особенности разрушения твердосплавных резцов.

4.3.2. Развитие периодически расположенных проточин.

4.4. Изучение влияния структуры материала твердосплавных пластин на их изнашивание.

4.4.1. Влияние термомеханической обработки на структурно-фазовый состав твердого сплава.

4.4.2. Влияние термомеханической обработки на микротвердость и износостойкие свойства твердого сплава.

4.5. Выводы.

Глава 5. Повышение эксплуатационных характеристик режущего инструмента путем формирования слоевых структур в приповерхностных областях материалов.

5.1. Формирование износостойких приповерхностных слоев методом ионной имплантации.

5.1.1. Формирование приповерхностных слоев в твердосплавных мелкоразмерных сверлах отечественного производства.

5.1.2. Повышение износостойкости твердосплавных мелкоразмерных сверл фирмы Key ware technology inc.

5.1.3. Повышение износостойкости мелкоразмерных сверл из быстрорежущей стали.

5.1.4. Формирование износостойких приповерхностных слоев в твердосплавных пластинах, используемых для обточки колесных пар вагонов.

5.2. Формирование приповерхностных слоев, обеспечивающих повышение износостойкости и коррозионной стойкости стали 65X13.

5.2.1. Повышение стойкости тонколезвийного инструмента.

5.2.2. Возможности использования ионной имплантации для бактерицидной защиты.

5.3. Формирование износостойких покрытий напылением, совмещенным с ионной имплантации.

5.4. Апробирование метода ионной имплантации в машиностроении.

5.5. Выводы.

Глава 6. Защита материалов трибосистем от акустического разрушения поверхностных слоев.

6.1. Закономерности в разрушении материалов трибосистем.

6.2. Роль акустических колебаний, генерируемых трибосистемой, в разрушении материалов при трении.

Основные условные обозначения и сокращения

А - молекулярная составляющая силы трения.

АБ - период нормального изнашивания.

ВС - период катастрофического изнашивания.

ОА - период приработки.

АК - акустические колебания.

ВК - вольфрам - кобальтовые твердые сплавы.

ИП - избирательный перенос.

ИПД - интенсивная пластическая деформация.

К - безразмерный коэффициент износа, являющийся мерой "жесткости' цесса изнашивания.

ОКР - области когерентного рассеяния. СМК - субмикрокристаллическая структура. ТК - титан - кобальтовые твердые сплавы. ТМО - термомеханическая обработка. УМЗ - ультрамелкозернистые, а, с - параметры элементарной ячейки решетки, а - угол.

С„ - скорость поверхностной волны. I - износ.

Ь - длина полуволны. Е - модуль упругости. f - частота. А, - длина волны.

Н - ширина поверхности катания колес рельсового транспорта по головке са.

Нт - твердость изнашиваемого материала.

Нтм - твердость менее прочного металла.

F - сила. N - нагрузка. т0 - сдвиговая прочность фрикционной связи (т.е. прочность единичного пятна касания, образовавшегося при одновременном действии нормальных и танген-сальных нагрузок, и исчезающего при снятии нормальной нагрузки). т - сопротивление сдвигу. h - глубина внедрения.

Hfl - микротвердость. г - радиус единичной неровности. - пьезокоэффициент молекулярной составляющей трения.

FTp - сила трения. Р - сила нормального давления. Рс - контурное давление. Рг - фактическое давление.

W - удельная энергия адгезии контактирующих металлов.

X - глубина внедрения твердой неровности в поверхность менее прочного металла. t - максимально допустимый для данного региона местности тепловой зазор между торцами рельсов вдоль оси рельсов. G - модуль сдвига, р - плотность вещества. <р> - плотность дислокаций. а - тангенциальные напряжения, v - коэффициент Пуассона. G - углы дифракции. € - деформация.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Деформация и разрушение модифицированных ионными пучками материалов при трении»

Актуальность темы. Прежде чем перейти к рассмотрению закономерностей деформации и разрушения материалов при трении, повышению триболо-гических свойств материалов, необходимо остановиться на исключительной важности этого вопроса для жизнедеятельности человека. В настоящее время с трением связана одна из острейших проблем машиностроения - износ деталей машин и механизмов. Подавляющее количество машин (85 - 90 %) выходят из строя из-за износа деталей [1]. Ремонт и техническое обслуживание машин в несколько раз превышает их стоимость. Для автомобилей превышение составляет 6 раз, для самолетов - до 5 раз, для станков - до 8 раз [2]. Если производство и обслуживание тракторов принять за 100 %, то заводы, выпускающие новые тракторы, составляют лишь 22 % мощностей, на долю заводов, выпускающих запасные части к тракторам, приходится 34 % мощностей, а на долю ремонтных предприятий 44 % [1]. Таким образом, на ремонт тракторов затрачивается более чем в 4 раза больше мощностей, чем на их изготовление. Необходимо также учесть, что изношенные двигатели внутреннего сгорания значительно сильнее загрязняют атмосферу отработавшими газами, чем новые.

В работе [3] приводятся данные ежегодных затрат в США на борьбу с изнашиванием (см. табл. 1). Из таблицы видно, что затраты на износ просто колоссальные. В Великобритании в 50-х годах была проведена работа в рамках государства по внедрению достижений триботехники. В 1966 году был опубликован отчет Британского совета по триботехнике, согласно которому экономический эффект от внедрения достижения триботехники составил более 500 млн. фунтов стерлингов [1].

По подсчетам американских ученых, возможная экономия за счет внедрения результатов триботехники в практику в США составит 12-16 млрд. долларов. Необходимо учесть еще и то, что преждевременное изнашивание деталей машин и механизмов является частой причиной катастроф и гибели людей, стоимость жизней которых невозможно подсчитать ни в рублях, ни в долларах.

10

Из приведенных данных становиться очевидным, насколько важным являются изучение трения и износа, поиск и разработка методов защиты от изнашивания.

Таблица 1.

Ежегодные затраты США на борьбу с изнашиванием деталей машин и механизмов

Объекты

Число объектов ПХІ0

7Г

Затраты, млрд. долларов

Самолеты* Суда

Автомобили Режущий инструмент**

200 4

133000 500

13,4 6,4 24,2 2,8

Итого: 46,8 * С учетом неплановых, плановых и капитальных затрат на износ. ** Быстрорежущие стальные резцы и резцы из спеченного карбида.

Поэтому повышение износостойкости трибологических пар является актуальной задачей физики конденсированного состояния. Повышение износостойкости можно условно разделить на две задачи.

Первая - это исследование процессов, которые происходят в материалах при трении. Наибольший вклад в изучение явлений, происходящих при трении, сделали Н. М. Алексеев, В. А. Белый, Л.И. Бершадский, Ф. Боуден, H.A. Буше, Д.Н. Гаркунов, Х.П. Джост, Б.И. Костецкий, И.В. Крагельский, Л.И. Куксенова, Ю.К. Машков, А. А. Поляков, Л. М. Рыбакова, Д. Тейбор, Г. Фляйшер, М.М. Хрущев и др. Несмотря на явные успехи в этом направлении в последние годы, решение данной задачи нельзя считать близкой к завершению.

Вторая задача состоит в том, как максимально уменьшить изнашивание материалов при трении. Существует много вариантов решения этой задачи -применение износостойких материалов, различные конструкционные решения, нанесение покрытий (гальванических, ионно-плазменных и др.), модификация поверхностей материалов за счет цементации, борирования, электроискровой и обработки, обработки лазерным излучением, ионными и электронными пучками и многие др. [4-10]. Однако во многих случаях они либо малоэффективны, либо не успевают обеспечивать все возрастающие требования повышения сроков службы и надежности изделий.

Исследование деформации и разрушения материалов, их прочностных свойств осуществляется, как правило, на модельных, наиболее простых материалах, используемых в промышленности. Важным для практического материаловедения является заключительный этап в этих исследованиях, изучение свойств и поведение материалов непосредственно в изделиях. Значимость заключительного этапа определяется тем, что в реальных изделиях к материалам предъявляются дополнительные требования, которые невозможно учесть при лабораторных испытаниях образцов.

В данной работе представлены результаты систематических исследований закономерностей и особенностей деформации и разрушения и ионно-пучковые способы упрочнения материалов, которые используются в промышленности - это стали: 65X13, сталь 45, Р6М5; армко-железо, титан ВТ1-0 и сплав ВТ6 в обычном и ультрамелкозернистом состояниях; твердые сплавы Т14К8, ВК6М, КНТ16, и ряд других материалов. Такое разнообразие материалов определено тем, что мы ставили себе задачу поиска общих закономерностей их деформации и разрушения при трении, когда они используются в качестве режущего инструмента, деталей машин и механизмов.

