Локализация деформации при трении

Локализация деформации при трении [c.142]

Существование такой общности подтверждается общими аналитическими зависимостями, которые описывают разрушение металлов и сплавов при фрикционной и объемной усталости. Уравнение Коффина, характеризующее разрушение металлов и сплавов в условиях объемной малоцикловой усталости, было получено для трения путем количественной оценки периодичности структурных изменений поверхностных слоев при испытании стали 45 на модели фрикционного контакта [121]. Эти же исследования позволили выявить особенности процесса трения, связанные с градиентом деформаций и напряжений по глубине. В целом они показывают, что, несмотря на своеобразие поведения поверхностных слоев материалов при пластическом деформировании и специфику нагружения при трении, связанную с локализацией изменений и разрушения в тонком поверхностном слое, дискретностью контакта, возможными локальными вспышками температуры, сложным напряженным состоянием, большими, близкими к предельным напряжениями на контакте, между разрушением металлов и сплавов при фрикционной и объемной усталости пет принципиального, качественного различия. [c.105]

Приведенные данные свидетельствуют о Том, чТо при повышенных температурах и высоких скоростях трения наблюдается тенденция к снижению величины износа и коэффициента трения. Вызывается это тем, что материал обеспечивает локализацию процессов, сопровождающих трение (пластическая деформация, фазовые превращения и др.), в поверхностном слое толщиной несколько микрон, с образованием пленок, защищающих поверхности от схватывания и разрушения. [c.107]

Обсуждавшаяся модель справедлива для случая установления идеальной адгезионной связи двух одинаковых поверхностей и бесконечно малых углов наклона поверхностных микронеровностей. Однако она допускает сравнительно простые обобщения на случаи несовершенства пятна фактического контакта (микронеровности второго порядка поверхностные пленки и включения) различия кристаллической ориентации контактирующих поверхностей взаимодействия материалов с разными механическими характеристиками. В условиях характерного для фрикционного взаимодействия массопереноса с поверхности более мягкого материала пары трения на поверхность более твердого по существу имеет место взаимодействие двух одноименных поверхностей. Обобщение на случай контакта разнородных материалов сохраняет геометрические параметры очагов деформации и приводит лишь к перераспределению интенсивностей сдвигов с их концентрацией в когезионно менее прочном материале. Контакт реальных поверхностей отличается от схемы, приведенной на рис. 1.6, й тем, что угол наклона микронеровностей не равен нулю и соответствующий концентратор напряжений и деформаций нельзя считать бесконечным. Однако среднее значение угла наклона микронеровностей не превышает 9—10° для шлифованных поверхностей и 1—3° для полированных. В результате вносимая погрешность невелика, а при необходимости она может быть легко учтена. Несовершенство адгезионной связи, в том числе за счет влияния микронеровностей второго порядка, поверхностных пленок, разориентировки контактирующих зерен также не противоречит предложенной схеме локализации деформаций, хотя и вызывает приращение сдвига в плоскости контакта. При возрастании степени несовершенства (несплошности) контакта до некоторого критического значения линзообразный очаг деформации распадается на отдельные очаги по микронеровностям второго порядка. [c.23]

Механизм действия пластичных износостойких покрытий принципиально иной, хотя они также приводят к значительному снижению контактных сил трения. Снижение сил трения связано с локализацией сдвига в менее прочном материале. При этом роль толщины покрытия усложняется. Для покрытий толщиной в единицы и десятые доли микрометра необходимо учитывать особенности поведения дислокаций в тонких слоях. В п. 2.1 обсуждалось действие сил изображения. Величина s 1 мкм соизмерима с размером ядра дислокации и с ней может быть связана лишь незначительная часть полной энергии дислокации. Зарождение дислокаций в таких условиях затруднено, оказывается возможным бездислокационное развитие деформации и переход к прочностным характеристикам слоя, соответствующим области низкой дислокационной плотности. С другой стороны, генерируемые при трении дислокации нестабильны и могут не фиксироваться в исследованиях, проводимых постфактум [89]. Нередко это служит источником неверной информации о дислокационных процессах при трении. Для износостойкости и коэффициента трения материалов с тонкими пластичными покрытиями характерны экстремальные зависимости от толщины покрытия (см. рис. 1.4). Оптимальные характеристики реализуются для диапазона нагрузок, обеспечивающего локализацию необратимых деформаций в материале покрытия при сохранении достаточно высокой несущей способности поверхности за счет влияния нижележащей твердой подложки. [c.27]

