Прогнозирование долговечности трибосопряжений на основе структурно-энергетической концепции изнашивания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.04, доктор технических наук Чулкин, Сергей Георгиевич

• Чулкин, Сергей Георгиевич
• доктор технических наук
• 1999

Оглавление диссертации доктор технических наук Чулкин, Сергей Георгиевич

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ современных представлений и подходов при оценке износостойкости и долговечности материалов в различных условиях внешнего трения

1.2. Прогнозирование процессов изнашивания материалов на основе структурно-энергетического подхода

1.3. Анализ особенностей изнашивания и повышения ресурса пар трения в различных условиях контактного взаимодействия

1.3.1. Изнашивание деталей с пористыми газотермическими покрытиями при трении скольжения

1.3.2. Изнашивание деталей машин при трении качения с проскальзыванием

1.3.3. Изнашивание инструментов при резании металлов

1.4. Выводы по главе

1.5. Определение общей цели и постановка частных задач исследований

2. КОМПЛЕКСНАЯ МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Общая методика исследований

2.2. Установка и технология сульфонитроцементации изделий

2.3. Установка и технология электроэрозионной обработки зубчатых колес

2.4. Методика нанесения газотермических покрытий

2.5. Основные методы исследования структуры и свойств компактных и пористых материалов после сульфонитроцементации

и электроэрозионной обработки

2.6. Методика определения износостойкости и триботехнических свойств сульфонитроцементованной стали

2.6.1. Испытания на машине трения JITC-4

2.6.2. Испытания на машине трения СМЦ-2

2.6.3. Испытания на машине трения ИМ-5 8

2.7. Методика определения износостойкости и долговечности режущих инструментов

2.7.1. Обоснование моделирования условий адгезионного изнашивания инструментов при резании на машинах трения

2.7.2. Определение периода стойкости инструментов

2.8. Методика исследования влияния электроэрозионной обработки

на контактную и изгибную прочность зубчатых колес

2.9. Методика обработки результатов экспериментальных исследований

2.10. Выводы по главе

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗНАШИВАНИЯ КОМПАКТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОСЛЕ СУЛЬФОНИТРОЦЕМЕНТАЦИИ ПРИ ТРЕНИИ СКОЛЬЖЕНИЯ

3.1. Структурно-энергетическая модель износостойкости стали после сульфонитроцементации

3.2. Экспериментальное исследование влияния сульфонитроцементации на износостойкость и триботехнические свойства быстрорежущей стали

3.2.1. Структура, химический и фазовый состав износостойких слоев

3.2.2. Износостойкость и триботехнические характеристики стали

3.3. Сопоставление теоретической модели изнашивания с опытными данными

3.4. Оптимизация процесса сульфонитроцементации для повышения износостойкости стали

3.5. Анализ влияния сульфонитроцементациии на свойства трибосопряжений в условиях трения скольжения

3.5.1. Влияние сульфонитроцементации на износостойкость арматуры

3.5.2. Отработка технологии сульфонитроцементации тормозных дисков судоподъемника

3.6. Выводы по главе

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗНАШИВАНИЯ ПОРИСТЫХ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ПРИ ТРЕНИИ СКОЛЬЖЕНИЯ

4.1. Структурно-энергетическая модель изнашивания газотермических покрытий при адгезионном взаимодействии поверхностей при трении скольжения

4.2. Исследование износостойкости поршневых колец с покрытиями для судовых дизелей

4.3. Методические основы оценки свойств газотермических покрытий для узлов трения

4.4. Исследование влияния сульфонитроцементации на свойства пористых газотермических покрытий

4.5. Выводы по главе

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗНАШИВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ТРЕНИИ КАЧЕНИЯ С ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЕМ

5.1. Структурно-энергетические модели изнашивания стали при трении качения с проскальзыванием

5.2. Экспериментальные исследования влияния электроэрозионной обработки на износостойкость и долговечность зубчатых колес

5.2.1. Структура, химический и фазовый состав упрочненных слоев

5.2.2. Влияние технологии электроэрозионной обработки на свойства

диффузионного слоя

5.2.3. Износостойкость зубчатых колес

5.3. Оценка износостойкости и долговечности зубчатых колес по энергетическому критерию

5.4. Исследование влияния электроэрозионной обработки на контактную и изгибную прочность

5.5. Разработка методических основ оценки износостойкости высокоскоростных подшипников качения по энергетическому критерию

5.6. Выводы по главе

6. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗНАШИВАНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СТРУКТУРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА

6.1. Современные подходы и критерии оценки износостойкости инструментов

6.2. Структурно-энергетическая модель изнашивания режущих инструментов

6.3. Сопоставление теоретической модели изнашивания с опытными данными

6.4. Методические основы оценки долговечности инструментов по энергетическим критериям

6.5. Анализ данных эксплуатации упрочненных сульфоннтро-цементацией инструментов

6.6. Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ГТП - газотермическое покрытие; ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

ИСЭМИ - исходная структурно-энергетическая модель изнашивания; КПД - коэффициент полезного действия; КПП - коробка перемены передач; МСВ - магнитострикционный вибратор;

ОСЭМИ - обобщенная структурно-энергетическая модель изнашивания; ПП - приборные подшипники;

ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина;

СНЦ - сульфонитроцементация;

СОЖ - смазочно-охлаждающая жидкость;

ТС - техническое средство;

ФМС - физико-механические свойства;

ХТО - химико-термическая обработка;

ЦПГ - цилиндро-поршневая группа;

ЧСЭМН - частная структурно-энергетическая модель изнашивания;

ЭВМ - электронно-вычислительная машина;

ЭЭО - электроэрозионная обработка;

УЗО - ультразвуковая обработка;

УЭС - ударно-эрозионный стенд.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование долговечности трибосопряжений на основе структурно-энергетической концепции изнашивания»

ВВЕДЕНИЕ

Повышенный интерес к проблемам трения и износа вызван тем, что при высокой интенсификации производства, росте скоростей, нагрузок и других параметров, а также в связи с частичным истощением материальных ресурсов, человечество уже не может неоправданно тратить огромное количество энергии на преодоление трения, отвлекать миллионы квалифицированных специалистов на ремонты машин, механизмов и приборов по причине потери работоспособности узлов трения вследствие их износа, расходовать громадные запасы металла и других дефицитных материалов на их изготовление и реставрацию.

Одна из основных проблем, общая для всех отраслей техники, - это повышение износостойкости и долговечности машин, механизмов, аппаратов, приборов. Повышение надежности машины увеличивает ее эксплуатационные и межремонтные сроки, сокращает время простоя в ремонте и снижает его стоимость, повышает безопасность работы. Увеличение долговечности машин равноценно увеличению их выпуска. Все это в конечном счете повышает безопасность и производительность труда, уменьшает стоимость продукции.

Россия располагает огромным парком уникальных путевых и строительных машин и механизмов, которые до 30-40% времени, однако, простаивают в ремонте или в ожидании его. Причиной выхода большей части деталей и узлов этих машин (до 80-85%) является интенсивный износ.

Исследования показали, что за счет увеличения износостойкости только деталей рабочих органов путевых машин, механизмов и инструментов можно повысить их производительность и надежность примерно на 20-50%, снизить трудоемкость ремонта на 20-30%.

Статистика показывает, что более 80% машин и механизмов выходит из строя в результате износа деталей, работающих на трение - подшипников, цапф, зубчатых колес, деталей уплотнений, муфт, шлицевых соединений, скользящих направляющих и др. Известно, что износ находится в прямой зависимости от скоростей, нагрузок, мощностей и режимов эксплуатации машин. В

связи с этим многие отрасли техники столкнулись с серьезной проблемой: материалы «старого» типа себя исчерпали. Детали трущихся пар, изготовленные из таких материалов, не отвечают требованиям износостойкости и долговечности.

Ясно, что развитие всех без исключения отраслей промышленности предполагает решение, как минимум, трех основных задач:

разработка и реализация простых и эффективных технологических процессов восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов с использованием новых перспективных материалов;

установление оптимальных условий работы машин и механизмов при использовании совершенных смазок, отвечающих требованиям современной техники;

проектирование образцов новой техники на базе эксплуатационного опыта и методов прогнозирования износостойкости и долговечности материалов и деталей.

Возможность оценки работоспособности механизмов связана с необходимостью достаточно точной идентификации ведущих разновидностей изнашивания и повреждений технических средств с последующим моделированием процессов изнашивания и расчетным прогнозированием ресурса ведущих деталей, основанными на учете условий нагружения (в первую очередь - разномас-штабности), кинематики контакта, теплового режима работы и закономерностей изменения трибологичских характеристик.

Влияние разномасштабности нагружения на процессы трения и изнашивания трибосистем и материалов наиболее существенно проявляется при граничном трении, при трении качения с проскальзыванием и при кавитационной эрозии. При смене масштабных уровней скачкообразно изменяется скорость изнашивания трибоузла и соответствующие характеристики поверхностных слоев материалов: энергия активации процессов атомно-молекулярных перегруппировок, диссипативная структура, плотность потока энтропии, глубина

проникновения пластической деформации и т.п. При этом критерием износостойкости и долговечности материалов может служить осредненная в деформируемых объемах на каждом масштабном уровне внешнего нагружения критическая плотность мощности деформации \Укр* (* - знак осреднения).

Анализ выполненных исследований показывает, что в качестве исходной теоретической концепции может быть использована обобщенная структурно-энергетическая модель процессов повреждаемости и изнашивания, пригодная для решения частных задач прогнозирования износостойкости и долговечности не только материалов и покрытий, но и разнообразных деталей машин и механизмов а также режущих инструментов, работающих в различных условиях контактного взаимодействия. В частности, могут быть разработаны инженерные методики прогнозирования износостойкости и долговечности материалов и деталей машин, актуальность которых не вызывает сомнений.

Решение поставленных выше задач нашло отражение и в настоящей работе. В диссертации использована и получила дальнейшее развитие структурно-энергетическая теория изнашивания материалов, основанная на соотношении потока внешней энергии к предельной плотности мощности деформации, учитывающая структуру изнашиваемых материалов, энергоемкость, критическую скорость нагружения, жесткость напряженного состояния, аккумуляционный период накопления повреждений, многомасштабность энергетических уролвней изнашивания и соответствующих диссипативных структур, и, наконец, - закономерности перехода от одного масштабного уровня изнашивания к другому.

С позиций структурно-энергетической теории рассмотрены: изнашивание материалов и покрытий при трении скольжения и качения с проскальзыванием, а также инструментов при резании металлов. Даны методические основы оценки свойств газотермических покрытий, расчета долговечности и износостойкости зубчатых колес, подшипников качения, режущих инструментов. Возможность прогнозирования ресурса различного оборудования оказалась реализо-

ванной, в частности, благодаря впервые установленным количественным соотношениям, учитывающим многомасштабность структур и подчиняющаяся закономерностям фрактальной механики разрушения.

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ современных представлений и подходов при оценке износостойкости и долговечности материалов в различных условиях внешнего трения

Проблема повышения эффективности использования техники во многом зависит от ее эксплуатационных свойств и неразрывно связана с совершенствованием методов повышения долговечности материалов и прогнозирования изнашивания (повреждаемости) ее ведущих деталей.

Современное состояние науки об износе со всей очевидностью свидетельствует, что создание эффективных методов борьбы с ним невозможно без понимания механизма этого явления. Комплексный подход к изучению механизма изнашивания, включающий как изучение изменений, происходящих на фрикционном контакте, так и анализ частиц износа, показал, что все многообразие условий трения можно рассмотреть с нескольких общих позиций, одна из которых - представление об энергетике разрушения поверхностных слоев.

Можно выделить следующие основные направления в исследовании процессов внешнего трения и износа:

1. Взаимодействие поверхностей при внешнем трении объясняется как результат механического зацепления или внедрения микрошероховатосей трущихся поверхностей (Л. Гюмбель, Г.И.Епифанов Д. Лесли и др.) [13, 62, 99 и

др]-

2. Взаимодействие поверхностей объясняется как результат действия атомно-молекулярных сил притяжения между трущимися поверхностями (Ф. Боуден, В. Гарди, И. Дезагюлье, Б.В. Дерягин, В.Д. Кузнецов, Д. Тейбор, Г. Томлинсон и и др.) [13, 52, 62, 99, 114 и др.].

3. Причиной возникновения поверхностных связей считается одновременное действие атомно-молекулярных сил и механического зацепления мик-

рошероховатостей (Г. Ернст, Б.И. Костецкий, И.В. Крагельский, Ш. Кулон, М. Мерчент, и др.) [94, 95, 99, 114 и др.].

4. На основе подходов нового научного направления - синергетики деформируемое твердое тело рассматривается как синергетическая система, обменивающаяся энергией и веществом с окружающей средой, а разрушение трактуется как неравновесный фазовый переход, которому предшествует спонтанная перестройка дислокационной структуры (И.Р. Пригожин, Б.Б. Ман-дельброт, Г. Николис, В.С.Иванова, В.Е.Панин, Л.И.Погодаев, В.В. Федоров и др.) [67, 70, 137, 145, 153, 177, 201, 260 и др.]. При этом частные задачи решаются с позиций механики твердого тела на микро-, мезо- и макроуровнях; на основе законов термодинамики необратимых процессов с учетом термоактива-ционной природы процессов деформирования и разрушения материалов; например, на основе молекулярно-кинетической теории повреждаемости и разрушения твердых тел [71, 72, 142, 148, 201, 204 и др.].

Анализ работ первых трех направлений показал, что не всегда в основу гипотезы или точки зрения было положено экспериментальное исследование. Почти во всех исследованиях главное внимание уделялось количественной стороне явления, т.е. регистрации сил или моментов трения и, как правило, отсутствовали качественный анализ явлений, происходящих на поверхностях контакта и обусловливающих возникновение поверхностных связей, а также экспериментальные исследования сущности процесса взаимодействия поверхностей при трении. В ряде работ принимались во внимание шероховатости поверхностей, т.е. их микрорельеф, обусловленный технологической обработкой, а также делались попытки учета неоднородности поверхностей по твердости.

Обращает на себя внимание тот факт, что в большинстве работ, связанных с изучением взаимодействия поверхностей при трении, реальная внутренняя структура трущихся материалов, а также структура их поверхностей, определяемая реальным строением, не учитываются. Очевидно, что в основу анализа взаимодействия поверхностей трения должны быть положены, кроме внеш-

них параметров зоны контакта, характеристики внутреннего строения твердых тел с учетом влияния реального строения в объеме на строение поверхности и поверхностных слоев.

До недавнего времени основные усилия исследователей были направлены на установление связи между исходной микроструктурой и свойствами, однако, как сейчас установлено [ 145, 177, 191 и др.], сопротивление разрушению металлов и сплавов определяется динамической структурой, формирующейся в процессе деформации, что требует анализа деформируемого материала как открытой системы, обменивающейся энергией и веществом с окружающей средой. В ходе эволюции системы старая структура разрушается и возникает новая, определяющая сопротивление материала на новом этапе эволюции. В данном случае необходима постановка исследований кооперативного взаимодействия статической (исходной) и динамической (формирующейся под нагрузкой) структур.

В последнее время внимание исследователей привлекли новые направления, способствующие прогрессу в понимании основных закономерностей физики трения и разрушения (изнашивания), а именно: ротационные процессы, дисклинации и фрагментированные структуры [32, 145 и др.]; многомасштаб-ность структур и соответствующие им процессы разрушения (изнашивания) [12, 210 и др.]; особенности самоорганизации и формирования диссипативных структур [151, 253 и др.].

В открытых равновесных структурах термодинамическое равновесие обеспечивается за счет нарушения упорядоченнности. Возникающая внешне проявляемая упорядоченность в виде зерен, фаз и других структурных образований не является физическим признаком порядка из-за необеспеченности однородности химического состава и структуры сплава на различных масштабных уровнях. Следствием этого является отсутствие необходимой стабильности физико-механических свойств сплавов (ФМС). Это хронически заложенная неоднородность, с одной стороны, является основным препятствием на пути

уменьшения разброса ФМС сплава, а с другой стороны, не позволяет реализовать резервы прочности металлических материалов. Создание материалов со стабильными ФМС требует разработки новых технологий, базирующихся на подходах синергетики, являющейся теорией самоорганизующихся диссипатив-ных структур, и теории фракталов, получившей в физике развитие в последние годы.

В процессе эволюции открытых систем происходит обмен энергией и веществом с окружающей средой, эффекты самоорганизации диссипативных структур. Деформируемое твердое тело рассматривается как диссипативная система, характеризующаяся спонтанной перестройкой дислокационных структур в процессе пластической деформации. Разрушение при этом трактуется как неравновесный фазовый переход кристаллической фазы в квазиаморфную, а квазиаморфной - в деструктивную. Комплексный анализ поведения металлов и сплавов при перестройке диссипативных структур позволил выделить инвариантный параметр, контролирующий связь между динамической структурой и механическими свойствами. Для перехода от макропараметров разрушения к параметрам разрушения на микроуровне введен коэффициент масштаба, позволяющий установить количественный показатель динамической структуры -фрактальную размерность и связать ее с комплексом механических свойств, определяющих на макроуровне переход через точки бифуркаций. Учет универсальности и масштабной инвариантности критических показателей вблизи точек бифуркаций дает возможность установить универсальные связи между критериями фрактальной механики разрушения для сплавов на единой основе.

