Закономерности изнашивания титана ВТ1-0 и сплавов ПТ-3В и ВТ6 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат технических наук Круковский, Константин Витальевич

• Круковский, Константин Витальевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Круковский, Константин Витальевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ (литературный обзор)

1.1 Основные закономерности трения и изнашивания металлических материалов

1.1.1 Молекулярно-механическая теория трения и элементарные виды разрушения поверхностей при трении

1.1.2 Стадии изнашивания и особенности контактирования поверхностей тел в паре трения

1.1.3 Основные виды изнашивания

1.2 Трибологические свойства титана и его сплавов и методы повышения их износостойкости

1.2.1 Особенности трибологических свойств титана и его сплавов

1.2.2 Методы повышения износостойкости титана и его сплавов

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Постановка задачи

2.2 Материалы исследования

2.3 Методики исследования

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ ТИТАНА ВТ1-0 С КРУПНОЗЕРНИСТОЙ И УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ

3.1 Технология получения, структура и свойства титана ВТ1-0 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой

3.2 Закономерности изнашивания титана ВТ1-0 с крупнозернистой структурой

3.3 Закономерности изнашивания титана ВТ1-0 с ультрамелкозернистой структурой

4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПТ-ЗВ И ВТ6 С КРУПНОЗЕРНИСТОЙ И

УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ

4.1 Технология получения, структура и свойства титановых сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой

4.2 Закономерности изнашивания титановых сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 с крупнозернистой структурой

4.3 Закономерности изнашивания титановых сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 с ультрамелкозернистой структурой

5. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОДОЗНОЙ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ ТИТАНА ВТ1-0 И СПЛАВОВ ПТ-ЗВ И ВТ6

5.1 Влияние высокодозной ионной имплантации на закономерности изнашивания титана ВТ1-0 с крупнозернистой структурой

5.2 Влияние высокодозной ионной имплантации на закономерности изнашивания титана ВТ1-0 с ультрамелкозернистой структурой

5.3 Влияние высокодозной ионной имплантации на закономерности изнашивания сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 с крупнозернистой структурой

6. ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДА ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ В ПОВЫШЕНИИ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ТИТАНА ВТ1-0 С УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ

6.1 Электроискровое легирование медью

6.2 Электроискровое легирование углеродом

6.3 Электроискровое легирование титаном

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Закономерности изнашивания титана ВТ1-0 и сплавов ПТ-3В и ВТ6 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой»

ВВЕДЕНИЕ

Титан и его сплавы на сегодняшний день являются одними из перспективных конструкционных материалов для применения во многих областях современной техники и медицины. Они обладают уникальным набором ценных свойств, к которым относятся высокая удельная прочность, коррозионная стойкость, жаропрочность, низкая хладноломкость. Такие свойства титана и его сплавов во многих случаях компенсируют их высокую стоимость, а в некоторых случаях они являются безальтернативными материалами, способным работать в данных конкретных условиях. Благодаря высокой удельной прочности и жаропрочности титан и его сплавы находят широкое применение в авиации, ракетостроении и космонавтике. Высокая коррозионная стойкость во многих химически активных средах обусловила применение титана и его сплавов в химической промышленности. Одним из ценных свойств титана и его сплавов является биологическая совместимость с живой тканью, что делает их идеальным материалом для изготовления эндопротезов в имплантационной медицине. Титан применяется в судостроении, машиностроении, спортивном автомобилестроении, для изготовления спортивного инвентаря, в строительстве, в ювелирном деле. Важное значение имеет также большая распространенность титана в природе. В земной коре содержится около 0,60% титана. Среди конструкционных металлов титан по распространенности занимает четвертое место, уступая лишь алюминию, железу и магнию [1-5]. Но титан и его сплавы имеют низкое сопротивление изнашиванию, что обусловлено их высокой химической активностью. Оксидная пассивирующая плёнка, которая придаёт титановым сплавам уникальную коррозионную стойкость, имеет очень малую толщину - около 5 нм, и при трении практически сразу разрушается. Образующиеся при этом ювенильные поверхности интенсивно взаимодействуют с контактирующим материалом с образованием мостиков схватывания (холодная сварка), что, в свою очередь, приводит к

задирообразованию и заклиниванию всего узла трения [1, 5]. Это значительно усложняет использование титана и его сплавов в трибосопряжениях и, как следствие, значительно ограничивает сферу их применения. Однако высокие коррозионная стойкость и удельная прочность определили использование титана и его сплавов в трибосопряжениях, так как трибосопряжения присутствуют в большинстве конструкций, и даже в номинально неподвижных соединениях имеет место такой вид изнашивания как фреттинг [6]. Это тем более оправдано, когда титан и его сплавы являются единственными материалами, отвечающими требованиям, предъявляемым к элементам данной конструкции. Трибосопряжения и детали узлов трения из титана и его сплавов применяются практически во всех отраслях современной техники. В космонавтике и ракетостроении - это подвижные сопла двигателей; в авиации - механизация крыла, детали крепления, гидроцилиндры, диски и лопатки турбин; в химической промышленности - запорная арматура трубопроводов, насосы; в автомобилестроении - впускные и выпускные клапаны, коромысла клапанов, втулки, торсионные рычаги, детали подвески; в медицине - эндопротезы суставов; резьбовые разборные соединения применяются во всех отраслях [7, 8]. При этом в большинстве случаев для повышения износостойкости используют различные методы модификации поверхности изделий из титана и его сплавов или нанесение покрытий [4]. Однако модифицированный слой или покрытие, как правило, имеют небольшую толщину, поэтому время службы таких изделий ограничено, поскольку определяется скоростью изнашивания покрытий.

Наиболее распространенными конструкционными титановыми сплавами являются (а + (З)-сплавы системы ТьА1-У ВТ6 и ПТ-ЗВ. По данным [9], около 50% используемого в авиакосмической промышленности титана приходится на сплав ТьбАМУ (ВТ6). Кроме того, сплав ВТ6 широко применяется и в имплантационной медицине. Сплав ПТ-ЗВ главным образом

используют в судостроении, из него изготавливают обшивку судов, гребные винты, теплообменники и другую судовую аппаратуру.

Последние исследования свидетельствуют о том, что чистый титан обладает рядом преимуществ перед титановыми сплавами. Основной легирующий элемент титановых сплавов - алюминий - снижает коррозионную стойкость титана, а также уменьшает технологическую пластичность [3]. Более высокая коррозионная стойкость титана в некоторых агрессивных средах по сравнению с титановыми сплавами обусловила его применение в химической промышленности. Также чистый титан является более благоприятным для применения в качестве имплантатов в медицине, так как не имеет вредных для живого организма легирующих добавок [3]. Поэтому в ряде случаев предпочтительнее использовать нелегированный титан. Однако нелегированный титан имеет более низкую прочность по сравнению с его сплавами и поэтому до последнего времени использовался в сравнительно небольших объемах.

В настоящее время потребность в миниатюризации и необходимость снижения материалоёмкости изделий в технике привели к развитию методов получения объемных металлов и сплавов с ультрамелкозернистой структурой в субмикрокристаллическом (размер зерен с1 ~ 100-1000 нм) или нанокристаллическом (с1 < 100 нм) диапазонах [10]. Ультрамелкозернистые материалы имеют повышенные механические свойства, такие как прочность, пластичность, выносливость, и рассматриваются как перспективные конструкционные материалы нового поколения. К настоящему времени используют различные пути получения ультрамелкозернистых материалов, основными из которых являются: компактирование порошков, кристаллизация аморфных сплавов, интенсивная пластическая деформация (ИПД). Наиболее широкое распространение нашли методы ИПД, которые позволяет получать ультрамелкозернистую структуру в объёмных заготовках, пригодных для практического применения в изделиях: равноканальное угловое прессование (РКУП), всесторонняя ковка (аЪс-

прессование), а также комбинированные методы, включающие ИПД и традиционные термомеханические обработки (прокатка, экструзия, отжиги) [10-12].

Использование методов интенсивной пластической деформации для формирования ультрамелкозернистой структуры в титане и титановых сплавах позволило повысить их прочностные свойства [13-16], что открыло новые перспективы их применения. С одной стороны, высокие механические свойства, а, с другой стороны, специфическая микроструктура ультрамелкозернистых материалов (малый размер зерна, высокая неравновесность границ зерен, высокая концентрация зернограничных дефектов, наличие значительных дальнодействующих напряжений) [10-13] могут оказать существенное влияние на закономерности и механизмы фрикционного взаимодействия титана и титановых сплавов с контактирующим материалом. Нужно также отметить, что особенности структуры УМЗ материала и его свойства зависят как от метода получения ультрамелкозернистой структуры, так и от технологических параметров данного метода (температура деформации, степень деформации, количество проходов, и т.д.). К настоящему времени в литературе имеются сравнительно небольшое количество сведений о трении и изнашивании титана и его сплавов с ультрамелкозернистой структурой [17-25], а сделанные в этих работах выводы не всегда согласуются между собой. Поэтому актуальными являются исследования, направленные на изучение общих закономерностей и особенностей изнашивания титана и его сплавов с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой.

Как отмечалось выше, при применении титана и его сплавов в трибосопряжениях для повышения износостойкости используются методы поверхностной модификации, однако многие из них не приемлемы для ультрамелкозернистых материалов, поскольку проводятся при длительном воздействии высоких температур, что приводит к деградации ультрамелкозернистой структуры [4, 5, 26]. Поэтому актуальной является

задача выяснения возможности использования известных методов для повышения износостойкости ультрамелкозернистых титана и его сплавов. Существует ряд методов модификации поверхности, для которых известна высокая эффективность их применения для повышения износостойкости различных материалов [26, 27], и которые оказывают минимальное термическое воздействие. К таким методам относятся высокодозная ионная имплантация и электроискровое легирование. Малое термическое воздействие этих методов объясняется импульсным воздействием на поверхность обрабатываемого материала, вследствие чего не происходит перегрева основы.

В связи с вышеизложенным, целью настоящей работы является изучение закономерностей изнашивания титана ВТ1-0 и сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой при трении с граничной смазкой, а также исследование возможности повышения износостойкости этих материалов методами высокодозной ионной имплантации и электроискрового легирования.