Важность процессов зарождения, размножения и перераспределения дислокаций (и вообще дефектов атомно-кристаллической структуры) при трении не вызывает сомнений. Роль дислокационных процессов наглядна проявляется в изменении характеристик трения и износа различных материалов (стм. п. 3 данной главы). Основная сложность интерпретации непосредственной роли изменений плотности несовершенств структуры металлов и сплавов в механизме трения и изнашивания определяется труд-ностью анализа деформационных процессов вследствие их локализации В ТОнких поверхностных слоях и высокой неоднородности деформации вдоль профиля поверхности. [c.52]

Оценки температур по формулам (5.1) и (5.2) для условий трения, при которых в работах [8, 9] наблюдалось появление ЛКС на сталях, меди и никеле, дают приблизительно одинаковые значения температур вспышек в диапазоне температур 600—900 °С — в зависимости от материала пар трения. Средняя температура поверхности трения меди при этом не превышает 40 С, а стали — 100 °С. Такое различие между средней температурой поверхности и температурой вспышки в пятне контакта может стать основой для объяснения локализации деформации в тонком поверхностном слое зоны контакта. Согласно модели импульсного выделения тепла при жестком соударении микровыступов [c.149]

Таким образом, с помощью данных, приведенных в настоящей главе, можно описать формирование ЛКС при деформации поверхностных слоев металла в условиях граничного трения следующим образом. В процессе приработки и перехода системы трения к установившемуся режиму работы последовательно изменяется характер пластической деформации приповерхностных слоев металлов, что связано с упрочнением материалов и локализацией деформации по глубине и площади контактной зоны и сопровождается увеличением удельных нагрузок в пятнах контакта, возрастанием относительной скорости деформации сдвига уменьшающихся микрообъемов металла, увеличением возникающих в них максимальных температур и появлением, при некоторой критической скорости скольжения, ударных нагрузок в пятне контакта. [c.165]

Локализация деформаций в очагах фактического контакта при трении скольжения облегчает процесс зарождения очагов разрушения. Привлечение теории деформирования к рассмотрению эволюции отдельного пятна контакта позволило установить Е.М. Макушку [31], что мостик сварки может существовать часть периода действия пятна контакта (вначале концентрация деформации приводит к схватыванию, а затем к разрушению его по поверхности контакта либо по деформированному телу). [c.324]

Известно, что при критических условиях деформации вследствие ротационной неустойчивости происходит переход к турбулентному" течению металла [184]. Для потоков жидкости и газа ротационная неустойчивость проявляется при критических градиентах скоростей поперек линий тока. В работе [185] предложена модель турбулентного течения кристаллов, деформирующихся с участием собственных вращений частиц. Вращательное движение частиц предположительно вызывается силами вязкого трения, подобно тому как это происходит в жидкости. Образующаяся вихревая структура течения, представленная в виде системы вихрей одного масштаба, рассматривается как диссипативная структура. Теоретически показано, что турбулентное течение кристаллов возникает при скоростях пластического сдвига выше критических при переходе от ламинарного течения кристалла к турбулентному происходит существенное снижение величины диссипируемой энергии турбулентность способствует локализации пластической деформации [185]. [c.106]

Если принять деление процессов трения на трение нормальное, т. е. такое, которое характеризуется локализацией пластических деформаций в тончайших поверхностных модифицированных слоях— вторичных структурах, непрерывно восстанавливающихся по мере их износа, и трение с повреждением, т. е. такое, когда трущиеся поверхности повреждаются в результате схватывания, пропахивания, абразивного скобления (микрорезания) и т. п., то трение при резании на воздухе лезвийным инструментом несомненно должно быть отнесено к последнему. [c.32]

Характер течения металла при выдавливании и прессовании в значительной степени зависит от трения на границе между деформируемым металлом и инструментом и неоднородности прочностных свойств в объеме заготовки. В зависимости от действия этих факторов наблюдаются различные виды течения металла, из которых можно выделить три основных (по С. И. Губкину) с локализацией очага деформации вблизи матрицы с распространением очага деформации на всю заготовку с пережимом внутренних слоев заготовки внешними. [c.180]

