Механохімія і реологія зносостійкості механічних трибосистем

Таким чином, зменшення довговічності металу при корозійному розтріскуванні під впливом фреттинг-корозії зумовлено синергетичною дією структурного й геометричного факторів концентрації напруження.

У восьмому розділі розглянуто вплив деяких технологічних методів поверхневої обробки матеріалів й експлуатаційного способу регулювання газовмісту рідкого середовища на зносостійкість сполучених поверхонь в умовах реверсивного (фреттингу) і однонаправленого тертя. Зазначені методи зниження зношування поверхонь, що труться, базуються на забезпеченні протікання захисних реологічних і трибохімічних релаксаційних процесів.

Показано, що здатність методів поверхневої обробки знижувати розвиток пошкоджуваності пов'язана з підвищенням ефективності прояву різноманітних реологічних механізмів дисипації підведеної механічної енергії: амплітудонезалежного (релаксаційного) і амплітудозалежного (гістерезисного і мікропластичного) внутрішнього тертя, ефектів динамічного деформаційного старіння, структурної релаксації, які сприяють зниженню динамічної напруженості контактуючих поверхонь при збереженні достатньої міцності матеріалу.

У результаті поверхневе пластичне деформування (пневмодробоструминний наклеп, віброшліфування з віброзміцненням) підвищує фреттингостійкість нормалізованої сталі 45 в 2,7...3 рази при знижених контактних тисках, а при підвищених - в 1,6...1,8 рази. Дифузійне борування за тих самих умов, відповідно, в 5 й 3 рази. Застосування методів ППД і борування нівелює вплив фреттинг-корозійного пошкодження на тривалу міцність металів.

Використання комплексної полімерної композиції на основі фторопласту з добавками дисульфиду молібдену, графіту, натрію тетраборнокислого знижує інтенсивність фреттинг-зношування сталі 40ХНМА в 55...60 разів. Зносостійкість зазначеного полімерного покриття порівнянно із розповсюдженим ВАП-3 вища в 14...18 разів.

Газотермічне напилювання з оплавленням комбінованого порошкового сплаву, що містить демпфірувальний залізо-марганцевий компонент, підвищує зносостійкість покриття в 1,65 рази порівняно із базовим ПГ-СР-4.

На спільному застосуванні електроіскрового легування поверхні (ЕІЛ) тугоплавкими металами (титаном, цирконієм) із наступним азотуванням сформованих шарів у плазмі тліючого розряду розроблена технологія одержання комбінованих покриттів, що забезпечують демпфірування зовнішніх впливів. Зміна параметрів ЕІЛ впливає на вміст легуючого елемента в поверхневому шарі й на товщину одержуваного покриття, що дає можливість оптимізувати триботехнічні властивості поверхні з підвищенням зносостійкості в 2...5 разів. Розробка захищена патентом України (Пат. 22015). Електроіскрове легування поверхні антифрикційними покриттями (графіт, мідь, мідь+графіт) дозволяє в 2...3 рази знизити зношування сполучених пар, в 6...12 разів зменшити силу тертя.

В умовах експлуатації в мастильні системи машин й агрегатів з різних причин попадає вода. У зв'язку із чим вивчено вплив обводненості мінерального (ТП-22) і синтетичного (ОМТИ) мастил на їхні протизношувальні властивості. Виявлено значний негативний вплив збільшення вмісту у мастилі води на зносостійкість сталі, пов'язаний з інтенсифікацією трибохімічних процесів. Обводнення мастил викликає зростання зношування сталі в 3...4 рази. Чутливішим до обводнення є мінеральне мастило ТП-22, що характеризується більш низьким критичним вмістом води, при якому розвиваються пошкоджуючі процеси схоплювання, порівнянно із синтетичним мастилом ОМТИ.

