Научная статья на тему 'Влияние катодного наводороживания на фреттинг-изнашивание титанового сплава ВТ3-1 и стали 40Х'

Влияние катодного наводороживания на фреттинг-изнашивание титанового сплава ВТ3-1 и стали 40Х Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
134
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФРЕТТИНГ-ИЗНАШИВАНИЕ / FRETTING WEAR / КАТОДНОЕ НАВОДОРОЖИВАНИЕ / CATHODIC HYDROGENATION / ТИТАНОВЫЙ СПЛАВ / TITANIUM ALLOY / СТАЛЬ / ГИДРИДЫ / HYDRIDES / КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ / COEFFICIENT OF FRICTION / ТЕРМООБРАБОТКА / HEAT TREATMENT / STAINLESS STEEL

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Бурнышев Иван Николаевич, Калюжный Дмитрий Геннадьевич, Лыс Василий Федорович, Тарасов Валерий Васильевич

Проведены сравнительные испытания образцов среднеуглеродистой стали 40Х и титанового сплава ВТ3-1 на изнашивание до и после катодного наводороживания. Показано существенное влияние накопленного в образце водорода на изменение величины износа и коэффициента трения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Бурнышев Иван Николаевич, Калюжный Дмитрий Геннадьевич, Лыс Василий Федорович, Тарасов Валерий Васильевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INFLUENCE OF CATHODE HYDROGEN ON FRETTING f WEAR OF TITANIUM ALLOY VT3-1 AND STEEL 40Cr

It is studied the effect of cathodic hydrogen on tribological properties of titanium alloy VT3-1 and medium carbon steel 40X while fretting wear. It is found that the hydrogen decrease the coefficient of friction and increase the wear of the titanium alloy. Tribological characteristics of steel depend on its structural composition. Hydrogenation unhardening steel reduces the coefficient of friction and the wear. It is found that the cathodic hydrogen has little effect on the tribological properties of the steel after tempering at 500 °C. The greatest value of the friction coefficient and wear are obtained on samples of the steel after hardening and tempering at 300 °C.

Текст научной работы на тему «Влияние катодного наводороживания на фреттинг-изнашивание титанового сплава ВТ3-1 и стали 40Х»

УДК 621.891.004

ВЛИЯНИЕ КАТОДНОГО НАВОДОРОЖИВАНИЯ НА ФРЕТТИНГ-ИЗНАШИВАНИЕ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ3-1 И СТАЛИ 40Х

БУРНЫШЕВ И.Н., КАЛЮЖНЫЙ Д.Г., ЛЫС В.Ф., ТАРАСОВ В В.

Институт механики Уральского отделения РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34

АННОТАЦИЯ. Проведены сравнительные испытания образцов среднеуглеродистой стали 40Х и титанового сплава ВТ3-1 на изнашивание до и после катодного наводороживания. Показано существенное влияние накопленного в образце водорода на изменение величины износа и коэффициента трения.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: фреттинг-изнашивание, катодное наводороживание, титановый сплав, сталь, гидриды, коэффициент трения, термообработка.

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что повышенное содержание водорода в металлах приводит к изменению их физико-механических свойств. Чаще всего это проявляется в виде водородного охрупчивания, обнаруженного 150 лет тому назад, и к настоящему времени феноменология этого явления достаточно подробно описана в научно-технической литературе. Водородное изнашивание, как вид ускоренного износа поверхности трущихся материалов, обнаружено относительно недавно (научное открытие № 348 «Водородный износ металлов» с приоритетом от 7 мая 1967 г.). Это комплексное явление возникает в результате выделения водорода в процессе трения и его взаимодействия с трущимися поверхностями [1]. При трении водород выделяется как из материалов деталей пары трения, так и из окружающей среды (смазочный материал, топливо, вода и др.). Но и это далеко не все источники водорода, вызывающего повышенный, а в некоторых случаях и катастрофический износ пар трения. Всевозможные технологические процессы, например термическая обработка стали, способствуют тому, что водород диффундирует в сталь и изделия наводороживаются [2]. В отличие от водородного охрупчивания водородное изнашивание возникает только в процессе трения. Для него характерны высокие локальные концентрации водорода в приповерхностном слое материала, которые возникают в результате тепловых градиентов и деформации при трении. Водородное изнашивание напрямую связано с диффузией и накоплением водорода внутри материала, т.е. с водородной хрупкостью.