В соответствии с целью поставлены следующие задачи исследования:

1. Провести аттестацию структуры титана ВТ 1-0 и сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 в исходном состоянии и после формирования ультрамелкозернистой структуры по различным технологическим схемам.

2. Исследовать закономерности изнашивания титана ВТ 1-0 и сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой в условиях трения с граничной смазкой.

3. Выявить наиболее значимые параметры структуры ультрамелкозернистых материалов (размер зёрен, фазовый состав, степень неравновесности структуры), оказывающие определяющее влияние на закономерности их изнашивания.

4. Определить параметры высокодозной ионной имплантации и электроискрового легирования, обеспечивающие наибольшую износостойкость исследуемых материалов.

Научная новизна. Установлено, что в исследованных условиях интенсивность изнашивания сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 выше, чем у титана технической чистоты ВТ 1-0, и ее величина максимальна для сплава ВТ6, имеющего наибольшие концентрации легирующих элементов.

Разработана методика оценки неравновесности структуры с использованием метода дифракции обратнорассеянных электронов.

На основе проведенных экспериментальных исследований сформулированы общие закономерности и различия элементарных механизмов изнашивания нелегированного титана технической чистоты ВТ1-0 и титановых сплавов ПТ-ЗВ, ВТ6.

Показано, что при испытаниях в исследованных условиях определяющим параметром для всех исследованных материалов является степень неравновесности структуры: чем выше степень неравновесности структуры, тем выше интенсивность изнашивания.

Практическая значимость. Установленная в работе более высокая интенсивность изнашивания сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 по сравнению с титаном технической чистоты ВТ 1-0 как в крупнозернистом, так и в ультрамелкозернистом состояниях, позволяет рекомендовать для применения в трибосопряжениях нелегированный ультрамелкозернистый титан.

Выявленная в работе корреляция интенсивности изнашивания со степенью неравновесности ультрамелкозернистой структуры может быть использована для выработки рекомендаций по корректировке технологических режимов получения ультрамелкозернистой структуры в титане ВТ 1-0 и сплавах ПТ-ЗВ и ВТ6, чтобы обеспечить наряду с повышением прочностных характеристик и повышение сопротивления изнашиванию.

Результаты по влиянию сорта имплантируемых элементов при высокодозной имплантации и материалов электрода при электроискровом легировании на закономерности изнашивания могут использоваться для

повышения износостойкости титана ВТ 1-0 и сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 как с крупнозернистой, так и с ультрамелкозернистой структурой.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика оценки относительной степени неравновесности структуры ультрамелкозернистых металлов и сплавов по параметру, рассчитанному на основании данных компьютерной обработки картин дифракции обратнорассеянных электронов.

2. Экспериментально установленное образование на поверхности трения образцов крупнозернистого титана и ультрамелкозернистого титана с равновесной структурой износостойких вторичных структур в виде островков, предположительно содержащих мелкодисперсный диоксид титана, которые предотвращают адгезионный механизм изнашивания.

3. Определяющее влияние степени неравновесности ультрамелкозернистой структуры в титане ВТ 1-0 и сплавах ПТ-ЗВ и ВТ6 на интенсивность их изнашивания: чем больше степень неравновесности структуры, тем выше интенсивность изнашивания.

4. Повышение износостойкости титана ВТ 1-0 с крупнозернистой структурой путем высокодозной имплантации ионов алюминия, обеспечивающей формирование в поверхностном слое титана износостойких ультрадисперсных интерметаллидных частиц Ti3Al.

Достоверность результатов исследований, представленных в диссертации, обеспечивается использованием современных апробированных методик исследования, анализом литературных данных, сопоставлением полученных результатов с данными других авторов, хорошей воспроизводимостью экспериментальных данных, статистической обработкой результатов эксперимента.

Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены на Всероссийской конференции молодых ученых «Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии» (Томск, 2006 г.), III Всероссийской конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития

10

фундаментальных наук» (Томск, 16-19 апреля 2006 г.), VI Всероссийской школе-семинаре «Новые материалы. Создание, структура, свойства - 2006» (Томск, 13-16 июня 2006 г.), XVI Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов» (Самара, 26 - 29 июня 2006 г.), IV Всероссийской конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 15-18 мая 2007 г.), VII Всероссийской школе-семинаре «Новые материалы. Создание, структура, свойства - 2007» (Томск, 13-15 июня 2007 г.), VIII Международной конференции «Трибология и надежность» (Санкт-Петербург, 2008 г.), 9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (September 21 - 26, Tomsk, Russia, 2008), Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов» (Белгород, 16-20 ноября 2009 г.), I Международная научно-практическая конференция «Технология, материалы, транспорт и логистика: ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» TMTL'10 (20-24 сентября 2010 г, Ялта, Украина), Открытой школе-конференции стран СНГ «Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы - 2010» (Уфа, 11-15 октября 2010), Научно -технической конференции с участием иностранных специалистов «Трибология - машиностроению, посвящённая 120 - летию со дня рождения проф. М.М. Хрущова» (Москва, 7-9 декабря 2010 г.), V Международной научно-технической конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материалов» (Минск, 15-17 сентября 2010 г.), XII Международной конференции «Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов ДСМСМС-2011» (Екатеринбург, 13-16 июня 2011 г.), Международной конференции «Физическая мезомеханика, компьютерное конструирование и разработка новых материалов» (Томск, 5-9 сентября 2011 г.), XI Международной конференции «Трибология и надёжность» (27-29 октября 2011 г. Санкт-Петербург).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 33 работы, из них 5 - в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, 18 докладов и 10 тезисов - в материалах научных конференций различного уровня.

Личный вклад автора заключается в совместной с научным руководителем постановке задачи диссертации, проведении экспериментов, обработке полученных результатов, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, написании статей по теме диссертации.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 разделов, заключения, списка использованных источников, включающего 91 наименование. Всего 171 страница машинописного текста, в том числе 75 рисунков и 7 таблиц.

1. ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ С КРУПНОЗЕРНИСТОЙ И УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ

СТРУКТУРОЙ

1.1 Основные закономерности трения и изнашивания металлических материалов

В технике трение является инициатором деформационных, динамических, тепловых, акустических, электрических, адгезионных и других процессов, определяющих работоспособность узлов трения машин.

Внешнее трение - явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкасания поверхностей по касательным к ним [28]. Наибольшее развитие в настоящее время получила молекулярно-механическая теория внешнего трения [6, 29 -31]. В настоящем разделе приведены основные положения теории, а также термины и определения, применяемые в данной диссертации для описания и анализа экспериментальных данных.

1.1.1 Молекулярно-механическая теория трения и элементарные виды разрушения поверхностей при трении

Молекулярно-механическая теория трения была разработана российскими учеными Б.В. Дерягиным, И.В. Крагельским [6] и зарубежными учеными Ф. Боуденом и Д. Тейбором [29]. В соответствии с этой теорией трение имеет двойственную молекулярно-механическую природу. Силу трения можно представить как сумму молекулярной (адгезионной) и механической (деформационной) составляющих.

Механическая составляющая вызвана взаимодействием между неровностями, их взаимном внедрении и зацеплении. При относительном перемещении поверхностей происходит упругое (рис. 1.1 а) и

пластическое оттеснение (рис. 1.1 б) материала внедрившимися неровностями. Зацепление неровностей приводит к их взаимному деформированию, а в предельном случае более мягкая неровность может срезаться (рис. 1.1 в).

Молекулярная составляющая обусловлена сопротивлением разрыву молекулярных либо межатомных связей, которые возникают между

а б в г д

Рис. 1.1 - Элементарные виды взаимодействия при трении: а - упругое взаимодействие, б - пластическое оттеснение, в - срез, г - адгезионное взаимодействие, д - когезионное взаимодействие.

контактирующими телами (рис. 1.1 г). В отдельных случаях прочность адгезионных связей настолько велика, что их разрушение сопровождается глубинным вырыванием материала (рис. 1.1 д). Процесс изнашивания по И. В. Крагельскому - это:

1. взаимодействие поверхностей трения;

2. изменения, происходящие в поверхностном слое металла;

3. разрушение поверхностей.

Таким образом, разрушение трущихся поверхностей контактной пары происходит в виде отдельных элементарных процессов, сочетание которых зависит от материалов и условий трения [30]. Гаркунов Д.Н. выделяет следующие элементарные виды разрушения [31]:

Микрорезание. При внедрении на некоторую глубину твердая частица абразива или продукта износа может произвести микрорезание материала обоих пар трения с образованием микростружки. Микрорезание при трении проявляется редко, так как глубина внедрения при заданных нагрузках в большинстве случаев недостаточна для резания.

Царапанье. Образовавшаяся или появившаяся на поверхности трения частица при скольжении перемещается и подминает материал, оставляя царапину. Образовавшаяся царапина обрывается либо при выходе внедрившегося элемента из зоны фактического контакта, либо при раздроблении частицы, либо при ее впрессовывании или уносе за пределы зоны трения. Поверхность трения покрывается царапинами, расположенными почти параллельно направлению скольжения, а между царапинами располагается материал, претерпевший многократную пластическую деформацию. При нагружении в таком участке, исчерпавшем способность пластически деформироваться, легко образуются трещины, с развитием которых материал отделяется от основы.

Отслаивание. Материал при пластическом течении может оттесниться в сторону от поверхности трения и, после утраты способности к дальнейшему пластическому течению, отслаиваться. В процессе течения материал наплывает на оксидные пленки и теряет связь с основой. Если при линейном и точечном контакте тел, напряжения по глубине слоя больше сопротивления усталости материала, то при работе образуются трещины, приводящие к чешуйчатому отделению материала.

Выкрашивание. Для выкрашивания характерна произвольная форма раковинок, язвинок с рваными краями, образующихся в местах отделения частиц материала. Выкрашиваться могут твердые структурные составляющие (фазы) сплава после того, как износится или деформируется его мягкая основа, частицы белого слоя, частицы основной массы серого чугуна, окаймленные включениями свободного графита, твердые оксидные пленки или частицы металлизированного покрытия и т.п.