Теория фракталов [260] явилась базой для количественного описания с помощью фрактальной размерности диссипативных структур. Объединение подходов синергетики с теорией фракталов позволяет приблизить решение наиболее актуальных задач по установлению взаимосвязи между микро- и макрохарактеристиками прочности материалов [145].В этом случае несомненную роль должна сыграть идея энергетической аналогии плавления и разрушения

металлов [67, 70], так как она позволяет использовать термодинамические константы плавления для расчета теоретической прочности твердых тел и прогнозирования повреждаемости [201 ].

Развитие подходов фрактальной механики должно позволить: прогнозировать повреждаемость материалов при различных служебных условиях на основе ограниченных испытаний в тестовых условиях;

осуществлять выбор оптимальных материалов для заданных эксплуатационных условий с учетом сопротивления пластической деформации и сопротивления зарождению и распространению трещины;

проводить оптимизацию конструкции с целью снижения ее веса, повышения износостойкости и долговечности.

Современное представление о реальном строении твердых тел хорошо раскрывается теорией дислокаций [94-96 и др.]. Все так называемые «структурно-чувствительные» свойства металлов и сплавов связаны с возникновением, размножением, движением и взаимодеиствием дислокации. В основе всех представлений о прочности и пластичности металлических материалов лежат данные о их дислокационном строении. Объяснение резкого различия между прочностью реального и идеального металлов основывается также на наличии дислокаций. Дислокационная структура в объеме реального кристаллического тела реализуется на поверхности этого тела в виде тонкой системы ступенек, впадин и выступов.

Условия для преобладающего развития тех или иных ведущих процессов в поверхностных слоях металла определяются внешними механическими воздействиями, средой, материалами трущихся пар, относительными размерами и формой деталей (масштабный фактор) и напряженным состоянием объемов металла (растяжение, сжатие, кручение).

Под действием текущих изменений формируется рабочее состояние поверхностного слоя, когда материал имеет фазовый состав, структуру, а следовательно, и свойства, отличные от исходного состояния. В поверхностном слое,

находящемся в рабочем состоянии, возникают процессы, возможности развития которых обусловлены исходным состоянием поверхностного слоя и условиями эксплуатации.

Микрорельеф, структура и прочностные характеристики испытывают необратимые изменения при трении, формирующие своеобразное остаточное состояние поверхности и поверхностных слоев после снятия нагрузки трением.

В зависимости от характера процессов, происходящих во время работы узла трения, после прекращения его работы могут произойти следующие остаточные изменения в поверхностном слое: механическое упрочнение либо разупрочнение; фазовое упрочнение либо разупрочнение без изменения или с изменением химического состава; изменение микрорельефа поверхностей трения и напряженного состояния поверхностного слоя.

Новые возможности при моделировании процессов трения и изнашивания открываются в связи с ротационной деформацией, вызывающей структурные изменения в металлах на нескольких масштабных уровнях.

Структура поверхностных слоев металлических материалов по современным представлениям является многослойной [32]. После воздействия отдельного ударного импульса на поверхность материала центральная зона будет отражать акты микроструйного течения материала после прохождения волны деформации. После многократного деформирования эта зона будет выглядеть наподобие затвердевшей жидкости с беспорядочной структурой. Взаимодействие центральной ударно-деформированной зоны с соседними объемами материала может происходить за счет ротационных механизмов с возможной аналогией процессам течения вязкой жидкости в пристеночном слое. При этом, как в первом, так и во втором случаях, взаимодействие центрального потока с ламинарным подслоем может сопровождаться возникновением вихрей. Вихревая прослойка в металлах может состоять из нескольких пар вихревых шнуров со встречным вращением шнуров в каждой паре. С внешней стороны ротационные образования будут как бы скользить по ламинарному подслою, пред-

ставляющую собой структуру с неравноосными ячейками. Полосовая и шашечная структуры также являются ротационными структурами. Шашечная структура имеет статическую деформацию около 50...60% и представляет обычно совокупность прямоугольных образований различной ориентации. Полосовая структура состоит из ротационных полос, расположенных последовательно и способных к размножению и движению вглубь материала под действием поля напряжений. Ротационные структуры способны сменять друг друга по механизму кинетических фазовых превращений [32].

При любых видах изнашивания, где превалирует влияние механического фактора, имеют место описанные структуры. В принципе эти структуры могут иметь место на поверхности металлов и при внешнем трении, при этом тончайший наружный слой будет представлять собой так называемые вторичные структуры (сильно деформированные, содержащие кислород, серу и другие элементы).

При изнашивании любым структурам, в том числе и ротационным, свойственно последовательное насыщение внутренней энергией, деструкция, исчерпание пластичности и разрушение. Об этом свидетельствует, например, кинетика изменения микротвердости поверхностных слоев алюминиевого сплава при испытании автором образцов на ударно-эрозионном стенде (УЭС) при скорости соударения со струей воды, равной 42 м/с (рис. 1.1). После испытаний в течение 60 мин микротвердость сплава на глубине 2...3 мкм достигла максимума, что соответствовало предельному насыщению металла скрытой энергией наклепа. При продолжении испытаний микротвердость монотонно снижалась и после 120 мин соответствовала моменту предельного разрыхления структуры и образованию продуктов изнашивания. Подобная кинетика структурных изменений свойственна прежде всего слоям с мелкоячеистой фрагмен-тированной структурой и со структурой с ротационными шнурами, в наибольшей степени ответственным за диссипацию энергии микроударов.

Нц, МПа

3200

2800

2400

2000

1600

о

8 5, мкм

Рис. 1.1. Изменение микротвердости по глубине алюмиевого сплава в исходном состоянии (1) и после испытаний на ударно-эрозионном стенде в течение 20 (2), 40 (3), 60 (4), 80 (5), 100 (6) и 120 (7) мин.

Из вышеизложенного следует, что дальнейший прогресс при решении конкретных вопросов трения и изнашивания невозможен без более полного учета механизмов ротационной деформации, особенностей распространения в материалах волн упругих и пластических деформаций, а также без применения механики гетерофазных сплошных сред и моделей струйных (турбулентных) течений для описания поведения изнашиваемых слоев материалов на различных масштабных уровнях.

В общем случае при решении задач износостойкости и долговечности материалов в различных условиях внешнего нагружения необходимо учитывать три кинетические стадии: I - накопление дефектов и повреждений (стадия повреждаемости, имеющая микромасштаб - 0,01 ...0,3 мкм); II - развитие трещин, приводящих к разрушению твердого тела в определенном масштабе (протекающей не мезо- и фрагментарном уровнях - 0,1 ...3 мкм и 3...20 мкм соответственно); III - образование продуктов изнашивания в пределах деформированного слоя характерной глубины (имеющая макромасштаб - 10... 104 мкм) (рис. 1.2.а).

Очевидно, что первая стадия определяет в дальнейшем кинетику развития трещин и особенности образования продуктов изнашивания. В то же время до сих пор не преодолены сложности перехода от первой стадии ко второй, имеющей переходный масштаб, позволяющий применять положения и критерии линейной механики разрушения (коэффициент интенсивности напряжений при вершине трещины, вязкость разрушения, критическую длину трещин и т.п.). Однако вследствие небольших размеров указанных зон применение, например, методов механики сплошной среды потребует их модернизации с це-

у

лью учета неоднородности структуры.

Еще более сложен переход от первых двух стадий к третьей, так как приходится учитывать специфические явления, сопровождающие механический процесс разрушения, а именно: весьма разнообразное влияние внешней среды на состояние тонкого поверхностного слоя, не превышающего во многих

Рис. 1.2.Кинетические зависимости изнашивания (повреждаемости) материалов [153]: а - схема разделения периода 2так на характерные участки; б - аппроксимация кинетических кривых изнашивания материалов элементарными функциями; в - вид кривой повреждаемости (поверхностной усталости) металлических материалов, построенной в осях р(о) - так (К^ ) с логарифмическими шкалами.

случаях 10 мкм. Наряду с макроуровнем можно выделить структурный уровень, сопоставимый с размерами элементов микроструктуры (зерен, выделений фаз и т.п.).

Рассматривая изнашивание как кинетический процесс, можно говорить, что, в отличие от объемной усталости, поверхностная усталость материалов ограничивается тонким поверхностным слоем, претерпевающим многократное упруго-пластическое деформирование. Общим для обоих видов циклической прочности материалов является, по-видимому, только присутствие периода повреждаемости, называемого при изнашивании аккумуляционным (инкубационным) периодом. Сопоставление поведения материалов на мезо- и макроуровне в течение второго (усталостного) периода представляет большой научный и практический интерес, поскольку появляется возможность обобщить обширные теоретические представления и экспериментальные данные по объемной усталости на усталостное разрушение поверхности. Немногочисленность же таких сопоставлений к настоящему времени вызвана отсутствием достоверных моделей развития микротрещин в поверхностном слое материалов глубиной, соответствующей мезо- и микроструктурному уровням.

Большинство процессов изнашивания характеризуется одновременным протеканием процессов, характерных для всех трех стадий. При этом I и III стадии сближены во времени, что позволяет предполагать существование устойчивой корреляции между термодинамическими характеристиками (энергией активации элементарных актов, энтальпией и др.) и связанными с ними параметрами (плотностью внутренней энергии, напряжением течения, предельными динамическими давлениями, критическими скоростями нагружения и пр.). В связи с этим обстоятельством в случае построения зависимостей: аккумуляционный период-давление (скорость нагружения) для тонких поверхностных слоев материалов, эти графики более правильно считать кривыми повреждаемости поверхности материалов, чем кривыми поверхностной усталости. В то же время нельзя отрицать возможность использования моделей механики многофазных

сплошных сред и использования критериев линейной механики разрушения, характерных для второй стадии разрушения, при оценке интенсивности тех или иных процессов изнашивания.

Из рис. 1.2.а следует, что общую продолжительность процесса изнашивания поверхностного слоя материала т ьиЗН глубиной Ьюн можно представить суммой

(т ь) ШИ = (т пов)1 + (т уст)п + (т изн)ш> (1 • 1)

где (т дав)1 - стадия повреждаемости, в конце которой возникают начальные микротрещины длиной Ь; (т уст)п - стадия усталостного разрушения, когда начальные трещины достигают критической длины достаточной для образования продуктов изнашивания материала; (т юн)ш - стадия изнашивания, после завершения которой глубина очагов эрозии становится равной глубине слоя Ьизн. При изнашивании металлов в жидких средах третью стадию можно считать коррозионно-усталостной.

Упрощенную схему развития изнашивания во времени можно представить выражением

(Ьх> = Ь0[(т1/хащ)-1]п, * (1.2)

где Ь о и - характерные отрезки, отсекаемые кривой износа на координатных осях (рис. 1,2.б). Для времени изнашивания т 1 = 2х ак линейный износ 11шн окажется равным Ио; поэтому можно записать

(Т ь)изн = X ак + X юн = 2Х ак И 11юн = Ь0 = X ак ' tga . (1.3)

Значение соотношений (1.3) заключается в том, что, зная продолжительность хак и наклон кривой износа к оси абсцисс (интенсивность изнашивания), можно предсказать глубину очагов износа Ьизн после периода времени хюн = 2хак, достаточно продолжительного при эрозии деталей гидро-

машин, составляющих, например, несколько тысяч часов при эксплуатации судовых движителей.

Продолжительность так в соотношениях (1.1-1.3) зависит от соотношения комплекса термодинамических и механических свойств материалов в пределах тонких деформируемых слоев и внешних нагрузок. Аккумуляционный период ^ входит в уравнение изнашивания (1.2) и согласно соотношениям (1.3) непосредственно определяет глубину начального износа. Вследствие этого, зная Так при различных амплитудах скорости нагружения, напряжения или давления, можно построить кривую повреждаемости поверхности материала, определить по ней предел повреждаемости (поверхностной усталости)[р (о)]уст и критические значения параметров нагружения при однократном внешнем воздействии [р(о)]кръ определяющими положение кривых повреждаемости на графике Так - [р (и)] ( здесь р - давление, о - скорость нагружения) (рис. 1.2.в), а также относительную износостойкость материалов.

Располагая кривыми повреждаемости для различных материалов и покрытий, можно при известном осредненном внешнем давлении в натурных условиях ршт определить долговечность поверхности детали, то есть продолжительность безызносного периода эксплуатации объекта по формуле

(^ак)нат " = к„(Так)лаб, (1.4)

где кп - коэффициент пересчета так с образцов, испытанных в лабораторных условиях, на натуру (рис. 1.2.в). И, наконец, установив взаимосвязь между упомянутыми выше критическими параметрами и микро- и макромасштабах и легко определяемыми механическими свойствами, а также, зная углы наклона а] и щ отдельных участков зависимости рКр(о)Кр (рис.1.2.в), представляется возможным построить кривые повреждаемости материалов без проведения трудоемких экспериментов. Основная сложность построения кривых повреждаемости поверхности материалов состоит в достоверном определении амплитуд давления или

скорости внешнего нагружения применительно к различным видам изнашивания.

Схематично представленные реальные возможности создания расчетных методов оценки долговечности, а затем - и износостойкости деталей машин по кривым повреждаемости поверхности материалов требуют обоснованного выбора некоторого комплекса свойств материалов в качестве критериев, контролирующих как повреждаемость, так и процесс изнашивания, то есть процессы, протекающие в течение всех трех стадий существования циклически деформируемых микрообъемов материалов.

Критический анализ выполненных исследований свидетельствует о том, что на сегодняшний день не представляется возможным объединить указанные три стадии единым универсальным критерием, например: энергией активации, энтропией, внутренней потенциальной энергией, вязкостью разрушения, критическим раскрытием трещин, комбинацией механических свойств и другими характеристиками материалов. Если поведение материалов с гомогенной структурой удовлетворительно коррелирует с их термодинамическими характеристиками, то материалы с гетерогенной микроструктурой не показывают с этими константами устойчивой взаимосвязи [53, 72, 141, 202, 215 и др.]. Это объясняется тем, что, как известно, при любых видах изнашивания происходит расслоение рядов износостойкости на отдельные группы, имеющие сходную микроструктуру и одинаковый тип кристаллической решетки, а по мере увеличения жесткости напряженного состояния и скорости нагружения тонких поверхностных слоев склонность материалов к отмеченному расслоению и даже к инверсии в рядах износостойкости возрастает.

л

1.2. Прогнозирование процессов изнашивания материалов на основе структурно-энергетического подхода

Анализ результатов многочисленных исследований отечественных и зарубежных ученых показывает, что в основе любых моделей изнашивания лежит

соотношение между параметрами внешнего воздействия и критическими свойствами материалов, характеризующими их реакцию на это взаимодействие. Чаще всего рассматривают отношение энергии внешнего воздействия к удельной энергоемкости деформируемых объемов, накопленной к моменту образования продуктов изнашивания [44,165,186, 201, 205, 206, 218, 253, 265 и др.].

Несмотря на кажущуюся обоснованность такого подхода, во многих случаях точность прогнозирования износостойкости материалов по указанному энергетическому соотношению оказывается невысокой. Это имеет место, в частности: при фазовых превращениях и рекристаллизации в процессе изнашивания; при неучете структурной неоднородности, хрупкости и неоднородности насыщения изнашиваемых объемов внутренней энергией, существенно неодинаковых на различных масштабных уровнях нагружения при соответствующих различных жесткостях напряженного состояния поверхности материалов и в ряде других случаев.

В настоящее время преобладает мнение о том, что локальные периодически повторяющиеся импульсы внешнего воздействия энергии, давления, скорости и т.п. в большинстве случаев фрикционного взаимодействия пар трения, а также при контакте твердых поверхностей с жидкими средами и прочими субстанциями, имеют динамический характер. При этом изнашивание материалов происходит в результате суммирования повреждений под воздействием спектра импульсов различной интенсивности. Очевидно, что интенсивность внешнего воздействия будет определяться средним значением энергии импульсов, их частотой и продолжительностью, а также масштабным фактором.

Последнее обстоятельство является одним из наиболее важных для правильного понимания и последующего моделирования процессов структурных изменений и разрушения объемов материала, соответствующих различным масштабным уровням. Анализ показывает, что по мере увеличения объемов, где происходят необратимые структурные изменения и глубины слоя, испытывающего упруго-пластические деформации, происходит: увеличение жесткости

их напряженного состояния и склонности к охрупчиванию, изменение энергии активации элементарных актов атомно-молекулярных перегруппировок, морфологии диссипативных структур, фрактальной размерности эрозионного рельефа и крупности продуктов изнашивания с неодинаковой плотностью насыщения внутренней энергией.

Если по мере возрастания геометрического масштаба изнашивания выделить пять структурных изменений, а именно: атомно-молекулярный, микро-, мезо- и суперструктурный и, наконец, - макроскопический, то разумно предположить, что модель процесса изнашивания материалов на каждом масштабном структурном уровне должна учитывать комплекс физико-механических свойств, наилучшим образом отражающих, именно на данном уровне, сопротивление активируемых объемов внешнему разрушающему воздействию. Справедливость такого предположения подтверждается многочисленными экспериментальными данными, где износостойкость широкого круга материалов с различной степенью корреляции сопоставлялась с энергией активации химических реакций, интенсивностью экзоэмиссии, поверхностной энергией, работой деформации, плотностью дислокаций, степенью деформационного упрочнения, периодом повреждаемости, плотностью скрытой энергии, твердостью, критическим раскрытием трещин, сопротивлением царапанию и срезу и т.п. Существование целой гаммы различных критериев износостойкости материалов не является неожиданным и отражает естественное стремление ученых получить наилучшую корреляцию износостойкости или долговечности материалов с их свойствами на том или ином масштабном уровне самоорганизации трибоси-стем.

