CC BY
23
ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ В МЕТАЛЛУРГИИ И МЕТАЛЛООБРАБОТКЕ
УДК 669.131
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В ТРИБОСЛОЕ ПРИ ИМПУЛЬСНЫХ НАГРУЗКАХ
Н.В. Мельниченко
Рассматривается структурообразование в поверхностном слое при импульсном схватывании трущихся поверхностей в условиях высоких контактных нагрузок.
Ключевые слова: трение скольжение, трибоструктуры, сварка трением.
При трении скольжения сталей без смазочного материала при высоких контактных нагрузках происходит сваривание деталей (заготовок) по плоскости трения. Качество сварного соединения при определенных режимах трения зависит от длительности процесса.
Основной целью данной статьи является исследование металлографическим, дюраметрическим и рентгеновским методами структурообразование в трибослое при схватывании трущихся поверхностей.
Эксперименты проводились на машине для сварки трением. Схема трения: «торец-торец». Коэффициент перекрытия - 1. Режимы изнашивания: скорость трения-скольжения - 1 м/с, контактное давление 10 МПа. Условие трения: изнашивание без смазочного материала. Исследованию подвергалась конструкционная углеродистая сталь 40.
Изменение структуры при изнашивании сталей наиболее наглядно наблюдается в начальный период трения скольжения. В условиях высоких контактных нагрузок и длительности взаимодействия трущихся поверхностей 0,5 с по глубине трибослоя образуются три структурные зоны. См. рис. 1. Трибослой в верхней его части представляет собой высокодисперсную структуру (зона 1) переходящую в интенсивно деформированную (средний слой, зона 2). Нижняя часть трибослоя (зона 3) состоит из деформированных зерен со следами термического влияния.
Зона 1 характеризуется повышенной микротвердостью (рис. 2.), но наименьшим искажением кристаллической решетки. В зоне 2 резко уменьшается микротвердость, возрастает искажение кристаллической решетки и активно происходит трещинообразование. См. рис. 3.
Наибольшая степень дефектности структуры на границе рекристал-лизованной и наклепанной зон подтверждается характером изменения фи-
зической ширины линии р220. Микротрещины в переходе между зонами 2 и 3 могут иметь высокую склонность к распостранению и образовать магистральную трещину.
Поверхностный
Средний слой
Нижний слой
Матрица
х 400
Рис. 1. Сечение трибослоя
(Р (220) На Да/а
21 7 2,869
19 6 2,868
17 5 2,867
15 4 2,866
13 3 2,865
Изменение характеристик структуры трибослоя стали 40
-р (220) •На •Да/а
О 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8
Глубинатрибослоя, мм
Рис. 2. Характеристики структуры по глубине трибослоя
х 5000
Рис. 3. Микротрещины в средней части трибослоя
Такой эффект может иметь место при изнашивании трущихся поверхностей без смазочного материала. Например, при сваривании поверхностного слоя коренных шеек коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания с вкладышами при резком падении давления масла в зоне трения скольжения. Такая ситуация способствует образованию кольцевой трещины под поверхностью коренной шейки на глубине около 2 мм.
При схватывании трущихся поверхностей, когда формируется высокая плотность микротрещин длиной около 100 мкм, регистрируется интенсивное акустическое излучение в звуковой области частот с максимумом спектральной плотности в частотном диапазоне около 8 кГц. Отмеченные закономерности проявляются в условиях сухого трения-скольжения при длительности взаимодействия трущихся поверхностей
0,5...1 с.
При увеличении времени взаимодействия трущихся поверхностей усиливаются процессы тепловыделения в трибослое, структура выравнивается по свойствам и граница между зонами не обнаруживается. См. рис. 4. Трущиеся поверхности в такой ситуации свариваются или оплавляются.
Верхний слой
Нижний слой
х 400
Рис. 4. Структура стали в трибослое при Р = 8 МПа, V = 1 м/с
Метод акустической эмиссии можно использовать при сварке трением с целью минимизировать длительность процесса.
Список литературы
1. Крагельский И.В., Алексеев Н.М., Фисун Л.Е. Трение и из-нос.1980. Т. 1, №2. С. 197-208.
2. Власов В.М., Мельниченко Н.В., Рейзер Е.С. Трение и из-нос.1989. Т. 10, №2. С. 257-261.
Мельниченко Николай Васильевич, канд. техн. наук, доц., (4872)372575, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STRUKTURE FORMATION IN THE FRIKTION LAYER UNDER IMPULSE LOADS
N. V. Melnichenko
Structure Formation in the surface layer under impulse cohesion between the surfaces of friction in high contrast loads has been investigated.
Key words: sliding friction, tribological structure, friction welding.
Melnichenko Nikolaj Vasilevich, candidate of technical science, docent, (4872)372575, Russia, Tula, Tula State University
УДК 669.131.6
МЕХАНИЗМ И РАЗНОВИДНОСТИ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА
Р.Н. Зенкин
Рассмотрены основные разновидности повышения прочностных и эксплуатационных характеристик металлоизделий связанных с глубоким и эффективным воздействием на структуру кристаллизующегося металла путем внепечной обработки расплава микролигирующими и модифицирующими присадками.
Ключевые слова: микролегирование, модифицирование, реакционная камера, высокопрочный чугун, шаровидный графит.
Механизм воздействия элементов на свойства высокопрочного чугуна при микролегировании и модифицировании различен. Микролегирование, изменяя химический и фазовый составы чугунов, имеет длительный и устойчивый характер воздействия легирующих элементов. В отличие от микролегирования модифицирование связано не только с изменением структуры и свойств металлической основы, но прежде всего с трансформацией неметаллических включений. Слово «модификатор» означает изменение формы (от латинского modifico).
При модифицировании система расплав-модификатор переводится в неустойчивое неравновесное состояние. Важная особенность модифици-
