Структурные превращения металлов при трении

СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ПРИ ТРЕНИИ [c.394]

Изнашивание при хрупком разрушении наблюдается в тех случаях, когда поверхностный слой одного из трущихся металлов в результате многократной деформации отдельных выступов становится хрупким, вследствие чего разрушается и обнажает лежащие под ним менее хрупкие слои. Возникновение хрупкого поверхностного слоя металла объясняется не только наклепом поверхности, он может возникнуть также вследствие поверхностной усталости или за счет структурных превращений металла поверхности в результате нагрева при трении. При трении качения, а также при смешанном трении (например, в зубчатых передачах), когда имеют место многократно повторяющиеся высокие контактные напряжения, наблюдается усталость металла поверхностных слоев с последующим образованием микротрещин, единичных или групповых впадин. Такое изнашивание называют контактной усталостью. [c.44]

Причиной этого износа могут быть поверхностная усталость, а также структурные превращения металла поверхностей вследствие нагрева при трении. Рассмотренный вид механического износа наиболее часто появляется на рабочих поверхностях подшипников качения, зубьях передач, опорных поворотных поверхностях и др. [c.7]

При обработке резанием металл впереди резца переходит в пластическое состояние под действием сил резания и повышенной температуры. Глубина поверхностного слоя с разрушенной кристаллической структурой зависит от режимов резания и вязкости материала. При точении, фрезеровании, протягивании, т. е. при процессах, происходящих с относительно небольшими скоростями, но с большими силами резания, поверхностный слой наклепывается на значительную глубину. При шлифовании вследствие высоких температур в поверхностном слое возникают структурные превращения на глубине нескольких сотых миллиметра например, после шлифования наружный слой стальной детали, закаленной на мартенсит, оказывается закаленным на аустенит следующий слой — на троостит, и только после этого слоя следует слой с первоначальной мартенситной структурой. На качество поверхности влияют смазочно-охлаждающие жидкости. Они уменьшают трение между инструментом и заготовкой и понижают температуру трущихся поверхностей. Наклеп и шероховатость поверхности зависят от вибрации станка, инструмента и заготовки. Колебательные движе- [c.19]

В процессе внешнего трения происходит трансформация механической работы в энергию внутренних процессов. В большой серии рассматриваемых ниже работ было установлено, что при внешнем трении изменяются многие свойства поверхности и поверхностных слоев металлов. Происходят структурные превращения, увеличивается сопротивление деформации и твердость, возрастает электрическое сопротивление, усиливаются диффузионные процессы и т. п. [7, 35, 37, 40, 69]. Все это свидетельствует о том, что поверхностные объемы металла испытывают необратимые изменения и увеличивают свою свободную энергию. [c.68]

При достижении определенной критической температуры на поверхности трения наступают разупрочнение, структурные и фазовые превращения в поверхностных объемах металла. Начало разупрочнения металлов является началом образования и развития процессов схватывания второго рода. [c.23]

При исследовании процессов контактного взаимодействия наиболее важны вопросы фазовых превращений в зоне деформации, диффузионного перераспределения легирующих элементов твердых растворов под действием внешних факторов, образования и размножения линейных (дислокаций) и точечных (вакансий) дефектов кристаллической решетки, определения остаточных деформаций, преимущественной ориентации (текстуры), т. е. изменений внутренней структуры деформированных трением металлов и сплавов. Одним из преимуществ рентгеновского метода исследования материалов является то, что получаемые параметры структурного состояния являются усредненными по значительным объемам и обеспечивают удовлетворительную корреляцию с физическими свойствами изучаемых объектов. [c.67]

Книга посвящена вопроса]М изучения явлений, происходящих в зоне трения при резании металлов. Изложен метод металлографического исследования характера контактсп обрабатываемого металла с режущим инструментом. Рассмотрен вопрос структурных превращений в зоне трения. [c.2]