В общем случае процессы, происходящие в зоне трения и вызывающие в дальнейшем водородное изнашивание, состоят в следующем: разрушение водородосодержащих материалов в процессе трения с выделением водорода; адсорбция водорода на поверхности трения; диффузия водорода в поверхностный деформируемый слой; повышение хрупкости поверхностных слоев пар трения; разрушение поверхностей в результате появления большого числа микротрещин по всей зоне деформирования, при этом образуется мелкодисперсный порошок материала трущихся поверхностей [2, 3]. Водород, участвующий в процессе трения, изменяет не только физико-механические свойства поверхностных слоев металла, но и свойства применяемых смазочных материалов, в том числе и твердых [4].

Библиография исследований по водородному изнашиванию, выполненных до 1980 года, приведена в [5]. Обзор некоторых более поздних работ по рассматриваемой тематике сделан в [6]. В последнее время количество исследований по водородному изнашиванию резко возросло, что связано с развитием водородной энергетики, в условиях которой парам трения неизбежно придется контактировать с водородсодержащими средами.

Область проявления водородного изнашивания очень обширна и, как правило, сопровождает такие виды изнашивания, как абразивное [7], коррозионно-механическое [2], эрозионное [8], фреттинг-коррозионное и другие. Большинство исследований по

водородному изнашиванию выполнены для пар трения из железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов), которые являются самыми распространенными конструкционными материалами.

Водородное изнашивание характерно не только для железосодержащих материалов, но и для титана и его сплавов. Сплавы титана обладают высокой коррозионной стойкостью, коррозионно-механической прочностью, эрозионно-кавитационной стойкостью, низкой хладноломкостью, немагнитностью. На фоне перечисленных положительных свойств антифрикционные свойства титановых сплавов низкие [9 - 11]. При трении титана развиваются большие пластические деформации, что увеличивает температуру поверхностей трения и роль диффузионных процессов. Все это повышает интенсивность водородного изнашивания титана, которое сопровождается обычно прихватом поверхностей. Проникающий в поверхностные слои водород образует с титаном гидриды, которые, обладая высокой хрупкостью, резко снижают антифрикционные свойства поверхностей.

В работе [12, с. 71-80] исследовали изнашивание титанового сплава ВТ5 по схеме вал-вкладыш без смазки, в воде и в трансформаторном масле. Интенсивность изнашивания в трансформаторном масле оказалась в несколько раз выше, чем при сухом трении. В продуктах изнашивания количество водорода превышало допустимое содержание в этом сплаве, что приводило к образованию в зоне трения хрупких гидридов. Твердость гидрида титана сравнительно невелика и при трении происходило интенсивное диспергирование микровыступов, покрытых гидридом. При этом обычные смазочные материалы, содержащие поверхностно-активные вещества, не создают на поверхности титана и его сплавов прочной адсорбированной пленки. В этом случае смазочный материал является поставщиком водорода, вызывающего охрупчивание поверхностного слоя металла. Поэтому обычные смазочные материалы не снижают, а увеличивают износ титановых сплавов.