Актуальность темы диссертационной работы определяется еще и тем, что в 80-е годы достижениями науки в области ускорительной техники была фактически подготовлена основа для развития новых методов модификации поверхности материалов. В первую очередь, это касается создания широкоапер-турных источников газовых ионов [11, 12], газометаллических - типа "Титан" [13] и металлических ионов типа "Диана", "Радуга", МЕУУА и др. [12, 14, 15],

17 2 позволяющих получать ионы с энергией 40-250 кэВ, флюенсом -10 ион/см на поверхность площадью -300 см за разумное время (-20 минут). Это позволило

12 целенаправленно изменять свойства приповерхностных слоев металлов за счет легирования и перестройки структуры. Одновременно с этими источниками ионов были разработаны ускорители более высокой мощности, позволяющие получать ионы с энергией -300 кэВ и флюенсом ~1012 -1014 ион/см2 за один импульс на поверхность площадью до -200 см . Такие источники осуществляют модификацию приповерхностных слоев металлов за счет энерговклада. Типичными представителями источников такого типа являются источники ТЕМП и МУК различных модификаций [16].

Разработка названных выше источников ионов позволила исследователям перейти от исключительно научных задач взаимодействия ускоренных ионов с металлами к практическим задачам, а именно: разработке технологий модификации металлов и сплавов с целью повышения их служебных характеристик в изделиях. Необходимо отметить, что такой переход для полупроводников был сделан значительно раньше. Это связано с тем, что для модификации свойств полупроводниковых материалов необходимы флюенсы на два - три порядка более низкие, чем для металлов. Также относительная стоимость полупроводниковых материалов в пересчете на единицу облучаемой поверхности значительно выше, чем у металлов, что делает их обработку ионными пучками экономически более выгодной. Для изделий из металлов и сплавов только после разработки широкоапертурных источников стало экономически целесообразным проводить ионно-лучевую обработку. Именно этим объясняется резко возросший интерес к исследованию взаимодействия пучков ионов с металлами, так как появились реальные возможности использования ионно-лучевых технологий для повышения служебных характеристик металлических изделий.

Очевидно, что сама возможность повышения служебных характеристик материалов с помощью ионных пучков - это еще не метод, и тем более не технология. Для того чтобы использовать ионные пучки на практике, необходимо знать следующее: каким образом столь малые толщины модифицированных слоев материалов (-100 нм) могут повышать износостойкость материалов в 2-4

13 и более раз; какую роль при деформации и разрушении материалов играют тонкие приповерхностные слои; каким образом происходят деформации и разрушение материалов при трении. Необходимо развить физические представления о том, какими свойствами должны обладать приповерхностные слои материалов, для того чтобы их износ был минимальным. Ускорители ионов, которые можно использовать для повышения служебных характеристик металлических изделий, можно условно разделить на два типа. Первый - это те ускорители, которые осуществляют модификацию приповерхностных слоев за счет энерговклада, при этом легирование поверхностных слоев из-за малых концентраций вводимых примесей не играет какой-либо заметной роли. Эффекты, возникающие при воздействии ионов данных источников, определяются их мощностью и энергией в импульсе. Исследования в этом направлении хорошо представлены в работах [16-22] и в данной работе рассматриваться не будут. Второй метод -это модификация приповерхностных слоев за счет ионной имплантации, когда мощность источников ионов относительно невелика, а флюенс ионов позволяет говорить о легировании приповерхностных слоев металлов. Изменение свойств материала в этом случае определяется не только радиационными дефектами, но и типом вносимых легирующих элементов. Именно этот метод и был выбран для изучения и разработки на его основе способов повышения ресурса работы изделий, так как этот метод, с нашей точки зрения, имеет уникальные возможности по модификации поверхностей материалов. Используя ионную имплантацию, можно легировать приповерхностные слои материалов с очень большим выбором элементов периодической системы Д.И. Менделеева, и создавать в этих слоях различные неравновесные структурно-фазовые состояния. Однако научные основы формирования таких состояний методом ионной имплантации еще только создаются, и для их разработки необходимы систематические исследования как на модельных объектах, так и на сплавах, которые широко используются в промышленности.

14

Таким образом, актуальность данной работы определяется еще и тем, что на основе исследований закономерностей деформации и разрушения материалов при трении, изучения свойств приповерхностных слоев материалов, формируемых ионными пучками, возможно улучшать эксплуатационные свойства трибосистем.

Решаемой в данной работе проблемой является повышение эксплуатационных свойств трибосистем, разработка и совершенствование ионно-пучковых методов модификации материалов на основе исследований деформации и разрушения их при трении, установления влияния приповерхностных слоев, сформированных ионными пучками, на деформационные процессы.

Состояние проблемы на начало работы. К началу работы (1986 г.) было установлено, что с помощью ионных пучков можно эффективно изменять свойства приповерхностных слоев материалов [4, 8, 14, 17, 23-26]. При производстве полупроводниковых приборов широко использовались ионно-лучевые технологии. Начали использовать (единичные случаи) газовые источники ионов для промышленных целей (машиностроение). Интенсивно велись работы по созданию широкоапертурных источников металлических ионов средних энергий, то есть таких источников, которые можно было бы использовать в заводских условиях для обработки изделий машиностроения [12-17]. В России, в Институте сильноточной электроники СО АН СССР совместно с Томским институтом автоматизированных систем управления и радиоэлектроники и Республиканским инженерно-техническим центром при Институте физики прочности и материаловедения СО АН СССР, велись работы по созданию источника металлических ионов "Диана". В НИИ ЯФ при Томском политехническом институте создавался источник металлических ионов "Радуга". В США Яном Брауном с сотрудниками в Lawrence Berkeley Laboratory разрабатывался источник металлических ионов типа MEVVA. Именно в это время резко возрос интерес к исследованию воздействия ионов средних энергий (40-200 кэВ) на металлические материалы, причем не только на чистые металлы, но и стали и

15 сплавы, используемые в машиностроении. Во многих исследовательских центрах были начаты работы по изучению возможности повышения ресурса работы изделий за счет обработки их ионными пучками.

Несмотря на то, что первые же исследования показали перспективность данного способа повышения износостойкости изделий, возникли большие проблемы с его применением на практике. Это было связано с нестабильностью работы первых имплантеров и малым временем непрерывной работы (требовалось менять расходуемый катод и керамический изолятор). Следствием были малая производительность обработки изделий и высокая стоимость конечного продукта. Результаты, получаемые при ионно-лучевой обработке изделий, были нестабильны (с очень большим разбросом). Не была определена область, где можно было бы использовать подобные технологии. К началу работы уже имелась достаточно обширная литература по воздействию пучков ионов на металлы, в том числе и средних энергий, которые представляли интерес для практического применения [8, 23-26]. Однако эти исследования были выполнены преимущественно либо на чистых металлах, либо на сплавах, которые мало употреблялись в технике. Использованные ускорители ионов, как правило, были исследовательскими, а не технологическими, которые можно было бы применять в заводских условиях. Понятно, что эти результаты можно было рассматривать всего лишь как демонстрацию возможностей метода. Исходя из изложенного выше, очевидно, что о применении на практике такого способа упрочнения для изделий, используемых в машиностроении, в то время не могло быть и речи.

Еще одна очень серьезная проблема возникла сразу же при попытке использования ионных пучков для повышения износостойкости изделий, ресурс которых определялся трением. Проблема связана с недостаточной изученностью процессов, происходящих в приповерхностных слоях материалов изделий при трении. В первую очередь это касается тонких приповерхностных слоев. На начало проведения исследований не была выявлена роль, которую играют столь малые толщины в процессах деформации и разрушения при трении. Совершен

16 но не поддавалось объяснению, каким образом легированный слой толщиной всего в -100 нм приводит к увеличению износостойкости изделий в десятки раз. Причем толщина унесенного слоя за счет трения и износа превышала толщину легированного слоя буквально сразу после начала работы изделия, а эффект упрочнения сохранялся. Без установления роли "тонких" приповерхностных слоев не представлялось возможным целенаправленно и стабильно создавать приповерхностные слои, повышающие износостойкость изделий.

Следствием недостаточности знаний о роли и поведении "тонких" приповерхностных слоев при трении являлось то, что было неясно, какие должны быть приповерхностные слои по составу и структуре. Общих представлений было явно недостаточно, поскольку условия работы приповерхностных слоев материалов при трении очень специфичны и несопоставимы с любыми другими условиями. Появилась потребность получения новых, дополнительных знаний по работе "тонких" приповерхностных слоев материалов при трении и, уже исходя из них, обоснование способов формирования приповерхностных слоев с помощью ионных пучков для конкретных материалов, изделий и условий работы.