Если весьма широкий диапазон переменных условий повреждаемости материалов, от малоинтенсивного окислительного изнашивания до образования продуктов изнашивания вследствие резания, совместить с перечисленными выше критериями, то для первой половины указанного диапазона наиболее подходящими окажутся химико-физические характеристики, а для второй - фи-

зико-механические свойства изнашиваемых материалов. При этом средняя часть диапазона изнашивания, как показывает опыт, будет соответствовать ме-зоструктурному уровню самоорганизации трибосистем. Важно отметить, что разрушение поверхности материалов на любом участке рассматриваемого диапазона изнашивания может происходить в пределах линейных размеров каждого из упомянутых выше четырех масштабных уровней в отдельности, а также проявляться одновременно на двух (нескольких) структурных уровнях, например: в мезо- и макромасштабе.

В настоящее время сложилось единое мнение о том, что изнашивание материалов в большинстве случаев представляет собой результат суперпозиции одновременно протекающих процессов повреждаемости, приводящих в итоге к образованию продуктов изнашивания. Если при выборе критериев износостойкости отдать предпочтение физико-механическим свойствам материалов, что позволяет почти полностью закрыть весь диапазон изнашивания, за исключением лишь чисто коррозионного разрушения, то это неизбежно потребует учета температурных флуктуаций и особенностей распространения в динамически деформируемых средах внешней подведенной энергии в виде волн упругих и пластических деформаций и реакции материала на волновые воздействия - возникновением соответствующих диссипативных структур.

Необходимость более полного учета особенностей поведения изнашиваемых материалов непосредственно в моменты импульсного нагружения является принципиально важным, так как свойства материалов в моменты нагружения и в невозбужденном состоянии, например, после образования продуктов изнашивания, существенно неодинаковы. Из сказанного вытекает, что в качестве критериев износостойкости должны фигурировать критические потоковые характеристики материалов, раскрытие которых возможно на основе: анализа особенностей распространения в материалах поверхностей разрыва; решения уравнений механики однородных и гетерогенных сплошных сред, пригодных для описания поведения материалов на мезо-, суперструктурном - и макроуров-

нях, и сращивания полученных решений с известными термокинетическими закономерностями повреждаемости материалов при оценке их долговечности.

Анализ исходных энергетических соотношений, используемых для оценки интенсивности изнашивания материалов, представленных, например, степенными функциями, показывает, что показатель степени при отношении потока внешней энергии и>вн к критической плотности потока энергии (мощности) деформации Wкpmax будет возрастать по мере перемещения в широком диапазоне изменения условий изнашивания от микрорезания в сторону коррозион-но-усталостного разрушения, характеризуя при этом износ как результат суперпозиции нескольких видов поверхностного разрушения материалов. Замечено, что чем больше значение к в соотношении (1.5), тем меньший удельный вклад чисто механического фактора в суммарный износ материалов за некоторый период времени 1 или за соответствующее число внешних воздействий N

П^сош^н^1113*)* (1.5)

Нелинейность уравнения (1.5) можно устранить, если совокупный износ представить в виде суммы составляющих, как это сделано, например, в работе [154], где кавитационный износ представлен в виде суммы коррозионных потерь и продуктов усталостного износа, и в книге [153], где износ трибосопряжений при граничной смазке в различных соотношениях включает абразивную эрозию, износ от поверхностной усталости (передеформирования) и потери массы от заедания (схватывания).

Соотношение (1.5), записанное в виде кинетической зависимости

\ (

и«[сош^кр™* /^вн)п т ] т\ (1.6) и>

\

где п • т = к; - функция времени; = ^ - ^ ^ - текущее время; так - период .

повреждаемости, соответствующий началу образования продуктов изнашива-1

/

ния ~(\¥кртах/-и/Вн)п; сопв^ - постоянная, равная глубине наклепанного слоя или.

]

соответствующему износу Ио. /

Отношение Ио/так или Ио/Нф в формуле (1.6) является угловым коэффициентом и характеризует наклон зависимости И (1, 14) к горизонтальной оси в конце периода Так- Параметр т в формуле (1.6) может изменяться в довольно широких пределах, например, при гидроэрозии металлов ш = 0,5...2,0; в линейном приближении т = 1,0. При т<1 кинетическая зависимость износа имеет затухающий характер. Наблюдаемое при этом уменьшение производной сШУсН связано очевидно не с увеличением а с уменьшением потока внешней

энергии ть'вн в результате приработки пар трения, возникновения эрозионного рельефа (при кавитации) и т.п. Наибольшее значение критерия \¥кртах реализуется в течение периода повреждаемости ~ так(Мкр) и может быть определен с помощью метода Л. Жильмо [249].

При 1(14) > Так(Нф), когда от деформируемой поверхности начинают отделяться частицы материала, требуется осреднение удельной энергоемкости Еуд* и критерия \Укр* в объеме продуктов изнашивания (* - знак осреднения). Это принципиально важное обстоятельство указывает на то, что если надежность деталей оценивается по так или Икр в пределах определенного масштабного уровня нагружения, когда на образование продуктов изнашивания решающее влияние оказывает механический фактор, например, при малоцикловом усталостном разрушении, то так (Нф) связаны с ^Укршах зависимостью, близкой к линейной. Однако при определении потерь массы (объема) материала Ав (АУ), вследствие неравномерности насыщения скрытой энергией продуктов изнашивания, указанная зависимость окажется нелинейной. В связи с этим показатель степени п в уравнении (1.6) характеризует осреднение внутренней энергии в изнашиваемых объемах в течение периода повреждаемости так (Нср), особенно на высоких структурных уровнях, а параметр к - масштабные уровни внешнего нагружения при изнашивании. Опыты показывают, что при определении критической плотности потока мощности деформации на различных масштабных уровнях справедливо соотношение

(Шкртах)0Д "1Д"2,°- (1.7)

Что касается вопроса о постоянстве предельной критической плотности энергии, накопленной в изнашиваемых металлических материалах к началу образования частиц износа, то о неизменности ЕуДшах и \Укртах можно говорить только в пределах периода повреждаемости так (N4)) в локальных объемах металлических материалов, непосредственно примыкающих к трещинам и прочим повреждениям при условии преобладания механического фактора в процессах деструкции наклепанного слоя (на участке 1 рис.1.3).

Если же, согласно (1.7), оперировать осредненной энергоемкостью и

учесть критическую скорость внешнего нагружения, то износостойкость метал-

#

лов в зависимости от \Укр окажется близкой к линейной (рис. 1.4 и 1.5). Степень

*

приближения зависимости кду (ЭДкр ) к линейной будет определяться полнотой учета соотношения между упругой и пластической компонентами критической скорости удара икр и У/щ, , или изменением запаса пластичности в изнашиваемых объемах материалов на определенном масштабном уровне нагружения. При этом осредненная критическая плотность потока мощности деформации материала в зависимости от условий внешнего нагружения может различаться на один-два порядка [153]. Поскольку при оценке износостойкости металлов по потерям массы на практике используют, как правило, осредненные физико-механиеские характеристики, то следует учитывать сильную зависимость осредненной в продуктах изнашивания удельной энергоемкости материалов, а следовательно и потерь массы, от условий внешнего нагружения.

Поскольку критерий \¥кр в общем случае должен учитывать не только прочностные характеристики, но и пластические свойства повторно деформируемых объемов материалов, то важно знать как проявляется пластичность на различных масштабных уровнях изнашивания. Ясно, что если большинство внешних воздействий будет сопровождаться пластическими деформациями изнашиваемого материала, то продолжительность так, число нагружений 1МКр, энергоемкость и износостойкость последнего будет соответствовать законо-

Хакк ~ ^Р^вн

такк~ ^Р ^вн (Wкp- мех.+ корр.)

■Е

пгт

У®

тах

(УУ^)

п> 1

\~Еуд<Еуд тах

-ЕУд

Микро^

Мезо

.Макро

оа

вн

Масштабные уровни изнашивания

Рис. 1.3. Масштабные уровни изнашивания материалов: 1 - кривая поверхностной усталости; 2 - характер изменения критерия износостойкости.

кде=ДОэт/ДО,

дв = сопб1

1 - • 2- ▲

3- □

4- ■

О

3

Рис. 1,4. Зависимость износостойкости металлов от критической плотности потока энергии деформации в условиях гидроабразивного изнашивания: 1 -Сг-Мп стали аустенитно-мартенситного класса; 2 - стали аустенитного и аустенитно-мартенситного класса; 3 - углеродистые и легированные конструкционные стали; 4 - бронзы и латуни.

1

-1/2 1/2 -2 2 V/ -о/НУ Еппх 10 , (кг/мм )(м/с)

кр отн пл '

Рис. 1.6. Зависимость кавитационной стойкости различных металлов от энергоемкости при испытании на МСВ: 1-6 и 9-12 - нержавеющие стали аустенитного класса; 7, 8, 13,14 - нержавеющие стали аустенит-ного класса; 15,16 - нержавеющие ферритные стали; 17-22 - нержавеющие Сг-№-Си-Мо (17-4-2-2,5) типа "Параллой"; обработанные на твердый раствор; 23 - Эп-гп-РЪ бронза; 24 - бронза "Новостон"; 25 и 26- А1 бронза [102]; р отн- относительная плотность материалов; НУ - твердость по Виккерсу; Е™- удельная энергия деформационного упрочнения.

мерностям малоцикловой усталости и соотношению Коффина-Мансона. Это наблюдалось, например, при жестком ударноабразивном изнашивании наплавок [85], когда их износостойкость оказалась пропорциональной квадрату относительного удлинения сталей при растяжении. Это указывает на то, что изнашивание наплавок соответствовало макромасштабному уровню нагружения.

Если изнашивание материалов с макроуровня перевести на мезомас-штабный уровень, то вследствие изменения жесткости напряженного состояния в благоприятном направлении, запас пластичности деформируемых объемов увеличится примерно на порядок. Так, например, при гидроабразивном изнашивании конструкционных сталей средней интенсивности накопленная деформация в слоях глубиной до 8 мкм составила 165% [157]. Из вышесказанного вытекает некорректность сопоставления износостойкости материалов на различных масштабных уровнях по свойствам, определенным для произвольно выбранного одного уровня, чаще всего по механическим свойствам, соответствующим макроуровню.

Важно отметить, что повышение твердости материалов при изнашивании на микро- и мезоуровнях не охрупчивает повторно деформируемые слои, а наоборот - увеличивает их пластичность вследствие перехода от более жесткого напряженного состояния, например, при растяжении на макроуровне, к менее жесткому - при сдвиге и сжатии на микро- и мезомасштабных уровнях изнашивания.

В завершение анализа исходных уравнений изнашивания следует обратить внимание на наблюдаемую стабильность значений показателя т в формуле (1.6), изменяющихся в пределах от 0,5 до 0,7 при различных видах изнашивания деталей на практике, а именно: при изнашивании опор скольжения, зубчатых зацеплений, подшипников качения, гребных винтов, лопаток влажнопа-ровых турбин, водоохлаждаемых поверхностей цилиндрических втулок дизелей и другого оборудования. В связи с этим вместо степенной функции кинемати-

ческие зависимости изнашивания с неменьшим успехом могут быть представлены кривыми в форме интеграла вероятностей

И = Итах erf [const2 (N - N^)],

(1.8)

где йтах - износ материала при erf [const2 (AN)] ->1. Универсальность выражения (1.8) указывает на то, что вероятность распределения импульсов внешнего воздействия на поверхность деталей по интенсивности при различных видах изнашивания чаще всего соответствует закону Гаусса [153].

Если накопленная статистическая информация о процессах изнашивания конкретных рабочих устройств позволяет построить кинетическую зависимость изнашивания в виде уравнений (1.6) или (1.8), то при известном допускаемом износе [И] представляется возможность определить при соответствующей долговечности [N] остаточный ресурс детали

Учитывая значительную сложность прогнозирования износостойкости и долговечности материалов и деталей машин по критериям, представляющим обычно совокупность физико-механических свойств объемов, деформируемых на различных масштабных уровнях, следует отдать предпочтение методам оценки ресурса деталей по длительности периода повреждаемости так (Нф). Если считать, что повреждения в виде пор, трещин и других элементов деструкции материалов в течение периода времени от 0 до так не распространяются за пределы упруго-пластически деформированного слоя материала, глубиной 5Н, то отношения 5Н / так и 5Н/ Нф в соответствии с выражением (1.6) определят наклон кинетических зависимостей изнашивания к оси I (Ы).

Для случая затухания интенсивности изнашивания (1.8) ординату Итах зависимости И(Ы) можно определить по приближенному соотношению [157]

[N] = Nxp {([И]/Ио)1/т + 1}.

(1.9)

Итах = У2 (8Н / NKP) Nmax,

(1.10)

где Ытах - Зг при ^ АЫ = 1; 8Н = 0,25 Итах .

Зная коэффициенты пересчета -> И [Ф(Т) - текущие значения интеграла вероятностей] и Ъ 14, нетрудно получить кинетическую кривую изнашивания конкретного натурного объекта. Во многих случаях, как например, при изнашивании опор скольжения дизелей [102], задача прогнозирования ресурса упрощается, так как допускаемый износ [И] не выходит за пределы начального участка зависимости (1.8) и прогнозные оценки ресурса деталей с достаточной точностью можно определить по линейной зависимости И (ДЫ) при Ъ< 1,5.

В дополнение к соотношению (1.10) можно привести эмпирическую зависимость между наибольшей глубиной эрозионных повреждений Ьтах в мкм при г = 3 и периодом повреждаемости так (ч) лопастей латунных гребных винтов морских сухогрузов после эксплуатации в течение > 20 тыс. ч в виде

Ьтах = 3,3х103/Так°'7 ' (1.11)

Анализ имеющихся статистических данных о закономерностях изнашивания судовых технических средств (гребных винтов, клапанов и цилиндровых втулок двигателей, деталей грунтовых насосов и пр.) показывает, что масштабный уровень изнашивания определяется глубиной изнашиваемого слоя, где происходят необратимые изменения структуры материалов. При этом переход с одного уровня на другой (соседний) сопровождается изменением глубины (8Н); по квадратичной зависимости:

Иш / Ип / И1 ~ (5Н),|, / (6Н),|1/2/ (5Н)|1М (1.12)

Несмотря на то, что при эрозии деталей разрушение происходит одновременно на двух масштабных уровнях: на поверхности материала, имеющей обычно макромасштаб, и по глубине, где деструкция материала может происходить на четырех-пяти уровнях, выбраковку деталей на практике производят, как правило, по глубине повреждений, поэтому решающее влияние на долговечность де-

талей оказывает масштабный уровень изнашивания материалов по глубине от поверхности.

В уравнениях (1.5) - (1.12) в непосредственном виде, или в составе т^ присутствует новый критерий износостойкости материалов* представляющий собой критическую плотность потока мощности деформации, достаточную для образования продуктов изнашивания при однократном внешнем динамическом нагружении. Содержание критерия ,\\,кр* оказалось возможным раскрыть в результате анализа уравнений, описывающих движение в гетерогенных сплош-

♦

ных средах поверхностей разрыва [157]. В общем случае критерий \¥кр , представленный в виде произведения удельной энергоемкости, осредненной в объеме продуктов изнашивания материалов ЕуД\ на критическую скорость удара икр может быть определен по формуле

^^кр* = 1/3-(Еу;-икр) = 1/3 • {Еупр(к) • [0р(к)рр(к) - 0о(к)Ро(к)]со/®р(к)Рр(К) * (Егш7к) X

©кр -« ^

X 0«(2ЕГО17АеГО12)]с1е} = 1/3-{0(к)Еупр(к)(2Еугф/ру)1/2 +

о Ру

+-0(к)(Е1И7к)х[2(Ега7к)/ру]1/2}, (1.13)

где Еупр(к) и (Епл*)(к) - удельные энергии упругих и пластических деформаций при разрушении изнашиваемого слоя к-ой составляющей гетерогенного материала; 0о-К) и 6Р(К) - концентрация к-ой фазы в исходном состоянии и при разрушении материала; го(К) и гр(к) - соответствующие плотности к-ых составляющих гетерогенного материала; Со - скорость распространения звука в изнашиваемом материале; екр - деформация при разрушении материала; ру и Ел/ -осредненнные в изнашиваемых объемах плотность и удельная энергия деформационного упрочнения гетерогенного материала, представляющего собой сумму к-составляющих соответствующих концентраций 0'к).

Впервые энергетический критерий износостойкости материалов представлен в соответствии с выражением (1.13), суммой критических плотностей

потоков упругой и пластической составляющих энергий мощности деформаций, вызывающей разрушение материалов с гетерогенной структурой. Анализ опытных данных показывает, что соотношение между составляющими ¥/упр* и \¥пл* зависит от жесткости напряженного состояния поверхности, изменяется на различных масштабных уровнях изнашивания и определяет степень охрупчи-вания деформируемых объемов при динамическом внешнем нагружении [153]. Для оптимизации свойств материалов, обеспечивающих их наибольшую износостойкость, энергоемкость Еуд* и окр в (1.13) представляется возможным выразить через микроструктурные характеристики в наиболее благоприятном диапазоне изменения последних, достигаемое соответствующей термической и химико-термической обработкой, легированием, предварительным пластическим деформированием, использованием материалов нестабильных при деформации (изнашивании) и другими способами [153, 157].

