ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние смазочной среды на структурные изменения поверхностных слоев из "Структура и износостойкость металла " Общий процесс пластической деформации зависит от многочисленных факторов, связанных с реальным состоянием поверхности, структурой твердого тела и внешней средой. Последняя существенно влияет на структурные изменения в зоне деформации, приводит к качественно новым закономерностям поведения материала. [c.44] Жидкие среды могут повышать и понижать разрушающее напряжение и предельную деформацию кристаллов. Среды 2-й группы увеличивают прочность и пластичность, а среды 3-й группы снижают их. Среды 1-й группы вызывают явления коррозии под напряжением и хрупкости под действием жидких металлов. Механизм хрупкого разрушения под действием жидких металлов основан на понижении свободной энергии данного твердого металла на границе с расплавом, т. е. работы образования новых участков поверхности в ходе деформации и разрушения в микромасштабе это явление соответствует облегчению разрыва и перестройки межатомных связей в присутствии определенных адсорбированных атомов или молекул. Таким образом, химически активная жидкая среда может вносить в механизм разрушения специфические химические эффекты . [c.44] Со средами 2-й группы обычно связывают эффект Иоффе, суть которого состоит в повышении прочности и пластичности кристаллов при испытаниях в жидкости. [c.44] Влияние сред 3-й группы связано с проявлением эффекта Ребиндера. Различают внешнюю и внутреннюю сторону проявления эффекта. В основе внешней формы адсорбционного эффекта лежит чисто поверхностное взаимодействие металла со средой. [c.45] Адсорбция поверхностно-активных веществ приводит к пластифицированию деформированного металла, т. е. снижению предела текучести и коэффициента упрочнения. При этом сильно усложняются деформационные процессы в материале, в частности, измельчаются пачки скольжения. В работе [79] высказано предположение об адсорбционном понижении потенциального барьера, который должны преодолеть дислокации при выходе на поверхность, а также при зарождении и генерации поверхностных источников дислокаций. Внутренняя форма адсорбционного эффекта определяется адсорбцией поверхностно-активных веществ на внутренних поверхностях раздела зародышевых микротрещин разрушения, возникающих в процессе деформации металла. Это приводит к снижению работы образования новых поверхностей и облегчению развития микротрещин, что проявляется в хрупком разрушении и резкой потере прочности. [c.45] Исследования структуры металлов и сплавов при деформации трением в поверхностно-активной среде проводят сравнительно недавно. Возможно, это связано с отсутствием методик исследования тонких поверхностных слоев, определяющих процесс трения в присутствии поверхностно-активных веществ. Первостепенная важность влияния среды на процесс деформации твердых тел очевидна и вытекает из того факта, что пластическое деформирование поверхностного слоя однозначно связано с поверхностной энергией, определяющей потенциальный барьер при разрядке дислокаций на поверхности. [c.45] Основная причина пластифицирования — взаимодействие дислокаций со свободной поверхностью кристалла.. Будучи термодинамически неустойчивым дефектом (благодаря избыточной свободной энергии), дислокации стремятся выйти на поверхность. В эффекте пластифицирования значительная роль принадлежит поверхностным (имеющим одну точку закрепления) источникам дислокаций, напряжение начала работы которых значительно ниже, чем у источников с двумя точками закрепления. [c.45] Толщина и свойства пластифицированного слоя зависят от адсорбционной активности смазочной среды, природы поверхностных слоев деформированного металла и напряженного состояния в этих слоях. Неравномерная пластическая деформация в зоне контакта вызывает появление на поверхности металла множества дефектов в виде ступенек, микрошероховатостей и микротрещин. В результате процессов, сопровождающихся образованием новых поверхностей, которые адсорбируют активные компоненты среды (смазки), растет и объем пластифицированной зоны. [c.45] При фрикционном взаимодействии твер 1ых тел можно выделить несколько этапов в действии ПАВ [78]. В процессе приработки, когда на площадях фактического контакта действуют высокие локальные давления и напряжения сдвига, адсорбционное облегчение пластической деформации и последующее диспергирование сокращают время приработки поверхностей сопряженных деталей вследствие увеличения скорости начального износа. По мере сглаживания поверхностей скорость износа уменьшается, и стационарная скорость износа становится значительно меньшей, чем в отсутствии смазки из-за разделяющего действия смазочного слоя. [c.46] В работе [13] описан метод исследования механизма действия активных смазочных сред, основанный на моделировании пластического течения металла под действием одиночного микровыступа на поверхности деформирующего инструмента. Экспериментально установлено, что адсорбционн о-активные смазки в процессе деформации размягчают поверхностный слой талщиной в сотые и десятые доли микрометра. Образовавшийся пластифицированный слой металла оказывает большое влияние на объемную деформацию нижележащих слоев. При тангенциальном микро-деформировании в присутствии адсорбционно-активной смазочной среды наблюдаются одновременно два эффекта адсорбционное пластифицирование очень тонкого слоя металла и уменьшение сдвиговой деформации под влиянием пластифицированного слоя. [c.46] Особая роль ПАВ среды проявляется