В процессе выполнения данной работы выяснилось, что в представлении физики разрушения материалов при трении был упущен важный механизм, который хотя и был "очевидным", но не учитывался. Речь идет о разрушении материалов трибологических пар за счет акустических колебаний, возникающих при трении.

Поэтому, прежде чем перейти к использованию метода ионной имплантации для решения практических задач по повышению служебных характеристик изделий, необходимо было провести дополнительные исследования для выявления природы и механизмов деформации и разрушения материалов при трении. И только после этого приступить к построению приповерхностных слоев трибологических пар с помощью ионных пучков.

17

Принципиальные трудности, возникающие при решении рассматриваемых проблем:

- при трении присутствуют почти все механизмы деформации, и, в зависимости от материала и условий работы, превалируют те или иные механизмы разрушения;

- процессы, происходящие в материалах при трении, могут развиваться сразу на всех микро-, мезо- и макромасштабных уровнях;

- структуры, которые образуются в приповерхностных слоях материалов при трении, являются термодинамически неравновесными и нестабильными;

- свойства приповерхностных слоев сильно зависят от самого материала три-бологических пар, от условий работы (используемой смазки, нагрузки, атмосферы, характера работы - непрерывный режим работы или циклический,- и др.), что сильно затрудняет выявление общих закономерностей разрушения материалов при трении;

- возникающий в процессе трения промежуточный слой, так называемое "третье тело", существует фактически только во время работы трибологиче-ской пары и после остановки процесса трения меняет свои свойства, что существенно усложняет изучение закономерностей деформации и разрушения приповерхностных слоев.

Ставя задачу по разработке технологии повышения служебных характеристик промышленных металлических изделий с помощью ионных пучков, необходимо было учесть целый ряд условий:

- ускоритель ионов должен работать в заводских условиях;

- из-за относительно невысокой стоимости самих изделий стоимость обработки ионными пучками должна быть невысокой;

- для того чтобы вести обработку заводских изделий, производительность ионно-лучевых установок должна быть достаточно высокой;

18

- технология не должны быть слишком сложной для реализации;

- определены области применения ионно-лучевых технологий.

Рассматривая решаемую проблему с точки зрения физики разрушения материалов при трении, необходимо было изучить следующее:

- каким образом приповерхностные слои, создаваемые ионными пучками средних энергий, оказывают существенное влияние на изнашивание изделий при трибологическом контакте;

- какую структуру должны иметь приповерхностные слои для того, чтобы материал трибологической пары как можно меньше изнашивался;

- каким образом с помощью ионных пучков можно изменять элементный состав и структуру приповерхностных слоев материалов изделий, которые являются оптимальными с точки зрения износа;

- закономерности и особенности деформации и разрушения материалов три-бологических пар с модифицированными поверхностными слоями.

Особенностями нагружения образцов при трении является не только многообразие используемых материалов и условий работы, но и то, что даже небольшое изменение нагрузки или условий работы может существенным образом изменить характер износа. Причины и закономерности этого в полной мере не изучены. Очевидно, что без выявления причин последнего управлять трибо-логическими свойствами материалов, даже таким весьма удобным методом как ионные пучки, весьма затруднительно.

Известно, что начало работы трибологической пары, как правило, сопровождается процессом приработки, перестройки структуры приповерхностных слоев. Трибологическая система приспосабливается к условиям работы, самоорганизуется. Начальный этап работы, этап приработки, во многом определяет дальнейшую работу трибологической пары. Однако до сих пор закономерности

19 процессов приработки не изучены в полном объеме. Это не позволяет надежно прогнозировать работу трибологической пары.

Цель настоящей работы - установить закономерности деформации и разрушения материалов, модифицированных ионными пучками, при трении; разработать ионно-пучковые технологии формирования приповерхностных слоев материалов трибологических пар для повышения их эксплуатационных свойств и надежности.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- изучение влияния ионной имплантации на формирование неравновесных структурно-фазовых состояний и химического состава в приповерхностных слоях;

- исследование закономерностей и особенностей деформации и разрушения материалов при трении;

- выявление структур, образующихся в приповерхностных слоях при трении, и установление их влияния на скорость изнашивания материалов;

- изучение общих закономерностей изнашивания трибологических пар при эксплуатации, выявление роли деформации и акустических колебаний в их разрушении, разработка способов защиты от разрушающего действия акустических колебаний;

- разработка принципов формирования с помощью ионных пучков приповерхностных слоев материалов трибологических пар с целью повышения их функциональных характеристик;

- разработка технологии модифицирования материалов трибологических пар, - режущего инструмента, деталей машин и механизмов, штамповой оснастки, - и проведение апробирования разработанных технологий в заводских условиях.

20

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, цитируемой литературы и приложений. Работа содержит 297 страниц, включая 111 рисунков, 19 таблиц и список цитируемой литературы из 235 наименований.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Гриценко, Борис Петрович

6.7. Выводы

Из факта существенного влияния АК, генерируемых при трении, на разрушение материалов трибосистем, следуют важные для практики выводы.

1. В качестве материалов для трибосистем желательно использовать такие, которые при трении слабо генерируют АК, и/или АК эффективно в них поглощаются при распространении.

2. Геометрия изделий трибосистем должна быть такой, чтобы по возможности не было условий для образования резонансных колебаний.

Эти рекомендации, оказывается, не так просто выполнить. Проблема заключается в том, что спектр частот АК, генерируемых при трении, чрезвычайно широкий и охватывает диапазон более шести порядков. Поэтому почти всегда существует возможность образования резонансных колебаний. С нашей точки зрения, на стадии конструирования и изготовления изделий трибосистем необходимо следить за возможностью возникновения в них при работе резонансных АК. При испытании таких изделий, как резцы, целесообразно измерять уровень мощности генерируемых АК. В том случае, если резцы при работе эффективно генерируют АК, то нужно изменять их геометрию или материал, из которого они изготовлены.

Таким образом, привлекая в качестве дополнительного фактора разрушения материалов при трении воздействие на них АК, генерируемых в самой три-босистеме, можно достаточно хорошо объяснить известные экспериментальные факты, которые ранее не были объяснены. Важно отметить, что выявленная роль АК в разрушении поверхностей трения не противоречит ни одному из из

258 вестных экспериментальных результатов и не отрицает других ранее известных механизмов разрушения.

259

Заключение

В работе проведены систематические исследования закономерностей и особенностей деформации и разрушения при трении материалов, модифицированных ионными пучками, изучены механизмы разрушения при трении, разработаны и апробированы системы формирования "тонких" износостойких слоевых структур с помощью ионных пучков. Показано, что повышение износостойкости можно получать с помощью гашения акустических колебаний, генерируемых самой трибосистемой. В совокупности полученные результаты и установленные закономерности позволили развить и дополнить существующие представления о природе физических процессов деформации и разрушения материалов при трении. Изложенные экспериментальные данные позволяют по-новому взглянуть на роль приповерхностных слоев материалов при трении. Полученные экспериментальные результаты и их анализ являются основой для разработок ионных технологий упрочнения металлов и сплавов, работающих в условиях трибосопряжений.

1. На основе изучения кинетических зависимостей изнашивания исследуемых материалов показано, что в их разрушении существенную роль играют акустические колебания, генерируемые в самой трибосистеме. Это позволяет разъяснить ранее не объясненные экспериментальные факты периодичности в расположении мест разрушения поверхностей и дополняет представления о разрушении материалов при трении.

2. Установлено, что акустические колебания, возникающие при трении, по характеру влияния на изнашивание материалов подобны дополнительной "эффективной" нагрузке на трибосистему. Демпфирование акустических колебаний приводит к снижению этой дополнительной нагрузки и, как следствие, к уменьшению износа. Выявленная существенная роль акустических колебаний, генерируемых при трении, в разрушении материалов трибосистем открывает принципиально новые способы повышения износостойкости.

260

3. Разработаны способы защиты от акустического разрушения для твердосплавных резцов, рельсов железнодорожного транспорта, гильз двигателя внутреннего сгорания. На разработанные способы получены патенты Российской Федерации. На данных примерах показано, каким образом можно защищать изделия от разрушения, происходящего за счет возникающих при трении акустических колебаний.

4. На основе изучения и анализа изнашивания ионно-имплантированных материалов предложено объяснение высокой эффективности защитных свойств "тонких", толщиной менее 1 мкм, модифицированных слоев при трении. При обработке материалов пучками ионов формируется приповерхностный ион-но-модифицированный слой с резко отличающимися от основного материала физико-механическими свойствами. Модифицированный слой влияет на распространение поверхностных акустических волн, которые локализуются в слое толщиной, примерно равной длине волны. Таким образом, есть основания предполагать, что наличие даже такого "тонкого" модифицированного слоя может существенно изменять уровень акустических колебаний, оказывая тем самым влияние на величину износа.