В процессе трения в поверхностных слоях металлов происходят сложные явления, связанные с перераспределением химических элементов, структурными превращениями, измельчением отдельных фаз, образованием вторичных структур и т. д. Возникающие при этом слои измененной структуры обычно состоят из слаботра-вящихся белых фаз и зон повышенной травимости. Характер их распределения, структурное строение и фазовый состав оказывают большое влияние на износостойкость деталей. [c.21]

В отличие от этого, при испытании противозадирных свойств масел на четырехшариковой машине, условно называемой ЧШМ-3, приходится иметь дело с комплексом явлений, возникающих при трении, и температурные условия работы смазочных материалов требуют тогда уточнения. Для этого можно прибегнуть к изучению структурных превращений поверхностных слоев металла при испытании масел с присадками, что позволяет приближенно определить температуру поверхностей трения и оценить различие в поведении присадок. [c.164]

При испытании масел на режиме заедания наблюдаются структурные превращения поверхностных слоев лунок износа с образованием зон отпуска и белых слаботравящихся зон повышенной твердости, которые, по мнению одних авторов, являются результатом вторичной закалки под действием температур трения выше критической точки и пластической деформации металла [7, 10], по мнению других результатов окисления в процессе трения [11], по мнению третьих результатов науглероживания и другого химического взаимодействия со смазкой [3]. [c.168]

В процессе трения происходят изменения структуры и свойств материалов. Их сопротивление изнашиванию определяется не столько исходным уровнем прочностных свойств, сколько свойствами новых структур, возникающих на поверхности трения. Структура, формирующаяся на поверхности трения материалов, возникает вследствие упрочнения слоев металла по мере их износа за счет наклепа и диффузионных процессов. Развивая представления о направленности превращений, обеспечивающих упрочнение поверхности трения, Б. И. Костец-кий выдвинул положение о структурной при-спосабливаемости материалов при трении [20], т. е. перестройке исходной структуры материалов в новую в направлении максимального упрочнения. При этом происходит ориентация структуры относительно направления действия силы трения. Структурная приспосабливаемость носит универсальный характер, так как она наблюдается при трении любых материалов в определенном диапазоне внешних условий (скоростей, давлений и др.). В результате развития структурной приспосабливаемости все виды взаимодействия трущихся тел и окружающей среды локализуются в слоях вторичных структур. [c.260]

Диффузионные процессы в микрообъемах металла, примыкающих непосредственно к поверхности трения или к пленкам вторичных структур, могут приводить к значительным структурным изменениям в этих микрообъемах. Фрикционный нагрев способствует протеканию в поверхностном слое процессов отпуска, возврата и рекристаллизации, что приводит к разупрочнению поверхности, снижению ее несущей способности, усилению схватывания. В тяжелых условиях трения (высокие скорости и давления, отсутствие смазки), когда имеет место интенсивный фрикционный нагрев, в поверхностном слое стали может происходить а -> Y превращение. Возникает так называемый аустенит трения. И. М. Любарский с сотр. обнаружил на поверхности трения стали 20Х2Н4А аустенитный слой толщиной в несколько микрометров. После прекращения трения в процессе охлаждения этот аустенит полностью или частично распадался [20.40]. Аустенит трения в ряде случаев обладает повышенной устойчивостью и может сохраняться в структуре после охлаждения до комнатной и более низких температур. Это объясняется высоким уровнем его легированности, а также стабилизирующим влиянием деформационного и фазового наклепа. Поверхностный слой обогащается легирующими элементами в результате их диффузии из глубинных слоев металла (термодиффузия, восходящая диффузия), а также из окружающей среды. Так, при термическом разложении смазки в зоне контакта поверхность металла может насыщаться углеродом и другими элементами, содержащимися в смазке. Аустенит трения, обладая повышенной прочностью, теплостойкостью, может, увеличивать сопротивление стали изнашиванию. Образование аустенита при трении и его ускоренное охлаждение (вторичная закалка) приводят к формированию нетравящихся ( белых ) слоев на поверхности стальных деталей. Белые слои обладают высокой микротвердостью Я = 9 — 15 ГПа и значительной хрупкостью. Структура белых слоев и условия их возникновения при трении были рассмотрены в работах Б. Д. Грозина, К- В. Савицкого, И. М. Любарского и др. Установлено, что белые слои характеризуются высокой дисперсностью структуры, химической неоднородностью и сложным фазовым составом. В них присутствуют аустенит (20—80%), так называемый скрытноигольчатый (или мелкокристаллический) мартенсит и карбиды. В условиях динамического нагружения белые слои из-за высокой хрупкости интенсивно выкрашиваются, что и ведет к ускоренному повреждению поверхности. [c.396]

