Композиционные спеченные антифрикционные материалы - Федорченко И.М.
Скачать (прямая ссылка):
При граничном трении коэффициент трения имеет следующие особенности: при малых нагрузках он снижается по мере увеличения давления до определенного предела, затем стабилизируется или растет в результате частичного перехода трения от граничного к трению без смазки. В зависимости от скорости трения происходит повышение или понижение коэффициента трения с последующей его стабилизацией.
На рис. 5, в представлена зависимость коэффициента трения по данным А. С. Ахматова [52]. Большие противоречия также обнаруживаются в зависимостях коэффициента трения от внешних условий для металло-полимерных пар (рис. 5, б) по данным В. А. Белого с сотрудниками [74].
Состояние работ в области трения и изнашивания пока не позволяет проектировать узлы трения без широкого привлечения экспериментальных методов исследования. Разработка теоретических основ механизма процессов трения в последнее время приобрела особую актуальность, поскольку повысились требования к материалам в связи с увеличением нагрузок и скоростей в узлах трения современных машин и механизмов. Поиски новых материалов для этой цели крайне затруднены, так как нет четких представлений о механизме трения и износа, влиянии структуры, физико-механических и других свойств материала на его антифрикционные свойства.
Вначале процесс трения рассматривался как результат зацепления выступов на поверхности контактирующих тел. Затем было установлено молекулярное взаимодействие [264]. Эти первоначальные данные, также как и последующие работы Кулона, который показал влияние на трение скоростей и нагрузок, характера материалов пары трения и окружающей среды, не объясняли природу износа и процессов, идущих при тренин [261].
Только в последние десятилетия вскрыта физическая и физико-химическая природа трения и износа. Ввиду сложности процесса были предприняты попытки расчленить его и аналитически рассмотреть его модельные составляющие, а именно упруго-пластическую деформацию [266|, микрорезание [273], локальное сваривание [94], отделение (отрыв) атомов [94], пластический сдвиг [170], силы атомного взаимодействия [lbu\ и др.
Теоретические основы процесса трения и износа развиваются сейчас в нескольких направлениях. Широко известны работы И. В. Крагельско-го и его школы [264, 265—267]. в основу которых положены представления о молекулярно-механической природе трения. Согласно этим рабо* там трение между поверхностями обусловлено прежде всего взаимодействием (зацеплением) выступов на поверхностях в результате взаимного внедрения контактирующих поверхностей. Причем на исходную шероховатость поверхностей накладывается дополнительная шероховатость, возникающая под давлением сжимающих сил и обусловленная неоднородностью механических свойств поликристаллических материалов. В точках реального контакта возникают адгезионные связи (мостики сваркиJ [267]. Это взаимодействие характеризуется двумя безразмерными параметрами: относительным внедрением неровностей и относительной иро*»
2В
ностьго адгезионной связи па сдвиг. Следовательно, управление noom* сом трения сводится к управлению деформационными и адге«Х?? составляющими сил трения. «д«в««иинщ
И. В. Крагельский [264, 267] указывает, что существуют два nvm снижения трения и износа: уменьшение деформационной составляют^ относительного внедрения и понижение адгезионной составляющей т Г относительного сдвигового сопротивления. В идеальном случае иинималъ! ное трение может быть достигнуто в случае предельно твердого тела покрытого мягкой защитной пленкой или имеющего поверхностный ело* пониженной прочности на сдвиг.
Таким образом, в соответствии с этими представлениями механизм внешнего трения сводится к пластическому или упругому оттеснению-более мягкого материала внедрившимися неровностями (деформационные составляющие силы трения) и преодолению адгезиопных связей, возникающих в контактной зоне (адгезионная составляющая).
Однако эта теория рассматривает только одну сторону тррния механическую, в то время как трение является динамическим процессом, в котором непрерывно протекают физические, химические и физико-химические явления. Свойства материала и его структура в поверхностных слоях подвергаются непрерывным изменениям, появляются так называемые вторичные структуры, свойства которых отличаются от таковых исходных материалов. Сопротивление материала поверхностного слоя деформации, его силы адгезии и механизм износа непрерывно изменяются под влиянием внешних факторов.
Наряду с этим многочисленные попытки найти корреляцию между
ТЄМИ ИЛИ ИНЫМИ фиЗИЧеСКИМИ (теПЛОПрОВОДНОСТЬЮ, ТеПЛОеМКОСТЬЮ, элркт-
ронной структурой) и механическими (твердостью, текучестью, модулем упругости, прочностью при сжатии и сдвиге) свойствами, а также фазовым составом и структурой (гетерогенностью или гомогенностью, характером кристаллической решетки, геометрией структурных составляющих и др.) удовлетворительных результатов не дали.
Работы [227, 228, 260, 261, 285, 359, 377, 378] убедительно показывают, что характер и свойства так называемых вторичных структур, возникающих непосредственно в процессе работы, оказывают решающее влияние на износостойкость пары трения. Состояние рабочего слоя определяется процессами, протекающими при трении,— диффузионными, обусловленными перераспределением элементов в составе материала, абсорбционными, сопровождающимися взаимодействием поверхностей трения с воздухом, смазочными веществами и другими окружающими средами, с**3**" ными с химическими взаимодействиями. Имеют место структурно-фазовые превращения, причем активность их сильно зависит от пластичесяого течения поверхностного слоя и температуры.