5. Разработаны принципы формирования тонких (-100 нм) слоевых структур ионными пучками с целью повышения износостойкости и коррозионной стойкости, основанные на том, что каждый слой несет свою, вполне определенную функцию. Самый верхний слой должен обладать демпфирующими свойствами, быть устойчивым к коррозии, и иметь малый коэффициент трения, слой под ним должен иметь повышенную твердость и способность нести механическую нагрузку, следующий слой обеспечивает плавный переход свойств верхних слоев к свойствам матрицы.

6. Исследования разрушения резцов на мезоуровне показали, что в процессе работы в объеме резца происходят изменения механических свойств на глубине до 250-300 мкм. Можно проследить две стадии разрушения: 1) формирование участков фрагментированной мезосубструктуры, внутри которых

261 появляются и распространяются деформационные мезополосы, вплоть до развития микротрещин, не вызывающих разрушения материала; 2) объединение фрагментов, т.е. переход на макроуровень. Когда размеры фрагментов становятся соизмеримы с размерами образца, происходит развитие магистральной трещины, вызывающей скалывание фрагментов или разрушение резца.

7. Показано, что при трении более пластичных материалов, таких как армко-железо, титан, деформация локализуется в тонких слоях -10 мкм, а в более твердых, таких как сталь 45, твердые сплавы, деформация материала достигает 100 мкм и более. Интенсивная пластическая деформация армко-железа существенно изменяет характер изнашивания. Происходит адгезионное схватывание материала образца с материалом контртела. В результате этого происходит формирование слоев в виде полос на глубину 30 мкм, а деформация простирается на глубину до 100 мкм. На поверхности трения наблюдаются мощные наплывы, представляющие собой объемы пластически смещенного по поверхности материала. Ионная имплантация не устраняет схватывание, хотя и замедляет этот процесс.

8. Исследование деформации приповерхностных слоев стали 45 при трении показало, что она происходит обычным путем через образование и накопление дислокаций, их объединение, возникновение сетчатых структур и фрагментации. В результате фрагментации создаются мезофрагменты, и затем следует разрушение материала. Однако деформация при трении имеет ряд своих особенностей. Основной и главной особенностью является высокая степень деформации без нарушения сплошности материала. При этом цементитные пластинки ломаются и перемешиваются с ферритом. В приповерхностном слое после испытаний на трение присутствуют мелкодисперсная фаза и окислы железа. Степень деформации резко неоднородна по поверхности материала.

262

9. Результаты сравнительных исследований исходных твердосплавных пластин и прошедших термомеханическую обработку (ТМО) показали, что ТМО приводит к изменению структуры твердого сплава, и растягивающие напряжения, возникающие при изготовлении твердосплавных пластин, уменьшаются. В результате изменения структуры уменьшаются абсолютные значения и изменения микротвердости в приповерхностных слоях твердого сплава. Из результатов исследований следует, что технология ТМО может быть использована только для случаев, когда допустимый износ резцов мал. Такая обработка резцов может эффективно применяться, например, при чистовом резании.

10. На основе метода ионной имплантации разработаны технологии обработки режущего инструмента, деталей машин и механизмов, повышающих износостойкость изделий в два и более раз, которые прошли апробирование на многих предприятиях России и за рубежом.

В заключении автор выражает глубокую благодарность профессору Лисицыну В.М. за постоянное внимание и помощь в выполнении настоящей работы, а также признательность за помощь, содействие и участие при выполнении работы, плодотворные дискуссии и поддержку основных научных идей коллегам по работе Беспалову В.В., Гирсовой Н.В., Гришкову В.Н., Дейнеге Н.Я., Круковскому К.В.

263

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Гриценко, Борис Петрович, 2007 год

1. Гаркунов Д.Н. Триботехника износ и безызносность. - М.: Изд. МСХА. 2001.-606 с.

2. Проников A.C. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. 590 с.

3. Бахадур С. Экономическое значение износа материалов в современном обществе. // Проблемы трения и смазки. 1978. - № 2. - С. 1-4.

4. Обработка поверхности и надежность материалов. / Под ред. Бурке Дж., Вайса. Ф. Перевод с англ. под ред. Банных O.A. М. М.: Мир, 1985. - 192 с.

5. Белый А. В., Карпенко Г. Д., МышкинН.К. Структура и методы формирования износостойких поверхностных слоев. М.: Машиностроение, 1991. -208 с.

6. Быковский Ю.А., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 238 с.

7. Грибков В.А., Григорьев Ф.И., Калин Б.А., Якушин В.Л. Перспективные ра-диационно-пучковые технологии обработки материалов. М.: Издательский дом "Круглый год", 2001. - 528 с.

8. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. / Под ред. Дж. М. Поута, Г. Фоти, Д.К. Джекобсо-на. М.: Машиностроение, 1987. - 424 с.

9. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. М.: Высшая школа, 1988. - 256 с.

10. Катыржанов К.К., Комаров Ф.Ф., Погребняк А.Д., Русинов B.C., Туркебаев Т.Э. Ионно-лучевая и ионно-плазменная модификация материалов. М.: Изд. Московского университета, 2005. - 640 с.

11. Denholm A.S., Wittkower A.B. II Nucí. Instrum. and Methods Phys. Res. 1985. -Vol. B6. - P. 88-93.

12. Браун Ян. Физика и технология источников ионов. М.: Мир, 1998. - 496 с.

13. Бугаев С. П., Оке Е. М., Щанин П. М., Юшков Г. Ю. "Титан" источник газовых и металлических ионов на основе контрагированного разряда и вакуумной дуги. // Изв. вузов. Физика. - 1994. - № 3. - С. 53-65.

14. Аксенов А. П., Бугаев С. П., Емельянов А. А, ЕрохинГ. П., ПанковецН. Г., Толопа А. М, Чесноков С. М. Получение широкоапертурных пучков ионов металлов. // ПТЭ. 1987. - № 3. - С. 139-142.

15. Рябчиков А.И., Луконин Е.И. Карпов Д.А. Импульсно-периодические методы формирования ионно-плазменных потоков и их технологическое применение. // IX Симпозиум по сильноточной электронике. Тез. докл., Екатеринбург, 1992. - Т. 3. - С. 86-88.

16. Ремнев Г. Е., Исаков И. Ф., Опекунов М. С. и др. Источники мощных ионных пучков для практического применения. // Изв. вузов. Физика. 1998. -№4. - С. 92-111.

17. Ремнев Г.Е., Погребняк А. Д., Исаков И. Ф., и др. Повышение эксплуатационных характеристик сплавов под действием мощных ионных пучков. // Физика и химия обработки материалов, 1987. - в. 6.- С.4-11.

18. Валяев А. Н., Погребняк А. Д., Кишимото Н, Ладысев В. С. Модификация свойств материалов и синтез тонких пленок при облучении интенсивными электронными и ионными пучками. Казахстан, Усть-Каменогорск, 2000. -346 с.

19. Полещенко К. Н. Модификация структуры и трибологических свойств инструментальных твердых сплавов пучками заряженных частиц. // Дисс. докт. техн. наук. Томск, 2001.- 398 с.

20. Блейхер Г.А., Кривобокое В.П., Пащенко О.В. Тепломассоперенос в твердом теле под воздействием мощных пучков заряженных частиц. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1999. - 176 с.

21. Полещенко К.Н., Вершинин Г.А., Поворознюк С.Н., Орлов П.В. Износостойкость твердых сплавов системы WC-Co, модифицированных ионными пучками различной интенсивности. // Трение и износ. 1998. - Т. 19. - № 4. -С. 475-479.

22. Ионная имплантация / Под ред. Хирвонена Дж. К. Перевод с англ. под ред. О.П. Елютина. М.: Металлургия, 1985. - 391 с.

23. Гусева М. И. Ионная имплантация в металлах // Поверхность. Физика, химия, механика. 1982. - № 4. - С. 27-50.

24. Диденко А. Н., Лигачев А. Е., Куракин И. Б. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 184 с.

25. Ионная имплантация и лучевая технология. / Под ред. Вильямса Дж. С., Поута Дж. М. Перевод с англ. под ред. Снитко О.В. Киев: Наукова думка, 1988-360 с.

26. Поверхностная прочность материалов при трении. / Под ред. Б.И. Костец-кого. Киев: Техника, 1976. - 292 с.

27. Любарский И.М., Палатник A.C. Металлофизика трения. М.: Металлургия, 1976. - 176 с.

28. Буше H.A., Копытъко В.В. Совместимость трущихся поверхностей. М.: Наука, 1981.- 127 с.

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

30. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. М.: Машиностроение, 1982. - 212 с.