Выкрашиванию способствуют растягивающие остаточные напряжения в поверхностном слое после механической обработки, трещины после химико-термической обработки и закалки, а также значительные термические напряжения, возникающие при трении вследствие неудовлетворительной смазки. Непосредственно выкрашиванию

предшествуют образование и развитие трещин в поверхностном слое, отделяющие единичные малые объемы от остального материала.

Глубинное вырывание возникает при относительном движении твердых тел, когда образовавшийся вследствие молекулярного взаимодействия «спай» (схватывание микронеровностей) оказывается прочнее одного или обоих взаимодействующих материалов. Разрушение в этом случае происходит на некоторую глубину одного из тел. Поверхности разрушения пластичных материалов представляют собой выступающие, вытянутые в направлении движения гребни и суживающиеся вглубь материала конусы. При этом прилегающие к местам вырывов участки подвергаются в большей или меньшей степени пластической деформации. Вырванная часть материала, будучи прочно закрепленной на сопряженной поверхности, образует слой перенесенного материала. Может происходить процесс схватывания и переноса отдельных структурных составляющих сплава, в то время как остальные составляющие будут уходить из зоны трения или уноситься в смазочный материал.

Перенос материала характерен для всех видов изнашивания. Материал переносится на сопрягаемую поверхность. Также может происходить и обратный перенос. Перенос материала происходит отдельными частицами, средний размер которых имеет определенную величину для данных условий трения, при этом перенесённый материал может образовывать сплошные слои на сопрягаемой поверхности.

Перенос материала не определяет и не характеризует степень износа поверхностей трения, поскольку перенесенная частица может многократно переходить с одной поверхности трения на другую и обратно. Износ проявляется в том случае, когда перенесенные частицы уносятся из зоны трения. Это определяется процессами прямого и обратного переноса и зависит от конечного механизма отрыва перенесенной частицы, в частности, от ее окисления или же возникновения неблагоприятных напряжений на границе раздела между частицей и подложкой.

1.1.2 Стадии изнашивания и особенности контактирования поверхностей тел в паре трения

Пара трения - совокупность двух подвижно сопряженных поверхностей деталей, в условиях эксплуатации или испытаний. Пара трения характеризуется материалом, формой контактирующих поверхностей, относительного их перемещения, и окружающей средой, в которой происходит эксплуатация.

Разрушение поверхности твердого тела, проявляющееся в изменении размеров или формы, называется изнашиванием.

Износ - результат изнашивания, выраженный в физических единицах длины, объема, массы или в невозможности обеспечивать заданные параметры.

Скорость изнашивания - отношение значения износа к интервалу времени, в течение которого он возник.

Интенсивность изнашивания - отношение значения износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы.

Износостойкость оценивается величиной, обратной скорости изнашивания. Предельный износ - это износ, при котором дальнейшая эксплуатация становится невозможной ввиду снижения надежности обеспечения заданных параметров [28]

Взаимный контакт деталей происходит по вершинам и выступам шероховатости, которая деформируется под действием внешней нагрузки. Деформации выступов делят на:

-упругие (эластичные тела - например резина с очень гладкой поверхностью);

- упругопластические без упрочнения;

- упругопластические (упругопластический контакт) с упрочнением.

Схема контакта поверхностей двух тел показана на рисунке 1.2. При этом различают:

1) номинальную площадь контакта, Аа= ахЬ;

2) контурную площадь контакта, Ак = 5... 15 % от Аа;

3) фактическую площадь контакта, Аг= 0,01...0,1 % от Аа

Номинальное давление

Р = Р =

И а

N

Контурное давление

Фактическое давление

р

' Л

N

Фактическая площадь контакта Аг зависит от нагрузки за счет деформации вершин выступов и меняется после 1-й и последующей нагрузки. Фактический контакт увеличивается при увеличении нагрузки, уменьшении шероховатости, росте радиуса закруглений выступов за счет времени действия нагрузки и уменьшается с увеличением предела текучести, высоты неровности (шероховатости).

При взаимодействии двух разных материалов - физические свойства более мягкого и геометрия поверхности более твердого из тел определяют Аг (фактический контакт).

Если отложить по оси абсцисс время t работы пары трения (рис. 1.3 а), а по оси ординат износ II, то получим кривую изнашивания детали во времени. Тангенс угла наклона а, образованного осью абсцисс и касательной к кривой в произвольной точке, определяет скорость изнашивания в данный момент времени.

Рис. 1.2 - Схема контакта поверхностей тел.

а)

в)

Рис. 1.3 - Кривые изнашивания.

На кривой изнашивания в общем случае (рис. 1.3 а, кривая 1) можно выделить три участка, соответствующие трем стадиям изнашивания. I -начальное изнашивание, наблюдаемое при приработке поверхностей деталей; II (прямолинейный участок кривой) - установившееся изнашивание (tg а -const), наблюдаемое при нормальной эксплуатации сопряжения; III - процесс резкого возрастания скорости изнашивания, соответствующий стадии катастрофического изнашивания. Кривая 2 на рисунке 1.3 а показывает изменение скорости изнашивания.

Кривая на рис. 1.3 б соответствует случаю, когда после окончания приработки постепенно накапливаются факторы, ускоряющие изнашивание, в силу чего отсутствует период установившегося изнашивания. Кривые на рис. 1.3 б соответствуют случаям, когда отсутствует приработка, и период нормальной эксплуатации наступает сразу с начала работы.

Кривая изнашивания на рис. 1.3 г относится к деталям, находящимся под действием контактных напряжений, причем эти детали работают длительное время практически без истирания. Начавшееся усталостное выкрашивание поверхностных слоев усиливается действием продуктов разрушения [31].

1.1.3 Основные виды изнашивания

Элементарные виды разрушения при трении металлических материалов отражают процессы изнашивания независимо от видов трения и режимов смазки. Несмотря на общность основных этапов механизмов изнашивания металлических материалов, конкретные виды изнашивания имеют свои особенности, которые рассмотрены ниже.

В данном разделе рассмотрены обобщённые литературные данные по основным видам изнашивания, которые наблюдаются в машинах и механизмах всех отраслей техники [6, 28-37].

Абразивное изнашивание. Отличительной особенностью при абразивном изнашивании является его связь с резанием или пропахиванием поверхности твердыми частицами или неровностями. Эти режущие элементы представляют собой более твердые выступы контртела или внедренные в него частицы абразива или же свободные частицы абразива, попавшие извне в зону контакта.

Основные механизмы абразивного изнашивания напрямую связаны с пластическим течением и хрупким разрушением. Различают два вида деформации при действии абразивных частиц на пластичный материал. Первый вид - это пластическое оттеснение материала с образованием канавок, часто называемое пропахиванием. В этом случае перед частицей перемещается валик, а материал постоянно выдавливается в стороны, образуя вблизи пропахиваемой канавки гребни. Удаление материала с поверхности не происходит. Второй вид деформации называют резанием, так как этот процесс сходен с тем, что происходит при механической обработке материала. Весь перемещаемый частицей материал удаляется в виде стружки.

Адгезионное изнашивание. В процессе адгезионного изнашивания происходит образование адгезионной связи, ее рост и разрушение. Особенностью этого вида изнашивания является перенос материала с одной поверхности на другую, обусловленный наличием локальных связей между контактирующими поверхностями.

Эксперименты показывают, что адгезия на границе раздела возникает даже при разрыве контакта двух тел без сдвига. При удалении тел друг от друга может происходить перенос материала с тела, имеющего меньшую когезионную прочность, на другое тело. При движении одного из тел относительно поверхности другого на поверхности материала с большей когезионной прочностью образуется пленка переноса. Количество перенесенного материала определяется прочностью адгезионной связи, которая, в свою очередь, зависит от физико-химических свойств

сопрягаемых материалов, а также от кристаллической структуры и текстуры. Кроме того, адгезия зависит от условий трения.

Средством борьбы со схватыванием является применение смазочных материалов (жидких, пластичных и твердых). Однако смазочные пленки могут разрушаться, и в этом случае неизбежен непосредственный контакт чистых (ювенильных) поверхностей.

Эффективность действия смазочных материалов в предотвращении схватывания трущихся поверхностей может быть повышена введением в смазки поверхностно-активных, химически активных и полимерообразующих присадок, способствующих образованию на поверхностях прочных защитных пленок непосредственно в процессе трения; введением в смазки тонкодисперсных твердых веществ (графита, халькогенидов, металлов, полимеров и др.), предотвращающих непосредственный контакт поверхностей трения; обеспечением конструктивными мерами гидродинамических или гидростатических условий трения (поверхности при этом разделены слоем смазочного материала). Последнее относится также и к случаю газовой (газодинамической и газостатической) смазки. В некоторых случаях проявление схватывания может быть устранено применением газовых химически активных сред, образующих или способствующих образованию на поверхностях защитных пленок, препятствующих схватыванию (в значительной мере такую роль выполняет кислород воздуха).

Усталостное изнашивание. Известно, что усталость представляет собой изменение состояния материала, вызванное циклическим нагружением, приводящим к постепенному его разрушению. К усталостному изнашиванию относят случаи, когда при работе узлов трения отсутствуют аномальные повреждения (схватывания, задиры, микрорезание, и т.п.), трение протекает в нормальных условиях, имеется смазка, но, тем не менее, вследствие накопления необратимых изменений материал разрушается. Подобный процесс протекает, сопровождая практически все

виды изнашивания. Фрикционный контакт подвергается циклическому нагружению при качении и возвратно-поступательном скольжении. Кроме того, каждая неровность поверхности трения претерпевает последовательное нагружение при столкновениях с неровностями поверхности контртела. В отличие от объемной усталости, фрикционная усталость охватывает только поверхностную и подповерхностную области. Отделение материала с поверхности твердого тела в результате фрикционной усталости называется усталостным изнашиванием.