Обезкиснювання мастильних середовищ сприяє підвищенню протизношувальних властивостей товарних мастил ОМТИ - в 3,4 рази, ТП-22 - в 1,9 рази. Видалення з водно-мастильної емульсії розчиненого кисню сприяє вповільненню трибохімічних взаємодій і зменшенню зношування пари тертя. У результаті зносостійкість нормалізованої сталі 45 при терті по бабіту Б-83 при 5%-ому обводненні мастила ОМТИ підвищується в 2,9рази й стає вищою порівняно з випробуванням у товарному мастилі, при 20%-ому - в 2,1 рази, а при 10%-ому обводненні мастила ТП-22 зносостійкість сталі по бронзі підвищується в 2,5 рази. Зниження концентрації розчиненого в мастилах різної обводненості кисню веде до гальмування деструктивних окиснювальних процесів їхнього старіння, викликаних дією підвищеної температури і процесу тертя, зменшенню кислотного числа, що сприяє підвищенню терміну служби мастильних середовищ.

Удосконалена система змащення машин, яка передбачає одержання інертногазової атмосфери і її використання для насичення мастильних середовищ з метою зниження вмісту розчиненого кисню. Розробка захищена авторським правом (А.с. 1651012).

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

1. У результаті проведеного циклу теоретичних і експериментальних досліджень вирішена науково-технічна проблема, яка має важливе народногосподарське значення, що полягає в підвищенні контактної міцності та довговічності елементів трибосистем на основі розробки і реалізації нової концепції керування зносостійкістю вузлів тертя, яка ґрунтується на регулюванні інтенсивності окиснювальних механохімічних реакцій і прояві матеріалом непружних (релаксаційних) властивостей. Уперше з єдиних позицій дисипативної природи ініційованих при зовнішньому навантаженні явищ комплексно розглянуті механохімічні реакції і реологічні процеси контактної взаємодії, отримані та узагальнені кількісні дані про їхній взаємозв'язок і вплив на триботехнічні характеристики сполучених поверхонь. Поглиблено теоретичні положення фізико-хімічної механіки матеріалів - трибохімії і трибореології металів.

2. Виявлені загальні закономірності трибохімічних реакцій зі зміни газового складу при терті в рідких робочих середовищах: водних розчинах електролітів із різним рН та вуглеводневих рідинах (паливах, мастилах). Показано принципову ідентичність більшості вивчених трибохімічних процесів. Виявлено взаємозв'язок між зміною газового складу в рідинному середовищі, викликаною механохімічними процесами, й величиною зношування пари тертя.

3. Для водних електролітів установлена залежність величини зносу сталі від інтенсивності і характеру провідного процесу деполяризації. Для рівноважних розчинів у ході тертя поряд із виділенням водню встановлено переважання катодних процесів з кисневою деполяризацією. Зменшення вмісту в електроліті розчиненого кисню насиченням його нейтральним газом (аргоном) призводить до інтенсифікації процесів з водневою деполяризацією й загального зниження інтенсивності зношування за рахунок анодного розчинення металу поверхні тертя. У випадку насичення водних розчинів киснем прискорюється катодний процес кисневої деполяризації із зростанням величини зносу.

4. На основі хроматографічного методу розроблена методика кількісного визначення відносного внеску корозійного і механічного факторів у пошкоджуваність поверхонь при терті з урахуванням хімічних та електрохімічних явищ, що дозволяє визначити провідні процеси зношування.

5. Виявлено зв'язок між екстремальним зниженням зношування сталі при певних температурно-швидкісних умовах тертя і проявом релаксаційних піків внутрішнього тертя (пік Сноека і пік Кьостера). Зменшення релаксаційного внутрішнього тертя веде до підвищення зносу пари тертя внаслідок розвитку пошкоджуючих релаксаційних явищ. У цих умовах інтенсифікація трибохімічних релаксаційних процесів шляхом підвищення окиснювальної здатності середовища призводить до сприятливої дисипації підведеної механічної енергії з утворенням екрануючих плівок і росту опору матеріалу зношуванню. Однак в умовах прояву одним із елементів пари високого рівня внутрішнього тертя підвищення окиснювальної активності середовища викликає зростання його зношувальної здатності стосовно до контртіла.