31. Костецкий Б.И. Структура и поверхностная прочность материалов при тени. // Проблемы прочности. 1981. - № 3. - С. 90-98.266

32. Гаркунов Д.Н., Костецкий Б.И., Поляков A.A. Избирательный перенос в узлах трения. М.: Транспорт, 1969. - 100 с.

33. Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трибология принципы и приложения. -Гомель: ИММС НАИБ, 2002. 304 с.

34. Справочник по триботехнике. Теоретические основы. Т. 1 / Под ред. Хебды М., Чичинадзе A.B. М.: Машиностроение, 1989. - 398 с.

35. Крагелъский КВ., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчета на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

36. Куксенова Л.И., Лаптев В.Г., Колмаков А.Г., Рыбакова Л.М. Методы испытаний на трение и износ. М.: Интермет, инжиниринг, 2001. - 152 с.

37. Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Караулов А.К. и др. Поверхностная прочность материалов при трении. Киев: Техника, 1976. - 292 с.

38. Борисов Е.П., Сериков Ю.В., Родненков В.Г., Бородин A.B., Купчинов Б.И. Особенности фрикционного контактирования гетерогенных антифрикционных графитсодержащих материалов на основе железа. // Трение и износ. 2006. - Т. 27. - № 2. - С. 216-220.

39. Мышкин Н.К., Петроковец М.И., Ковалев A.B. Трибология полимеров: адгезия, трение, изнашивание и фрикционный перенос (обзор). //Трение и износ. 2006. - Т. 27. - № 4. - С. 429-443.

40. ЛоцкоД. В., Мильман Ю. В. Структура приповерхностного слоя механически обработанных кристаллических материалов в связи с механизмом абразивного изнашивания. // Трение и износ. 1993. - Т. 14, - № 1. - С. 73-84.

41. Проблемы физики трения и изнашивания. / Владимиров В. И. Физика износостойкости поверхности металлов. Сб. научных трудов. Ленинград. -1988. - С. 8-41.

42. Костецкий Б.И. Структурно-энергетическая приспосабливаемость материалов при трении. // Трение и износ. 1989. - Т. 6. - № 2. - С. 201-212.

43. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1985. - 424 с.267

44. Белый В.А., Свиреденок А.И. Актуальные направления развития исследований в области трения и изнашивания. // Трение и износ. 1987. - Т. 8. - № 1. - С. 5-24.

45. Поляков А.А. Опыт исследования диссипативной структуры избирательного переноса в металлической пленке при трении (динамическая трибология). // Трение и износ. 1992. - Т. 13. - № 2. - С. 388-402.

46. Алексеев Н.М., Богданов Р.И., Буше Н.А., Мелашенко А.И., Нагорных С.Н., Транковская Г.Р. Новое о структурных особенностях трения твердых тел. // Трение и износ. 1988. - Т. 9. - № 6. - С. 965-973.

47. Крагелъский И.В. Трение и износ. М.: Машиздат, 1962,- 328 с.

48. Крагелъский КВ., Михин Н.М. Узлы трения машин. М.: Машиностроение, 1984. - 280 с.

49. Крагелъский И.В., Гиттис Н.В. Фрикционные автоколебания. М.: Наука, 1987.- 187 с.

50. Боэден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел. М.: Машиностроение, 1968. - 434 с.

51. Крагелъский И.В. Трение и износ. Издание 2-е. М.: Машиностроение, 1968. -480 с.

52. Dautzenberg I.H. Quantilative determination of deformation by sliding wear. // Wear. 1973. - V. 23. - N 1. - P. 9-12.

53. Поляков C.A., Рыбакова JI.M. Диффузионно-дислокационный механизм снижения износа при избирательном переносе. // Трение и износ. 1985. -Т. 6. - № 5. - С. 908-915.

54. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Рентгеноструктурный анализ поверхностного слоя металла при трении в условиях избирательного переноса. / В кн.: Избирательный перенос при трении и его экономическая эффективность. М.: МДНТП, 1972. С. 29-31.268

55. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура поверхностных слоев металла при трении. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1983. - № 8. - С. 144-153.

56. Рыбакова Л. М., Толоконников В. И. Влияние параметров нагружения на структурное состояние материала при трении в режиме избирательного переноса. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1989. - № 5. -С. 51-55.

57. Рыбакова Л.М. Рентгенографическое исследование структуры поверхностных слоев пластически деформированного металла. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1995. - № 7. - С. 18-21.

58. Рыбакова Л.М., Толоконников В.И. Влияние параметров нагружения на структурное состояние материала при трении в режиме избирательного переноса. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1989. - № 5. -С. 51-55.

59. Поляков A.A., Толоконников В.И., Рыбакова Л.М. К вопросу о регулировании активности смазочной среды для разных кинематических пар при трении в режиме избирательного переноса. // Вестник машиностроения. -1988. № 5. - С. 11-13.

60. Рапопорт Л.С., Рыбакова Л.М. Влияние структурного состояния поверхностных слоев на процессы трения и изнашивания. II // Трение и износ. -1987. Т. 8. - № 6. - С. 1038-1043.

61. Алексеев Н.М., Кузьмин H.H., Транковская Г.Р., Шувалова Е.А. О самоподобии процессов трения и изнашивания на различных масштабных уровнях. // Трение и износ. 1992. - Т. 13. - № 1. - С. 161-171.

62. Солдатенков H.A. Теоретический анализ фрикционных автоколебаний в условиях распределенной контактной нагрузки. // Трение и износ. 2005. -Т. 26.-№ 1.-С. 31-37.269

63. Заспа Ю.П. Контактный резонанс в номинально неподвижном фрикционном соединении при тангенциальном вибронагружении. // Трение и износ. -2004. Т. 25. - № 2. - С. 161-171.

64. Дубравин А. М., Комков О.Ю., Мышкин Н.К Анализ акустической эмиссии на микротрибометре возвратно-поступательного типа. // Трение и износ. -2004. Т. 25. - № 4. - С. 363-367.

65. Лебедев В.М., Баранов A.B. Акустические исследования работы трибосоп-ряжений, смазываемых пластичными смазочными материалами. / Долговечность трущихся деталей машин. / Сб. статей. Под ред. Д.Н. Гаркунова. -М.: Машиностроение, 1988. Вып. 3. С. 234-243.

66. Беспалов В.В., Гриценко Б.П. Некоторые особенности разрушения твердосплавных резцов. //Трение и износ. -2000. Т. 21.-№5.-С. 511-517.

67. Холодилов О.В. Влияние типа износа полимеров на параметры акустической эмиссии. // Известия АН БССР. Сер. Физ.-техн. наук. 1980. - № 4. -С. 67-73.

68. Dunegan H.L., Green А.Т. // Mater Res. And Stand. 1971. - Vol. 11. - № 3. - P. 21 - 24.

69. Баранов В.M. Ультразвуковые измерения в атомной технике. М.: Атомиз-дат, 1975. - 264 с.270

70. Баумбах X., Кренинг М., Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Черданцев Ю.П. Неравновесные системы металл-водород титан, нержавеющая сталь. Томск: Изд. Томского университета. 2002. - 350 с.

71. Ботаки А.А, Ульянов B.JI., Шарко A.B. Ультразвуковой контроль прочностных свойств конструкционных материалов. М.: Машиностроение. 1983. -80 с.

72. Лунев А.Г. Вариации скорости волн Рэлея при деформации и оценка механических свойств металлов и сплавов. // Дис. . канд. техн. наук. Томск, 2004.-116 с.

73. Марков А.И. Ультразвуковая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1980. - 238 с.

74. Северденко В.П., Клубович В.В., Степаненко A.B. Прокатка и волочение с ультразвуком. Минск: Наука и техника, 1970. 288 с.

75. Коновалов Е.Г., Прохоренко П.П. Исследование характера распределения сдвиговой деформации активированной ультразвуковыми колебаниями по длине образца. // Известия АН БССР сер. физ.-техн. наук. 1968. - №3. - С. 100- 102.

76. Романенко Н. К., Лучин В. К., Карташов Ю. Г. Влияние ультразвуковой обработки на твердость, удельное сопротивление и прочность при изгибе сплава ВК15. // Ультразвуковые методы интенсификации технологических процессов. М.: Машиностроение, 1970. - 424 с.

77. Машков Ю.К., Негров Д.А., Овчар З.Н., Зябликов B.C. Улучшение механических и трибологических свойств полимерных композиционных материалов с использованием энергии ультразвуковых колебаний. // Трение и износ. 2006. - Т. 27. - № 3. - С. 313-317.