Различают усталостное изнашивание двух видов: многоцикловое и малоцикловое. Многоцикловое изнашивание возникает при упругом контактировании. Многократное воздействие на микровыступ приводит к постепенному накоплению микродефектов, образованию микротрещин, при слиянии которых образуются поверхностные макротрещины, вызывающие разрушение материала и отделение частиц износа. При малоцикловом изнашивании совместное действие нормальной и касательной нагрузок при трении приводит к тому, что максимальное касательное напряжение возникает не на поверхности, а под пятном контакта на небольшой глубине, где накапливаются повреждения и образуются трещины. У хрупкого материала трещина возникает на поверхности. Малоцикловое изнашивание наблюдается при пластическом деформировании поверхностей (без резания) более мягкого материала выступами более твердого. В местах такого деформирования нередко образуются боковые навалы, которые при последующих проходах тоже могут отделяться в виде продуктов износа.

Оценка усталостного износа осуществляется на основе теории, разработанной Крагельским. Согласно этой теории, усталостное изнашивание рассматривается как локальный процесс циклического взаимодействия неровностей, приводящий к накоплению повреждений и последующему разрушению материала. В частности, в случае упругого контакта интенсивность изнашивания зависит от параметров шероховатости, механических характеристик материалов, коэффициента

трения, а также от номинального и контурного давлений. В случае пластического контакта интенсивность изнашивания зависит от пластичности материала и фрикционных свойств.

Коррозионное (окислительное) изнашивание. Коррозия определяется как разрушение поверхности твердого тела в результате его химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Когда такое взаимодействие протекает на трущихся поверхностях, а продукты этих реакций существенно влияют на фрикционное поведение пары трения, принято считать, что имеет место коррозионное изнашивание.

Во многих случаях коррозионным изнашиванием называют интенсивное изнашивание в агрессивной среде, а умеренный износ в относительно нормальной атмосфере определяется термином окислительное изнашивание.

Окислительное изнашивание протекает в том случае, когда на поверхности трения формируется пленка окисла. Она может образовываться в результате реакции поверхности металла с кислородом воздуха или смазкой. При окислительном изнашивании, когда пленка окислов тонкая и эластичная, она играет положительную роль и предохраняет поверхности от повреждений, препятствуя свариванию ювенильных участков поверхностей, которое происходит в вакууме. Но по мере роста окисная плёнка утолщается, становится хрупкой и разрушается. Продукты износа могут выходить из зоны трения со смазкой. А в некоторых случаях, они вызывают абразивное изнашивание, так как имеют большую твердость. В процессе окислительного изнашивания одновременно протекают деформация, адсорбция и химические реакции и они являются взаимосвязанными. Деформирование активирует тончайшие поверхностные слои, повышая их чувствительность к адсорбции, диффузии и химическим реакциям. Образовавшийся в результате локального пластического деформирования слой содержит

многочисленные дефекты микроструктуры и области с высокой плотностью дислокаций. Этот слой может взаимодействовать с кислородом, растворенным в смазке.

Одной из форм окислительного износа является фреттинг-коррозия. Фреттинг-коррозия обычно наблюдается в номинально неподвижных соединениях, подверженных вибрации. При фреттинг-коррозии циклические микроперемещения в контакте вызывают локальные тепловые флуктуации, многократное пластическое деформирование, интенсивное накопление дефектов структуры, образование микро- и макротрещин. Отделившиеся частицы оказывают абразивное воздействие на поверхность. Характерные объекты подобного изнашивания - замки лопаток различных турбин, резьбовые соединения и другие детали машин, работающие в динамически напряженных условиях.

Виды изнашивания не ограничиваются приведенными выше механизмами. Изнашивание является сложным процессом, включающим различные разновидности элементарных механизмов. Практически не существует трибосистем с единственным видом изнашивания. Обычно обнаруживается, что одновременно могут действовать несколько механизмов изнашивания.

На реализацию определённого вида изнашивания в трибосистеме влияет множество факторов. Это условия работы: нагрузка, скорость, среда, смазка, присутствие абразива. А также свойства самих контактирующих материалов: химическая активность, теплопроводность, смачиваемость, структура. В зависимости от свойств материалов и условий работы при трении могут протекать различные химические реакции - это и взаимодействие как самих материалов друг с другом, так и их взаимодействие с окружающей средой.

Кроме того, даже если доминирует один процесс, то по ряду причин часто возможен переход к другому. Среди таких причин - изменение

температуры контакта, изменение химического состава окружающей среды, разрушение защитных покрытий, изменение рабочих параметров и возрастание колебаний за счет износа контактирующих деталей механического узла [6, 28-37].

Все перечисленные выше факторы действуют и при трении титана и титановых сплавов в паре с различными материалами. Исследованию закономерностей трения и изнашивания титана и титановых сплавов, а также разработке способов повышения их износостойкости посвящено большое количество работ, обзор которых приведен в следующем разделе.

1.2 Триботехнические свойства титана и его сплавов и методы повышения их износостойкости

1.2.1 Особенности трибологических свойств титана и его сплавов

Особенностью титана и его сплавов является высокая склонность к схватыванию при трении в паре практически с любыми материалами. В паре титан - титан в результате схватывания разрушение связей происходит обычно в глубине основного металла и повреждения на трущихся поверхностях из титана имеют глубинный характер со значительным наволакиванием и вырывами металла [5]. Аналогичные явления наблюдаются и при трении в паре с другими металлами. Процесс схватывания носит установившийся характер, что проявляется в линейной зависимости износа образцов от пути трения [1,5, 38-41].

В процессе трения происходит интенсивный перенос металла. Исследования показывают, что титан и его сплавы при работе с другими металлами либо переносятся на поверхность более твердого металла, после чего трение протекает как в паре титан - титан, либо на поверхность титана происходит перенос более мягкого металла [5, 41]. При трении титана в паре с неметаллами (пластмассами, углеграфитами) частицы износа титана

внедряются в поверхность детали из неметалла, после чего титан начинает интенсивно изнашиваться. В результате обратного переноса частиц износа и образования наростов на титановом образце начинает интенсивно изнашиваться неметаллический материал.

В работе [42] исследовались титановые сплавы Тл-6А1-4У и Тл-6А1-28п-47г-2Мо в паре со сталью 440С, керамикой из нитрида кремния, корунда, а также в паре с политетрафторэтиленом. Испытания проводились по схеме диск-палец при скоростях 0,3 и 1,0 м/с, в качестве образцов выступали диски из титановых сплавов. В работе было изучено изнашивание как образцов из титановых сплавов, так и материалов контртела. Показано, что для материалов контртела интенсивность изнашивания была наивысшей у оксида алюминия, несколько ниже у нитрида кремния, и наименьшая была у образцов из стали. Несмотря на высокую твёрдость, керамика показывает наибольший износ по сравнению со сталью, что авторы объясняют её высокой хрупкостью и трибохимическими реакциями. Отмечено, что оба титановых сплава показывают одинаковое поведение при трении, несмотря на то, что имеют различную зёренную структуру и различный состав по легирующим элементам. В работе обнаружено периодическое изменение коэффициента трения, которое, как предполагают авторы, связано с периодическим формированием и разрушением перенесённого на поверхность контртела слоя из титанового сплава. Однако экспериментального подтверждения в работе не приведено. При трении исследуемых титановых сплавов в паре с политетрафторэтиленом происходит интенсивный перенос последнего на поверхность титановых сплавов.

Причиной таких механизмов изнашивания является высокая реакционная способность титана и его сплавов. Естественная оксидная плёнка на поверхности титановых сплавов, которая при обычных условиях предотвращает их взаимодействие с другими материалами и со многими агрессивными средами, в процессе трения разрушается и образующиеся

ювенильные поверхности интенсивно взаимодействуют с сопрягаемым материалом. Данное поведение титана и его сплавов наблюдается практически при любых условиях трения.

В работе [43] изучалось влияние образования оксидной плёнки на закономерности изнашивания титана. Трибологические исследования образцов титана проводились по схеме «диск-палец» в паре с диском из корунда. Испытания проводились на воздухе и в вакууме при различных скоростях и нагрузках. Скорость скольжения варьировалась от 0,01 до 1,4 м/с, нормальная нагрузка от 15,3 до 76 Н. В работе отмечено, что трибологическое поведение титана связано с трибоокислением и деформацией приповерхностных областей титана. Коэффициент трения и скорость изнашивания уменьшаются с увеличением скорости скольжения от 0,01 до 1,0 м/с. Авторы объясняют это формированием «самосмазывающей» оксидной плёнки (ПО), и снижением интенсивности адиабатического сдвига в полосе локализации деформации приповерхностных областей. При повышенных скоростях температура поверхности и приповерхностных областей повышается, реакция материала на деформацию более однородна, и поэтому образующийся оксидный слой более эффективно защищает титан от изнашивания. Отсутствие защитного оксидного слоя при испытаниях в вакууме при увеличении скорости скольжения приводит к большому повышению температуры поверхности и приповерхностных областей, в результате чего происходит значительное увеличение интенсивности изнашивания. При испытаниях в вакууме интенсивность изнашивания имеет более высокие значения по сравнению с испытаниями на воздухе и возрастает с увеличением скорости скольжения. Таким образом, оксидная плёнка, которая при определённых условиях образуется при трении, играет защитную функцию. В работе [44] также показана эффективность образующихся оксидов в уменьшении интенсивности изнашивания. Авторы данной работы использовали схему однонаправленного прерывистого трения. В результате использования данной схемы на поверхности трения

титана происходило накопление образовавшихся в процессе трения частиц изнашивания, в составе которых присутствовали различные оксиды титана, такие как ТЮ2, ТЮ. Авторы считают, что образование оксидов при однонаправленном прерывистом трении является эффективным методом для повышения износостойкости. В качестве дополнительного доказательства приводятся сведения, что при применении минеральной смазки износ выше, чем при сухом трении, что объясняется затруднением образования оксидов, так как смазка мешает проникновению кислорода в зону контакта.

При трении в приповерхностных слоях трущихся деталей происходит развитие пластической деформации, а также происходит интенсивное повышение температуры. В работе [29] показано, что при трении температура может достигать 800°С, а для титана, учитывая его низкую теплопроводность, температура поверхности трения может быть значительно выше. При таких экстремальных воздействиях может значительно измениться структурно-фазовое состояние непосредственно поверхностного слоя. В результате повышенной температуры и пластической деформации могут интенсифицироваться процессы диффузии газов и взаимодействия титана с контактирующим материалом и с окружающей средой.