В завершении анализа проблем, возникающих при прогнозировании износостойкости и долговечности материалов на основе нового структурно-энергетического подхода, следует особо подчеркнуть необходимость учета многомасштабности разрушения материалов при различных видах изнашивания, подчиняющихся синергетическим особенностям возникающих диссипа-тивных структур и закономерностям фрактальной механики разрушения. Впервые установленная регулярная периодичность в закономерностях различных видов эрозии материалов, а также изнашивания трибосопряжений при трении скольжения, подчиняющаяся правилу геометрической прогрессии при смене масштабных уровней изнашивания, позволяет не только обобщить и упорядочить обширный банк накопленных экспериментальных данных, но и создать основу для разработки расчетных методов прогнозирования надежности весьма ответственных технических средств, используемых в различных отраслях народного хозяйства,

1.3. Анализ особенностей изнашивания и повышения ресурса пар трения в различных условиях контактного взаимодействия

Исследования показали, что изменения в поверхностном слое зоны трения вызываются действием факторов, зависящих от исходного состояния поверхностного слоя и условий эксплуатации. Максимальную скорость в зоне трения получает тот процесс, возможность возникновения которого обусловлена исходным состоянием поверхностного слоя, а условия эксплуатации трущейся пары благоприятствуют развитию этого процесса. Так, например, недостаточная твердость и повышенная пластичность поверхностных слоев в исходном состоянии, особенно когда материал контактирующих поверхностей однородный, является предпосылкой для возникновения процесса схватывания. Большие удельные нагрузки в зоне трения и малые скорости перемещения трущихся поверхностей способствуют развитию этого процесса. При высокой твердости и ограниченной пластичности поверхностного слоя в исходном состоянии в первую очередь могут возникнуть окислительные процессы, особенно в том случае, когда материал трущихся поверхностей обладает повышенной химической активностью. Умеренные удельные нагрузки, относительно большие скорости скольжения контактирующих поверхностей, а также наличие в зоне трения среды, содержащей кислород, способствуют развитию окислительных процессов, приобретающих в этих условиях максимальную скорость и подавляющих все другие процессы.

Исходя из того, что три ботехни ческие характеристики определяются главным образом характером ведущего процесса, который обусловливается рабочим состоянием поверхностей и поверхностных слоев узла трения, а в свою очередь формирование рабочего состояния поверхностных слоев зависит от исходных свойств поверхностных слоев и условий эксплуатации узла трения, становится очевидным, что первичной предпосылкой износостойкости является исходное состояние поверхности и поверхностных слоев узла трения, формиро-

вание которого происходит под действием конструктивных и технологических факторов. При этом главная роль принадлежит свойствам материалов элементов трущейся пары.

Формирование исходного состояния поверхностных слоев завершается при окончательной технологической обработке. Поэтому все свойства трущихся поверхностей металлов должны быть оценены с учетом влияния на них примененного комплекса методов технологической обработки. Благоприятной первичной предпосылкой износостойкости является такое исходное состояние поверхностных слоев элементов узла трения, при котором в конкретных условиях эксплуатации обеспечивается образование вторичных структур, обладающих высоким комплексом прочностных свойств.

Наиболее важная первичная предпосылка высоких триботехнических свойств обеспечивается применением таких материалов, которые в исходном состоянии не склонны к схватыванию. Это обусловливается определенным комплексом механических, физических и химических свойств трущихся поверхностей. Все виды термической и химико-термической обработки, приводящие к повышению твердости и предела текучести материала поверхностных слоев, а также виды ХТО, снижающие склонность трущихся поверхностей к схватыванию, являются важными мероприятиями, обеспечивающими первичные предпосылки высокой износостойкости [ 30, 94, 97 и др.].

В зависимости от сочетания конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов узел трения будет иметь высокие или низкие показатели износостойкости. Высокими показателями узел трения будет характеризоваться тогда, когда он будет обладать благоприятными первичными и вторичными предпосылками для них. Это может быть в том случае, когда под действием определенных условий эксплуатации исходное состояние поверхности и поверхностных слоев узла трения будет изменяться в сторону упрочнения за счет образования слоя, имеющего фазовый состав и структуру с большим сопротивлением разрушению при трении. В противном случае первичные пред-

, QWwrK q

ГО С , >

w •. -Ж у.

посылки не являются гарантией для высоких показателей триботехнических характеристик узла трения во время его работы.

Исследования явлений износа деталей конкретных машин, работающих в различных условиях нагружения, лабораторные исследования трения и износа материалов при различных режимах и в разных средах позволили сделать вывод о том, что износостойкость и другие частные случаи этого состояния деталей машин определяются характеристиками эксплуатационных свойств их поверхностных слоев, формирование которых зависит от исходных свойств и условий эксплуатации машин [30, 97, 129 и др. ].

1.3.1. Изнашивание деталей с пористыми газотермическими покрытиями при трении скольжения

В промышленности напыление используют как способ поверхностной обработки конструкционных материалов, деталей машин, инструментов, элементов судовых конструкций, различных емкостей в химической промышленности и других изделий.

Среди разнообразных технологий нанесения защитных покрытий за последнее время интенсивное развитие получила группа газотермических методов, к которым относят плазменное [22, 36, Ш, 115, 116, 143, 161, 187, 195, 211, 231 и др.], газопламенное [22, 27, 143, 187, 211, 231 и др.] и детонационное [23, 35, 143, 187, 211 и др.] напыления, электродуговую металлизацию [22, 76, 143, 211, 231 и др.] и лазерное напыление [11, 143, 311, 231 и др.], в основе которых лежит единый принцип формирования защитного слоя из дискретных частиц материала, нагретых и ускоренных струей высокотемпературного газа.

Эти методы характеризуются:

малым термическим воздействием на напыляемую основу (нагрев до 80... 150 °С), что позволяет исключать нежелательные структурные превраще-

ния в ней, избегать деформаций и изменения размеров деталей, создает возможность нанесения покрытий на основу из самых разнообразных материалов;

достаточно высокой производительностью (от килограммов в час - при детонационном напылении до десятков килограммов в час - при плазменном напылении и сотен килограммоа в час - при электродуговой металлизации) с толщиной газотермических покрытий (ГТП) от десятков микрометров до нескольких миллиметров;

широким диапазоном материалов, наносимых на поверхность деталей: износостойкие, коррозионностойкие, теплозащитные, электроизоляционные, а также для восстановления размеров изношенных деталей [36, 76, 81, 115, 116, 195,211 и др.].

Приведенные примеры в сочетании с широко известной мировой практикой применения ГТП в авиастроении, космической технике, энергетике, металлургии, электронике и других областях человеческой деятельности свидетельствуют о значимости и перспективности этой технологии.

Для получения качественных ГТП на современном этапе достигнуто: повышение скорости движения частиц за счет применения сверхзвуковых струй при плазменном и газопламенном напылении в результате использования сопел специального профиля и динамического вакуума в зоне напыления;

уменьшение степени окисления напыляемых частиц и поверхности основы путем создания защитных сред в зоне напыления (газовые линзы, насадки, камеры и пр.);

увеличение контактной температуры за счет повышения теплосодержания напыляемых частиц в результате улучшения условий нагрева, применения частиц композиционных порошков с внутренними источниками тепла, дополнительного энерговложения в зону формирования покрытия (например, путем применения дополнительной проходящей дуги).

Это позволило достичь к настоящему времени уровня прочности сцепления при газопламенном и плазменном напылении 100 МПа и выше, снизить пористость покрытия до 0,5... 1,5% [231].

Особенности формирования ГТП связаны с влиянием на процесс следующих факторов:

метода и технологии напыления;

размеров и формы частиц напыляемого порошка, диаметра проволоки или прутка;

скорости и температуры частиц напыляемого материала; плотности, удельной теплоемкости, теплопроводности напыляемых материалов, степени их расплавления или оплавления;

химических реакций при высоких температурах между частицами налы-

и и

ляемых материалов и между частицами и окружающей средой, их химическои активностью по отношению к материалу основы;

микрорельефа поверхности для газотермического нанесения покрытия; угла напыления и др.

В частности, данные экспериментов, приведенные в работе [211] показывают, что при напылении покрытий проволокой из углеродистой стали газопламенным способом, по мере уменьшения угла напыления возрастает пористость покрытий, уменьшается коэффициент использования напыляемого материала, снижается уровень плотности покрытия и прочности сцепления покрытия с основным материалом.

Разнообразие способов напыления обеспечивает получение покрытий, значительно различающихся по своим свойствам.

/Г о

При напылении металла скорость охлаждения частиц составляет 10 ... 10 °С/с, а при напылении керамики - 104... 106 °С/с, поэтому кристаллизация жидких частиц завершается в течение ничтожно малого промежутка времени [251]. Прилипание частиц осуществляется посредством их механического сцепления с макровыступами подложки и через места разрушения оксида подложки. В мес-

тах разрушения оксидных пленок происходит сплавление металлических частиц с подложкой при высокой прочности сцепления покрытия с подложкой. В процессе налипания частиц друг на друга среди расплавленных попадаются и не полностью расплавленные частицы. Кроме того, внутри покрытия возникают заполненные газом зазоры и -пустоты, количество которых определяет пористость покрытия.

Частицы напыляемого материала или сплава (в зависимости от стойкости к окислению) в той или иной мере могут быть подвержены окислению и в процессе нанесения покрытия вступают во взаимодействие с кислородом, в результате чего к моменту столкновения с поверхностью основного материала на частицах образуется тонкая окисная пленка. Выявление оксидов в покрытиях, напыленных металлом или сплавом, представляет большие трудности.

При напылении состав напыляемого материала может также изменяться. Так, например, по данным [100] при газопламенном напылении проволокой из различных углеродистых сталей происходит снижение содержания углерода в покрытии.

Интенсивный нагрев частиц напыляемого материала при дуговой металлизации также становится причиной снижения содержания некоторых компонентов состава, причем во всех случаях наблюдается значительное снижение содержания углерода, марганца, кремния и хрома в материале покрытия [233].

В настоящее время остается еще много неясного в области изучения строения переходной зоны между основным материалом и покрытием. Покрытие и основной материал практически всегда являются разнородными по составу и свойствам.

Соединение напыленного покрытия с основой осуществляется преимущественно за счет анкерного эффекта, т.е. механического сцепления напыляемых частиц с выступами и впадинами на поверхности основы, образованными предварительной обработкой.

Кроме механического сцепления, прочность сцепления покрытия с основным материалом обеспечивается за счет ряда других механизмов, включая диффузию компонентов покрытия в основной материал, сплавление и химическое взаимодействие. Поскольку частицы напыляемого материала имеют обычно оксидную пленку, то их сцепление с поверхностью основного материала на некоторых микроучастках происходит через оксидные пленки.

Повышение прочности сцепления покрытия достигается также за счет физических связей под действием вандерваальсовых сил. Эти силы, как силы межатомного притяжения, могут возникать только при сближении частиц покрытия с поверхностью металла на расстояние, близкое к параметру кристаллической решетки. Согласно сообщениям в печати, адгезия покрытия за счет вандерваальсовых сил возникает на активированных участках поверхности основного материала [251]. Однако к настоящему времени не выработаны какие-либо методы достоверной оценки прочности сцепления покрытия за счет вандерваальсовых сил.

Проведенный анализ показал, что ГТП после напыления обычно имеет пористую структуру с большим содержанием кислорода, азота и водорода; характеризуется низкой прочностью сцепления с основным металлом, слабым сцеплением частиц внутри покрытия, неудовлетворительной пластичностью и существенно влияет на эксплуатационные свойства деталей, в частности, на работоспособность покрытий при граничном трении. Особенно сильное влияние на физико-механические свойства ГТП оказывают «открытые», выходящие на поверхность, несплошности.

Для улучшения механических свойств и термостойкости пористые материалы (изделия порошковой металлургии) и покрытия (плазменные, вакуумные, электролитические и др.) нередко подвергают последующей дополнительной обработке: термообработке (отжигу, диффузионной обработке, нагреву с приложением давления без плавления, оплавлению и пр.) [49, 84, 211], химико-термической обработке (ХТО) [40, 83, 130, 131, 212, 213], в том числе и

способом пропитки [181], ультразвуковому воздействию [143], либо другим видам обработки в зависимости от вида покрытия и способа его нанесения.

Вследствие своей простоты и значимости получаемых результатов представляют интерес работы, проводимые с целью улучшения свойств спеченных материалов и ГТП на основе железа с использованием ХТО.

Следует отметить, что режимы ХТО порошковых материалов и ГТП значительно отличаются от режимов обработки компактных материалов, что связано с особенностью их структур - наличием значительной пористости.

Известно [130, 131], что во время холодной обработки резанием пористого материала даже из чистых железных порошков без прибавок графита в шихту, стойкость резцов ниже в сравнении со стойкостью при обработке плотных материалов такого же состава. Это объясняется наличием пор, создающих дополнительные динамические нагрузки на кромку режущего инструмента в процессе резания.

В разработанном методе ХТО образцов, полученных спеканием из железного порошка ПЖ2М2 (нитроцементация в продуктах триэтаноламина с предварительным фосфатированием поверхности), в отличие от известной технологии химического фосфатирования, по окончании процесса образцы в воде не промываются, а просушиваются при температуре 100... 120 °С для удаления влаги [130, 131]. После просушивания на изделии образуется плотное фосфоросодержащее покрытие, хорошо сцепляемое с поверхностью изделия.

Присутствие фосфора в поверхностном слое или повышенное его содержание в составе композиций оказывает заметное влияние на процессы насыщения углеродом и азотом: повышается почти на 30% концентрация этих элементов в поверхностном слое при фосфатировании в растворе и на 40...60% при введении препарата мажеф в состав композиции по сравнению с нефосфатиро-ванными образцами.

Изменяется структура нитроцементованного слоя. На поверхности фосфа-тированных образцов в процессе нитроцементации образуется толстый слой

карбонитридов, тогда как на нефосфатированных образцах наблюдается только несплошная глубиной до 0,05 мм корочка карбонитридов. Кроме того установлено, что общая глубина диффузионного слоя на фосфатированных образцах на 20...30% больше (4,0...4,5 мм), чем на нефосфатированных (3,0...3,5 мм). Микротвердость Н5о карбонитридной зоны у фосфатированных образцов на 100... 150 единиц выше (1200... 1250), чем у нефосфатированных (1050... 1100).

Наблюдаемые изменения в составе и структуре нитроцементованного слоя у фосфатированных образцов можно объяснить тем, что фосфатирование, как известно, ускоряет диффузию азота в железе. Повышение концентрации азота способствует образованию карбонитридов, в состав которых, как показало травление реактивом Мураками, входит и фосфор. К тому же необходимо учитывать, что в формировании композиции участвует и марганец. В то же время создаваемый градиент концентраций способствует увеличению общей глубины диффузионного слоя на фосфатированных поверхностях.

Установлено, что относительный износ составляет для образцов, фосфатированных в растворе препарата мажеф, 0,53...0,58, а для образцов на основе композиции с 2% соли мажеф - 0,55...0,65 от износа контрольных образцов. Это обусловлено, вероятно, наличием сплошного слоя карбонитридов на поверхности предварительно фосфатированных образцов и большей их твердостью, чем у нефосфатированных.

Таким образом, износостойкость предварительно фосфатированных нит-роцементованных спеченных пористых материалов на основе железа почти в два раза выше, чем у нефосфатированных. Исходя из этого, предлагаемый метод комбинированной ХТО может быть рекомендован для получения комплексного покрытия, позволяющего повысить износостойкость и тем самым увеличить долговечность деталей трущихся пар, изготовленных из пористых спеченных материалов на основе железа.

Эффективность улучшения свойств, достигаемая в результате применения рассмотренных вариантов предварительного фосфатирования, примерно одина-

кова. Учитывая технологические особенности и экономическую целесообразность обоих вариантов, предлагается первый вариант использовать для крупногабаритных толстостенных изделий, а второй - для мелких тонкостенных.

Исследование физико-механических свойств ГТП на базе окиси алюминия после пропитки концентрированными растворами легкоразлогаемых соединений показало их значительные изменения, что связано с изменением пористой структуры [181]. Распределение пор по размерам показало, что пропитка приводит к значительному уменьшению их размера и снижению пористости, особенно открытой.

Еще более существенные изменения претерпевает после пропиток газовая проницаемость, что объясняется экспоненциальной зависимостью коэффициента фильтрации от пористости. Пропитка растворами С12Н22О11 и А1(Ж)з)з приводит к снижению проницаемости на 5... 10 и 3 порядка соответственно.

Пропитка раствором А1(Ж)з)з приводит к. повышению теплопроводности в 3 раза и более без ухудшения диэлектрических характеристик, в то время как другие способы повышения теплопроводности приводят к их резкому ухудшению.