78. Ультразвук. / Маленькая энциклопедия. Гл. ред. И. П. Голямина. М.: Изд-во Советская энциклопедия, 1979. - 400 с.271

79. Браун Э.Д., Буше H.A., Буяноеский H.A. и др. Основы трибологии (трение, износ, смазка). / Под ред. Чичинадзе A.B.- М.: Центр наука и техника, 1995. -778 с.

80. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. М.: Наука, 2001. -478 с.

81. Гаркунов Д.Н., Суранов Г.И., Хрусталев Ю.А. Водородное изнашивание и разрушение деталей машин. Ухта: Изд. Ухтинского государственного технического университета, 2003. 200 с.

82. Брыков Н.М. Абразивное изнашивание железоуглеродистых сплавов. // Трение и износ. 2006. - Т. 27. - № 1. - С. 105-109.

83. Меделяев H.A., Албагачиев А.Ю., Сорокин Г.М. Физическая природа разрушения материалов при абразивном изнашивании. // Трение и износ. 2004. -Т. 25.-№2.-С. 148-154.

84. Шейнман E.JI. Абразивный износ. Обзор американской печати. // Трение и износ. 2005. - Т. 26. - № 1. - С. 100-111.

85. Шейнман Е.Л. Абразивный износ. Обзор американской печати. Абразивная стойкость материалов. // Трение и износ. 2006. - Т. 27. - № 1. - С. 110-122.

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

87. Лужнов Ю.М. Сцепление колес с рельсами, природа и закономерности. М.: Изд-во Интекст, 2003. 144 с.

88. Боуден Ф.П., Тейлор Д.Т. Трение и смазка твердых тел. / Пер. с англ. под ред. Крагельского И.В. М.: Машиностроение, 1968. 542 с.

89. KocmeifKuü Б.И. Трение смазка и износ в машинах. Киев: Техшка, 1970. -396 с.

90. Рыбакова Л.М. Рентгенографический метод скользящего луча и его возможности при исследовании избирательного переноса поверхностей твердых тел. // Эффект безызносности в трибологии. 1997. - № 1. - С. 54-66.

91. Томпсон М. Дефекты и радиационные повреждения в металлах. М.: Мир, 1971.-368 с.

92. Комаров Ф.Ф., Новиков А.П., Соловьев B.C., Ширяев С.Ю. Дефекты структуры в ионно-имплантированном кремнии. Минск: Изд. Минского университета, 1990. - 320 с.

93. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. М.: Металлургия, 1990. -216 с.

94. Кумахов М.А., Комаров Ф.Ф. Энергетические потери и пробеги ионов в твердых телах. Минск: Изд-во БГУ им. В.И. Ленина, 1979. - 319 с.

95. Лейман К. Взаимодействие излучения с твердым телом и образование элементарных дефектов. / Перевод с английского Бабкина Г.И. М.: Атом-издат, 1979.-296 с.

96. Риссел X., Руге И. Ионная имплантация. / Перевод с нем. Под ред. Гусевой М.И. М.: Наука, 1983. - 360 с.

97. Белый A.B., Кукареко В.А., Лободаева О.В., Таран И.И., Ших С.К. Ионно-лучевая обработка металлов, сплавов и керамических материалов. Минск: Изд-во. ФТИ НАНБ, 1998. - 220 с.

98. Тюменцев А.Н., Коротаев А.Д., Бугаев С.П. Закономерности структурно-фазовых превращений в металлических сплавах при высокодозной ионной имплантации. // Изв. вузов. Физика. 1994. - № 5. - С. 59 - 71.273

99. Гирсова Н.В., Гриценко Б.П., Шаркеев Ю.П., Рябчиков А.И., Тайлашев A.C., Фортуна A.C., Козлов Э.В. Структурно-фазовые превращения в сплаве N3Fe при высокодозной ионной имплантации. // Изв. вузов. Физика. -1998.-№ 11.-С. 15-24.

100. Конева H.A., Козлов Э.В. Закономерности субструктурного упрочнения. // Изв. вузов. Физика. 1991. - № 3. - С. 71 - 80.

101. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. М.: Мир, 1972. -408 с.

102. Мартин Дж. У. Микромеханизмы дисперсионного твердения сплавов. -М.: Металлургия, 1983. 176 с.

103. Физическое металловедение. / Под ред. Канна Р.У., Хаазена П. В 3-х томах. М.: Металлургия, 1987, - Т. 3. - 663 с.

104. Диденко А.Н., Шаркеев Ю.П., Козлов Э.В., Рябчиков А.И. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных металлических материалах. Томск: ЗАО Издательство научно-технической литературы, 2004. 328 с.

105. Шаркеев Ю.П. Колупаева C.B. Гирсова Н.В. и др. Эффект дальнодействия в металлах при ионной имплантации // Металлы. 1998. - № 1. - С. 109— 115.

106. Боярская Ю.С., Грабко Д.З., Кац М.С. Физика процессов микроинденти-рования. Кишинев.: Штииница, 1986. - 295 с.

107. Белый А.В., Ших С.К. Ионно-лучевое легирование и фрикционные свойства металлов. // Трение и износ. 1987. - Т. 8. - № 2. - С. 331-343.

108. Singer I.L. Surface analysis, ion implantation and tribological processes affecting steels application. // Application of Surface Science. 1984. - V. 18. -№ 11.-P. 28-62.

109. Byeli A.V., Kukareko V.A., Lobodaeva O.V., Wilbur P.J., Davis J. A. High current density ion implantation and its application to improve the wear resistance of ferrous materials. // Wear. 1997. - V. 203/204. - P. 596-607.

110. Хартли Н.Э. У. Трибологические и механические свойства. // Ионная имплантация / Под ред. Хирвонена Дж. К. Перевод с англ. под ред. О.П. Елютина. М.: Металлургия, 1985. - С. 252-295.

111. Брюхов В.В. Повышение стойкости инструмента методом ионной имплантации. Томск: ЗАО Издательство научно-технической литературы, 2003,- 120 с.

112. Sharkeev Yu.P., Legostaeva E.V., Panin S.V., Gritsenko B.P. Experimental investigation of friction and wear of Mo ion implanted ferritic-perlitic steel // Surface and Coating Technology. 2002. - V. 158-159. - P. 674-679.

113. Гриценко Б.П., Беспалое B.B., Рауба A.A., Попов А.Ю., Погребняк А.Д. Рельс для рельсового транспорта. / Пат. 2240394 Россия. МКИ С2 7 Е 01 В 5/02. Заявлено 17.12.2001; Опубл. 20.11.2004. Бюл. № 32.-18 с.

114. Гриценко Б.П. Роль акустических колебаний, генерируемых при трении, в разрушении материалов трибосистем. // Трение и износ. 2005. - Т. 26, -№5.-С. 481-488.275

115. Аваков А.А. Физические основы теорий стойкости режущих инструментов. М.: Машгиз, 1960. - 308 с.

116. Нестеренко В.П. Разработка и исследование интенсификации процесса резания радиационным упрочнением твердосплавного инструмента // Дис. . канд. техн. наук. Томск, 1986. - ТПИ 185 с.

117. Легостаева Е.В. Закономерности формирования градиентных микро- и мезоструктур при трении и их роль в изнашивании ионно-имплантированных сталей. // Дис. . канд. физ.-мат. наук. Томск, 2003. -248 с.

118. Марочник сталей и сплавов. / Под ред. Сорокина В.Г. М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

119. Баранов Л.В., Демина Э.Л. Металлографическое травление металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1988. - 256 с.

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

121. Гриценко Б.П., Беспалов В.В. Режущий инструмент. / Пат. 2191662 Россия. МКИ В23В 27/00. Заявлено 20.06.2000; Опубл. 27.10.2002. Бюл. № 30. -8 с.

122. Sharkeev Yu. P., Perry A. J., Gritsenko B. P., Fortuna S. V. Modification of mettalic materials and hard coatings using vacuum arc métal ion implantation. // Vacuum 1999. - V. 52. - № 1. - P. 247-254.

123. Баталин В.А., Волков Ю.Н., Кулевой Т.В., Петренко С.В .Составной катод для вакуумно-дугового источника металлов. // Приборы и техника эксперимента. 1992. - № 6. - С. 191-194.276

124. Гриценко Б.П., Беспалов В.В. Катодный узел ионного источника. / Полезная модель № 29805. МКИ 7Н 01 J 1/30. Заявлено 09.09.2002; Опубл. 27.05.2003. Бюл. № 15.

125. Муравьев В.В., Зуев Л.Б., Комаров К.Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Наука, 1996. - 184 с.

126. Гузь А.Н. Упругие волны в телах с начальными напряжениями. В 2 т. -Киев: Наукова думка, 1986. Т. 1. - 376 е.; Т. 2 - 536 с.

127. Гуща О.И., Лебедев В.К. Влияние напряжений на скорости распространения ультразвука в металлах. // Прикладная механика. 1968. - № 2. - С. 8992.