6. Показаний взаємозв'язок зносостійкості матеріалу із субструктурними змінами, які протікають під час динамічного контактування поверхонь. Термомеханічне (субструктурне) зміцнення сталі внаслідок динамічного деформаційного старіння (ДДС) при збереженні рухливості дислокацій з атомами домішок і накладання деформаційного максимуму внутрішнього тертя (релаксації Кьостера) при певній швидкості й температурі тертя сприяє ефективній дисипації підведеної механічної енергії за рахунок недосконалої пружності контактуючих матеріалів, що зменшує ймовірність появи релаксаційних тріщин та інших пошкоджуючих явищ. Причиною різкого збільшення зношування сталі зі структурою загартування за певних температурно-швидкісних умов тертя виступає динамічне старіння (відпуск під напруженням), що викликає ефект окрихчення внаслідок стабілізації структури.

7. Установлено, що знос пари тертя залежно від прикладеного навантаження являє собою інтегральний результат інтенсивності протікаючих трибохімічних реакцій і внеску у зниження динамічної напруженості зони контакту амплітудозалежного внутрішнього тертя (структурно-дислокаційного і магнітомеханічного).

8. Установлений неоднозначний характер зміни зносостійкості трибосполучення при нагріванні залежно від стану середовища (повітря, рідина), пов'язаний із температурними особливостями протікання трибохімічних і реологічних процесів. Так, прояв релаксаційного піка Сноека і істотне зниження інтенсивності трибоокиснювальних процесів за участю вільного кисню при підвищенні температури повітряного середовища спричиняє екстремальне зменшення зносу пари тертя. І, навпаки, початкове нагрівання рідких середовищ викликає екстремальне підвищення зносу сполучених поверхонь внаслідок активації електрохімічних процесів у водному розчині та погіршення мастильних властивостей вуглеводневих рідин. Подальше зростання температури з уповільненням трибоокиснювальних процесів внаслідок зменшення вмісту розчиненого в рідинах кисню викликає зниження зношування.

9. Вивчена геометрична структура пошкоджень поверхні при фреттинг-корозії. Для характеристики ступеня локального пошкодження уведений параметр - фреттинг-фактор, величина якого залежить від амплітуди ковзання і режиму термообробки сталі. Уточнено механізм розвитку фреттинг-пошкоджень. Виявлені закономірності свідчать про одночасну дію в зоні тертя фізико-хімічних механізмів дисипації підведеної механічної енергії та зміну провідних процесів по ширині зони контакту. На периферійних ділянках превалюють трибохімічні явища, а у внутрішній зоні - реологічні.

10. Установлено кореляцію між струмом корозії, критичним напруженням мікротекучості і фреттингостійкістю сталі після загартування й відпуску при різних температурах. Фактори, які контролюють опірність сталі малим пластичним деформаціям і корозійну активність, мають загальну природу, пов'язану зі зміною її структурної гетерогенності і дисперсності. Несприятлива структурна гетерогенність сталі, підвищуючи, з одного боку, її релаксаційну стійкість, а з іншого боку, - корозійну активність, різко знижує контактну міцність і тим більше, чим вище корозійна активність зовнішнього середовища.

11. Розроблена фізико-хімічна модель процесу тертя і зношування, яка базується на в'язко-пружних властивостях твердого тіла, що реалізуються під час динамічного контактування і визначають розвиток релаксаційих процесів, які сприяють розсіюванню підведеної зовнішньої механічної енергії. Отримано аналітичні залежності між триботехнічними характеристиками пари тертя і параметрами реологічних і трибохімічних процесів.