Аналогичные результаты получены при исследовании износостойкости технического титана в водороде, азоте и на воздухе при испытаниях как в сухой среде, так и во влажной [13]. При испытаниях в сухой среде наибольшая степень изнашивания зафиксирована в водороде. Она оказалась выше в 2 раза, чем в азоте и в 3 раза, чем в сухом воздухе. По мнению авторов повышенный износ в среде сухого водорода объясняется образованием в металле хрупких гидридов титана, приводящих к образованию в поверхностных слоях напряжений, которые, в свою очередь, способствуют снижению усталостной прочности поверхностных слоев титана. Во всех трех влажных средах износ оказался практически одинаковым, а по величине близким к значениям, полученным при испытаниях в среде сухого водорода.

В большинстве исследований по данной проблеме источником водорода, влияющим на износостойкость, служили окружающая газовая среда, вода, смазка или биографический водород, присутствующий изначально в металле. Для пар трения, работающих в условиях протекания электрохимических процессов, интерес представляет исследование изнашивания катодно наводороживаемых металлов. В этом случае влияние водорода не всегда однозначно. Так в работе [12, с. 24-27] показано, что катодное наводороживание стали 45 в течение 2 часов приводило к снижению интенсивности изнашивания, а при больших выдержках наблюдалось ускоренное изнашивание. После наводороживания титана ВТ 1-0 работа упруго-пластической деформации поверхностных слоев уменьшилась, что привело к снижению коэффициента трения в 2 - 3 раза [14], а изнашивание происходило из-за образования трещин и последующего хрупкого разрушения поверхностных слоев. После истирания гидрированного слоя доминировала пластическая деформация микронеровностей. В работе [15] описан феномен водородного самосмазывания (self-lubrication) во фрикционных контактах, состоящего в уменьшении трения для стальных образцов после катодного наводороживания. По мнению авторов водород способствует созданию сильно связанного тонкого слоя молекул смазки на поверхности металла, который уменьшает трение.

Ресурс эксплуатации ответственных узлов машин и механизмов часто ограничивается разрушением контактирующих деталей в результате фреттинг-изнашивания, возникающего при малых колебательных относительных перемещениях. Вследствие интенсивного износа контактирующих поверхностей при фреттинг-изнашивании детали могут терять конструктивные размеры и допуски. Кроме того значительное ухудшение качества поверхности детали может привести к существенному снижению усталостной прочности. Анализ научно-технической литературы показал, что вопрос о влиянии катодного водорода на этот вид изнашивания менее изучен. Чаще всего исследуется фреттинг-усталостная прочность сталей в среде газообразного водорода (например, в [16]), лишь в работе [17] исследовали фреттинг-усталостную прочность образцов малоуглеродистой стали, предварительно наводороженных как в среде водорода, так и электрохимическим способом.

Целью настоящей работы является исследование влияния катодного водорода на фреттинг-изнашивание стали 40Х и титанового сплава ВТ3-1, изучение кинетических особенностей фреттинг-изнашивания и влияния структурного состава на трибологические свойства этих сплавов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование влияния повышенного содержания водорода в металле на износостойкость проводилось на образцах сталей и титановых сплавов. В качестве объектов исследования в данной работе были выбраны среднеуглеродистая сталь 40Х (химический состав в масс. %: 97,4 Fe; 0,39 C; 0,30 Si; 0,65 Mn; 0,95 Cr; остальное примеси) и титановый сплав ВТ3-1(химический состав: 6,0 Al; 2,5 Mo; 0,25 Si; 0,5 Fe; 2,0 Cr). Выбор этих сплавов обусловлен их широким применением в качестве конструкционного материала в различных отраслях промышленности. Наводороживание осуществляли электрохимическим методом в 1N растворе серной кислоты с добавкой 1,5 г/л тиомочевины в качестве активизатора наводороживания. Разная концентрация водорода в образцах достигалась варьированием временем наводороживания и плотностью катодного тока. Содержание водорода в образцах определяли на высокочувствительном газоанализаторе G8 Galileo H методом расплавления образцов в потоке несущего газа (высокочистый аргон). Чувствительность данного прибора по водороду составляет 0,01 ppm.