при изменении дислокационной структуры деформированных поверхностных слоев. Остановимся на некоторых наиболее результатйвнщ в этом направлении работах. [c.46] В работе [41 ] рассмотрены результаты экспериментов по исследованию влияния инактивной (вазелиновое масло) и активной (вазелиновое масло + 2 % олеиновой кислоты) смазок на дислокационную структуру и упрочнение некоторых металлов с ГЦК решеткой (коррозионно-стойкая сталь и алюминий) при трении. По сравнению с сухим трением инактивная среда не влияет на дислокационную структуру исследуемых металлов. Исследование методами электронной микроскопии и микротвердости показало, что активная среда значительно упрочняет поверхностный слой металла по сравнению с трением в неактивной смазочной среде. При некотором уровне упрочнения в активной среде происходит более интенсивное разупрочнение, что объясняется проникновением молекул ПАВ в трещины поверхностного слоя и разрушением. Кроме того, при трении в среде ПАВ уменьшается глубина наклепанного слоя, так как более интенсивное упрочнение поверхностного слоя оказывает экранирующее действие для распространения в глубь металла пластической деформации. [c.46] Работа [61 ] посвящена исследованию совместного влияния активности среды и реверса на свойства поверхностей трения. [c.46] В работе [39] методом рентгеноструктурного анализа изучали изменение кристаллической структуры технически чистого железа при упрочнении в инактивной й поверхностно-активной средах. Для упрочнения применяли пластическое деформирование статическое сжатие, прокатку, растяжение, однократную накатку. Показано, что микроискажения кристаллической решетки металла не чувствительны к введению ПАВ. В то же время в работе [36] указано, что исследованиями изменений структуры поверхностного слоя технически чистого железа при трении в разных смазочных средах установлены большие микроискажения решетки кристалла в активной среде по сравнению с соответствующими значениями в-инактивной среде. Выявлено незначительное различие твердости после испытаний в активной и инактивной средах. При этом в вазелиновом масле средние значения размеров блоков когерентного рассеяния более высокие, чем в активной среде. Кривые изменений микроискажений кристаллической решетки и изменений микротвердости в обеих средах подобны. Кроме того, отмечено, что в присутствии поверхностно-активной среды шероховатость поверхности образца резко уменьшается. Сила трения при низких давлениях почти в 2 раза меньше в активной среде при очень высоких давлениях различие в силах трения для избранных сред незначительно. [c.47] В аспекте изучения чувствительности процесса деформации твердых тел к свойствам смазочной среды интересна работа [44], в которой исследовано влияние типа кристаллической решетки металлов на интенсивность износа при трении в разных смазочных средах. Во всем диапазоне испь1тываемых нагрузок наблюдали увеличение упрочнения, снижение степени разрушения поверхности по сравнению с сухим трением. Пластифицирующее действие ПАВ при трении зависит от типа кристаллической решетки. Так, если для кобальта влияние ПАВ незначительно (известно, что металлы с ГПУ решеткой в процессе пластической даформации слабо упрочняются из-за малого числа систем скольжения), то при трении в среде с ПАВ никеля и железа наблюдают существенное упрочнение и снижение степени разрушения поверхности по сравнению с сухим трением. Степень упрочнения для никеля больше, чем для железа, а степень разрушения поверхности меньше При трении с ПАВ по сравнению с сухим трением. Отмеченные экспериментальный данные объясняются тем, что ПАВ снижают свободную поверхностную энергию для металлов с ГЦК решеткой на большую величину, чем для металлов с ОЦК решеткой. Авторы констатируют, что пластифицирующее действие ПАВ при трении определяется типом кристаллической решетки испытываемых металлов. [c.48] При трении без смазки схватывание первого рода происходило при давлении 0,5—1,0 МПа, полное сваривание. при давлении 3,1—3,8 МПа (при коэффициенте трения 4,5—6,7). В чистом вазелиновом масле схватывание происходило при давлении 1,0--3 МПа и достигало наибольшего развития при давлении 4,5—8,0 МПа (коэффициент трения 2,1—4,9). В вазелиновом масле с добавкой олеиновой кислоты схватывание возникало при значительно больших давлениях, начиная с 10,5—11,0 МПа, и достигало максимального развития при давлении 12,0—13,5 МПа (коэффициент трения при этом резко снижался до 1—2). Изучение микроструктуры поверхностных слоев в нормальном сечении показало, что смазочная среда определяет глубину распространения зоны пластической деформации. При трении в поверхностно-активной смазке деформация охватывает слой 20—30 мкм, в чистом вазелиновом масле — 130—160 мкм, без смазки 200—250 мкм. [c.49] Рассмотренные данные имеют две основные экспериментальные особенности либо исследования проводят стандартным рентгенографическим методом (когда глубина анализируемых слоев значительно превосходит толщину слоев, максимально подвергающихся воздействию среды), либо электронной микроскопией и электронографией (когда необходима дополнительная обработка поверхности, недопустимая при анализе металлов с градиентом структурных изменений по глубине деформированной зоны). [c.49] В работе [88] с учетом отмеченных обстоятельств приведены, результаты исследования структурных изменений специальным методом анализа поверхности. Исследовали медь и армко-железо при трении в паре со сталью 45 без смазки, в олеиновой кислоте и вазелиновом масле. [c.49] Вернуться к основной статье