В работе [45] рассматривалась взаимосвязь трибологического поведения сплава Т1-6А1-4У с его теплопроводностью. Испытания на трении проводились без смазки, по схеме диск-палец, в качестве диска в работе использовалась сталь ОСг15 (ШХ15). Скорость скольжения варьировалась от 30 до 60 м/с, нагрузка от 0,33 до 1,33 Н. Температуру измеряли в процессе трения при помощи термопары, которая помещалась в сделанном в образце отверстии и находилась на расстоянии 3 мм от поверхности трения. В работе показано, что температура может превышать 700°С. При улучшении теплопроводности образцов с помощью медных вставок разогрев не превышал 350°С. Микрорентгеноспектральные исследования поверхности трения титанового сплава показали присутствие кислорода. Кроме того, на этой поверхности присутствует железо. Снижение температуры при трении

привело к уменьшению интенсивности изнашивания. По-видимому, это можно связать с изменением деформационных характеристик титановых сплавов с температурой.

Для титана, являющегося химически активным металлом, влияние окружающей среды на характер трения и износа является более существенным, чем у обычно применяемых в технике металлов. В работах [23, 46] исследовалось трибологическое поведение титановых сплавов в различных средах и при использовании различных смазочных материалов.

Влияние окружающей среды, а также процесса наводороживания поверхности титана при трении было показано авторами [46] при исследованиях изменений в поверхностных слоях сплавов титана марок ВТ5 и ВТ 14 и их связи с трибологическими характеристиками в зависимости от удельной нагрузки, скорости и пути трения в воздухе, в 3%-ном растворе ЫаС1, трансформаторном масле и аргоне. Авторы показали, что наибольшая интенсивность изнашивания наблюдается при применении минерального масла. Авторы объясняют это образованием гидридов в поверхностном слое, что приводит к его охрупчиванию и последующему разрушению. Однако присутствие самих гидридов авторами не показано. Также в данной работе показано, что происходит насыщение продуктов износа кислородом и азотом при испытаниях на воздухе без смазки и в водном растворе №С1. Интенсивность насыщения различна в различных средах. В окончательных выводах авторы объясняют относительно низкую скорость изнашивания на воздухе и в водном растворе №С1 тем, что кислород и азот, обнаруженные в продуктах изнашивания, являясь упрочнителями титана, в некоторой степени уменьшают износ. Упрочнение поверхности титана происходит за счет образования оксидов и нитридных пленок, а также диффузии кислорода и азота вглубь металла при значительном повышении температуры на локальных участках трущейся поверхности. Однако исследования по насыщению газами проводились только на продуктах изнашивания, поверхность трения не исследовалась, измерялось только изменение

микротвёрдости, повышение которой можно связать и с деформационным упрочнением. Также остаётся непонятным механизм уменьшения интенсивности изнашивания в среде аргона. В работе [23], где проводили трибологические исследования титана Огас1е-2 на воздухе, в водном растворе ЫаС1 и в керосине, показано, что наибольшая интенсивность изнашивания наблюдается при использовании керосина в качестве граничной смазки. Однако в данной работе кислород обнаруживается лишь при испытаниях в водном растворе №С1 и не на поверхности титановых образцов и в продуктах изнашивания, а на поверхности контртела.

В работе [47] было проведено исследование большого класса жидкостных смазочных материалов. Показано, что большинство смазочных материалов являются малоэффективными в применении к титану и его сплавам. Также малоэффективны производные углеводородов с длинной цепью и минеральные масла с различными антифрикционными добавками и без них. Реагирующие с поверхностью титана неорганические жидкости, такие как крепкий раствор каустической соды в воде, раствор йода в спирте, раствор сероводорода в воде и др. значительно снижают коэффициент трения, но их низкая вязкость и испарение составляющих не позволяют использовать их для практического применения в качестве смазки. Некоторый положительный результат в снижении коэффициента трения отмечается для углеводородов, содержащих галогены, а также для синтетических соединений с длинной цепью (силиконовые масла, полиэтиленовые и полипропиленовые гликоли, растворы сахара, патока, мед и др.).

Была испытана смазочная способность некоторых соединений, содержащих хлор и фтор. Проверялась группа полихлорфторсилоксановых жидкостей с различной вязкостью и содержанием хлора и фтора. Все испытанные жидкости оказались неэффективными при трении пар из титана и титана и стали.

Было установлено, что из обычно применяемых смазок, только твердые смазки - графит и дисульфид молибдена - способны давать удовлетворительную, хотя и недолговечную, смазку для титана.

Таким образом, вопрос разработки эффективных смазок для титана, обеспечивающих защиту от интенсивного адгезионного взаимодействия и снижение коэффициента трения, несмотря на ряд положительных результатов, требует еще своего разрешения, так как ни одна из описанных выше смазок не может гарантировать отсутствие схватывания в узле, выполненном из титана без поверхностной упрочняющей обработки. Те же смазочные материалы, которые снижали коэффициент трения, ввиду их низкой вязкости, быстрого испарения составляющих, высокой токсичности не позволяют использовать их для практического применения в качестве смазки.

При трении основные процессы протекают в тонких приповерхностных слоях. Поверхностный слой имеет некоторое отличие физико-химических свойств по сравнению с основным объёмом, однако состояние поверхностного слоя напрямую зависит от свойств основного объёма. В случае с титаном и его сплавами это особенно важно, так как структура и химический состав сплава могут влиять на свойства оксидной плёнки, которая, как изложено выше, может при определённых условиях препятствовать адгезионному взаимодействию титана с сопрягаемым материалом.

В работах [38, 39] показано, что легирование титана различными а- и (3 - стабилизаторами, термообработка а+(3- и |3 - сплавов мало изменяют сопротивление схватыванию в условиях трения. В работе [42] показано, что сплавы системы Т1-6А1-4У и Ть-6А1-28п-42г-2Мо имеют подобные трибологические свойства, хотя их структура и химический состав различны. Сплав Т1-6А1-2 8п-42г-2Мо имел более мелкую структуру и преобладающей была а-фаза. В тоже время, в работе [48] показано, что |3 - сплавы имеют большую износостойкость в сравнении с а+Р-сплавами.

В настоящее время, большой интерес представляют материалы с ультрамелкозернистой структурой, полученной интенсивной пластической деформацией, в том числе титан и титановые сплавы. Высокие прочностные и усталостные свойства титана и титановых сплавов с ультрамелкозернистой структурой позволяют значительно расширить области их применения. Естественно, что актуальным является и использование этих материалов в трибосопряжениях. Однако работ о влиянии ультрамелкозернистой структуры на закономерности изнашивания титановых сплавов сравнительно немного.

В работе [17] показано, что при измельчении зерен от 30 до (0.1-Ю,3) мкм в титане ВТ 1-00 методом равноканально-углового (РКУ) прессования с различной степенью деформации (е=0,88-^-2,49) практически не изменяется интенсивность изнашивания образцов при сухом трении этого материала по закаленной стали У8 при возвратно-поступательном движении на пути трения в 200 метров, малых нагрузках и невысоких скоростях. В этой работе в качестве одной из характеристик УМЗ структуры приводится плотность дислокаций, которая снижается с увеличением степени накопленной деформации при РКУ прессовании. При этом наблюдали линейную зависимость массового износа от пути трения практически с одинаковой интенсивностью изнашивания для титана с крупнозернистой и с ультрамелкозернистой структурой. Авторами это объясняется тем, что при трении без смазочного материала происходит интенсивное пластическое деформирование поверхностных слоев контактирующих тел. Степень пластической деформации при трении может достигать что

сравнимо со степенью деформации при РКУ прессовании. В связи с этим авторы полагают, что формирующаяся при трении структура поверхностного слоя подобна структуре, образующейся в процессе интенсивной пластической деформации. Вследствие этого энергия активации процесса разрушения при трении без смазочного материала титана после РКУ прессования и крупнозернистого титана одинакова. Такое объяснение не

совсем корректно, так как при трении ультрамелкозернистого титана происходит контактирование изначально деформированного материала, а деформация, которая имеет место при трении, должна «накладываться» на уже существующую.

В серии работ Шустера Л.Ш., Мигранова М.Ш., Чертовских C.B. и др. [18-22] УМЗ структура со средним размером зерен 0,3 мкм в титане ВТ 1-0 была получена методом РКУ прессования в интервале температур 450-400°С, а также методом РКУ прессования с дополнительной холодной прокаткой со степенью деформации 75% (в этом случае средний размер зерен был равен 0,1 мкм). Авторы на основании измерений по своей оригинальной методике «комплексного параметра пластического фрикционного контакта», который, по мнению авторов, отражает прочность адгезионных связей контактирующих тел при трении, делают вывод об улучшении износостойкости УМЗ титана в сравнении с крупнозернистым. Однако приведенные в работе [22] результаты испытаний титана с крупнозернистой структурой и ультрамелкозернистой структурой, полученной РКУП с дополнительной холодной прокаткой, по стандартной схеме «диск-палец» на пути трения 150^-200 м показывают слабое различие интенсивности изнашивания исследованных материалов.

В работе [23] были проведены сравнительные испытания титана марки Grade 2 с крупнозернистой структурой (размер зерен составлял 21 мкм) и с ультрамелкозернистой структурой (средний размер зерен 90 нм), полученной гидростатической экструзией при комнатной температуре. Испытания проводили на воздухе, в водном растворе NaCl и в керосине по схеме «диск-палец», путь трения во всех экспериментах составлял 540 м. Во всех средах интенсивность изнашивания УМЗ титана оказалась выше, чем крупнозернистого, что авторы связывают с доминирующими трибохимическим и адгезионным механизмами изнашивания.

В работе [24], при использовании методики трибологических испытаний при возвратно-поступательном движении стального шарика по

титановому диску с амплитудой 1 мм и общим путем трения 10^50 м, установили, что скорость изнашивания титана с УМЗ структурой, полученной методом РКУ прессования при температуре 673 К, ниже, чем у крупнозернистого титана, полученного отжигом титана с ультрамелкозернистой структурой в течение 8 часов при 1073 К. Отмечается, что при переходе к УМЗ структуре механизмы адгезии и отслоения, характерные для крупнозернистого материала, сменяются механизмами «пропахивания» (ploughing) и отслоения.