Процесс водородного изнашивания исследовали на многофункциональной испытательной системе SRV Test system по схеме диск-шарик без смазки; диаметр диска составлял 22 мм, высота 8 мм; диаметр шарика равнялся 10 мм. Материалом диска (исследуемый образец) были сталь 40Х и титановый сплав ВТ3-1, а в качестве материала шарика (контртело) применяли инструментальную сталь Р6М5 после соответствующей упрочняющей термической обработки. Образцы титанового сплава ВТ3-1 для наводороживания и изнашивания предварительно не термообрабатывались, то есть находились в состоянии поставки. С целью исследования влияния структурно-фазового состава стали 40Х на ее трибологические характеристики при водородном изнашивании испытания проводили на образцах, упрочненных закалкой (без отпуска), закалкой с последующим отпуском при 300 °С, закалкой с последующим отпуском при 500 °С. Твердость образцов составляла 23 HRC (исходное состояние), 58 HRC (после закалки), 49 HRC (после закалки и отпуска при 300 °С) и 33 HRC (после закалки и отпуска при 500 °С). Испытания проводились на воздухе при комнатной температуре в условиях фреттинг-коррозии, когда процесс разрушения плотно контактирующих поверхностей пары трения происходит в результате малых колебательных относительных перемещений. В проведенных экспериментах амплитуда колебаний составляла 1,5 мм, частота колебаний 10 Гц, нагрузка 5 и 10 Н. Длительность испытаний составляла 10 и 20 мин.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты 10-минутных испытаний сплава ВТ3-1 на фреттинг-изнашивание до и после 8-часового наводороживания при плотности тока 40 мА/см2 и нагрузке 5 Н представлены на рис. 1. (На всех рисунках нижняя шкала показывает длительность испытаний). Содержание водорода в наводороженном и исходном образцах составляло 697 и 46 ррт соответственно. В первые 4 минуты испытаний ненаводороженного образца наблюдается равномерное увеличение величины износа, при этом коэффициент трения равнялся 1,9. В интервале испытаний от 4,5 до 6,5 мин наблюдалось незначительное снижение коэффициента трения, вероятно связанное с попаданием продуктов изнашивания в зону контактирования. Дальнейшие испытания приводили к возрастанию коэффициента трения. Общая величина износа за 10 минут испытаний ненаводороженного образца составила 30 мкм.

износ,

коэф.трения мкм

Рис. 1. Трибограммы титановых образцов с содержанием водорода 46 ррт (а) и 697 ррт (б)

Изнашивание наводороженного образца происходит более интенсивно, уже после 6 минут испытаний износ составлял 30 мкм, а общий износ за 10 минут составил 50 мкм. Интересно, что при интенсивном изнашивании в первые 6 минут коэффициент трения был ниже, чем у исходного ненаводороженного образца, при этом наблюдается большой разброс значений коэффициента трения от среднего значения. Это можно объяснить интенсивным разрушением поверхности трения, при этом мелкодисперсные продукты разрушения могут служить смазкой.

На рис. 2 приведены результаты испытаний сплава ВТ3-1 с концентрацией водорода 510 ppm при нагрузке 10 Н. При испытаниях ненаводороженного образца при такой нагрузке наблюдалось интенсивное схватывание и заедание уже в первые минуты изнашивания и дальнейшие испытания были прекращены. Как видно из трибограмм, уменьшение концентрации водорода в металле приводит к уменьшению зоны ускоренного изнашивания. При концентрации водорода 693 ppm изнашивание этой зоны происходило в течение 6 минут, а при 510 ppm в течение 4 минуты. В дальнейшем происходило изнашивание ненаводороженых внутренних слоев металла, скорость изнашивания которых оказалась несколько меньше по сравнению с наводороженными поверхностными слоями.