При наличии тупых углов (больших отрицательных углов у) у режущих элементов абразива имеют место значительные упругие и пластические деформации стружки и обработанной поверхности, царапание (диспергирование), внешнее трение. В зоне шлифования все это вызывает тепловые явления, характеризующиеся мгновенной скоростью нагревания (десятки тысяч градусов в секунду), высокими температурами (тысячи градусов) и быстрым охлаждением в глубь металла (сотни градусов в секунду). Исследования показали, что теплота, обргзующгяся при шлифовании, поглощается обрабатываемой деталью (69—84%), абразивным кругом (11—13%), стружкой (до 8%) и охлаждающей средой (до 13%). Тепловые явления и давление приводят к фазовым и структурным превращениям в тончайшем поверхностном слое обрабатываемого изделия как в процессе шлифования, так и после него [81]. [c.371]

Эффект избирательного переноса при трении металлов является высоко, структурно-чувствительным и характеризуется определенными закономерностями структурных превраш,ений в поверхностных слоях взаимодействующих металлов. Основные структурные изменения связаны с образованием на контактирующих поверхностях пленки меди с особыми свойствами, формированием границы раздела между защитной пленкой меди и основным металлом и определенным специфическим перераспределением легирующих и примесных элементов металлов и сплавов. Эти превращения в структуре материала связаны с комплексом физикохимических процессов в зоне контактного взаимодействия, они являются необходимым условием избирательного переноса и наряду с общепринятыми критериями (резкое снижение интенсивности износа, вплоть до безызносности, и коэффициента трения до тысячных долей) их рассматривают как критерии явления избирательного переноса при трении. [c.134]

В заключение необходимо отметить, что при резании сталей на высоких скоростях, когда температура контакта превышает Ас , структурные и фазовые превращения в контактных слоях всегда происходят или частично, или полностью и это надо принимать во внимание. Необходимость обсуждения вопросов о явлениях, наблюдаемых в тончайших поверхностных слоях трущихся тел, в частности, при трении стружки об инструмент, вытекает из неоспоримого положения, что свойства именно этих непосредственно вступающих в контакт слоев отличаются от свойств основного металла и определяют инте1гсивность изнашивания режущего инструмента. [c.38]

Структурные изменения в металле при задирании. Интенсивные термические воздействия и пластические деформации, которым подвергаются трущиеся поверхности при горячем задирании, приводят к значительным изменениям структуры металла. Так, у стальных и чугунных деталей с исходной ферритной структурой в поверхностных слоях образуется аустенит при трении смазанных поверхностей наличие углеводородной среды приводит к науглероживанию металла [20, 47]. Закаленные стальные поверхности отпускаются, а резкое охлаждение их при контакте со смазочной средой или в результате теплопередачи в глубь металла вызывает явления вторичной закалки с образованием специфических вторичных структур ( белая фаза очень высокой твердости). Таким образом, при горячем задирании существенно изменяется не только рельеф, но и структура поверхностей трения. В противоположность этоА1у при холодном задирании вследствие сравнительно слабого нагрева поверхностей трения фазовых превращений и изменений химического состава в них не происходит [20]. [c.189]

В поверхностных слоях металлов при определенных условиях внешнего воздействия могут происходить структурные изменения, исследование которых имеет большое значение для изучения природы трения и износа различных металлов. Исследованиями, проведенными в Институте машиноведения АН УССР, было установлено, что механическая обработка и трение металлов вызывают в них пластические деформации, дробление кристаллитов и фазовые превращения. [c.202]