12. Установлено взаємозв'язок показників мікропластичності сталі (коефіцієнтів деформаційного зміцнення, критичного напруження мікротекучості), що характеризують зміну релаксаційної здатності матеріалу під дією зовнішніх навантажень, корозійного середовища, зі схильністю матеріалу до корозійного розтріскування. Необхідною передумовою корозійного розтріскування металу є зниження рівня мікропластичності і локальне окрихчення матеріалу. Отримані результати дають методологічну основу оцінки схильності металу до руйнування залежно від рівня статичних напружень і природи корозійного середовища.

13. Вивчено вплив фреттинг-корозії на зміну схильності сталі до корозійного розтріскування. Показано, що фреттинг-пошкодження призводять до катастрофічного (в 10²…10³ разів) падіння стійкості (часу до руйнування) зразків у зв'язку із втратою матеріалом мікропластичності. Макропоказники міцності при цьому зменшуються незначно.

14. Проведена експериментальна оцінка ефективності зниження зносу сполучених поверхонь і підвищення тривалої міцності металів методами, які ґрунтуються на реалізації захисних реологічних і трибохімічних релаксаційних процесів. Так, застосування поверхневого пластичного деформування (ППД), дифузійного борування, газотермічного покриття матеріалом із високим демпфіруванням дозволяє підвищити зносостійкість поверхонь як при реверсивному проковзуванні (фреттинзі), так і однонаправленому терті в 1,6...5 разів. ППД і борування нівелюють вплив фреттинг-корозійного ушкодження на тривалу міцність металів. Високу ефективність показала комплексна полімерна композиція на основі фторопласта.

15. Розроблено технологію одержання комбінованих покриттів, яка реалізує принцип структурного демпфірування і базується на спільному застосуванні електроіскрового легування поверхні тугоплавкими металами (Ti, Zr) із наступним азотуванням формованих шарів у плазмі тліючого розряду (Пат. 22015). Зазначені покриття підвищують зносостійкість деталей до 5 разів.

16. Регулювання інтенсивності та повноти протікання трибоокиснювальних реакцій через зміну вмісту розчиненого у рідині кисню сприяє підвищенню зносостійкості трибосполучення. У режимі механо-хімічного зношування зниження розчиненого у водних розчинах електролітів кисню призводить залежно від pН середовища до зменшення зношування від 1,2 рази (для лужних розчинів) до 1,5...3,5 рази (для кислих і нейтральних середовищ). У випадку ж розвитку схоплювання, навпаки, підвищення окиснювальної здатності середовища шляхом насичення його киснем сприяє зростанню в 1,4...2,1 рази зносостійкості контактуючих поверхонь.

17. Обводнення мастил викликає зростання зношування сталі в 3…4рази. Обезкиснювання мастильних середовищ сприяє підвищенню протизношувальних властивостей товарних мастил (ОМТИ - в 3,4 рази і ТП-22 - в 1,9 рази), уповільнює їх “старіння”, що сприяє продовженню терміну служби мастильних матеріалів та нівелює негативний вплив обводнення на зносостійкість пар тертя. На основі регулювання газовмісту мастильних середовищ запропонований новий принцип удосконалювання мастильних трибосистем (А.с. 1651012).

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шевеля В.В., Олександренко В.П.. Трибохимия и реология износостойкости. - Хмельницкий: ХНУ, 2006. - 278 с.

2. Шевеля В.В. О роли неупругих явлений при трении твердых тел / В.В. Шевеля, А.В. Орлович, В.П. Олександренко // Трение и износ. - 2005.- №4. - С. 367-373.

3. Шевеля В.В. Диссипативные свойства фрикционного контакта с учетом процессов механической и трибохимической релаксации / В.В. Шевеля, В.П. Олександренко // Трение и износ. - 2005. - № 5. - С.471-480.

4. Шевеля В.В. О природе повышения фреттингостойкости стали некоторыми видами поверхностной обработки / В.В. Шевеля, Г.С. Калда, В.П. Олександренко // Трение и износ. - 2004. - Т. 25, № 2. - С. 140-147.