В работе [25] УМЗ состояние со средним размером зерен 60 нм в титане получали при комнатной температуре деформацией сдвига методом, который авторы обозначили аббревиатурой LSEM (large strain extrusion machining). При испытании по методу «стальной шарик по титановому диску» по измерениям ширины и профиля дорожки трения после пути трения 30 м, также был сделан вывод о более высоком сопротивлении изнашиванию материала с УМЗ структурой. Авторы отмечают, что при доминирующем адгезионном механизме изнашивания, наблюдается и абразивный механизм.

Таким образом, имеющиеся литературные данные свидетельствуют о том, что в эксперименте можно обнаружить как положительное, так и отрицательное влияние УМЗ структуры на сопротивление изнашиванию титана и титановых сплавов. В связи с этим актуальным является выяснение причин, определяющих противоречивые выводы, сделанные в цитированных работах. Не подвергая сомнению достоверность и важность полученных в работах [17-25] результатов, отметим, что одной из причин противоречивости этих выводов, является использование в указанных работах разных схем (методик) триботехнических испытаний, что, как справедливо отмечается в работе [23], может в значительной степени повлиять на результаты испытаний. Поэтому корректно сравнивать только результаты, полученные при одинаковых условиях испытаний. Обращает также на себя внимание тот факт, что во всех работах испытания на ультрамелкозернистом титане выполнены при малом пути трения, максимальный же путь трения 540 метров был в работе [23].

Таким образом, на основании приведенных в настоящем разделе результатов, можно выделить следующие основные закономерности изнашивания титана и титановых сплавов при трении:

преобладающим механизмом изнашивания титана и титановых сплавов при трении в паре практически с любыми материалами является адгезионное изнашивание, при котором идёт постоянный перенос металла с поверхности на сопрягаемый материал;

использование различных смазочных материалов не изменяет механизмов изнашивания титана и титановых сплавов, однако некоторые смазки (графитовые и на основе дисульфида молибдена) в определенной степени повышают сопротивление этих сплавов изнашиванию;

интенсивность изнашивания титана и его сплавов очень чувствительна к условиям нагружения [42, 43, 45], которые могут в значительной мере изменить химическую активность титана, поэтому при сравнительных исследованиях необходимо это учитывать;

влияние легирующих элементов в титановых сплавах на их изнашивание исследовано в недостаточной степени, что не позволяет сделать однозначных выводов о таком влиянии;

- при формировании ультрамелкозернистой структуры в титане и его сплавах с использованием методов интенсивной пластической деформации было обнаружено как положительное, так и отрицательное влияние УМЗ структуры на сопротивление изнашиванию, что, по-видимому, обусловлено недостаточным учетом особенностей УМЗ структуры, характеризующейся не только малым размером зерен, но и высокой неравновесностью.

1.2.2. Методы повышения износостойкости титана и его сплавов.

Выявленные в предыдущем разделе на основании анализа известных литературных данных закономерности изнашивания титана и его сплавов, позволяют определить наиболее перспективные и эффективные пути

повышения износостойкости этих материалов. По-видимому, для этой цели необходимо практически полностью предотвратить взаимодействие ювенильных поверхностей титана с контртелом. Процессы, происходящие при трении, протекают в достаточно тонких слоях контактирующих материалов. Таким образом, для повышения износостойкости достаточной может являться модификация поверхностного слоя, не изменяющая состав, структуру и прочностные характеристики основного объёма материала.

Существует много традиционных способов модификации поверхностных слоев для повышения износостойкости. В частности, широко применяются химико-термические способы обработки (оксидирование, азотирование, цементация и нитроцементация, цианирование и т. д.), нанесение металлов гальваническим и химическим методами, формирование покрытий методом окунания в расплавы металлов, методы поверхностной закалки, поверхностной деформации [26, 27, 49, 50]. Существенно развились способы осаждения покрытий из газовой фазы при атмосферном давлении и в разряженной атмосфере [51]. Широко используется применение газотермических методов нанесения покрытий в связи с развитием плазменного [52] и детонационного [53, 54] способов напыления порошкообразных материалов различного состава. Особый интерес представляют методы высокоэнергетического воздействия, основанные на воздействии на поверхностные слои деталей потоков частиц и квантов с высокой энергией. К этим методам относятся лазерная обработка, электронно-лучевая обработка, вакуумные ионно-плазменные методы, ионная имплантация, электроискровое легирование, микродуговое оксидирование [26, 27].

Большинство из перечисленных выше способов модификации поверхностных слоев были опробованы и для повышения износостойкости титана и титановых сплавов.

В частности, для титановых сплавов наиболее широко применялись такие методы диффузионного насыщения как оксидирование, азотирование, хромирование, молибденирование, а также химическое никелирование.

В работе [5] приведены результаты трибологических испытаний титанового сплава с модифицированной поверхностью наиболее эффективными, по мнению авторов, методами - оксидирование, азотирование, химическое никелирование и гальваническое хромирование сплава. Испытания проводили при ступенчатом кратковременном нагружении пары трения до полного износа или разрушения слоя, что позволяло устанавливать ресурс и допустимые условия работы исследуемой пары. Сравнительные испытания по определению нагрузки схватывания проводили при пяточном трении на воздухе и в воде со скоростью 0,2 м/с трех столбиков диаметром 5 мм по торцевой поверхности кольца, диаметрами 32 х 52. Результаты представлены на рисунке 1.4. Видно, что

Рис. 1.4 - Нагрузка схватывания и коэффициенты трения сплава ВТ5 после различной поверхностной обработки: 1 - без обработки: 2, 3, 4 -оксидирование соответственно при 800° С - 1 ч; 750° С - 12 ч, 850° С - 5 ч; 5 - азотирование; 6 - химическое никелирование, 7 - гальваническое хромирование, 8 -БрОЦЮ-2.

оксидирование, азотирование, химическое никелирование и гальваническое хромирование сплава ВТ5 в 5 - 15 раз увеличивает нагрузку схватывания. Однако коэффициент трения для этих сочетаний упрочнения поверхности титана, за исключением химического никелирования, падает всего в 1,5-2 раза. При сухом трении оловянной бронзы марки БрОЦЮ-2 по сплаву ВТ5, при всех методах его поверхностного упрочнения, величина нагрузки схватывания значительно повышается. При трении бронзы по оксидированному титану в воде схватывания не наблюдается при удельных нагрузках 300 кгс/см2 и более. Коэффициент трения при таком сочетании материала снижается до 0,17 - 0,25.

В работе [55] также были проведены исследования поверхностно-модифицированного титанового сплава ВТ5. Результаты приведены на рисунке 1.5. Наиболее высокая нагрузка схватывания была при сухом трении (более 100 кгс/см2) пар, в которых титан был покрыт сульфидированным слоем молибдена или вольфрама. Коэффициент трения для всех указанных сочетаний обработанного сплава ВТ5 с другими материалами не превышал 0,12 и только для сочетания 4 - 11 (пористый хром в паре с БрОФ7-0,2) при смазке маслом ДП-11 его значение достигало 0,16. Схватывание в однородной паре из поверхностно-упрочненного титанового сплава ВТ5 наступает либо после износа упрочненного слоя, либо после его скалывания (выкрашивания). При трении неупрочненного титанового сплава ВТ5 по поверхности этого же сплава, но упрочненной различными методами, наблюдается перенос (намазывание) материала образцов неупрочненного сплава на упрочненную поверхность с одновременным постепенным износом упрочненного слоя. Неупрочненная поверхность титана значительно наклёпывается и обогащается газами, при схватывании происходит выкрашивание или сколы упрочненного слоя. На рисунке 1.6 показана зависимость нагрузки схватывания от пути трения сплава ВТ5. Из рисунка 1.6 видно, что путь трения является очень небольшим при высоких значениях нагрузки. Применение смазки минеральным маслом не изменяет характер

№

«ч

I

I

I |

§

I

I §

См!

ш

I

1Ш

Смазкй МС-70

ДП-Н

-*

без смазки

Рис. 1.5 - Нагрузка схватывания титана после различной обработки поверхности: 1 - оксидирование; 2 - хромирование и диффузионный отжиг; 3 - твердое хромирование; 4 - пористое хромирование; 5 - химическое никелирование; 6 - химическое никелирование и твердая смазка типа СТМ-1, 7 - молибденирование с сульфидированием, 8 - вольфрамирование с сульфидированием; 9 - сталь 40Х, ЖС 35 - 50; сталь 38ХС, НЯС 30 -40; 10 - сталь ШХ15, НЯС 60 - 62; сталь ДЗМ5, НЯС 63 - 64; 11 - Бр007-0,2; 12 - аустенитный чугун: 13 - сталь 3X13 азотиоованная.

то

%т

«г

«1

&

Заключение диссертации по теме «Металловедение и термическая обработка металлов», Круковский, Константин Витальевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью, были проведены экспериментальные исследования закономерностей изнашивания технически чистого титана ВТ 1-0 и сплавов системы Т1-А1-У с различной концентрацией легирующих элементов ГТГ-ЗВ и ВТ6 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой в одинаковых условиях испытаний (нагрузка, скорость, граничная смазка). Также были проведены исследования возможности повышения износостойкости исследуемых материалов методами высокодозной ионной имплантации и электроискрового легирования.

Исследования закономерностей изнашивания технически чистого титана ВТ 1-0 и сплавов системы ТьА1-У с различной концентрацией легирующих элементов ПТ-ЗВ и ВТ6 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой в одинаковых условиях испытаний позволили выявить особенности механизмов изнашивания исследуемых материалов.

Исследования закономерностей изнашивания материалов с ультрамелкозернистой структурой, полученной по различным режимам термомеханических обработок, а также исследования структуры методом дифракции обратнорассеянных электронов позволили обнаружить взаимосвязь степени неравновесности полученной структуры и интенсивности изнашивания исследованных материалов.