128. Гуща О.И., Махорт Ф.Г. Акустический способ определения двуосных остаточных напряжений. // Прикладная механика. 1976. - № 10.-е. 32-36.

129. Tokuoka Т., Iwschimizu Yu. Acoustical birefringence of ultrasonic waves in deformed isotropic elastic materials. // Int. J. Solids Structures. 1968. - № 4. -P. 383-389.

130. Крауткремер Й., Крауткремер Г. Ультразвуковой контроль материалов. / Справ, изд. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1991. - 752 с.

131. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. / Справочник. В 2-х кн. Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1976. - 326 с.

132. Утевский Л.М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. М.: Металлургия, 1973. - 584 с.

133. Хирш П., Хови Р. и др. Электронная микроскопия тонких кристаллов. -М.: Мир, 1968. 574 с.277

134. Румшиский JT.3. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.- 192 с.

135. Technology IIT98", Kyoto, Japan, Jule 22-26, 1998. Trans IEEE, to be published.

136. Гриценко Б. П., Круковский К. В., Гирсова Н. В., Кашин О. А. Влияние вы-сокодозной ионной имплантации и акустических колебаний, генерируемых при трении, на износостойкость армко-железа и стали 45. // Трение и износ. 2005. - Т. 26. - № 6. - С. 593-599.

137. Сергеичее A.B., Денисова Н.Е. Приработка сложных технических систем с позиций надежности и изнашивания. //Трение и износ. 2004. - Т. 25. -№ 1. - С. 22-28.

138. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. -М.: Металлургия. 1986. - 224 с.

139. Тушинский Л.И., Батаев A.A., Тихомирова Л.Б. Структура перлита и конструктивная прочность стали. Новосибирск: Наука, 1993. - 280 с.

140. Батаев A.A., Тушинский Л.И., Батаев В.А., Зуев Л.Б. Особенности пластической деформации сталей со структурой пластинчатого перлита. // Изв. вузов. Физика. 1996. - № 7. - С. 3-10.

141. Панин В.Е. Современные проблемы пластичности и прочности твердых тел. // Изв. вузов. Физика. 1998. - Т. 41. - № 1. - С. 7-34.

142. Батаев В.А., Батаев A.A., Которое С.А., Тушинский Л.И. Особенности разрушения упорядоченно выделенного избыточного цементита в заэвтек-тоидных сталях. // Металловедение и термическая обработка металлов. -1999.-№3.-С. 11-13.

143. Буря А.И., Козлов В.Г. Механизмы изнашивания углепластиков на основе фенил она: структурная трактовка. // Трение и износ. 2005. - Т. 26. - № 3. -С. 321-324.

144. Дударев Е.Ф., Кашин O.A., Колобов Ю.Р., Почивалова Г.П., Иванов КВ., Валиев Р.З. Микропластическая деформация поликристаллического титана при статическом и циклическом нагружении. // Изв. вузов. Физика. 1998. -№12. - С. 20-25.

145. Миронов С.Ю., Салищев Г.А. Влияние размера зерна на механические свойства технически чистого титана. // Изв. вузов. Физика. 2001. - N6. -С. 28-32.

146. Валиев Р. 3., Александров И. В. Наноструктурные материалы: получение, структура, свойства. Уфа: Наука, 1999. - 244 с.

147. Цвиккер У. Титан и его сплавы. М.: Металлургия, 1979. - 512 с.280

148. Gritsenko В.P., Krukovsky K.V., Girsova N.V., Kashin O.A. The influence of high-ion implantation on wear mechanisms of Ti and VT6 alloy in coarsegrained and ultrafine grained states. // Izvestiya vuzov. Physics, 2006. - N 8. Supplement. - P. 301-303.

149. Шустер Л.Ш., Мигранов М.Ш.,Чертовских C.B., Садьгкова А.Я. Трибо-технические характеристики титана с ультрамелкозернистой структурой. // Трение и износ. 2005. - Т. 26. - № 2. - С. 208-214.

150. Кузьмин Н.Н., Шувалова Е.А., Танковская Г.Р., Муравьева Т.И. Методы анализа структур поверхностей, формирующихся в процессе трения. // Трение и износ. 1996. - Т. 17. - № 4. - С. 480-486.

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

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

153. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992. - 240 с.

154. Жилин В.А. Субатомный механизм износа режущего инструмента. Ростов-на-Дону: Ростовский университет, 1973. 166 с.

155. Трент М.Е. Резание металлов. М.: Машиностроение, 1980. - 264 с.

156. Якубов Ф.Я. Энергетические соотношения процесса механической обработки материалов. Ташкент: Фан, 1985. 104 с.

157. Naerheim Y., Trent Е.М. Diffusion wear of cemented carbide tools when cutting steel at high speeds. // Metals Technology. 1977. - V. 4. - Part 12. - P. 548-556.

158. Tadahisa Akasawa, Yoshihiro Hashiguti. Crater wear mechanism of WC-Co tools at high cutting speeds. // Wear. 1980. - V. - B5. - P. 141-150.

159. Шустер Л.Ш. Адгезионное взаимодействие режущего инструмента с обрабатываемым материалом. М.: Машиностроение, 1988. - 96 с.281

160. Талантов Н.В., Дудкин М.Е. Исследование диффузионных процессов при обработки сталей твердосплавным инструментом. // Технология машиностроения и автоматизация производственных процессов. Волгоград: ВПИ, 1978.-С. 79-91.

161. Лоладзе Т.Н. Износ режущего инструмента. М.: Машгиз, 1958. - 354 с.

162. Tadahisa Akasava and Ycsihiro Hashiguti. Crater wear mechanism of WC-Co tools at high cutting speeds. // Wear. 1980. - V. B5. - P. 141-150.

163. Талантов H.B. Механизм изнашивания твердосплавного инструмента при обработке сталей. // Вестник машиностроения. 1985. - № 7. - С. 52-57.

164. Исаев А.И. Влияние износа резца на процесс образования поверхностного слоя. / Сб. ЦНИИТМАШ, № 44. М.: Машгиз, 1951.

165. Белкин А.Е. Скоростное тонкое точение легированной стали, легированного чугуна и точность обработки. М.: Машгиз, 1952.

166. Панин В. Е. Современные проблемы пластичности и прочности твердого тела. // Изв. вузов. Физика. 1998. - Т. 41. - № 1. - С. 7-35.

167. Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Панин A.B. Физическая мезомеханика деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. 1. Физические основы многоуровнего подхода. // Физическая мезомеханика. 2006. - Т. 9 - № 3. - С. 9-22.

168. Панин С. В., Шаркеев Ю. П., Гриценко Б. П., Панин В. Е. Изучение влияния ионно-легированного слоя на развитие пластической деформации поликристаллического алюминия на мезоуровне. // Поверхность. 1998. - № 6. - С. 56-65.

169. Севостьянова H.H., Кульков С.Н. Фрактальные характеристики поверхностей деформации композиционного материала и их связь со структурой. // Письма в ЖТФ. 1999. -Т. 25. -№ 2. - С. 34-38.

170. Гнюсов C.B., Молчунова Л.М., Кульков С.Н. Иерархия формирующихся структур при динамическом нагружении композиционного материала //282

171. Прикладная механика и техническая физика. 1996. - Т. 37. - № 3. - С. 109114.

172. Попов А.Ю., Рауба A.A., Васильев Е.В., Коныиин Д.В., Гриценко Б.П., Му-хамадеева P.M. Система эксплуатации твердосплавного режущего инструмента. Петропавловск. 2004. - 218 с.

173. Беспалов В.В., Карпицкий Е.В., Гриценко Б.П. Возникновение периодических структур в твердых сплавах в процессе их эксплуатации. / Региональная научно-практическая конференция "Транссиб 99", Новосибирск, июнь 1999. с. 359-361.

174. Гриценко Б.П., Беспалов В.В. Ионно-лучевой способ повышения износостойкости материала изделий. / Патент РФ № 2192502, опубл. Бюл. № 31 от 10.11.02.

175. Гриценко Б.П., Беспалов В.В. Повышение износостойкости трибологиче-ских пар. / I Международная конференция "Современные проблемы машиностроения и приборостроения". Сборник трудов.- STT, Томск. - 2003. -С. 118-119.

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

177. Гусев О. В. Акустическая эмиссия при деформировании монокристаллов тугоплавких металлов. М.: Наука, 1982. - 107 с.

178. Попов А.Ю., Васильев Н.Г., Рауба A.A. Способ упрочнения твердосплавного инструмента / Патент РФ № 2137590 МКИ С1 N6 В 24 В 39/00.283

179. Рауба А.А. Ресурсосберегающие технологии изготовления и эксплуатации сборных режущих инструментов на основе создания вторичного цикла работоспособности. Омск: Редакционно-издательский отдел ОмГУПС, 2001. - 148 с.