В зависимости от твердости обрабатываемого материала упрочнение методами динамического вдавливания требует в 1,7...2,8 раза больше энергии, чем статическое вдавливание. Это вызывается тем, что с увеличением скорости нагружения время протекания деформаций уменьшается, и увеличиваются напряжения, при которых упругие деформации переходят в пластические. При увеличении скорости деформирования (удара) до 7...8 м/с динамический предел текучести и прочности стали интенсивно растет и дальше изменяется мало. В результате деформирования ПС металла и трения при ППД образуется теплота, которая генерируется в очаге деформирования и на поверхности контакта заготовки с инструментом (рабочим телом). Локальные участки ПС могут нагреваться до значительных температур при обкатывании - до 300...400°С, при выглаживании -до 600...700°С, при ударных методах - до 800...1000°С. Сильный нагрев ПС может приводить к термопластическим деформациям и структурным превращени- [c.210]

Непосредственное измерение величины линейной деформации зерен поверхностных и внутренних слоев образца из поликристал-лического армко-железа [60] показало, что при деформировании на площадке текучести величина линейной деформации поверхностного слоя составляла 2,52%, в то время как объемные слои продеформированы всего на 0,8%,что свидетельствует о пониженном напряжении течения поверхностных слоев. Различие в напряжениях течения поверхностных и внутренних слоев материалов оказывает существенное влияние на распределение действующих и остаточных напряжений в ГЦК металлах [61]. Сплавы, претерпевающие в процессе трения фазовые превращения [62], а также сплавы, содержащие мягкую структурную составляющую [63], также имеют свойства поверхностных слоев, отличные от глубинных. Соответственно и упрочнение при пластической деформации, отображаемое зависимостью прочности от плотности дислокаций, Б поверхностных слоях (кривая 2) и на глубине (кривая 1) будет протекать различно (рис. 3) [64]. [c.23]

Дальнейшее изучение явления привело к обнаружению ряда новых эффектов, связанных со структурными изменениями в поверхностном слое, физико-химическими превращениями в смазочном материале, в частности образованием ПАВ, полимеризацией на фрикционном контакте, образованием комплексных соединений с ионами легирующих элементов. Так, в результате исследований поверхностного слоя медного сплава выдвинуто предпо.пожение о его особом квазиожиженном состоянии, характеризующемся нарушением дальнего порядка в кристаллической решетке металла или сплава в результате изъятия части атомов. Особое структурное состояние данного слоя в отношении распределения в нем плотности вакансий и дислокаций было впоследствии выявлено рентгенографическими исследованиями методом скользящего рентгеновского пучка [114]. С помощью этого метода установлено, что под поверхностью трения медного сплава или меди в глицерине существует слой с минимальной плотностью дислокаций (рис. 2.18). Это снижение гиютности дислокаций объясняется авторами метода действием эффекта Ребиндера, при котором продукты деструкции глицерина, действуя как ПАВ, адсорбируются на поверхности и снижают свободную поверхностную энергию, способствуя выходу дислокаций на поверхность. [c.61]

Введение УЗ высокой интенсивности в металлы в твёрдОхМ состоянии вызывает увеличение плотности структурных несовершенств (дислокаций, вакансий), что в свою очередь изменяет свойства обрабатываемого материала и влияет на кинетику протекания дрхффузионных превращений и процессов пластической деформации. Всё это в значительной мере определяет возможность использования УЗ при обработке металлов давлением, при термич. и химико-термич. обработке металлов и сплавов. Применение УЗ в процессах обработки металлов давлением позволяет снизить энергетич. затраты, увеличить скорость процесса, повысить стойкость инструмента, улучшить качество поверхности изделий, а также осуществить процесс деформации таких материалов, к-рые разрушаются при обычных способах обработки давлением (рис. 3). УЗ применяется в процессах волочения проволоки и труб, прессования, штамповки, прокатки и др. Механизм действия УЗ в процессах обработки металлов давлением связан с уменьшением сил контактного трения между инструментом и деформируемым металлом и изменением свойств последнего при суммарном воздействии знакопостоянных и знакопеременных напряжений. Применение УЗ в процессах термич. и химико- [c.349]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...