Нитроцементация порошковых материалов в атмосфере эндогаза с добавками природного газа и аммиака при 860 °С в течение 4...10 ч приводит к активному насыщению их углеродом [83]. Поверхностная концентрация углерода при этом на 0,22...0,5% превышает углеродный потенциал атмосферы, регулируемый по содержанию СО2. В приповерхностных порах спеченных деталей обнаружена сажа. Однако твердость материала после закалки недостаточна (менее 400 НУ). В отличие от компактных сталей поверхностная твердость и глубина упрочненных сталей уменьшаются с увеличением длительности насыщения. Отмечено сквозное насыщение деталей даже при кратковременном процессе.

Нитроцементация спеченных материалов должна обеспечивать высокий уровень насыщения азотом; уровень насыщения углеродом имеет второстепенное значение и для обеспечения минимальных деформаций он должен быть не-

велик. Для получения высоких механических свойств и эксплуатационных характеристик оборудования наиболее приемлем следующий режим нитроцемен-тации: углеродный потенциал 0,4...0,5%, азотный потенциал 0,7...0,8%, температура 860 °С, продолжительность 1 ч.

Эксперименты показали [40], что азотирование является эффективным методом повышения износостойкости порошковых материалов. После азотирования вследствие образования карбонитридного слоя толщиной 5...7 мкм твердость поверхности образцов повышается от 1500 до 3500 МПа. При этом истинная твердость карбонитридной зоны азотированного слоя, измеренная на приборе ПМТ-3, составляет 4000...5000 МПа (0,2 Н). Наличие сплошной карбонитридной зоны и обусловливает значительное, более, чем в 10 раз, повышение износостойкости азотированного порошкового материала по сравнению с исходным спеченным.

Однако в экспериментах обнаружено характерное для всех методов азотирования снижение прочностных свойств и ударной вязкости.

Снижение механических свойств порошковых материалов при газовом азотировании можно объяснить особенностями их структуры, характеризующееся значительной пористостью вдоль границ зерен исходного порошка. В результате наблюдается интенсивное насыщение азотом внутренних слоев материала, вследствие чего карбонитридный слой формируется как на поверхности материала, так и по стенкам открытых пор, проходящих от поверхности детали по всему объему. В связи с этим происходит значительное охрупчивание азотированных порошковых материалов, чрезмерное увеличение размеров деталей, причем это проявляется сильнее у более пористого материала.

Для локализации диффузии азота только в поверхностных слоях и исключения сквозного насыщения по всему объему деталей из порошковых материалов их перед азотированием подвергали парооксидированию. В результате па-рооксидирования на поверхности деталей закрываются (закупориваются) поры оксидной пленкой, которая образуется также вдоль каналов пор, проходящих от

поверхности деталей. Вследствие этого при последующем азотировании предотвращается проникновение аммиака по порам в глубь материала, а следовательно, сквозная диффузия азота. Насыщение азотом в основном ограничивается поверхностными слоями, где оксидная пленка сначала, по-видимому, восстанавливается, после чего на поверхности образуются сплошные слои нитридных соединений, через которые затем происходит диффузия азота в глубь материала.

На основании результатов исследования установлено, что выдержка 2...3 ч при 560 °С в атмосфере перегретого пара достаточна для формирования на поверхности деталей и в порах оксидной пленки, препятствующей при последующем азотировании чрезмерному, сквозному насыщению.

Предварительное парооксидирование позволяет сделать процесс газового азотирования порошковых материалов управляемым, как при обработке компактных материалов, повысить равномерность и плотность карбонитридной зоны азотированного слоя. Так, после азотирования при 570 °С 5 ч в атмосфере 50% аммиака и 50% природного газа с предварительным парооксидированием на образцах из порошкового материала ЖД2,5 образуется карбонитридная зона толщиной 10...14 мкм, при этом эффективная толщина диффузионной зоны не превышает 0,25...0,3 мм. У материала с плотностью 90% прочностные свойства и ударная вязкость после азотирования по сравнению с исходным состоянием снижаются и только предварительное парооксидирование позволяет повысить эти характеристики до уровня, характерного для исходного состояния.

Таким образом, азотирование повышает износостойкость спеченных порошковых материалов более чем в 10 раз, но при этом снижается их прочность и ударная вязкость. Предварительное парооксидирование перед азотированием позволяет повысить эти свойства до их уровня в исходном состоянии.

Приведенная выше информация [40, 83, 130, 131] и исследования, проведенные на кафедре ТКМиС СПГУВК [212, 213, 220], показали, что в отличие от литых материалов, пористые материалы и ГТП легко поддаются ХТО. За счет пористости резко увеличивается коэффициент диффузии насыщающих элемен-

тов, которые легко проникают на всю толщину ГТП. Поэтому толщина упрочненного слоя при ХТО пористых покрытий в несколько раз превышает таковую для компактных материалов. Более того, диффузанты существенно влияют на состояние переходной зоны от покрытия к подложке и в ряде случаев могут в несколько раз увеличить прочность сцепления покрытия с основой. Другая особенность ГТП после ХТО заключается в резком увеличении уровня сжимающих напряжений, что создает предпосылки успешного применения ГТП с последующей ХТО для деталей, подвергающихся знакопеременным нагрузкам.

В работе [212] приведены результаты исследовании микроструктуры и износных характеристик ГТП на углеродистой стали 45. Для нанесения покрытий использовались различные порошковые материалы на основе N13AI типа ПН85Ю15, Ni-Ti типа ПТ88Н12, NiCr типа ПН80Х20 и др. Эти покрытия были подвергнуты сульфонитроцементации (СНЦ) при температуре 620 °С и продолжительности процесса 3 ч. Микроструктурный анализ всех указанных покрытий показал, что СНЦ способствовала уменьшению пористости и дефектного слоя на границе раздела покрытие-подложка; структура покрытий стала более однородной, увеличилась микротвердость и улучшилась прирабатывае-мость покрытий. Повышенный коэффициент трения пористых ГТП после СНЦ и наличие твердой смазки в виде сульфидов железа и других элементов создают благоприятные возможности для повышения надежности фрикционных пар и деталей, подвергающихся фреттинг-коррозии.

В частности, проведенные испытания образцов из стали 45 с ГТП на основе N13AI после СНЦ, показали [212] улучшение их эксплуатационных свойств. СНЦ уменьшила пористость вследствие заполнения пор соединениями серы, увеличила микротвердость покрытия на 20...25% за счет образования карбонитридного слоя на границе раздела покрытие-подложка, улучшила при-рабатываемость за счет образования сульфидного слоя. Выявлено, что содержание азота на глубине 40...50 мкм доходит до 1,38%, содержание углерода на этой же глубине составляет 0,44%.

Микроструктурный анализ сулъфонитроцементированных образцов с ГТП показал также [213], что на границе раздела покрытия с основой, где появляется белая прослойка, почти нет обычной дефектной зоны, т.к. нет резкого перепада микротвердости по толщине. Даже на самой границе микротвердость покрытия ПГ-19М-01 составляет 4000...4500 МПа. В связи с этим покрытие имеет повышенную прочность сцепления с основой. Белая прослойка создает сжимающие напряжения, что способствует увеличению адгезионной прочности. Линейный износ упрочненных образцов оказался на 35...40% ниже, чем штатных.

Исследование кинетики изнашивания ГТП после СНЦ [220] (рис. 1.6) позволило выявить следующие основные закономерности:

Уцгг = const3 т0'75 ; Vynp = constt t0,43 ;

la пгг = consts т~0'245 ; It упр = cotisât-0'490 ;

_Q -J'y О _Q QÇ^

IhmT=const7T ' " ; Ihynp=const8T ' ;

где V, IT, Ih - объемный износ, скорость и интенсивность изнашивания образцов, соответственно; т - продолжительность испытаний; const3...s - опытные константы; шт и упр - индексы, принадлежащие штатным и упрочненным образцам, соответственно.

Из рис. 1.6.а видно, что вследствие вышеупомянутого комплекса положительных свойств образцы с ГТП после ХТО изнашиваются значительно меньше, чем штатные образцы. Скорость изнашивания (рис. 1.6.б) обоих видов образцов уменьшается, что свидетельствует о периоде приработки. При этом период приработки меньше у упрочненных покрытий, т.к. их скорость изнашивания уменьшается в большей степени, что связано, в первую очередь, с наличием на поверхности твердой смазки в виде сульфидов железа. Интенсивность изнашивания (рис. 1.6.в) ниже, а соответственно и долговечность выше, у упрочненных ГТП.

V X 103, мкм3/ч

100

10

a)

10

TTTTTj

loo T , МИН

I., мм/ч

10.00 -3

1.00 -d

0.10

0.01

в)

Заключение диссертации по теме «Трение и износ в машинах», Чулкин, Сергей Георгиевич

ОБЩИЕ ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1 .Анализ результатов многочисленных исследований отечественных и зарубежных ученых и моделирование процессов изнашивания материалов, покрытий, деталей машин и режущих инструментов в условиях граничного и сухого трения показали эффективность структурно-энергетического подхода, когда в основе любых моделей изнашивания лежит соотношение между энергетическими потоковыми характеристиками внешнего воздействия и энергоемкостью материалов (покрытий), представленных критической плотностью мощности деформации, а также связанными с ней: разномасштабными структурными характеристиками и критическими скоростями нагружения, продолжительностью аккумуляционного периода накопления повреждений и другими механическими характеристиками деформируемых (изнашиваемых) объемов, а также их сочетаниями.

2.Впервые установленная регулярная периодичность в закономерностях изнашивания трибосопряжений при трении скольжения, качения с проскальзыванием и при резании металлов, подчиняющаяся правилу, близкому к геометрической прогрессии при смене масштабных уровней изнашивания (в соответствии с закономерностями фрактальной механики разрушения) и характеризующая самоорганизацию трибосистем на различных масштабных (энергетических) уровнях внешнего воздействия, позволяет на базе полученных количественных соотношений не только обобщить и упорядочить обширный банк накопленных экспериментальных данных, но и создать основу для разработки расчетных методов прогнозирования надежности весьма ответственных ТС, используемых в различных отраслях народного хозяйства.

3.Исследование материалов (покрытий) в различных условиях внешнего трения показали, что оценку износостойкости и долговечности ТС следует производить с учетом жесткости напряженного состояния поверхностей трения по энергетическому критерию и другим свойствам материалов, наиболее достоверно характеризующим поведение последних на конкретных масштабных (структурных) уровнях нагружения (изнашивания).

4.Результаты моделирования процессов трения и изнашивания сульфо-нитроцементованных материалов показали, что их износостойкость прежде всего зависит от наличия оксисульфидной и карбонитридной зон диффузионного слоя. Наименьший коэффициент трения и наибольшая износостойкость углеродистой стали, в частности, соответствуют содержанию Б, И, С около 2% в поверхностном слое. При использовании СНЦ для фрикционных пар наибольшие значения коэффициента трения и повышенные в 1,5.2 раза износы деталей достигаются при наименьших содержаниях азота и наибольших содержаниях серы.

Сопоставление частных теоретических зависимостей с соответствующими экспериментальными результатами показало, что теоретическая модель изнашивания СНЦ сталей при трении скольжения удовлетворительно коррелирует с опытными данными, при этом повышенная износостойкость упрочненных сталей (углеродистых и быстрорежущих) адекватна их высокой энергоемкости.

Оптимизация процесса СНЦ с использованием ЭВМ и ПЭВМ позволила установить режимы, обеспечивающие требуемые характеристики диффузионного слоя на быстрорежущей стали, оптимальные условия работы и повышенную износостойкость изделий.

5. В результате сопоставления исходной и детализированной структурно-энергетической модели изнашивания газотермических покрытий при граничном трении, учитывающей суперпозицию результатов одновременно протекающих в зоне контакта нескольких процессов повреждаемости (изнашивания) с данными лабораторных испытаний на изнашивание различных пар трения оказалось возможным не только убедиться в - целесообразности структурно-энергетического подхода при моделировании процессов изнашивания ГТП при внешнем трении, но и получить ряд важных для практики множественных и частных (парных) зависимостей изнашивания сопряженных деталей от триботех-нических характеристик и параметров внешнего воздействия на трибосистему.

5.1. После уточнения рядом эмпирических результатов полученную модель можно использовать для сравнительной оценки износостойкости широкого круга ГТП в узлах трения, а также при разработке новых порошковых материалов с требуемым уровнем антифрикционных свойств и долговечности.

5.2. Установлено, что контроль качества вкладышей подшипников ДВС представляется возможным производить по результатам ускоренных испытаний образцов с плазменными покрытиями на МСВ, приняв за критерий долговечности покрытий период времени, за который происходит сквозное разрушение плазменных покрытий и обнажается подложка.

5.3. Проведенные исследования подтвердили положительное влияние СНЦ на структуру и свойства пористых ГТП за счет образования наружной сульфидной зоны и внутренней карбонитридной зоны на границе раздела покрытие-подложка: увеличилась адгезионная прочность покрытий к подложке, повысилась износостойкость и долговечность деталей с покрытиями, улучшилась прирабатываемость деталей пар трения и др.

6. Впервые установленные закономерности поведения материалов при качении и качении с проскальзыванием на различных масштабных уровнях внешнего нагружения согласуются с особенностями кавитационной эрозии материалов на четырех уровнях и создают предпосылки создания расчетных методов прогнозирования работоспособности опор качения, зубчатых зацеплений и других деталей.

6.1. На основании анализа результатов многочисленных экспериментов доказано, что наличие незначительного проскальзывания при контактном взаимодействии элементов высших кинематических пар может оказаться не бесполезным вследствие перевода трибоконтакта в более благоприятный масштабный уровень нагружения с соответствующим менее жестким напряженным состоянием и меньшей глубиной упруго-пластически деформируемых слоев металла 5Н, обеспечивающих более равномерное во времени образование продуктов изнашивания в сравнении с более грубыми процессами образования питтингов при чистом качении.

6.2. Результаты исследований влияния ЭЭО указывают на возможность получения микроструктур с оптимальными свойствами, обеспечивающими высокое значение критерия долговечности \¥кр* и, соответственно, высокую износостойкость и усталостную прочность. Установлено, что отделение продуктов изнашивания с поверхности зубчатых колес после ЭЭО носит периодический характер и указывает на усталостную природу изнашивания, причем разрушение может происходить по механизмам мало - и многоцикловой усталости. Установлено, что при разработке методики оценки интенсивности разрушений поверхности зубьев по энергетическому критерию WкP* необходимо учитывать различные механизмы, ответственные за развитие повреждений, приводящих при истирании и абразивном износе к образованию весьма мелких продуктов износа и более крупных - при контактном выкрашивании. Имеется возможность разработки расчетных методик оценки износостойкости и контактной прочности зубчатых колес по критерию М^,*, определяя последний в первом случае через осредненные в изнашиваемых объемах механические характеристики и через усталостные параметры (усталостную прочность, критическое число циклов N кр или Так) - во втором. Модель изнашивания материалов в виде канала, воспринимающего и транслирующего поток внешней энергии, позволила установить сравнительно простые зависимости энергетического критерия \Укр* от механических свойств материалов, удобные для практического использования. Установленная взаимосвязь относительной износостойкости и энергоемкости, а также относительной энергоемкости и долговечности тонких поверхностных позволяет разрабатывать методики расчета износостойкости и долговечности зубчатых передач, работающих в условиях граничного трения по энергетическому критерию \Укр*.

6.3. Поскольку приборные подшипники на II и III уровнях нагружения не обладают необходимой долговечностью, то становится очевидной необходимость практической реализации IV (микромасштабного) уровня внешнего нагружения и перехода от мало- и многоцикловой усталости преимущественно к окислительному изнашиванию рабочих поверхностей приборных подшипников невысокой интенсивности за счет повышения критерия \¥кр*, либо за счет снижения уровня внешнего нагружения, т.е. уменьшения плотности мощности трения и локализации основных процессов атомно-молекулярных перегруппировок и соответствующих структурных изменений в поверхностных слоях деталей приборных подшипников, не превышающих одного микрометра. Выполненный анализ указывает на целесообразность разработки ускоренного метода сравнительной оценки износостойкости и долговечности материалов, предназначенных для изготовления опор по результатам испытаний образцов на МСВ при различных амплитудах вибрации и давлениях.

7. Предложенная структурно-энергетическая модель изнашивания режущих инструментов учитывает особенности условий их работы (наличие больших пластических деформаций обрабатываемого материала, динамический характер нагружения, высокие удельные давления на поверхности инструментов) и процессов самоорганизации, протекающих в срезаемом материале и в изнашиваемых слоях инструментов на различных масштабных уровнях нагружения. Сопоставление частных теоретических зависимостей с опытными данными выявило их хорошую взаимную корреляцию.

7.1. Часто наблюдаемые изломы на зависимостях скорости изнашивания и стойкости инструментов от скорости резания и подачи (на графиках с двойными логарифмическими шкалами) обычно указывают на смену масштабных уровней внешнего нагружения и преобладающих разновидностей изнашивания, протекающих с различной интенсивностью. Важно отметить, что формальной причиной наблюдаемого на практике и в полученных частных зависимостях скорости резания от стойкости довольно широкого диапазона изменения показателей степени (в рамках предлагаемой энергетической теории изнашивания инструментов) является, регулируемая мощностью резания, многомасштаб-ность внешнего нагружения и, связанная с последней, - нелинейность кинетических кривых изнашивания.