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

181. Горский В. В. Масштабный скачок и формирование аморфно-кристаллических сплавов в явлении структурной приспосабливаемости металлов при трении в активных средах. // Трение и износ. 1993. - Т. 14. - № 1. - С. 34-41.

182. Гриценко Б.П., Шаркеев Ю.П., Вторушин В.В. Способ ионно-лучевой обработки изделий / Пат. 2152455 Россия. МКИ С23С 14/48. Заявлено 31.12.1997; Опубл. 10.07.2000, Бюл. № 19. 8 с.

183. Гриценко Б.П., Беспалов В.В. Ионно-лучевой способ повышения износостойкости материала изделий. / Пат. 2192502 Россия. МКИ С23С 14/48. Заявлено 04.12.2000; Опубл. 10.11.2002, Бюл. № 31. 6 с.

184. Гриценко Б.П., Рузаев А.Г., Костерина Н.Г., Черный С.А. Способ ионно-лучевой обработки изделий. / Авторское свидетельство № 1777391, от 23.04.90 г. Россия. МКИ С 23 С 14/48.

185. Афанасьев Н.И., Бугаев С.П., Гриценко Б.П. и др. Способ ионно-лучевой обработки мелкоразмерного инструмента. / Авторское свидетельство. № 1716819 Россия МКИ С 23 С 14/48. от 01.11.91. Приоритет от 12. 02. 90 г.

186. Рауба A.A., Попов А.Ю., Гриценко Б.П., Кашин O.A., Шаркеее Ю.П. Восстановление режущего инструмента для обточки колесных пар вагонов. Региональная научно-практическая конференция "Транссиб 99", Новосибирск. 1999. - С. 384-387.

187. Андриевский А.Р., Спивак И.И. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе. Челябинск: Металлургия, 1989. - 368 с.

188. Марочник сталей и сплавов. / Под ред. Сорокина В.Г. М.: Машиностроение, 1989. - 638 с.

189. Химическая энциклопедия. / Гл. ред. Кнунянц H.JI. Т. 2. - М.: Советская энциклопедия, 1990. - С. 134 .

190. Панин В.Е., Колобов Ю.Р., Слосман А.И., Веселое Ю.Г., Кашин O.A. Патент РФ № 2062304. МКИ С23С 8/36. Режущий инструмент. / Заявлено 08.12.1993; Опубл. 20.06.96, бюл. № 17. 5 с.

191. Гриценко Б.П., Колобов Ю.Р., Сагымбаев Е.Е., Кашин O.A. Способ повышения коррозионной стойкости режущего инструмента на основе стали. / Патент РФ № 2156831, МКИ С23С 14/48. Заявлено 26.01.1999; Опубл. 27.09.2000, бюл. № 27. 12 с.

192. Karloy A.V., Kolobov Yu.R., Saguymbaev E.E., Gritsenko В.P. Implantation der Ar Ionen in Kalziumphosphatschichten // Biomedizinische Technik. -2000. - B. 45. - № l.-S. 109-110.285

193. Сивоха В.П., Мейснер JI.JI., Гриценко Б.П. Материал на основе никелида титана. / Патент РФ № 2191842. Заявлено 18.08.2000; МКИ С 22 С 19/03. Опубл. 27.10.02, бюл. № 30. 6 с.

194. Ульянин Е. А. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. М.: Металлургия, 1991.-256 с.

195. Карлов A.B., Шахов В.П. Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики. Томск: изд. "STT", 2001. - 478 с.

196. Karlov A.V., Kolobov Yu.R., Bushnev L.S., Saguymbaev E.E., Petrovskaya T.S., Shashkina G.A. The calcium-phosphate coatings applied on titanium by different technology. // Medical & Biological Engineering & Computing.- 1999.- V. 37. -S.2. P. 198-199.

197. Устинов A. H. Исследование поршневых колец дизелей. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1974. - 126 с.

198. Верещака A.C., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1986. - 192 с.

199. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. / Пер. с нем. Под ред. Григорьева B.C., и Розенберга Л.Д. М.: Изд. иностранной литературы, 1956. - 728 с.

200. Дроздов В.Р. Рельсовое стыковое соединение. Заявка на изобретение №2000102970. Россия, МПК 7, Е01В11/24 Заявлено 07.02.2000, опубликовано 27.11.01, бюл. № 33. 2001 (I).

201. Авенян В.А., Доронин Г.С., Клочков С.В., Славинский З.М., Трошкина Е.И., Шарадзе О.Х. Способ изготовления сварных рельсов. / Патент РФ № 2099463. Опубл. 20.12.97, бюл. № 35.

202. Киперник Е.Г., Дегтяръ В.И., Слободянок И.М. Железнодорожный рельс для малоскоростных участков дорог. / Патент РФ № 2022070, опубл. Бюл. №20 от 30.10.94.

203. Гордон О. Бесч, Джон А. Ховланд, Джун Фурукава, Хидеюки Яманака, Козо Фукуда, Тамоо Хорита, Юзуру Катаока, Масахиро Уеда, Тетсунари Иде, Атсуси Ито, Такао Гино. / Патент СССР № 1839687 A3. Опубл. 30.12.93, бюл. №47-48.

204. Improvements in or relating to track brake means. / Патент № 1 248 670 F16 d33/00 Великобритания. Заявитель Avgust Thyssenhutte Aktiengesellschaft. Заявлено 18.12.1969. Опубликовано 06.10.1971. Бюллетень "Изобретения. Полезные модели".287

205. Займовский В.А., Колупаева Т.Л. Необычные свойства обычных металлов. М.: Наука, 1985 - 248 с.

206. Гриценко Б. П., Беспалов В. В. Блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Патент РФ № 2230920. МКИ С1 7 F02B 77/13. F02F 1/18. Заявлено 07.10.2002. Опубл. 20.06.04, бюл. № 17. 6 с.

207. Скуридин А. А, Михеев Е. М. Борьба с шумом и вибрацией судовых ДВС. -Ленинград: Судостроение, 1970. 224 с.

208. Скуридин A.A., Никитин М.Д. Кавитационная эрозия деталей дизелей, омываемых охлаждающей жидкостью. М.: НИИ информтяжмаш, 1966. -28 с.

209. От пассажирского вагонного От ИФПМ СО РАН:депо Томск:

210. Инженер-технолог цеха М.Г. Иванов

211. Старший мастер цеха JI.B. Пяткова2911. УТВЕРЖДАЮ1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Б.П. Гриценко "Деформация и разрушение модифицированных ионными пучками материалов при трении"

212. От клиник Сибирского медицинского университета1. Зав. клиниками1. От ИФПМ СО РАН1. Зав. лаб. ИФПМ СО РАН1. О.А. Кашин1. С.н.с. ИФПМ СО РАН1. Б.П. Гриценко2921. УТВЕРЖДАЮ

213. Директор Института физики прочности и материаловедения1. СО РАН академик1. В. Е. Панин1. Щ" 1998 г.1. АКТ ИСПЫТАНИИскальпелей для проведения хирургических операций.

214. Скальпели, обработанные по разработанной технологии, позволяют проводить в 2-3 раза большее количество операций до их затупления, чем не обработанные.1. Результаты испытаний:

215. От медицинского университета - у ^Зав. клиниками-^О. С. Попов

216. От разработчиков: Зав. о ФТППТТИФПМ Ю. Р. Колобов

217. С. н.с, лаб. ТМПМ ИФПМ ,^-л ^ Б. П. Гриценко2931. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Б.П. Гриценко "Деформация и разрушение модифицированных ионными пучками материалов при трении" в учебном процессе

218. Декан ЭФФ, профессор Г.С. Евтушенко

219. Зав. кафедрой ЛиСТ, профессор Профессор кафедры ЛиСТ1. В.М. Лисицын В.П. Ципилев2951. УТВЕРЖДАЮ

220. Главный инженер вагонного депо Московка1. Ефимов В.В.1997 г.1. АКТ2212.97г. Омск

221. Производственные испытания твердосплавных пластин для резцов колесотокарных станков

222. Основание: выполнение поисковой НИР N 430/7 Повышение ресурса инструмента для обточки колесных пар" по заказу ЦТех МПС РФ

223. Составлен старшим мастером колесного цеха Михайловой И.А. и доцентом ОмГУПС Рауба A.A.

224. Эксплуатационные испытания показали, что ресурс работы данных упрочненных штампов в 3,5 раза выше по сравнению с неупрочненными.1. Инженер-технолог

225. Инженер по инструменту цеха № 51. Пилипенко А.М.