5. Шевеля В. Процеси механічної і хімічної релаксації при динамічному навантаженні металів / В. Шевеля, В. Олександренко, Г. Калда // Машинознавство. - 2003. - № 2 (68). - С. 21-26.

6. Олександренко В.П. Исследование закономерностей трибохимических реакций / В.П. Олександренко, В.П. Белянский // Проблеми трибології. - 1996. - № 1. - С. 101-110.

7. Электрохимические явления при фреттинг-коррозии металлов / В.В. Шевеля, А. Джимала, Г.С. Калда, В.П. Олександренко // Проблеми трибології. - 2001. - № 1. - С. 23-29.

8. Микропластичность и коррозионная активность стали как факторы фреттингостойкости / В.В. Шевеля, И.В. Шевеля, Г.С. Калда, В.П. Олександренко // Проблеми трибології. - 2001. - №2. - С. 14-18.

9. Взаємозв'язок корозійних явищ та субструктури металів при втомленості / В.В. Шевеля, А. Джимала, Г.С. Калда, В.П. Олександренко // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2001. - № 1. - С. 70-76.

10. О роли механических и коррозионных процессов при фреттинге в среде авиационного топлива / В.В. Шевеля, А. Джимала, Г.С. Калда, В.П. Олександренко // Проблеми трибології. - 2002. - №1. - С. 44-47.

11. Шевеля В.В. О роли релаксационных явлений и субструктурных превращений при трении металлов / В.В. Шевеля, В.П. Олександренко, Г.С. Калда // Проблеми трибології. - 2003. - № 2. - С. 3-11.

12. Олександренко В.П. Трибохимические реакции и износостойкость стали в водных растворах. Часть 1. Кинетика трибохимических процессов // Проблеми трибології. - 2005. - № 2. - С. 165-171.

13. Олександренко В.П. Взаимосвязь износостойкости стали с электрическими и трибохимическими явлениями // Вісник Хмельницького національного університету. - 2005. - № 5 (Ч. 1). - С. 164-169.

14. Олександренко В.П. Трибохимические реакции и износостойкость стали в водных растворах. Часть 2. Баланс трибохимических процессов // Проблеми трибології. - 2005. - № 4. - С. 213-217.

15. Олександренко В.П. Влияние температуры на физико-химические процессы контактного взаимодействия и износостойкость трибосопряжений // Вестник двигателестроения. - 2005. - № 3. - С. 164-169.

16. Олександренко В.П. Вплив зовнішнього механічного навантаження на трибохімічні процеси у зв'язку із спрацюванням сталі // Машинознавство. - 2005. - № 3. - С. 21-25.

17. Амплитудная зависимость фреттинг-износа в связи со структурным состоянием стали / В.В. Шевеля, Г.С. Калда, В.П. Олександренко, И.В. Шевеля // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2001. - № 1. - С. 29-33.

18. Вплив структури та складу сталі на припрацьовуваність в умовах фреттингу / В.В. Шевеля, А. Джимала, Г.С. Калда, В.П. Олександренко // Машинознавство. - 2001. - № 1(43). - С. 24-27.

19. Влияние термообработки стали на фреттинг-фактор при вибрационном проскальзывании / В.В. Шевеля, Г.С. Калда, В.П. Олександренко, И.В. Шевеля // Проблеми трибології. - 2002. - № 2. - С. 15-19.

20. Шевеля И.В. Влияние магнитомеханического гистерезиса на триботехнические свойства ферромагнитных материалов / И.В. Шевеля, В.П. Олександренко, В.В. Шевеля // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2002. - № 6. - С. 88-90.

21. Шевеля В.В. Развитие геометрической структуры повреждений при фреттинг-коррозии металлов / В.В. Шевеля, В.Е. Любимов, В.П. Олександренко // Проблеми трибології. - 2005. - № 1. - С. 143-148.