1 - изменение коэффициента трения; 2 - изменение износа Рис. 2. Трибограмма титанового образца с содержанием водорода 510 ррт

На трибограммах наводороженных образцов четко видна граница между трибологическими характеристиками наводороженных и ненаводороженных зон титанового сплава. Данный факт можно объяснить спецификой электролитического наводороживания титана. При этом способе наводороживания на поверхности образуется пленка гидридов титана. В силу того, что коэффициент диффузии водорода в гидридах на порядки меньше, чем в титане, то образовавшаяся плотная пленка гидридов является барьером для атомов водорода и весь водород аккумулируется в основном в поверхностном слое гидрида, который и изнашивается в начальный момент испытаний. Продолжение испытаний приводит уже к изнашиванию основного металла.

Дополнительно проведены испытания на фреттинг-изнашивание наводороженного и ненаводороженного титановых образцов со смазкой И-20А. Как видно из рис. 3, коэффициенты трения и износ в обоих случаях оказались одинаковыми, то есть смазка нивелирует различия в характере изнашивания образцов до и после наводороживания.

Образцы из стали 40Х наводороживали при плотности катодного тока 20 и 50 мА/см . Содержание водорода в исходных образцах было менее 1 ррт, в результате наводороживания при плотности тока 20 мА/см в течение 8 часов его содержание увеличивалось до 21 ррт, в закаленных до 10 ррт, в отпущенных при 300 °С до 16 ррт, в отпущенных при 500 °С до 20 ррт. Трибограммы 10-минутного изнашивания образцов в исходном структурном состоянии (без водорода и после электролитического наводороживания) приведены на рис. 4.

износ,

коэф. трения мкм

Рис. 3. Трибограммы наводороженного (а) и ненаводороженного (б) титановых образцов

при шнашивании со смазкой

ИЗНОС,

коэф трения мкм

1.600 б) 80.0

1.200 ео.о

1

0.400 2 20.0

0.000 0.0

> 1:07 .' |=. I: < 4:25 5 31 |б:38 7 44 8:50 |Э:56

с*юп соеИ МЙ Иеяиепсу [Нг| I_Ш [И] ШБ9 ЫюКе= 1игп] 1_I 1 етр. Шоск [Т| ■■ \лЛгаг |вгп]

1 - изменение коэффициента трения; 2 - изменение величины износа

Рис. 4. Трибограммы 10-минутного изнашивания ненаводороженного (а) и наводороженного (б) образцов стали 40Х в исходном структурном состоянии

В качественном отношении характер изменения величины износа и значения коэффициента трения при изнашивании в обоих случаях практически одинаков, однако в количественном отношении эти трибологические характеристики образцов до и после наводороживания существенно различаются. Так, величина износа наводороженного образца оказалась меньше, чем у образца в исходном состоянии, и равнялась 20 мкм против 35 мкм у ненаводороженного. Заметны отличия и в величинах коэффициентов трения: у наводороженного образца он равнялся 0,8 в течение всего цикла испытаний, а у ненаводороженного образца 1,2 с тенденцией к возрастанию до значения 1,6. Увеличение длительности испытаний наводороженного образца до 30 минут показало, что после 10-минутного изнашивания скорость износа несколько возрастает, а величина коэффициента трения в конце испытаний достигала значения 1,2. Полученный результат можно объяснить тем, что водород усиливает локальную пластичность поверхностных слоев металла [18] и тем самым облегчает сминание и частичное разрушение неровностей поверхности. Срабатывание микронеровностей и сглаживание макронеровностей увеличивает несущую поверхность и снижает интенсивность изнашивания [1]. На трибограммах, полученных при изнашивании закаленных образцов (как наводороженных, так и ненаводороженных), принципиальных отличий не наблюдалось. Отличие состояло лишь в том, что при испытаниях наводороженных образцов в первые 8 часов коэффициент трения был 0,9, а затем он возрос до значения 1,2. Коэффициент трения ненаводороженного образца оставался постоянным и равным 1,2 во всем временном интервале испытаний.