Показана возможность повышения износостойкости титана ВТ 1-0 и сплавов системы ТьА1-У с различной концентрацией легирующих элементов ПТ-ЗВ и ВТ6 методами высокодозной ионной имплантации и электроискрового легирования.

На основании проведенных экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Разработана методика оценки степени неравновесности структуры металлов и сплавов, позволившая количественно характеризовать относительную степень неравновесности структуры, сформированной в титане

ВТ1-0 и сплавах ПТ-ЗВ и ВТ6 по различным режимам интенсивной пластической деформации.

2. Установлено, что при исследованных условиях интенсивность изнашивания крупнозернистых титановых сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 на порядок выше, чем у нелегированного крупнозернистого титана ВТ 1-0, и увеличивается с увеличением концентрации легирующих элементов (А1, V).

3. Показано, что увеличение степени неравновесности структуры в результате формирования ультрамелкозернистой структуры методами интенсивной пластической деформации приводит к увеличению интенсивности изнашивания при трении как титана ВТ 1-0, так и сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6, что, по-видимому, обусловлено повышением поверхностной энергии.

4. Экспериментально изучены особенности элементарных механизмов изнашивания титана ВТ 1-0 и сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой, и показано, что для образцов крупнозернистого титана и ультрамелкозернистого титана с равновесной структурой наблюдается образование на поверхности трения износостойких вторичных структур в виде островков, содержащих, предположительно, мелкодисперсный диоксид титана; для сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 характерно образование хрупких частиц изнашивания.

5. Показано, что для повышения износостойкости титана ВТ 1-0 с крупнозернистой структурой эффективной является высокодозная имплантация ионами алюминия, что связано с образованием на поверхности трения вторичных структур в виде островков, содержащих в качестве износостойкой фазы мелкодисперсный интерметаллид Т13А1.

6. Установлено, что модификация поверхности титана ВТ1-0 с неравновесной ультрамелкозернистой структурой методом электроискрового легирования с использованием электродов из меди, графита, титана приводит к значительному повышению износостойкости.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Круковский, Константин Витальевич, 2012 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Цвиккер У. Титан и его сплавы. - Берлин - Нью-Йорк: 1974 / пер. с нем. - М.: Металлургия, 1979. - 512 с.

2. Металл Стандарт: Титан общие сведения [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http ://www.metallstandart.ru/titan_obschie_svedeniya, свободный. - Загл. с экрана.

3. Ильин A.A., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. - М.: ВИЛС-МАТИ, 2009. - 520 с.

4. Вульф Б. К. Термическая обработка титановых сплавов. Изд-во «Металлургия», 1969, с. 376.

5. Чечулин Б. Б., Ушков С. С., Разуваева И. Н., Гольдфайн В. Н. Титановые сплавы в машиностроении. Л., «Машиностроение» (Ленингр. отделение), 1977. 248 с.

6. Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трибология. Принцыпы и приложения. - Гомель: ИММС, 2002. - 310 с.

7. Википедия: Титан (элемент) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D2%E8%F2%E0%ED_(%FD%EB%E5%EC%E5% ED%F2), свободный. - Загл. с экрана.

8. Федеральный портал: Применение титана в строительстве, медицине и на транспорте [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.protown.ru/infonnation/hide/5616.html, свободный. - Загл. с экрана.

9. ЗАО «Адмирал»: Титановые сплавы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.admiral.su/reference/281.html, свободный. - Загл. с экрана.

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

11. Новые материалы. Колл. авторов. Под научной редакцией Ю.С. Карабасова. - М: МИСИС. - 2002 - 736 с.

12. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. Екатеринбург: УрО РАН, 1998 с. 198.

13. Валиев Р.З., Александров И.А. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. - М.: ИКЦ «Академкнига»,-2007. -398 с.

14. Mironov S.Yu., G.A. Salishchev, М.М. Myshlyaev, R. Pippan Evolution of misorientation distribution during warm 'abc' forging of commercial-purity titanium // Materials Science and Engineering: A. 2006. T. 418. № 1-2. C. 257-267.

15. Колобов Ю.Р., Кашин O.A., Сагымбаев Е.Е., Дударев Е.Ф., Бушнев Л.С., Грабовецкая Г.П., Почивалова Г.П., Гирсова Н.В., Столяров В.В. Структура, механические и электрохимические свойства ультрамелкозернистого титана // Изв. вузов. Физика. - 2000. - №1. - С. 77-85.

16. Кашин O.A., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р., Грабовецкая Г.П., Почивалова Г.П., Бакач Г.П., Шаркеев Ю.П., Легостаева Е.В., Гирсова Н.В., Валиев Р.З. Эволюция структуры и механических свойств наноструктурного титана при термомеханических обработках //Материаловедение. - 2003. - №8. - С. 25-30.

17. Белый A.B., Кукареко В.А., Кононов А.Г., Копылов В.И., Шаркеев Ю.П. Структура и триботехнические свойства субмикрокристаллического титана, модифицированного ионами азота // Трение и износ. 2008. Т. 29. № 6. С. 571-577.

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

19. Мигранов М.Ш., Шустер Л.Ш. Триботехнические свойства наноструктурных титановых сплавов // Известия вузов. Машиностроение. М. -2003.-№ 9.-С. 39-43.

20. Шустер Л.Ш., Мигранов М.Ш., Столяров В.В. Трибологические свойства ультрамелкозернистого титана, полученного методом интенсивной пластической деформации // Вестник машиностроения. - 2004. №7. - С. 37 - 40.

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

22. Чертовских С.В. Триботехнические характеристики ультрамелкозернистого титана и его сплавов // автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва - 2008.

23. Garbacz Н., Gradzka-Dahlke М., Kurzydlowski К. The tribological properties of nano-titanium obtained by hydrostatic extrusion, Wear 263 (2007) 572-578.

24. La PeiQing, Ma JiQiang, Zhu Yuntian Т., Yang Jun, Liu WeiMin, Xue QunJi, Valiev Ruslan Z. Dry-sliding tribological properties of ultrafine-grained Ti prepared by severe plastic deformation // Acta Materialia 53 (2005) 5167-5173

25. Iglesias P., Bermudez M.D., Moscoso W, Rao B.C., Shankar M.R., Chandrasekar S. Friction and wear of nanostructured metals created by large strain extrusion machining // Wear 263 (2007) 636-642.

26. Конструкционные материалы: справочник / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше [и др.], - М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.

27. Триботехника (конструирование, изготовление и эксплуатация машин) Гаркунов Д.Н. Издательство: МСХА. 2002. С. 632

28. ГОСТ 27674-88 Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения.

29. Боуден Ф. П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел. М., «Машиностроение», 1968. 543 с.

30. Основы трибологии (трение, износ, смазка) /Э.Д. Браун, Н.А. Буше, И.А. Буяновскийи д.р. / Под ред. А.В. Чичинадзе: Учебник для технических вузов. - М.: Центр "Наука и техника", 1995. - 778 с.

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

32. Справочник по триботехнике / Под ред. М. Хебды, А.В. Чичинадзе: В 2т. - Т. 1. - 1989.- 400с, Т.2. - 1990. - 420с.

33. Справочник по трению, износу, смазке / Под ред. И.В. Крагельского: В 2т. - Т. 1. - Машиностроение, 1978.- 400с.

34. Машков Ю.К., Полещенко К.Н., Поворознюк С.Н. Трение и модифицирование материалов трибосистем - учебное пособие. - М.: Наука 2000.-280с.

35. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: Учебник для вузов / И.И. Беркович, Д.Г. Громаковский; Под ред. Д.Г. Громаковского; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2000. 268 с

36. Триботехника: Конспект лекций для студентов всех специальностей направления Инженерная механика'7/Сост. Роганов JI.JI., Кравченко Р.А..-Краматорск: ДГМА, 2003. - 777 с.

37. Денисова Н.Е., Шорин В.А., Гонтарь И.Н., Волчихина Н.И., Шорина Н.С. Триботехническое материаловедение и триботехнология: учеб. Пособие / Под общей редакцией Н.Е.Денисовой. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2006. 248 с.

38. Миллер П. Д., Холлидэй И. В. Трение и износ титана. Машиностроение за рубежом. - Сб. пер. и обзоров иностр. лит. М., «Машиностроение», 1959, №6, с. 10-20.

39. Каптюг И. С, Сыщиков В. И. Влияние легирования на фрикционные свойства титана. —МиТОМ, 1959, № 4, с. 8—11.

40. Molinari A., Straffelini. Т.В., Bacci Т. Dry sliding wear mechanisms of the Ti6A14V alloy // Wear, 208 (1997) 105-112

41. MacLin E. S., Jankee W. K. Friction at Clean Metals and Oxides with Special to Titanium. - «J. Applied Phys.», 1954, v. 25, N 5, p. 13—17

42. Friction and wear of titanium alloys sliding against metal, polymer, and ceramic counterfaces Jun Qua, Peter J. Blaua, Thomas R. Watkinsa, Odis B. Cavinb, Nagraj S. Kulkarnia Wear 258 (2005) 1348-1356

43. Synergy between tribo-oxidation and strain rate response on governing the dry sliding wear behavior of titanium Nagaraj Chelliah, Satish V. Kailas Wear 266 (2009)704-712

44. Enhancements of wear-resistance of Ti by unidirectional, discontinuous rubbing Hiroshi Furuichia, Yoshinori Kannob Wear 262 (2007) 484-490

45. The relationships between tribological behaviour and heat-transfer capability of Ti6A14V alloys Qiu Minga, Zhang Yong-Zhenb, Shangguan Baob, Du San-Mingb, Yan Zhen-Weib Wear 263 (2007) 653-657

46. Гольдфайн В. И., Зуев А. М., Клабуков А. Г. О влияния водорода и кислорода на трение н износ титановых сплавов. — В кн.: Проблемы трения и изнашивания. Киев, «Техника», 1975, вып. 8, с. 49 - 52.

47. Rabinowitz Е. Frictional Properties of Titanium and Its Alloys «Met. Progress», 1954, v. 65, N 2, p. 19—23.

48. Titanium alloys in total joint replacement—a materials science perspective Marc Long, H.J. Rack Biomaterials 19 (1998) 1621—1639

49. Лахтин Ю. M., Арзамасов Б. H./ Химико-термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1985. 256 с.