22. Шевеля В.В. Реологические аспекты влияния фреттинга на коррозионное растрескивание стали / В.В. Шевеля, В.П. Олександренко // Вестник двигателестроения. - 2006. - №1. - С. 95-100.

23. Олександренко В.П. Электроискровое легирование поверхности антифрикционными материалами // Вісник Хмельницького національного університету. - 2005. - № 6. - С. 62-65.

24. К методике определения химического состава материалов рентгенофлуоресцентным спектрометром / В.П. Олександренко, О.С. Дробот, С.Н. Скробач, В.В. Калинушка // Вимірювальна та випробувальна техніка в технологічних процесах. - 2001. - № 1. - С. 61-66.

25. Олександренко В.П. Износостойкость комбинированных покрытий// Вісник Хмельницького національного університету. - 2006. - № 1. - С.10-14.

26. Смазочная система для машин: А.с. 1651012СССР, МКИ F16 №17/00 / В.Н. Казанский, В.П. Белянский, В.П. Олександренко (СССР). - №4703591/29; Заявлено 09.06.89; Опубл. 23.05.91, Бюл. № 19. - 3с.

27. Пат. 22015 Украина, МКИ С23С 14/00 / Спосіб отримання комбінованих покрить тугоплавких металів: Пат. 22015 Украина, МКИ С23С 14/00 / В.Г. Каплун, В.П. Олександренко, И.М. Пастух, А.В. Пылыпив (Украина); Заявлено 02.08.95; Опубл. 30.04.98, Бюл. №2. - 3с.

28. Fretting-factor as a parameter of wear-resistance at boundary friction / V. Shevelya, A. Drzymala, G. Kalda, V. Oleksandrenko, I. Shevelya // Scientific Bulletins of Rzeszow University of Technology. - 2002. - № 193. - Р. 279-283.

29. Технологические методы повышения фреттинг-усталостной прочности модульных сборочных сопряжений / В.В. Шевеля, А. Джимала, Г.С. Калда, В.П. Олександренко // Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskies. - Rzeszow (Poland). - 2002. - № 196. - P. 127-133.

30. Олександренко В.П. Трибохимические реакции // Збірник статей викладачів та наукових співробітників ТУП. - Хмельницький: ТУП, 1996. - Вип. 2. - С. 3-7.

31. Повышение износостойкости материалов покрытиями с учетом фактора демпфирования трибосопряжений / В.В. Шевеля, А. Джимала, Г.С. Калда, В.П. Олександренко // Високі технології в машинобудуванні: Зб. наук. пр. НТУ “ХПІ”. - Харків, 2002. - Вип. 1(5). - С. 450-454.

32. Трибохимия и реология износостойкости металлических и металлополимерных систем / В.В. Шевеля, А. Джимала, Г.С. Калда, В.П. Олександренко, И.В. Шевеля // Трибофатика: Пр. 4-го Міжнародного симпозіуму з трибофатики (ISTF 4) / Відп. ред. В.Т. Трощенко. - Тернопіль: ТДЕН, 2002. - С. 537-541.

33. Шевеля В.В. Влияние фреттинга на микропластичность и коррозионное растрескивание конструкционных материалов / В.В. Шевеля, В.П. Олександренко, Г.С. Калда // Машиностроение и техносфера XXIвека: Сборник трудов МНТК. - ДонНТУ, 2004. - Т.3. - С. 230-233.

34. Шевеля В.В. Влияние поверхностного пластического деформирования на фреттинг-усталостную прочность металлов / В.В. Шевеля, Г.С. Калда, В.П. Олександренко // Динаміка, міцність і надійність сільськогосподарських машин: Пр. І-ї МНТК (DSR AM-1) / Відп. ред. В.Т. Трощенко - Тернопіль: ТДТУ, 2004. - С. 99-103.

35. Влияние процессов механической и химической релаксации на износостойкость металлов / В.В. Шевеля, А. Джимала, Г.С. Калда, В.П. Олександренко // Труды междунар. симпоз. “О природе трения твердых тел” (Белтриб-2002). - 2002. - С. 65.