7.2. На основании анализа многочисленных данных экспериментальных исследований показана целесообразность и предложены методические®основы для разработки ускоренных расчетно-экспериментальных методов оценки относительной стойкости инструментов по соотношению удельных энергоемкостей стружки и инструментального материала, позволяющих решать задачи двух типов: повышать стойкость одних и тех же инструментов путем минимизации мощности резания и подбирать инструментальный материал повышенной стойкости для конкретных условий резания. Удельные энергоемкости стружки и инструментального материала при этом могут быть представлены площадями соответствующих диаграмм прочности (твердости), построенных в осях: напряжение сдвига ц (твердость Н) - относительный сдвиг Конкретный вид таких диаграмм для срезаемых слоев с поверхности заготовок и резцов будет определяться прежде всего масштабами происходящих в материалах структурных изменений. Обработка заготовок соответствует, как правило, макромасштабу, а истирание инструментов в локальных зонах происходит на мезо - и микроуровнях, в том числе и при микрорезании, мощность резания и долговечность инструментов зависят не только от соотношения энергоемкостей деформируемых слоев заготовки и материала резца, но также от относительного вклада в энергетические характеристики материалов прочностных (Ч/щ>*)упр и пластиче-* ских свойств (\¥кр )пл.

7.3. В качестве легкоопределяемых на практике прочностных характеристик материалов можно использовать следующие: пределы прочности и текучести при растяжении аь и ат, наибольшее сопротивление сдвигу тсдшах в плоскости сдвига, а также твердость Н, пропорциональную тсдшах При этом пластичность материалов с различным успехом можно оценивать по относительному удлинению 8 и сужению \{/ и относительному сдвигу 8, соответствующему тсдшах на диаграмме сдвиговой прочности хсд (е).

8. Установленная многоуровневая регулярность и фрактальная размерность параметров, определяющих скорость изнашивания (разрушения) материалов при различных проявлениях внешнего трения указывает на существование фундаментальных закономерностей, единых для любых (открытых) трибо-систем в широком диапазоне изменения интенсивности и уровней энергообмена между активной внешней средой и «пассивными» деформируемыми (изнашиваемыми) сплошными средами.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Чулкин, Сергей Георгиевич, 1999 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. A.C. 1125121 (СССР). Способ оптимизации процесса резания /Обабков А.И.

- Опубл. В Б.И., 1984, №43.

2. A.C. 1305575 (СССР). Способ оценки обрабатываемости материалов резанием /Остафьев В.А., Мирзаев A.A., Кокаревцев В.В. - Опубл. В Б.И., 1987, №15.

3. A.C. 4049156/25-28 (СССР). Способ оценки сравнительной износостойкости режущих инструментов /Васильев И.В., Кривошей В.Н., Шигабутдинов З.Ш.

- Опубл. в Б.И., 1987, №>33.

4. Аваков A.A. Физические основы теорий стойкости режущих инструментов.

- М.: Машгиз, 1960. - 308 с.

5. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 197 J. - 284 с.

6. Айрапетов ЭЛ. О расчетной оценке трения и износа в зубчатых передачах //Машиностроитель. - 1997. - № 8. - С. 14-21.

7. Айрапетов ЭЛ. Совершенствование методов расчета на прочность зубчатых передач //Вестник машиностроения. - 1993. - № 7 и 8.

8. Алексеев В.И., Суслин A.B. Повышение нагрузочной способности и долговечности высокоскоростных зубчатых передач /'/Трение и износ. -1996. -Т. 17. - № 1. - С. 128-130.

9. Антропов В.П., Григорьев М.А., Костина Л.Г. Влияние вибрации на разрушение хромового покрытия поршневых колец двигателя 8ЧВН 15/16 //Двигателестроение. - 1986. - №12. - С.37-39.

Ю.Армарего И. Дж.А., Браун Р.Х. Обработка металлов резанием /Пер. с англ.

В.А. Пастунова. - М.: Машиностроерю, 1977. - 325 с. П.Архипов В.Е., Краснов Л.Т. Лазерная порошковая наплавка при восстановлении деталей //Газотермическое напыление в промышленности ГТНП-91. -Л: ЛДНТП, 1991. -С.91-92.

12.Атрошенко С.А. Многомасштабные процессы локализации динами-ческого деформирования и их связь с механическими характеристиками металлов: Автореф. дис. докт. техн. наук. - СПб, 1994.

13.Ахматов A.C. Молекулярная физика граничного трения. - М.: Физмат] из, 1963.-472 с.

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

15.Балтер М.А., Туровский МЛ. Некоторые критерии, определяющие износостойкость высокопрочной цементованной стали при трении качения с проскальзыванием //Теория смазочного действия и новые материалы. - М.: Наука, 1965.-С. 183-188.

16.Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. - М.: Машиностроение, 1990. - 384 с.

17. Беккер ИЗ Методика испытания материалов на стойкость против задира //Заводская лаборатория. - 1948. 1. - С.75-76.

18 Белоцкий A.B., Пермяков В.Г., Самсонюк И.М. О природе твердости азотированной стали //Физика металлов и металловедение. - 1986. - Т.26. - С. 942-945.

19.Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. - М.: Машино-строение, 1975.-344 с.

20.Богданов Б.И. Точность обработки при скоростном обтачивании //Точность механической обработки и пути ее повышения. - М.-Л.: Машгиз, 1951. -С.65-152.

21.Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. - М.: Машиностроение, 1984. - 312 с.

22.Борисов Ю.С., Коржик В Н., Дармухвал В.Т. Газотермическое напыление покрытий с аморфной структурой //Газотермическое напыление в промышленности ГТНП-91. - Л.: ЛДНТП, 1991. - С. 11-12.

23.Борисов Ю.С., Тюрин Ю.Н., Губенко Б.Г. Плазменно-детонационное формирование упрочняющих покрытий //Газотермическое напыление в промышленности i.....ГНП-91. -Л.:ЛДНТП, 1991. - С.21.

24.Борщевский Ю.Т., Федоткин И.М., Погодаев Л.И. Повышение эффективности землесосных снарядов. - Киев: Б уд тельник, 1974. — 247 с.

25.Браун Э.Д., Буяновский H.A. Математическо-физическое моделирование узлов машин и механизмов /Тезисы докладов на Международной конференции «Износостойкость зубчатых передач и подшипников скольжения» //Машиностроитель. - 1997. - № 9. -С.2.

26.Бураковски Т., Сенаторски Я., Тациковски Я. Триботехнические характеристики диффузионных слоев на сталях //Трение и износ. - 1987. - № 4. - Т.УП. -С.611-618.

27.Буров И.С., Голубев В.В., Тихонович >1.3. Возможности газо-плазменного напыления покрытия //Газотермическое напыление в промыш-л енности ГТНП-91. - Л: ЛДНТП, 1991. - С. 15-16.

28.Бутов Э.С., Елманов И.М. Критерии износо- и задиростойкости тяжелона-груженных зубчатых передач /Тезисы докладов на Международной конференции «Износостойкость зубчатых передач и подшипников скольжения) //Машиностроитель. - 1997. - № 9. - С.2.

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

30.Буше H.A., Копытько В.В. Совместимость трущихся поверхностей. М.: Наука, 1981.-128 с.

ЗГВасаускас С.С. О диаграмме твердости //Исследования в области измерения твердости: Труды метрологических институтов СССР. - М.-Л: Изд-во стандартов, 1967. - Вып. 91(151). - С. 33-38.

32.Владимиров В.И. Проблемы физики и изнашивания // ФХОМ. - 1974. - №2. -С.23-30.

33.Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. - М.: Машиностроение, 1987, - 304 е..

34.Влияние внешних факторов на контактную прочность при качении /C.B. Пииегии, И. А. Шевелев, В.М. Гудченко и др. - М.: Наука, 1972. - 101 с.

35.Влияние термической обработки на структуру детонационных покрытий на основе оксида алюминия /М.И. Анисимов, В.Д. Андреева, И.М. Галеев, В.Н. Гольдфайн //Газотермическое напыление в промышленности ГТНП-91. - Л.: ЛДНТП, 1991. - С.23-24.

36. Воздушно-плазменное напыление коррозионно- и износостойких покрытий на детали, работающие во фторсодержащих средах /В.П. Валуев, Г.К. Петров, Ю.П. Ложечко, A.A. Иванов, В.А. Березин //Газотермическое напыление в промышленности ГТНП-91. - Л.: ЛДНТП, 1991. - С.38-40.

37.Вульф A.M. Резание металлов. ■ IT: Машиностроение, 1973. - 496 с.

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

39.Геллер Ю.А. Инструментальные стали. - М.: Металлургия, 1983. - 527 с.

40.Глущенко В.Н., Дмитриева Л.П., Фрумкин Е.И. Износостойкость азотированных порошковых материалов //МиТОМ. - 1990. - №9. - С.36-37.

41.Горанский Г.К. Расчет режимов резания при помощи ЭВМ. - Минск: Гос. Изд-воБССР, 1963.- 191 с.

42.Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. - М.: Высшая школа, 1985. -304 с.

43.Грановский Г.И., Шмаков H.A. О природе износа резцов из быстрорежущих сталей дисперсионного твердения // Вестник машиностроения. - 1971. - №>11.

- С.65-70.

44.Грегер Г. Расчет износа на основе гипотезы аккумулирования энергии при трении //Исследования по триботехнике под ред. А.В.Чичинадзе. - M..: НИИ информации по машиностроению, 1975.- С. 187-195.

45.Гриб В.В., Гданский Н.И. Расчет нагруженности реальных планетарно-цевочных передач /Тезисы докладов на Международной конференции «Из-

носостойкость зубчатых передач и подшипников скольжения» //Машиностроитель. - 1997. -№ 9. ~ С.2-3.

46.Гришко В.А.Повышение износостойкости зубчатых передач. - М.: Машиностроение, 1977. - 232 с.

47.Губкин С.И. Пластическая деформация металлов, т.З. - М.: Метал-лургиздат, 1961.-306 с.

48. Даниелян A.M. Теплота и износ инструментов в процессе резания металлов. - М.: Машгиз, 1954. - 272 с.

49.Данилина В.В. и др. Влияние термообработки на плотность плазменно-напыленных алюминиевых сплавов //Физика и технология обработки поверхности металлов (материалы тематического сборника). - Л.: ФТИ, 1984. -С.158-163

ЗО.Делъ Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. - М.: Машиностроение, 1971. - 199 с.

51.Деревянченко А.Г. Контроль и диагностика резцов в условиях автоматизированного производства // Надежность и диагностирование технологического оборудования. - М., 1987. - С. 103-111.

52. Дерягин Б.В. Что такое трение? - М.: Изд-во АН СССР, 1963. 230 с.

53.Дехтяр И.Я., Осипов К.А. Влияние дефектов кристаллического строения на разрушение металлов /Докл. АН СССР, 1955. - 104. - №2. - С.229-231.

54.Добромыслов H.H. Применение кинетических полуэмпирических моделей накопления повреждений для оценки показателей надежности опор качения машин // Трибология и надежность машин: Сборник научных трудов. - М.: Наука, 1990. С.57-69.

55. Долговечность, износостойкость и энергоемкость материалов при кавитаци-онном воздействии / Л.И. Погодаев, Ю.Н.Цветков, С.Г. Чулкин и др. // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 1997. - №2. - С.47-63.

56. Дроздов Ю.Н. Развитие трибологии для экстремальных условий // Трибология и надежность машин. - М.: Наука, 1990. - С.5-18.

57.Дроздов Ю.Н., Арчегов В.Г., Смирнов В.И. Противозадирная стойкость трущихся тел. - М.: Наука, 1981. 137 с.

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

59.Дубинин А.Д. Энергетика трения и износа деталей машин. - М.-Киев: Маш-гиз, 1963.- 139 с.

60.Евдокимов Ю.А., Колесников В.И., Тетерин А.И. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа. - М.: Наука, 1980. - 228 с.

61.Елисеев Ю.С., Нежурин И.I I. Некоторые основные причины заедания зубчатых передач /Тезисы докладов на Международной конференции «Износостойкость зубчатых передач и подшипников скольжения» //Машиностроитель. -1997. - №> 9. - С.5.

62.Епифанов Г.И. Зависимость силы трения от нормальной нагрузки. /Сухое трение.: Изд-во АН Латв.ССР, 1961.

63.Закономерности кавитационно-эрозионного изнашивания металлов в коррозионных средах / М.С. Стечишин, А.И. Некоз, Л.И. Погодаев, A.C. Протопопов //Трение и износ. 1990. - Т. 11. - №3. - С.454-463.

б4.3орев H.H. Влияние природы износа режущих инструментов на зависимость их стойкости от скорости резания. //Вестник машиностроения. - 1965. - №2. - С.68-76.

65.3орев H.H. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956.-367 с.

бб.Зорев H.H. О взаимозаменяемости процессов в зоне стружкообразования и в зоне контакта передней поверхности инструмента // Вестник машиностроения. -1963.-№12. - С.42-51.

67.Иванова B.C. // Химия металлических сплавов. - М.: Наука, 1973. -С.196-204.

68.Иванова B.C. Разрушение металлов. - М.: Металлургия, 1979. - 167 с.

69.Иванова B.C. Синергетика. Прочность и разрушение металлических материалов. - Москва: Наука, 1992. 16(7 с.

70.Иванова B.C. Усталостное разрушение. - М.: Металургиздат, 1963. - 272 с.

71.Иванова B.C., Гордиенко J1.K. Новые пути повышения прочности метшшов. -М.: Наука, 1964. - 118 с.

72.Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. - М.: Металлургия, 1975. - 456 с.

73.Иванченко Ф.К., Яцына И.В. О прогрессивном технологическом методе финишной обработки высокотвердых зубчатых колес //Оптимизация управления прогрессивными технологическими процессами в машиностроении: Тезисы докл. Республ. конф. - Ереван: 1980. - С.5-6.

74.Ивкович Бранко. Трибология резания (смазочно-охлаждающие жидкости) /Пер. с сербскохорватского Ю.К.Наследышева; под ред. II.И. Ящерицы на. -Минск: Наука и техника, 1982. - 144 с.

75.Изнашивание плазменных покрытий при трении скольжения /Л И. Погодаев, В.Б. Хмелевская, С.Г. Чулкин и др.. //Проблемы машиностроения и надежности машин. - 1991. - №>4. - 61-74.

76.Износо - и коррозионностойкие электрометаллизационные покрытия для деталей и узлов энергетического производства /Ю.С. Борисов, В.Ф. Гольник, Б.Е. Глибовский, З.Г. Ипатова, Ю.К. Высоцкий //Газотермическое напыление в промышленности ГТНП-91. - Л.: ЛДНТП, 1991. - С.33-34.

77.Икрамов У.А. Расчетные методы оценки абразивного износа. - М.: Машиностроение, 1987. - 288 с.

78.Исследование механизма диффузионного износа передней поверхности инструмента/В.М.Волков, А.А.Козлов, А.И. Курченко и др. //Технология и автоматизация машиностроения. Вып.VII. - Волгоград: ВПИ, 1977. - С.28-33.

79.Кабалдин Ю.Г., Бурков A.A., Кожевников НЕ. Прогнозирование работоспособности инструмента //Машиностроитель. - 1986. - №7. - С.23.

80.Кабалдин Ю.Г., Кожевников Н.Е., Кравчук К.В. Исследование изнашивания режущей части инструмента из быстрорежущей стали //Трение и износ. -1990,- Т.П.-№ 1, -С. 130-135. 81 .Кавитационная стойкость газотермических покрытий /М.В. Базаров, В.В. Ваиновский, М.М. Ивахов и др. //Газотермическое напыление в промышленности ГТНП-91. - Л: ЛДЫТН, 1991. - С.27-28.

82.Калинин Е.П. Ограниченное влияние шлифовочных прижогов на износостойкость зубчатых колес /Тезисы доклада на Международной конференции «Износостойкость зубчатых передач и подшипников скольжения» //Машиностроитель. - 1997. - № 9. - С.6.

83.Кальнер В.Д. и др. Нитроцементация пористых материалов на основе железа //МиТОМ. - 1990. - №5. - С.31-33.

84.Карпенко Г.В. и др. Влияние диффузионных покрытий на прочность стальных изделий. - Киев: «Наукова думка», 1971. - 167 с.

85.Климов К.И., Михеев В.А. Стабильность смазочных материалов при работе в зоне трения качения //Тр. ВНИИ НИ, 1969. - Вып. ! 1. - С.64-91.

86.Клушин М.И. Резание металлов., - М: Машгиз, 1958.

87.Кнэпп.Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. - М.: Мир, 1974. - 585 с.

88.Козловский И.С. Химико-термическая обработка шестерен. - М.: Машиностроение, 1970. - 232 с.

89.Комбалов B.C. Оценка триботехнических свойств контактирующих поверхностей. - М.: Наука, 1983. - 136 с.

90.Кондратьев Н.Н. Отказы и дефекты судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1985.

- 152с.

91.Копф И.А. Задачи повышения износостойкости передач //Машиностроитель.

- 1997. -№5. -С.8.

92.Копф НА., Ефимов Е В. Нестационарная термомеханическая модель заедания и износа эвольвенп 1ых зубчатых передач /Тезисы доклада на Междуна-

родной конференции «Износостойкость зубчатых передач и подшипников скольжения» //Машиностроитель. - 1997. - № 9. - С.3-4.

93.Королев H.H. Эксплуатация судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1974. - 256 с.

94. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах. - Киев: Техника, 1970. -396 с.