Наводороживание образцов после закалки и отпуска при 300 °С проводили при плотности катодного тока в 50 мА/см2 в течение 18 часов. При таких режимах происходило сильное растравливание поверхности образцов, которое привело при испытаниях к очень большому износу. На кривой зависимости износа наводороженного образца от времени испытаний четко различимы три практически прямолинейных участка (рис. 5). В начале испытаний наблюдается ускоренное изнашивание с одновременным ростом коэффициента трения. В период испытаний от 8 до 16 минут изнашивание происходило с меньшей скоростью. Для коэффициента трения на этом участке характерен большой разброс значений от 1,0 до 1,9. На третьем участке кривой «износ-время» установилась наименьшая скорость изнашивания, а величина коэффициента трения стабилизировалась на уровне 1,0. Общий износ за 30 минут испытаний составил 130 мкм. У ненаводороженного образца коэффициент трения оставался в пределах 1,2 - 1,4. Величина износа была сопоставима с износом наводороженного образца.

Трибограммы наводороженных и ненаводороженных образцов после закалки и отпуска при 500 °С по поведению коэффициента трения оказались практически идентичными, величина же износа оказалась несколько меньше у наводороженного образца. После 10-минутных испытаний ненаводороженного образца износ составил 40 мкм, примерно такая же величина износа получена и после 30-минутного изнашивания наводороженного образца.

Химический состав продуктов изнашивания исследовали методом рентгенофазового анализа. В продуктах изнашивания титанового сплава обнаружены частицы титана, монооксида ТЮ, железа и его оксидов Ре203 и Ре304. Присутствие железа и его оксидов связано с изнашиванием стального контртела. Мелкодисперсные продукты изнашивания наводороженного сплава содержали, кроме указанных выше порошков, частицы гидрида титана. В продуктах изнашивания наводороженных образцов из стали 40Х выявлены частицы железа и его оксидов. Химический анализ осадков, выделившихся при наводороживании образца, предварительно закаленного и отпущенного при 300 °С, не проводился. На основе анализа литературных источников можно предположить, что они состоят из гидратов закиси Бе(0Н)2 и окиси Бе(0Н)3 железа.

коэф трения

износ, мкм

'■mt а) 80. Q

/S 60.0

:&ЕЙа ! 40.0

2 20. Q

J 0.0

tion соей i 1 Frequency [Hz] к .1 Load INI Stroke ftim] I »Temp. Block [~C| ■■ Wear |nm]

rtion coeff й-Д Frequency [Hz] i I Load [N] rr I Stroke fum] l I Temp. Block f'C] ' '■ Wear [urn]

1 - изменение коэффициента трения; 2 - изменение величины износа

Рис. 5. Трибограммы 10-минутного изнашивания ненаводороженного (а) и наводороженного (б) образцов стали 40Х после отпуска при температуре 300 °С

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследовано влияние катодного водорода на трибологические характеристики титанового сплава ВТ3-1 и среднеуглеродистой стали 40Х при фреттинг-изнашивании. Установлено, что водород снижает коэффициент трения и повышает величину износа титанового сплава. Трибологические характеристики стали зависят от ее структурного состава. Наводороживание неупрочненной стали приводит к снижению коэффициента трения и величины износа. Влияние катодного водорода на трибологические характеристики стали после закалки и отпуска при 500 °С минимально. Наводороживание стали со структурой, полученной закалкой и отпуском при 300 °С, привело к возрастанию коэффициента трения и увеличению износа.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 13-01-96051).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Поляков А.А., Крагельский И.В., Гаркунов Д.Н. О водородном износе // Доклады АН СССР. 1970. Т. 195, № 3. С. 666-668.

2. Гаркунов Д.Н., Мельников Э.Л., Гаврилюк В.С. Триботехника. М. : КНОРУС, 2013. 408 с.

3. Машков Ю.К. Трение и модифицирование материалов трибосистем. М. : Наука, 2000. 280 с.