36. Some aspects of metal corrosion destruction connected with machine assembling / W. Szewelia, A. Drzymala, G. Kalda, V. Oleksandrenko // Materialy IV MNТK “Technika i Technologia Montazu Maszyn” (TTMM'01), Rzeszow-Bystre. - 2001. - P. 95-100.

37. Получение комбинированных покрытий тугоплавких металлов / В.Г. Каплун, В.П. Олександренко, И.М. Пастух, А.В. Паршенко // Тезисы докладов РНПК “Лучевая обработка композиционных материалов в технике”. - Тернополь: ТПСИ. - 1990. - С. 39-40.

38. Каплун В.Г. Установка электроискрового нанесения покрытий / В.Г. Каплун, В.П. Олександренко // Тезисы докладов НТК “Качество и надежность узлов трения”. - Хмельницкий: ХТИ. - 1992. - С. 110-111.

39. Создание антифрикционных покрытий комбинированным методом / В.Г. Каплун, В.П. Олександренко, А.В. Пылыпив, В.Н. Зеленчук // Тез. докл. НТК “Лазерные и физико-химические методы обработки материалов”. - Крым: общество “Знание”. - 1995. - С. 52-53.

40. Олександренко В.П. Взаємозв'язок трибохімічних реакцій і процесу зношування / В.П. Олександренко, В.П. Белянський, Е.Л. Селезньов // Тези доповідей НПК “Технологічний університет в системі реформування освітньої та наукової діяльності Подільського регіону. - Хмельницький: ТУП. - 1995. - С. 325-326.

АНОТАЦІЇ

Олександренко В.П. Механохімія і реологія зносостійкості механічних трибосистем. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.04 - тертя та зношування в машинах. - Хмельницький національний університет, м. Хмельницький, 2006.

В дисертації з позицій дисипативної природи явищ, що ініціюються зовнішнім навантаженням, комплексно розглянуто механохімічні реакції і реологічні процеси контактної взаємодії та їх вплив на триботехнічні характеристики сполучених поверхонь. Встановлено взаємозв'язок між проявом механічних та фізико-хімічних релаксаційних процесів і швидкісно-навантажувальними і температурними умовами динамічного контактування при однонаправленому і реверсивному (фреттинзі) терті. Наведено механо-хімічну модель процесу тертя та зношування. Вивчено вплив фреттинг-корозії на чутливість сталі до корозійного розтріскування. Досліджено ефективність існуючих і запропоновані нові методи обробки поверхонь тертя та регулювання газовмісту рідинного середовища з метою підвищення зносостійкості та тривалої міцності металів.

Ключові слова: механохімія, середовище, реологія, внутрішнє тертя, дисипація, зносостійкість, довговічність.

Олександренко В.П. Механохимия и реология износостойкости механических трибосистем. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.04. - трение и износ в машинах. - Хмельницкий национальный университет, г. Хмельницкий, 2006.

В диссертационной работе развивается новое направление исследований повышения контактной прочности и долговечности элементов трибосистем в условиях однонаправленного и реверсивного (фреттинга) скольжения на принципах регулирования интенсивности окислительных механохимических реакций и проявлении материалом неупругих (релаксационных) свойств. С единых позиций диссипативной природы инициируемых при внешнем трении явлений комплексно рассмотрены трибохимические реакции и реологические процессы контактного взаимодействия.

Изучены закономерности трибохимических реакций по изменению газового состава при трении в жидких рабочих средах: водных растворах электролитов с различным рН и углеводородных жидкостях (топливах, маслах) и влиянии на них температурно-нагрузочных условий динамического контактирования. Показана принципиальная идентичность большинства выявленных и изученных трибохимических процессов, проявляющаяся в расходовании на окислительные процессы из окружающей среды кислорода и образовании водорода преимущественно вследствие разложения молекул воды, а также выделения углеродосодержащих газов (метана, оксида и диоксида углерода) в результате обезуглероживания металла поверхности трения. Выявлена взаимосвязь между изменением газового состава жидкой среды, вызванного механохимическими процессами, и величиной износа пары трения. Для всех исследованных сред в условиях механо-химического изнашивания установлено подавляющее преобладание в износе коррозионных потерь над механическими.

