ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Структурные изменения при трении меди в условиях избирательного переноса из "Структура и износостойкость металла " Некоторые сведения о структуре слоя были получены при электронно-микроскопическом исследовании угольно-серебряных реплик с-участков фактического контакта меди и бронз разного состава при трении по стали в среде глицерина [16]. Установлено наличие микропористости ограненные ямки отождествляли с отрицательными кристаллами, образующимися при слиянии вакансий. Ряды ямок т равления (дислокаций), по мнению авторов, являются результатом процесса полигонизации, вызванного нагревом и деформацией при трении. [c.102] Методика исследования. Рассмотрена пара медь — сталь 45 при трении в среде технического глицерина, для которой ярко проявляется реализация эффекта избирательного переноса. [c.103] На машине трения 77МТ-1 с возвратно-поступательным перемещением (средняя скорость скольжения около 0,1 м/с) испытывали образцы, вырезанные из прутка катаной меди марки М1. Образцы изготовляли механическим способом, рабочую поверхность притирали абразивными шкурками до Яа = 0,6 мкм. Для получения равновесной структуры образцы меди отжигали при температурах 300, 600 и 850 °С в вакууме. Образцы контртела изготовляли из стали 45 с шероховатостью рабочей поверхности Яа = 0,6 мкм, затем подвергали закалке в соляной ванне температура нагрева под закалку 830—850 °С, отпуск при температуре 160—180 °С в течение 2 ч. Твердость образцов после закалки и отпуска НЯС 52. При испытаниях медный образец с плоской рабочей поверхностью скользил по плоской поверхности стального образца узел трения находился в ванне, заполненной смазкой. Рабочие нагрузки меняли от 10 до 40 МПа. [c.103] После испытаний на трение структурные изменения образцов исследовали рентгенографически методом скользящего пучка рентгеновских лучей. Анализ проводили в Со/Са-нзлучении. Рентгеновский пучок лучей направляли к исследуемой поверхности под углом от, 30 до 20°, обеспечивая толщину анализируемых слоев от десятых долей микрометра до 5,0 мкм. За критерий структурных изменений принимали истинную (физическую) ширину интерференционной линии на рентгенограмме, которая для чистых металлов и равновесных твердых растворов является результирующей среднего размера блоков мозаики и величины. упругой деформации решетки (микронапряжений). [c.103] При определении периода кристаллической решетки использовали безэталонный графоаналитический метод, основанный на существовании постоянной линейной зависимости между диа-1)(1етром дебаевского кольца на рентгенограмме и периодом решетки. [c.103] Расчет проводили по специальной программе с применением вычислительной техники. [c.104] Ошибка в определении физической ширины для рентгенограмм, снятых при а с Г, составляла (= 0 % при а Г она уменьшалась До 3 %. Погрешность определения периода рещетки при выбранных (Я,/г,/, ) составляла порядка 0,001 нм. /Исследование физической ширины ин-тер(ференционных линий. Проводили две серии опытов в опытах первой серии рассматривали кинетику структурных изменений в поверхностных слоях меди при постоянных внешних условиях трения в опытах второй серии предусматривали выявление для матер 1 ла пары трения факторов воздействия, способствующих проявлению режима избирательного переноса. [c.104] В опытах первой серии образцы меди М1 отжигали в вакууме при температуре 300 °С, а затем испытывали на трение и износ при одинаковой удельной нагрузке порядка 30 МПа и разном времени испытаний. [c.104] На рис. 29 представлены результаты изменения ширины интерференционных линий отражений от кристаллографических плоскостей (200), (311), (222) меди — по глубине образцов, испытанных на трение в течение небольшого промежутка времени (0,5 ч). Ширина рентгеновских линий по глубине образцов резко изменяется. Для исследуемых кристаллографических плоскостей градиент структурных изменений достигает двух-трехкратной величины. При этом в тонких поверхностных слоях толщиной порядка десятых долей микрометра отмечена высокая степень искажения структуры. В слоях толщиной 0,3 мкм при малом времени испытаний ширина линии р(зи) достигает 22—24 мрад, что превышает обычно наблюдаемое изменение ширины дифракционных линий меди при пластическом деформировании в области равномерного удлинения. [c.104] На рис. 32 приведены результаты изменения размера е блоков и величины Аа/а микроискажений кристаллической решетки в функции времени испытания на трение для слоев меди толщиной 0,3 1,5 и 5,0 мкм. Из полученных данных в 1дно. Что в начальный период испытания, когда изменения структуры определяются в основном внешними параметрШи- трения, средний размер блоков мозаики на поверх-= 0,3 мкм) минимальный и составляет величину порядка 20 нм, а микроискажения кристаллической решетки максимальны и достигают Аа/а = 4-10 . С увеличением времени испытания в слоях толщиной 1,5 и 5,0 мкм размер блоков и микроискажения изменяются незначительно с небольшой тенденцией к увеличению блоков и уменьшению микроискажений. Анализ рентгенограмм поверхностного слоя толщиной 0,3 мкм показал, что резкое уменьшение ширины рентгеновских линий связано в основном с изменением среднего размера блоков, который увеличивается в установившемся режиме трения примерно в 4 раза по сравнению с режимом приработки и достигает 10 м. Микроискажения при этом остаются на достаточно высоком