95.Костецкий Б.И., Носовский И.Г. Износостойкость и антифрикционность деталей машин. - Киев: Техника, 1965. - 208 с.

96.Котрелл А.Х. Теория дислокаций. - М.: Мир, 1969. - 95 с.

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

98.Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. - М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

99.Крагельский И.В., Щедров B.C. Развитие науки о трении. - М.: Изд-во АН СССР, 1956. - 234 с.

100. Красниченко Л.В. Metal Industry, 94 (1959) 461.

101. Кривоухов В.А., Белоусов А.И. Определение силы резания на основе физических характеристик обрабатываемых материалов // Исследования по физике твердого тела. - М.: АН СССР, 1957. - С. 132-138.

102. Кривощеков В.Е. Оценка надежности и восстанавливаемости тонкостенных подшипников скольжения судовых дизелей //Судостоение, 1992. - №10. -С. 15-19.

103. Криулин A.B. Особенности структуры и химического состава сульфоциа-нированного слоя на чугуне /Ремонт судов речного флота. Л.: ЛИВТ, 1985. -С.12-19.

104. Криулин A.B. Сульфоцианирование стали и чугуна. - М.-Л.: Машиностроение, 1965. - 224 с.

105. Криулин A.B. Фрикционные свойства сульфоцианированных поверхностей //Современные проблемы триботехнологии. Тезисы докл. Всесоюзной научно-техн. конф. Николаев: НКИ, 1988. - с.78-80.

106. Криулин A.B., Сыров К.Ю. Газовое сульфоцианирование в атмосфере продуктов пиролиза карбамида и серы //МиТОМ. - 1982. - №4. -С.21-25.

107. Криулин A.B., Филатов B.C., Цай И.Т. Применение сульфоцианирования для повышения стойкости фрикционных деталей //Металловедение и термическая обработка металлов.—1982. № 11. С. 25-28.

108. Криулин A.B., Чулкин С.Г., Зарецкий C.B. Сульфонитроцементация штамповых сталей для горячего деформирования //Штамповые стали для горячего и холодного даформирования. - Л.: ЛДНТП, 1988. - С.62-65.

109. Криулин A.B., Чулкин С.Г., Кочкина Л.А. Оптимизация свойств быстрорежущей стали методом сульфонитроцементации //Оптимизация структуры и свойств сталей и сплавов в свете реализации программы «Интенсифика-ция-90». - Л Л ДНТП, 1987. - С.43-46.

ПО. Криулин A.B., Чулкин С.Г., Кочкина Л.А. Особенности процесса сульфонитроцементации быстрорежущей стали Р6АМ5 //МиТОМ. - 1990. - № 7. -С.27-31.

111. Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. -М.: Машиностроение, 1981. - 192 с.

112. Кузнецов В.Д. Взаимное шлифование хрупких тел //ЖТФ, 1952, т.22, вып.9. - С.52-65.

113. Кузнецов В.Д. Наросты при резании и трении. - М.: Гостехиздат, 1956. -284 с.

114. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела. Материалы по физике внешнего трения, износу и внутреннего трения .твердых тел. T.IV. - Томск: 'Полиграф-издат, 1947. - 542 с.

115. Кулик А.Я. Газотермические покрытия в дизелестроении. - Л.: ЛДНТП, 1989. - 240 с.

116. Кулик А.Я., Шаронов Е.А., Головкин П.Г. Теплозащитные покрытия в двигателестроении //Газотермическое напыление в промышленности ГТНП-91. - Л.: ЛДНТП, 1991. - С.26-27.

117. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. М.: Машиностроение, 1976.-256 с.

118. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Внутреннее азотирование металлов и сплавов /УМиТОМ. - 1974. - № 3. - С. 20-28.

119. Лоладзе Т.Н. Износ режущего инструмента. - М.: Машгиз, 1958. - 356 с,

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

121. Лутуновский A.B. Работоспособность инструментальных материалов при механической обработке //Износ в машинах и методы защиты от него: Докл. Всесоюз. науч. конф., посвящ. 1000-летию г.Брянска. - М., 1985. - С.203-204.

122. Любовцов Д.В. и др. Обьемно-поверхностная закалка - эффективный метод повышения долговечности шестерен /Тезисы докладов на Международной конференции «Износостойкость зубчатых передач и подшипников скольжения» //Машиностроитель. - 1997. - № 9. - С.6-7.

123. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. - М.: Машиностроение, 1966. - 280 с.

124. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. - М.: Машинострое-ние, 1976. - 280 с.

125. Матвеевский P.M. Мощность трения как критерий заедания в условиях трения при точечном и линейном контакте //Проблемы машиностроения и надежности машин. - 1993. - № 3. - С.70-74.

126. Матвеевский P.M. Температурная стойкость граничных смазочных слоев и твердых смазочных покрытий при трении металлов и сплавов. - М.: Наука, 1978. - 226 с.

127. Матвеевский P.M. Температурный метод оценки предельной смазочной способности машинных масел. - М.: Изд-во АН СССР, 1956. - 144 с.

128. Михайлов Г.И. Интенсивность износа зубчатых колес тяговых передач локомотивов и пути ее снижения /Тезисы докладов на Международной кон-

ференции «Износостойкость зубчатых передач и подшипников скольжения» //Машиностроитель. - 1997. - № 9. - С.4-5.

129. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. - М.: Наука, 1977. - 219 с.

130. Мошков А.Д., Портнягин Ю.В. Технологические приемы с целью повышения износостойкости пористых, спеченных на основе железного порошка изделий антифрикционного назначения //Трение, износ и смазочные материалы: Труды международной научной конференции. Том 3.ч.2. - Ташкент: «Фан», 1985.-207 с.

131. Мошков А.Д., Чекуров В.В., Портнягин Ю.В. Предварительное фос-фатирование - способ повышения износостойкости нитроцементованных спеченных пористых материалов на железной основе //Прогрессивные методы химико-термической обработки. - М.: Машиностроение, 1979. - 184 с.

132. Мур Д. Основы и применения трибоники /Пер. с англ. С.А. Харламова; Под ред. И.В. Крагельского и Г.И. Трояновской. - М.: Мир, 1978. - 488 с.

133. Надеинская Е.П. Исследование износа режущего инструмента с помощью радиоактивных изотопов. М.: Машгиз, 1956. - 164 с.

134. Некрасов С.С. Сопротивление хрупких материалов резанию. - М.: Машиностроение, 1971. - 186 с.

135. Никитин М.Д., Кулик А.Я., Захаров Н.И. Теплозащитные и износостойкие покрытия деталей дизелей. - Л.: Машиностроение, 1977. - 168 с.

136. Николаев В.В., Листов В.А. Метод определения малых величин износа зубьев зубчатых колес с помощью оттисков //Методы испытаний на изнашивание. - М.: Академия наук СССР, 1962. - С. 220-224.

137. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. - М.: Мир, 1990. - 336 с.

138. Обобщенная модель процессов динамического деформирования и поверхностного разрушения (изнашивания) материалов с гетерогенной структурой /Л.И. Погодаев, Н.Ф.Голубев, А.А.Кузьмин, С.Г. Чулкин //Проблемы машиностроения и надежности машин. - 1996. - № 6. - С.60-78.

139. Обработка резанием высокопрочных коррозионностойких и жаропрочных сталей /Под ред. П.Г. Петрухи. - М.: Мапшностроение, 1980. - 167 с.

140. Обработка резанием, металлорежущий инструмент и станки /В.А. Гапон-кин, Л.К. Лукашев, Т.Г. Суворова. - М.: Машиностроение, 1990. - 448 с.

141. Осипов К.А. Вопросы теории жаропрочности металлов и сплавов. - М.: Из/д-во АН СССР, 1960. - 285с.

142. Осипов К.А. Некоторые активируемые процессы в твердых металлах и сплавах. - М.: АН СССР, 1962. - 129 с.

143. Особенности формирования, структура и свойства газотермических покрытий, нанесенных в условиях ультразвукового воздействия /В.Е.Панин, В.П.Безбородов, В.А.Клименов, Е.А.Ковалевский. - Томск: Томский филиал СО АН СССР, 1985.-48 с.

144. Остафьев В.А., Мирзаев А.А., Кокаровцев В.В. Метод ускоренного определения относительной обрабатываемости мактериалов резанием //Прогрессивное конструирование режущих инструментов для ГПС и роботизированных комплексов. - М., 1987. - С.99-103.

145. Панин В.Е., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. - Новосибирск: Наука, 1985. - 229 с.

146. Патент на изобретение Ки 2025701 С1; 5 ООШ 3/04 от 30.12.94 г. Устройство для крепления деталей с отверстием. С.Г. Чулкин (РФ) - 4954238. Заявлено 27.06.91.

147. Перель Л.Я. Подшипники качения. Расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник. - М.: Машиностроение, 1983. - 543 с.

148. Петров В.А., Башкаров А.Я., Веттегрень В.И. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов. - СПб.: Политехника, 1993. - 475 с.

149. Петрусевич А.И. Качество поверхности и прочность материалов при контактных напряжениях. -- М.: Изд-во АН СССР, 1946.

150. Пинегин C.B. Контактная прочность и сопротивление качению. » М.: Машиностроение, 1969. - 244 с.

151. Поверхностная прочность материалов при трении /Под ред. Б.И. Костец-кого. - Киев, 1976.

152. Погодаев Л. И. Износостойкость материалов и деталей машин при гидроабразивном и кавитационном изнашивании: Дис. докл. техн. наук. - Винница: ВПИ, 1979. - 534 с,

153. Погодаев Л.И., Голубев Н.Ф. Теория и практика прогнозирования износостойкости и долговечности материалов и деталей машин,- СПб: СПГУВК, 1997.-415 с.

154. Погодаев Л.И., Пимошенко А.П., Капустин В.В. Эрозия в системах охлаждения дизелей. - Калининград: Академия транспорта, 1993. - 324 с.

155. Погодаев Л.И., Цветков Ю.Н. Усталостно-энергетическая модель кавита-ционной эрозии материалов и судового оборудования //Современные методы исследования и предупреждения коррозионных и эрозионных разрушений. Ижевск-Севастополь, 1991. - С.81 -97.

156. Погодаев Л И., Чулкин С.Г., Сейтказинова К.К. Структурно-энергетическая модель износостойкости одно- и двухфазных металлических материалов с позиций механики гетерогенных сплошных сред //Проблемы машиностроения и надежности машин. - 1999. - № . - С.

157. Погодаев Л.И., Шевченко П.А. Гидроабразивный и кавитационный износ судового оборудования. - Л.: Судостроение, 1984. - 264 с.

158. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. - М.: Машиностроение, 1969. - 148 с.

159. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструментов. - М.: МашI из, 1962. - 150 с.

160. Приборные шариковые подшипники: Справочник / Под ред. К.Н. Явлен-ского, B.H. Нарышкина, Е.Е.Чаадаевой. - М.: Машиностроение, 1981. - 351 с.

161. Применение плазменных технологий при изготовлении и ремонте турбинных лопаток, а также деталей общего машиностроения, судостроения, химической и автомобильной промышленности /A.A. Сафронов, C.B. Алексеев, Ф.Д. Немешев, С.Н. Мириев, В.Б. Хмелевская //Газотермическое напыление в промышленности ТТН.П-91. - Л.: ЛДНТП, 1991. - С.88-89.

162. Проников A.C. Надежность машин. - М.: Машиностроение, 1978. - 591 с.

163. Пузанов M A. Исследование причин ускоренного износа ходовых колес мостовых кранов //Повышение износостойкости и срока службы машин. -М.: Машгиз, 1956. - С. 271-279.

164. Пылаев Н.И., Эдель Ю.У. Кавитация в гидротурбинах. - Л.: Машиностроение, 1974. - 258 с.

165. Рабинович Э. Механизм полирования //Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа. - М., Наука, 1971. - с. 15-22.

166. Рассказов H.H., Диваев В.В. Исследование повреждения режущего инструмента методом акустической эмиссии //Известия вузов машиностроения. -1987. -№i I. С. 150-153.

167. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: Справочник. / Под ред. Я.Л. Гуревича и др. - М.: Машиностроение, 1986. - 240 с.

168. Резание труднообрабатываемых материалов / П.Г.Петруха, П.Д.Беспахотный, Б.Е. Бруштейн и др. - М.: Машиностроение, 1972. - 175 с.

169. Розенберг A.M., Еремин А.Н. Теоретическое уравнение силы резания //Вестник машиностроения. - 1953. - № 8. - С.22-28.

170. Розенберг A.M., Еремин А.Н. Элементы теорий процесса резания металлов. - М. - Свердловск: Машгиз, 1956. - 318 с.

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

172. Рябченко Е.В. и др. Промышленное освоение процесса ионной цементации /Тезисы докладов на Международной конференции «Износостойкость

зубчатых передач и подшипников скольжения» //Машиностроитель. -1997. -№ 9. - С.8-9.

173. Садыков Т.Н. Прогрессивные инструментальные комплексы для механической обработки деталей ГГ1С // Прогрессивные инструментальные комплексы для механической обработки деталей в ГПС: Материалы научно-техн. семинара 20-21 марта 1987 г. - Л .: ЛДНТП, 198 7. - С.53-56.

174. Семенов B.C. Теплонапряженность и долговечность цилиндропоршневой группы судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1972. - 182 с.

175. Силин С.С. Метод подобия при резании металлов. - М.: Машиностроение, 1979. - 152 с.

176. Синергетика и фракталы в материаловедении /В.С.Иванова, A.C. Балан-кин, И.Ж. Бунин, A.A. Оксогоев. - М.: Наука, 1994. - 383 с.

177. Синергетика: Прочность и разрушение металлических материалов /B.C. Иванова. - М.: Наука, 1992. - 160 с.

178. Снесарев Г.А. Повышение износостойкости цилиндрических передач //Машиностроитель. - 1997. - № 5. - С. 10.

179. Сода Н. и др. Исследование фрикционных характеристик при трении качения со скольжением /Пер. с ян. A.M.Школьника. // «Нихон кикай гаккай ромбунсю», 1971. - Т.37. -№ 303. - С. 2204-2214.

180. Соколов И.И., Черкашин В.П. Повышение противозадирной стойкости тяжелонагруженных конических зубчатых передач угледобывающих комбайнов /Тезисы докладов на Международной конференции «Износостойкость зубчатых передач и подшипников скольжения» //Машиностроитель. -1997,- №9,- С.5-6.

181. Соколова Т.В., Бартенев С.С., Кий ко A.B. Уплотнение плазменных покрытий методом пропитки //Жаростойкие покрытия для защиты конструкционных материалов: Труды 7-го Всесоюзного совещания по жаростойким покрытиям. - Л.: «Наука», 1977. - 311 с.

182. Соловьев Б.И., Иванов В.Д. и др. Эксплуатация дизелей МАИ. - М.: Транспорт, 1978. - 152 с.

183. Спиридонов В.П., Лопаткин A.A. Математическая обработка физико-

химических данных. - М.: МГУ, 1970. - 222 с.

184. Справочник по горюче-смазочным материалам в судовой технике / Е.И. Гулин, Д.П. Якубо, В.А. Сомов, И.М. Чечот. - Л.; Судостроение, 1987. - 224

с.

185. Справочник по технологии резания материалов. В 2-х кн. Кн. 1/ Ред. нем. изд.: Г. Шпур, Т. Штеферле; Пер. с нем. В.Ф. Колотенкова и др.; Под ред. Ю.М. Соломенцева. -М.: Машиностроение, 1985. - 616 с.

186. Спринжер Дж.С. Эрозия при воздействии капель жидкости. - М.: Машиностроение, 1981. - 199 с.

187. Сравнительный анализ покрытий поршневых колец судовых дизелей /А.Я. Кулик, П.Г. Головкин, В.А. Диков, Л.К. Фомин //Газотермическое напыление в промышленности ГТНП-91. - Л.: ЛДНТП, 1991. - С.24-26.

188. Станчук Э.А., Шумилов А.П., Ластовецкий В.В. Методы определения обрабатываемости материалов в зависимости от условий производства //Технология судового машиностроения и обработка металлов резанием; Сб. науч. тр. - Николаев: ПК И, 1985. - С.3-10.

189. Станчук Э.А., Шумилов А.П., Ластовецкий В.В. Определение обрабатываемости материалов резанием на основе физического моделирования процесса //Технология судового машиностроения и обработка металлов резанием: Сб. науч. тр. - Николаев: НКИ, 1984. - С. 14-21.

190. Старков В.К. Дислокационные представления о резании металлов. -М.: Машиностроение, 1979. - 160 с.

191. Структурная самоорганизация и работоспособность быстрорежущего инструмента при резании металла / М.С. Беккер, М.Ю Куликов, Е.В. Егорыче-ва, A.B. Стариков // Трение и износ. - 1987. - Т.8. - №3. - С.473-479.

192. Сухов A.B., Любовцов Д.В. Определение остаточных напряжений в поверхности шестерен и зубчатых колес /Тезисы докладов на Международной конференции «Износостойкость зубчатых передач и подшипников скольжения» //Машиностроитель. - J 997. - № 9. - С.9.

193. Сущенко С.А. Ударно-абразивный износ и механические свойства наплавочных материалов //Пробл. трения и изнашивания. -Киев, 1990. - Вып.З. -С.34-38.