Для водных растворов установлена зависимость величины износа стали от интенсивности и характера ведущего процесса деполяризации. Для равновесных растворов в ходе трения наряду с выделением водорода установлено преобладание катодных процессов с кислородной деполяризацией. Уменьшение содержания в электролите растворенного кислорода насыщением его нейтральным газом приводит к интенсификации процессов с водородной деполяризацией и общему снижению интенсивности изнашивания. Аналогичный результат получен и для углеводородных жидкостей.

Показано, что состояние износостойкости связано с демпфирующими свойствами материала как исходными, так и реализующимися при его динамическом нагружении. Рассеивание подводимой при трении энергии по механизмам внутреннего трения и превращение ее в тепло способствует релаксации напряжений в зоне контакта, их снижению, более равномерному распределению, повышению сопротивления разрушению и снижению износа. Выявлена связь между экстремальным снижением износа стали при определенных температурно-скоростных условиях трения и проявлением релаксационных пиков внутреннего трения, а также процессов динамического деформационного старения.

Установлена взаимосвязь между трибохимическими и реологическими явлениями с учетом их влияния на износостойкость сопряженных поверхностей. Показано, что факторы, контролирующие сопротивляемость стали малым пластическим деформациям и коррозионную активность, имеют общую природу.

Разработана физико-химическая модель процесса трения и изнашивания. Получены аналитические зависимости между триботехническими показателями и параметрами реологических и механохимических процессов.

Изучено влияние фреттинг-коррозии на изменение склонности стали к коррозионному растрескиванию. Показано, что фреттинг-повреждения приводят к катастрофическому падению стойкости (времени до разрушения) образцов в связи с потерей материалом микропластичности. Макропоказатели прочности при этом уменьшаются незначительно.

Проведена экспериментальная оценка эффективности снижения износа сопряженных поверхностей и повышения длительной прочности металлов методами, основаными на реализации защитных реологических процессов: поверхностного пластического деформирования, диффузионного борирования, газотермического покрытия материалом с высоким демпфированием, нанесения комплексной полимерной композиции. С учетом полученных экспериментальных и теоретических данных разработана технология получения комбинированных покрытий тугоплавких металлов и предложен новый принцип совершенствования смазочных трибосистем на основе регулирования интенсивности и полноты трибоокислительных реакций.

Ключевые слова: механохимия, среда, реология, внутреннее трение, диссипация, износостойкость, долговечность.

Oleksandrenko V.P.Mechanical Chemistry and Rheology of Mechanical Tribosystems Wearability. - Manuscript.

The dissertation for the Degree of Doctor of Technical Sciences іn speciality 05.02.04. - Friction and Wear in Machines. - Khmelnytsky National University, Khmelnytsky, 2006.

Mechano-chemical reactions and rheological processes of contact interaction and their influence on tribotechnical characteristics of conjugate surfaces from the point of view of dissipative phenomena caused by external loading are considered. The interaction between the demonstration of mechanical and physical-chemical relaxational processes and loading-velocity and temperature conditions of dynamic contact in one-directed and reversive (fretting) friction is stated.

Mechanical-chemical model of friction and wear process is given. The influence of fretting-corrosion on the steel susceptibility to corrosion cracking is investigated. The effectiveness of the existing methods is studied and new methods of friction surface treatment and regulation of gas content of liquid medium with the purpose of metal wearability and durability increase are suggested.

Key words: mechanical chemistry, medium, rheology, internal friction, dissipation, wearability, durability.

Размещено на Allbest.ru