уровне. Можно показать, что величине искажений кристаллической решетки Аа/а == 4-10 с учетом модуля упругости меди Е = — 69 ГПа соответствует о я 280 МПа, т. е. микронапряжения в тонком поверхностном слое близки к временному сопротивлению поликристаллической меди. [c.106] Анализу подвергали рентгенограммы образцов, испытанных в условиях установившегося режима трения. Оценивали изменение интегральной интенсивности дифракционных линий — отражений от плоскостей (220), (311), (222) по отношению к интенсивности эталонной линии (222) (0 = 50°) алюминия. Результаты анализа показали, что если на глубине около 5 мкм аномальный характер изменения интенсивности дифракционных максимумов, вызванный предварительной обработкой образцов, несколько сохраняется, то в тонких поверхностных слоях указанная аномалия полностью отсутствует. [c.107] В опытах второй серии исследовали влияние давления и состояния поверхности на характер структурных изменений в поверхностных слоях. В первом случае нагрузку изменяли от 10 до 40 МПа для исследования влияния состояния поверхности использовали образцы, предварительно отожженные при разных температурах (300, 600 и 850 °С). В указанном температурном интервале отжига предел текучести поликристаллической меди изменяется примерно в 25 раз (от 250 до 10 МПа). Предварительным сжатием на 15,5 % в образцах создавали высокую плотность линейных дефектов (дислокаций), достигающую a 10 м . Облучением потоком электронов энергией 2,3 мэВ в течение 4 ч (доза 4,4 Ю - м ) в материале создавали точечные дефекты радиационного происхождения. [c.107] Исследование периода кристаллической решетки меди. На рис. 34 приведены результаты исследования изменений периода кристаллической решетки по глубине зоны деформации образцов меди при трении с малым числом циклов испытаний и в установившемся режиме. Уже после небольшого времени испытания период кристаллической решеткц меди сильно уменьшается, (в слоях, близких к поверхности, до значения 0,354 нм). С увеличением времени испытания наблюдается тенденция к локализации изменений периода решетки в поверхностных слоях на большей глубине (в подповерхностных слоях) период сохраняется практически постоянным в процессе испытания. [c.108] Как видно из рис. 34, отжиг образцов при температуре 70— ПО °С в течение 1 ч после работы в убтановившемся режиме трения полностью восстанавливает период решетки меди до значения близкого к теоретическому, только в самых тонких поверхностных слоях. В более глубоких слоях значение периода остается заниженным. Эти. данные указывают на преимущественную зависимость периода решетки металла на поверхности образцов от увеличения плотности дефектов точечного характера типа вакансий. Точечные дефекты, обладая повышенной термической активностью, аннигилируют при более низких температурах нагрева (для меди 150—200 °С), чем другие дефекты в металле. Уменьшение периода кристаллической решетки меди в подповерхностных слоях вызвано, очевидно, возникновением при трении упругих напряжений сжатия, для снятия которых необходима более высокая температура отжига. [c.109] Наличие на рентгенограммах двух систем дифракционных линий, соответствующих материалам с резко различающимися периодами кристаллических решеток, свидетельствует о существовании межфазной границы, разделяющей основной материал образца и прилегающие к свободной поверхности слои. [c.109] Представления о физической природе поверхностной пленки меди. Совокупность полученных данных рентгенографического исследования изменений структуры поверхностных слоев меди при трении в паре со сталью 45 при возвратно-поступательном перемещении в среде глицерина позволяет выявить кинетику этих изменений и описать некоторые представления о природе поверх-ностной безызносной пленки меди и механизме поведения материала в контактной зоне. [c.110] Рассмотрим основные экспериментально выявленные авторами физико-химические процессы, происходящие в поверхностном слое медного образца. Структурные изменения меди на первом этапе работы исследуемой пары определяются внешними параметрами трения, в Частности, действующим давлением. При этом в тонких поверхностных слоях структурные изменения (плотность дислокаций), оцениваемые по ширине интерференционных линий, достигают максимума и быстро уменьшаются к глубине. На расстоянии 5 мкм от поверхности наблюдается двух-трехкратный (в зависимости от кристаллографической плоскости) градиент изменений физической ширины дифракционных линий. [c.110] Известно, что под влиянием активной смазки при трении происходит пластифицирование поверхностного слоя металла. Наблюдаемое облегчение пластической деформации является результатом снижения потенциального барьера, который преодолевается дислокациями при выходе на поверхность твердого тела [79]. Снижение свободной поверхностной энергии а при адсорбции поверхностно-активных молекул соответствует уменьшению элементарной работы выхода дислокаций (Ь а). С этой точки зрения. становится понятным эффект снижения плотности дислокаций в тонких поверхностных слоях при трении в условиях избирательного переноса. Продукты деструкции глицерина действуют как поверхностно-активные вещества адсорбируясь, они понижают свободную поверхностную энергию металла, способствуя выходу дислокаций в зоне контакта на поверхность. В результате плотность дислокаций в тончайшем поверхностном слое резко падает. [c.111] Вернуться к основной статье