50. Повышение качества поверхности и плакирование металлов: Справочник // Под ред. А. Кнаушнера. М.: Металлургия, 1984,368 с.

51. Мовчан Б.А., Малашенко И.С, Жаростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме. Киев: Наукова думка, 1983. 231 с.

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

53. Бартенев С.С, Федько Ю.П., Григоров А.И. Детонационные покрытия в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1982. 215 с.

54. Семенов А.П., Федько Ю.П., Григоров А.И. Детонационные покрытия и их применение. М.: НИИМаш, 1977. 72 с.

55. Анитов И.С, Максимова А.Г., Щербакова З.В. Термическое и анодное оксидирование как методы повышения поверхностных свойств титана и его сплавов. - В кн.: Химико-термическая обработка сталей и сплавов. Л., Дом техники, 1961, с. 3 - 16.

56. Дороднов A.M., Петросов В.А. О физических принципах и типах вакуумных технологических плазменных устройств // ЖТФ. 1981. Т. 51, № 3 С 504-524.

57. Ионная имплантация / Под ред. Дж. К. Хирвонена. М.: Металлургия. 1986. 392 с.

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

59. Диденко А.Н., Шаркеев Ю.П. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных металлических материалах. - Томск: Изд-во HTJI 2004. -328 с.

60. Влияние лазерного термоупрочнения на износостойкость металлов при граничном трении/В. Н. Литвинов, Н.М. Михин, Г.И. Козлов, А.Д. Сокуренко // Трение и износ 1983. T. IV, № 2. С. 341 - 343.

61. Колесников К.С., Колесников Ю.В., Инютии В.П. Легирование поверхностных слоев деталей машин с пользованием лазерного излучения // Машиноведение. 1987. № 4. С. 10 -19.

62. Веденов A.A., Физические процессы при лазерной обработке материалов. М.: Энергая, 1985.

63. Гордиенко П.С., Гнеденков C.B. Микродуговое оксидирование титана и его сплавов. Владивосток: Дальнаука, 1997,183 с.

64. Коваленко B.C., Верхотуров А.Д., Головко Л.Ф., Подчерняева И.А. Лазерное и электроэррозионное упрочнение материалов. М.: Наука, 1986.286 с.

65. Лазаренко Б.Р., Лазаренко Н.И Электроискровая обработка токопроводящих материалов. - М.: Изд-во АН СССР. - 1958. - 184 с.

66. Мулин Ю.И., Верхотуров А.Д. Электроискровое легирование рабочих поверхностей инструментов и деталей машин электродными материалами, полученными из минерального сырья. Владивосток: Дальнаука, 1999. - 110 с.

67. Ахмадеев Ю.Х., Гончаренко И.М., Иванов Ю.Ф., Коваль H.H., Щанин П.М., Колубаева Ю.А., Крысина О.В. Азотирование титана в тлеющем разряде с полым катодом // Поверхность. - 2006. - №. 8. - С. 63-69.

68. Гордиенко П.В., Дураков В.Г. Исследование структуры и свойств титаноматричных композитов состава TiAIV + TiB2, полученных методом электронно-лучевой порошковой металлургии (ЭЛПМ). //Новые материалы.

Создание, структура, свойства-2004: Труды IV Всероссийской школы-семинара -Томск. -15-17 июня 2004. - Томск: Изд. ТПУ. - 2004. - с. 129-131

69. Fretting wear studies on uncoated, plasma nitrided and laser nitrided biomedical titanium alloys Aravind Vadiraja, M. Kamaraja, R. Gnanamoorthyb Materials Science and Engineering A 445-^46 (2007) 446-453

70. Comparison of dry sliding friction and wear of Ti6A14V alloy treated by plasma electrolytic oxidation and PVD coating L. Ceschini, E. Lanzoni, C. Martini, D. Prandstraller, G. Sambogna Wear 264 (2008) 86-95

71. Модификация поверхностных слоев титана при высокоинтенсивной ионной имплантации алюминия И.А. Божко, И.А. Курзина, И.Б. Степанов, Ю.П. Шаркеев Физика и химия обработки материалов 2005, №4, с.58-62

72. С.В. Николенко, А.Д. Верхотуров, С.В. Коваленко Поверхностная обработка титанового сплава ВТ-20 электроискровым легированием Перспективные материалы №3 2002 С. 13 - 18

73. Николенко С.В, Пячин С. А, Пугачевский М.А. Электроискровое легирование поверхности титанового сплава ВТЗ-1 Упрочняющие технологии и покрытия №5 2008. С. 35-40.

74. Левашов Е.А, Кудряшов А.Е, Погожев Ю.С, Бакаев П.В, Свиридова Т.А, Замулаева Е.И, Милонич С, Тодорович М. Исследование влияния параметров импульсных разрядов на массоперенос, структуру, состав и свойства электроискровых покрытий на основе TiC - NiAl, модифицированных нанодисперсными компонентами Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 2004, № 6, с. 39-46.

75. Панин В.Е, Колгачев А.Е, Панин С.В, Почивалов Ю.И. Влияние предварительного ультразвукового поверхностного деформирования на износостойкость титанового сплава ВТ6, подвергнутого химико-термической обработке // Актуальные проблемы трибологии: Сборник трудов международной научно-практической конференции - Самара. - 6 - 8 июня 2007. - М.: Машиностроение. - 2007. - с. 371 - 383.

76. Панин С.В., Сергеев В.П., Куприянов С.Н., Горячева И.Г. Повышение износостойкости титанового сплава ВТ6 путем наноструктурирования поверхностного слоя //Новые материалы. Создание, структура, свойства-2007: руды VII Всероссийской школы-семинар (с международным участием) - Томск, ТПУ, ИФПМ СО РАН. -13-15 июня 2007. - Томск: Изд. ТПУ. - 2007. - с. 86-90

77. Кашин О.А., Гриценко Б.П., Круковский К.В., Гирсова Н.В. Эволюция микроструктуры при трении и износостойкость ультрамелкозернистых титановых сплавов // Физика прочности и пластичности материалов: Труды XVI Международной конференции (Самара, 26 - 29 июня 2006 г.). Том I. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2006. С. 138-142.

78. Гриценко Б.П., Круковский К.В., Гирсова Н.В., Кашин О.А. The influence of high-ion implantation on wear mechanisms of Ti and VT6 alloy in coarse-grained and ultrafine grained states // Изв. вузов. Физика. - 2006. - №8. Приложение. - С. 301303.

79. Гриценко Б.П., Круковский К.В., Гирсова Н.В., О.А. Кашин, Миронов Ю.П. Влияние ионной имплантации на закономерности изнашивания крупнозернистых и ультрамелкозернистых титановых сплавов. Сборник научных трудов VTII Международной конференции. Трибология и надежность. Санкт-Петербург, 2008, с. 135-143.

80. Gritsenko В.Р., Krukovskiy K.V., Girsova N.V., Kashin О.А, Mironov Yu.P. The influence of ion implantation on wear kinetics of coarse-grained and ultrafine-grained titanium alloys. 9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. September 21-26, Tomsk, Russia 2008, p. 265-267.

81. Dudarev E.F., Pochivalova G.P., Kolobov Yu. R., Naydenkin E.V., Kashin O.A. Diffusion-controlled true grain-boundary sliding in nanostructured metals and alloys // Materials Science and Engineering A 503 (2009) 58-61.

82. Чувильдеев B.H., Копылов В.И. Влияние неравновесных границ зерен на структуру и свойства нано- и микрокристаллических материалов, полученных методом равноканального углового прессования // Труды международной

научно-технической конференции «Нанотехнологии функциональных материалов», Санкт-Петербург, 22-24 сентября 2010 г. С. 287-288.

83. Кашин O.A., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р., Грабовецкая Г.П., Почивалова Г.П., Бакач Г.П., Шаркеев Ю.П., Легостаева Е.В., Гирсова Н.В., Валиев Р.З. Эволюция структуры и механических свойств наноструктурного титана при термомеханических обработках // Материаловедение. - 2003. - №8. - С. 25-30.

84. Шаркеев Ю.П., Данилов В.И., Ерошенко А.Ю., Загуменный A.A., Братчиков А.Д., Легостаева Е.В. Особенности структуры и деформационного поведения объемно-наноструктурного титана, полученного при интенсивной пластической деформации // Деформация и разрушение материалов. - 2007. - №7. С. 27-32.

85. Дударев Е.Ф., Кашин O.A., Скосырский А.Б., Табаченко А.Н., Бакач Г.П., Почивалова Г.П., Лотков А.И. Влияние исходной микроструктуры заготовок титана ВТ 1-0 на формирование в нем ультрамелкозернистой структуры при теплой прокатке // "Вестник Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля". - 2010. - №10 (152), часть 1. - С. 55-59.

86. Крагельский И. В., Михин Н. М. Узлы трения машин. — М.: Машиностроение, 1984.-280 с.

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

88. Поверхностная прочность материалов при трении / Под. ред. Костецкого Б. И. Киев: Технка, 1976. - 396с.

89. Гриценко Б.П., Круковский К.В., Кашин O.A. Деформационное поведение ионно-имплантированных а-железа и стали 45 при трении и износе в условиях подавления акустических колебаний // Физическая мезомеханика. Т.7. Спец. выпуск. Часть 1, август 2004 г. С. 415-418.

90. Гриценко Б.П.,. Круковский К.В, Гирсова Н.В., Кашин O.A. Влияние высокодозной ионной имплантации и акустических колебаний, генерируемых при трении, на износостойкость армко-железа и стали 45 // Трение и износ. №6, 2005. С. 622-627.

91. Круковский К.В., Гирсова Н.В, Кашин O.A. Отработка технологического процесса всестороннего прессования для получения ультрамелкозернистого армко-железа // Современные техника и технологии: XI международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Труды в 2-х т - т. 2 - Томск, 28 марта-1 апреля 2005 г. - Томск: Изд. ТПУ, 2005. - с. 48-50.