194. Сыропятов В.Я. и др. «Каталитическое» азотирование в технологии изготовления зубчатых колес /Тезисы докладов на Международной конференции «Износостойкость зубчатых передач и подшипников скольжения» //Машиностроитель. - 1997. - № 9. - С.9.

195. Теплостойкие и износостойкие покрытия, полученные воздушно-плазменным напылением порошков на железной основе /Ю.И. Громцев, М.В. Иванова, Г.К. Петров, Е.Я. Филимонова //Газотермическое напыление в промышленности ГТНП-91. - Л.: ЛДНТП, 1991. - С.53.

196. Трение и износ при резании металлов /Под общей ред. В.И. Дикушина. -М.: Машгиз, 1955. - 143 с.

197. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. В 2-х кн. /Под ред. И.В. Кра-гельского и В.В. Алисина. - М.: Машиностроение, 1979, кн. I. - 358 с.

198. Трент Е.М. Резание металлов ЛТер. с англ. Г.И. Айзенштока. - М.: Машиностроение, 1980. - 263 с.

199. Трубин Т.К. Контактная усталость материалов для зубчатых колес. - М.: Машгиз, 1962.

200. Фарсев B.C., Панарин Н.М., Конаков A.B. Влияние структурно-энергетического состояния контактных поверхностей инструментальных материалов на работоспособность инструмента в условиях нестационарного резания // Прогрессивное конструирование режущих инструментов для ГПС и роботизированных комплексов. М., 1987. - С.91-98.

394201. Федоров B.B. Кинетика повреждаемости и разрушения твердых тел. -Ташкент: Фан, i 979. - 186 с.

202. Федоров В.В., Хачатурьян C.B., Коршунов Л.Г. Исследование взаимной связи закономерностей износа металлов с энергетическими характеристиками процесса внешнего трения // Вестник ВНИИЖТ. - 1977. - №> 4. - С.30-34.

203. Федоров C.B. Закономерности пластической деформации металлов при трении в условиях схватывания //Проблемы трения и изнашивания. - Киев: 1989. - Вып.36. - С.23-28.

204. Федоров C.B. Применение методов эргодинамики деформируемых тел для описания совместимости трибосистем //Трение и износ. - 1993. -Т. 14. -№6. - С. 1010-1024.

205. Федоров C.B. Энергетические аспекты процесса схватывания грибосистем с различными подшипниковыми сплавами: Автореф. дисс. канд. техн. наук. - М., 1987. - 20 с.

206. Фляйшер Г. Энергетический метод определения износа //Исследования по триботехнике под ред. А.В.Чичинадзе.- М: НИИ информации по машиностроению, 1975. - С. 277-291.

207. Фрикционные механизмы с сульфоцианированными парами трения /Под ред. A.B. Криулина. - Л.: Машиностроение, 1972. - 168 с.

208. Фролов Ю.В., Хмелевская В.Б. Материалы и способы напыления в судоремонте,— М.: ЦБНТИ, 1988. - 49 с.

209. Хает Г.Л. Прочность режущего инструмента. - М.: Машиностроение. 1975. - 167 с.

210. Ханин М.В. Механическое изнашивание материалов. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 152 с.

211. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление /Пер. с яп. В.Н. Попова; Под ред. B.C. (лепи на, Н.Г. Шестерки на. - М.: Машиностроение, 1985. 240 с.

212. Хегай В.Д. Влияние сульфонитроцементации на износостойкость газотермических покрытий //Энергетика и управление на водном транспорте: Сб. науч. тр.- Л.: ЛИВТ, 1989. - С.46-52.

213. Хегай В.Д. Применение сульфоцианированных газотермических покрытий для фрикционных дисков трения //Ремонт речных судов: Сб. науч. тр. -Л: ЛИВТ, 1990.-С.112...117.

214. Хорошайлов В.Г., Полиханданов ЕЛ. Химико-термическая обработка стали. - Л.: ЛПИ им. М.И.Калинина, 1980. - 80 с.

215. Хрущев ММ Закономерности абразивного изнашивания //Износостойкость. М.: Наука, 1975. - С.5-28.

216. Хрущов М.М., Матвеевский P.M. Температурный критерий смазочной способности масел //Вест. АН СССР. - 1955. - № 1. - С.47-53.

217. Цветков Ю.Н. Основы прогнозирования износостойкости деталей при кавитационном и абразивном изнашивании. Автореф. дис. докт. техн. наук. -СПб.-1995.-48 с.

218. Червяков И.Б. Основы методики прогнозирования и повышения надежности газопромыслового оборудования //Изв. ВУЗов, сер. Нефть и газ. -1983. - №11,- С.63-67.

219. Чулкин С.Г. Влияние сульфонитроцементации на стойкость металлорежущих инструментов из быстрорежущих сталей при обработке углеродистых и нержавеющих сталей //Электроэнергетические установки водного транспорта и их автоматизация: Сб. науч. тр. - Л.: ЛИВТ, 1986. - С.90-94.

220. Чулкин С.Г. Влияние химико-термической обработки на износостойкость газотермических покрытий // Методы прикладной математики в транспортных системах: Сб. науч. тр. - СПб: СПГУВК, 1998. - С.247-256.

221. Чулкин С.Г. Изнашивание и структурная самоорганизация режущих инструментов из быстрорежущей стали //Судостроение и судоремонт: Сб. науч. тр.- СПб.: СПГУВК, 1998. - С. 144-147.

222. Чулкин С.Г. Износостойкость сульфонитроцементированных режущих инструментов из быстрорежущей стали при адгезионном изнашивании и разработка метода ее оценки на основе энергетического критерия: Автореф. дис. канд. техн. наук. - М., 1989. - 23 с.

223. Чулкин С.Г. Отработка технологии газового сульфоцианирования тормозных дисков судовозной камеры наклонного судоподъемника Красноярской ГЭС: Отчет о НИР по теме №91-167. - Л.: ЛИВТ, 1991. - 36 с.

224. Чулкин С.Г. Повышение износостойкости и долговечности зубчатых передач путем электроэрозионной обработки /Тезисы докладов на Международной конференции «Износостойкость зубчатых передач и подшипников скольжения» //Машиностроитель. - 1997. - № 9. - С.9-10.

225. Чулкин С.Г. Повышение износостойкости и долговечности зубчатых передач электроэрозионной обработкой: Тр. междунар. науч.-техн. конф. //Техника машиностроения. - 1998. - №1(15). - С.50-53.

226. Чулкин С.Г. Совершенствование процесса газового сульфоцианирования судовых деталей и металлорежущих инструментов //Автоматизированное электрооборудование судов, портов и гидротехнических сооружений: Сб. науч. тр. - Л.: ЛИВТ, 1987. - С.81 - 88.

227. Шведенко В.Н., Силин С.С. Методика расчета износа метаплоружущего

I

инструмента по задней поверхности //Трение и износ. - 1986. - Т.VII. - №2. -С.276-281.

228. Шишкин В.А. Анализ неисправностей и предотвращение повреждений судовых дизелей. - М.: Машгиз, 1962. - 192 с.

229. Шульц В.В. Форма естественного износа деталей машин и инструмента. -Л.: Машиностроение, 1990. - 208 с.

230. Энглиш К. Поршневые кольца. Т. 2. /Пер. С нем. Под ред. В.К. Житомирского. - М.: Машгиз, 1962. - 368 с.

231. Ющенко К.А., Борисов Ю.С. Газотермическое ианесчеиие покрытий: современные достижения и перспективы развития //Газотермическое напыление в промышленности ГТНП-91. ~ Л.: ЛДНТП, 1991. - С.8-11.

232. Якубов Ф.Я. Энергетические соотношения процесса механической обработки материалов. - Ташкент: Фан, 1985.

233. Японский институт сварки. Справочник по напылению. 1964. «Никкан когё симбунся».

234. Ярошевич В.К., Белоцерковский М.А. Антифрикционные покрытия из металлических порошков. - Минск: Наука и техника, 1981. - 174 с.

235. Яцына И.В. и др. Электроэрозионный метод обработки зубчатых колес высокой твердости //Технология и организация производства. - Киев: Укр-НИИНТИ, 1979. - № 3. - С.35-36.

236. Ящерицын П.И., Скорынин Ю.В. Работоспособность узлов трения машин. - Минск: Наука и техника, 1984. - 288 с.

237. Blok Н. Seizure delay metod for determining the seizure protection of EP lubricants //J. Soc. Automot. Eng. 1939. V.44. P. 193-200.

238. Blok H. Theoretical study of temperature rise of surfaces of actual contact under oilnes lubrication conditions //Proc. General Discussion on Lubrication and lubricants. V.2. London: Inst. Mech. Engineers, 1937. P. 225-235.

239. Chichos H., Kirschke K. Investigation into Film Failure (transition point) of lubricated concentration contacts // Wear. 1972. V.222. № 3. P.321-336.

240. Chiu Y.P, Tallian Т.Е., Mc Cool J.L, An engineering model of spalling fatique failure in rolling contact. I. The subsurface model. «Wear», 1971, 17, № 5-6, p.433-446.

241. Chubb J.P., Billingham J. Coated cutting tools - a study of wear mechanisms in high speed machining. "Wear", 1980, 61, №2, 283-293.

242. Citti P., Bagnoli S., Braccesi C. A diagnostic metod for assesing cutting tool condition. "Cond. Monit.: 87. Proc. Int. Conf., Swansea, 31-st March - 3-rd Apr., 1987". Swansea, 1987, 930-939.

243. Cook Nil Tool wear sensors. "Wear", 1980, 62, №1, 49-57.35.

244. De Gee A.W.J., Begelinger A., Salomon G. Failure mechanisms in sliding lubricated concentration contacts //Proc. 11-th Leeds - Lyon Symp. on mixed lubrication and lubricated wear. Leeds, September 4-7, 1984. Batterworths, London, 1985.

245. Dudley's gear handbook, Second Edition, 1992.

246. Eisenberg P., Preiser S., Thiruwengadam A. On the mechanism of cavitation damage and metods of protection -Transactions SNAME, 1965, v.73, p.241-286.

247. Fein R.S. Transition temperatures with four - ball machine // ASLE Trans. 1960. V.3. P.34-39.

248. G.V. Bobrov, V I. Privezensev: Weld. Production (1967), № 6, 15.

249. Gillemot L. // Periodica Politechnica, Enginiring-Maschinen and Bauwesen. Budapest, 1965, Vol.10, №2, p.77-94.

250. Goldstraw D. Oxynit treatment jf nitrocarburised parts in oxidising molten salt both for corrosion, tribological, wear and fatigue properties. "Heat Treat. 84: Proc. Int. Conf., London, 2-4 May, 1974." London, 1984, 30/1 - 30/9.

251. H.D. Steffens: B.W.J., (1966), № 10, 597 P.

252. Iwaki Masaya. Tribological properties of ionimplanted steels. "Mater. Sci. And Eng.", 1987,90,263-271.

253. Kostetsky B. The structural - energetic concept in the theory of friction and wear (sinergim and self-organization), «Wear», 1992, 159, №1, p.l -15.

254. Ku P.M., Staph H.E., Carper H.J. On the critical contact temperature of lubricated sliding rolling disks // ASLE Trans. 1978. V.21. № 2. P.I61-180.

255. Le Maitre F., Biruel D. Qualification of cemented carbide tools by stress waves propagation method. "Machinability Test. And Util. Mach. Data Proc. Int. Conf., Oak Brook, Hi 1978", Metals Park, Ohio, 1979, 132-146.

256. Leach E.P., Kelley B.W. Temperature - key of lubricant capacity //Trans. ASLE. 1965. V.7. № 3. P.271-277.

257. Littmann W., Maeyr L. SAE Preprint N 620A. January, 1963.

258. Littmarm W., Maeyr L. SAE Preprint N 620A. January, 1963.

259. Make Fink. Letzte Ursacher der Grubchenbildimg an Zahnradern oder anderen Walzkorperpaarungen. - Techn. Mitt.,1962, 55, N 7.

260. Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature. N. Y.: Freeman, 1983. - 480 p.

261. Matveevsky R. M. The critical temperature of oils with point and line contacts //J. Basic Eng. 1965. № 89. P. 754-760.

262. Riddel V., Pacor P., Appeldoorn J.K. Cavitation erosion and rolling contact fatique. «Wear», 1974, 27, № I, p.99-108.

263. Steller К., Krzysztofowiez Т. Erosja Kawitacyjna srub okretowych -Budownictwo okretowe, 1986, v.31,№10,c.430-435.

264. Taylor I. The estimation of tool life equations by extrapolation. "Proc. 18-th Int. Mach. Tool Des. And Res. Conf., London, 1977". London e.a., 1978, 379385.

265. Thiruvengadam A., A Unified Theory of Cavitation Damage. Trans ASME. J. Basic Engr., D, 85, 3, 365-376, 1963.

266. Tricot R. Fatigue de contact en roulement-glissement des engrenages et des roulements. Influence de Г etat de surface. Journees d' Etude sur les Etats de Surface, Paris. 1975. 56.

267. Vasui H. Смазывание пластичной смазкой подшипников качения //J. Jap. Soc. Lubr. Eng. 1980. T.25, № 8. C.511-518.

268. Wiele H., Menz P. Automatische Erfassung desVerschleibes Spanender Werkzeuge - Bestan - dteil der Prozebüberwachung deim bedienarmen Betrieb. Fertigungstechn und Betr., 1983, № 6, 350-353.

4оо

Чг

ПРИЛОЖЕНИЯ (материалы по внедрению и использованию результатов диссертационной работы и др.)

«УТВЕРЖДАЮ» Директор научно-исследовательского

/^С^'^Ч0™1^3 проблем

II 1\ ' ~^Б-БаГЛавВ

999 г.

АКТ

технической комиссии о внедрении научных положений и результатов диссертационной работы доцента кафедры технологии материалов и материаловедения Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций, кандидата технических наук ЧУЛКИНА СЕРГЕЯ ГЕОРГИЕВИЧА

Комиссия научно-исследовательского института проблем автоматизации (НИИПА) в составе: председателя Славянского Г.В. - зам. директора по научной работе, доктора военных наук, профессора; членов: Солопата A.M. - начальника научно-исследовательского отделения №1 и Осокина А.Ф. - начальника научно-исследовательского отделения №2, составила настоящий акт в том, что под руководством доцента, кандидата технических наук Чулкина С.Г. в 1997 -1998 г.г. проводились поисковые исследования по разработке принципов комплексного повышения эксплуатационных показателей энергетических объектов и мобильных средств вооружения и военной техники (ВиВТ) на основе интенсификации теплообмена и повышения износостойкости в узлах трения с целью повышения экономичности потребления горюче-смазочных материалов и снижения ущерба, вызываемого изнашиванием деталей машин и механизмов за счет коррозионных и эрозионных разрушений. Эти разрушения являются одним из основных ограничений, как при проектировании, так и при эксплуатации энергетических, транспортных и военных систем специального назначения. Особенно остро эти проблемы проявляются в теплоэнергетических узлах мобильных объектов ВиВТ,

что вызвано форсированностью режимов их эксплуатации.

Для повышения эксплуатационной надежности объектов ВиВТ необходима разработка новых принципов, моделей и методик комплексного повышения тепловой эффективности и эксплуатационных показателей энергетических объектов ВиВТ. Доцент С.Г. Чулкин принимал непосредственное участие в данной работе по следующим основным направлениям:

*

1) прогнозирование ресурса и износостойкости пар трения судовых и других технических средств;

2) разработка практических рекомендаций по повышению износостойкости объектов ВиВТ путем применения ультразвуковых, электроэрозионных, химико-термических и других технологий.

При подготовке обоснования предложений к проекту ежегодного плана ОКР и НИР по вооружению, военной техники и военно-техническому имуществу на 1999 год Секции Прикладных Проблем при Президиуме РАН реализованы следующие положения диссертационной работы доцента С.Г. Чулкина:

- специфика моделирования процессов изнашивания материалов и покрытий с учетом фрактальной механики разрушения, энергоемкости и структуры материалов;

- анализ критериев повреждаемости и износостойкости материалов и покрытий в связи с многомасштабностью внешнего разрушения;

- уточненное основное (потоковое) уравнение изнашивания, представленное в виде степенной зависимости с показателем степени при износных параметрах, имеющих дробную (фрактальную) размерность и проявляющуюся при трении скольжения, качении с проскальзыванием и резании металлов;

- модели оценки долговечности материалов и покрытий, учитывающие критическую плотность потока мощности деформации, либо связанный с ним аккумуляционный период накопления деформаций;

- структурно-энергетические модели изнашивания сульфонитроцементован-ных сталей и газотермических покрытий при трении скольжения; зубчатых колес и приборных подшипников качения при трении качения с проскальзыванием; режущих инструментов при обработке металлов;

- основные закономерности влияния упрочняющих технологий (сульфонит-роцементации и электроэрозионной обработки) на свойства материалов и покрытий;

- основные закономерности изнашивания материалов, газотермических покрытий, технических средств и режущих инструментов в различных условиях контактного взаимодействия.

Председатель комиссии -зам. директора по научной работе,

доктор военных наук, профессор

О

Члены комиссии:

начальник научно- исследователь ского отделения №1

А.М. Солопат

начальник научно-исследователь ского отделения N22

А.Ф. Осокин

П?ОМ : 5ис).ороо1-к

РНОНЕ N0. : 333