4. Gradt T., Theiler G. Tribological behaviour of solid lubricants in hydrogen environment // Tribology Online. 2011. V. 6, № 2. P. 117-122.

5. Защита от водородного износа в узлах трения / под ред. А. А. Полякова. М. : Машиностроение, 1980. 135 с.

6. Pokhmurskyi V.I., Vasyliv Kh.B. Influence of hydrogen on the friction and wear of metals (a survey) // Materials Science. 2012. V. 48, № 2. P. 125-138.

7. Kim Ch.-H., Pyun S.-I. Effects of hydrogen on the abrasive wear of mild steel // Journal of Materials Science Letters. 1991. № 10. P. 930-931.

8. Wandke E., Moser M., Tscherny S. The influence of corrosion and hydrogen cracking on blast wear in wet media // Wear. 1988. V. 121. P. 15-26.

9. Цвиккер У. Титан и его сплавы. М. : Металлургия, 1979. 511 с.

10. Горынин И.В., Чечулин Б.Б. Титан в машиностроении. М. : Машиностроение, 1990. 400 с.

11. Budinski K.G. Tribologikal properties of titanium alloys // Wear. 1991. V. 151. P. 203-217.

12. Исследование водородного износа / под ред. А. А. Полякова и Ю.С. Симакова. М. : Наука, 1977. 85 с.

13. Jones J.W., Wert J.J. The effect of gaseous environments on the wear of commercial purity titanium // Wear. 1975. V. 32, is. 3. P. 363-377.

14. Похмурський B.I., Винар В.А., Василiв Х.Б. и др. Особливосп м^одеформацп поверхневих шарiв та мехашзми зношувания а-титану за водневого впливу // Проблеми трибологп. 2013. № 2. С. 21-26.

15. Kula P., Pietrasik R. Hydrogens interaction with hardened surface layers in lubricated frictional couples // Tribology International. 2007. V. 40. P. 1613-1618.

16. Kubota M., Tanaka Y., Kondo Y. The effect of hydrogen gas environment on fretting fatigue strength of materials used for hydrogen utilization machines // Tribology International. 2009. V. 42. P. 1352-1359.

17. Kubota M., Nishimura T., Kondo Y. Effect of hydrogen concentration on fretting fatigue strength // Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering. 2010. V. 4, № 6. P. 816-828.

18. Birnbaum H.K., Sofronis P. Hydrogen-enhanced localized plasticity - a mechanism for hydrogen - related fracture // Materials Science and Engineering. 1994. V. 176. P. 191-202.

INFLUENCE OF CATHODE HYDROGEN ON FRETTING f WEAR OF TITANIUM ALLOY VT3-1 AND STEEL 40Cr

Burnyshev I.N., Kaluzhny D.G., Lis V.F., Tarasov V.V.

Institute of Mechanics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia

SUMMARY. It is studied the effect of cathodic hydrogen on tribological properties of titanium alloy VT3-1 and medium carbon steel 40X while fretting wear. It is found that the hydrogen decrease the coefficient of friction and increase the wear of the titanium alloy. Tribological characteristics of steel depend on its structural composition. Hydrogenation unhardening steel reduces the coefficient of friction and the wear. It is found that the cathodic hydrogen has little effect on the tribological properties of the steel after tempering at 500 °C. The greatest value of the friction coefficient and wear are obtained on samples of the steel after hardening and tempering at 300 °C.

KEYWORDS: fretting wear, cathodic hydrogenation, titanium alloy, stainless steel, hydrides, coefficient of friction, heat treatment.

Бурнышев Иван Николаевич, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ИМ УрО РАН, тел.(3412)207433, e-mail: inburn@mail.ru

Калюжный Дмитрий Геннадьевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИМ УрО РАН Лыс Василий Федорович, ведущий инженер ИМ УрО РАН

Тарасов Валерий Васильевич, доктор технических наук, заведующий лабораторией ИМ УрО РАН

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.