Основное отличие пространственных течений от одномерных в рассматриваемом аспекте инициирования экзотермической реакции заключается в большой сдвиговой деформации среды. Большие динамические деформации сдвига сами по себе могут инициировать реакцию [92, 132], однако, в силу меньшей локализации энергии, этот процесс значительно медленнее обычно наблюдаемых в ударных волнах. При воздействии на заряд ВВ кумулятивной струи или компактного ударника возможно воспламенение ВВ в результате поверхностного трения с последующим переходом горения в детонацию. Этот механизм инициирования не реализуется в экспериментах с ударными волнами и требует специального рассмотрения. [c.313]

Распределение температур в контактной зоне трения. Основным путем диссипации энергии трения является превращение механической энергии в тепловую, в которую переходит около 95 о энергии, затрачиваемой на пластическую деформацию поверхностных слоев трения, и эта доля возрастает с увеличением степени деформации и повышением температуры [13]. Если в процессе приработки материал, вовлекаемый в пластическую деформацию, упрочняется, то площадь реального пятна контакта уменьшается и происходит локализация пластической деформации по глубине приповерхностного слоя. В результате более 90 % энергии трения рассеивается в малых участках поверхности трения, вызывая при больших скоростях деформации [c.147]

Формирование ЛКС в слоях трения нельзя обосновать указанными механизмами массопереноса. В данном случае критически важным для понимания этого процесса является выяснение его взаимосвязи с условиями деформации металла в контактной зоне. Авторы работ [19— 21], посвященных пластической деформации металла при локализации течения в условиях высоких давлений и деформаций сдвига с большими скоростями, указывают на неизбежное возникновение в данном случае большого количества вакансий и межузельных атомов, что должно существенно облегчать и ускорять процессы массопереноса. Подчеркивается, что речь идет не о механическом перемешивании взаимодействующих компонент, а об интенсивных потоках атомов, осуществляющих массоперенос, скорость которого в условиях высоких давлений в [c.152]

Локализация пластических деформаций в тончайших поверхностных слоях является одной из причин минимизации скорости износа при нормальном трении. Это объясняется тем, что разрушение достигается только после предельного упрочнения всего разрушаемого слоя (текстурирования) и насыщения агрессивным компонентом среды. [c.185]

При трении число воздействий индентора пропорционально суммарной деформации, поэтому изменение ширины дифракционных линий от числа воздействий индентора можно представить в координатах (рис. 46). Как и в условиях объемной малоцикловой усталости, при трении изменение ширины дифракционных линий носит трехстадийный характер. Участок АВ характеризует пластическую стадию процесса. На этой стадии происходит упрочнение материала, интенсивный рост микронапряжений и дробление блоков, в результате чего ширина линии (220) a-Fe увеличивается. Участок S — стадияпластически-деструкционная, вовремя которой возможно нарушение сплошности в отдельных микрообъемах, что замедляет рост ширины линии. Стадия D — полностью деструкционная. На этой стадии в результате образования микротреш ин происходит релаксация микронапряжений, уменьшение плотности дислокаций, а соответственно и ширины линии. В дальнейшем процесс упрочнения и разрушения иериодически повторяется, однако чисто пластическая компонента (участок D Е) выражена уже не так сильно, как на начальном этапе деформирования, процесс развивается уже в наклепанном слое. Таким образом, и при трении, и при объемном циклическом деформирования наблюдается общий, трехстадийный характер изменения материала в процессе разрушения, однако в нервом случае стадия образования магистральной трещины отсутствует. Это обусловлено тем, что при трении изменение и разрушение локализуются в тонком поверхностном слое, в микрообъемах, которые подвергаются непрерывному воздействию со стороны контртела. При объемном циклическом деформировании внешнее воздействие прикладывается ко всему образцу в целом, в этом случае возможно развитие разрушения за счет локализации его в более слабом сечении. [c.68]

Механизм снижения трения в условиях применения МПС (ЦИАТИМ-201 -f 10% Си) основан на образовании медной пленки на рабочих поверхностях резьбы в местах контакта. Уменьшение трения объясняется тем, что происходит локализация деформации в пленке, возникающей при взаимодействии трущихся поверхностей винта и гайки. Тонкий слой меди обладает более низкими пределом текучести и сопротивлением сдвигу, чем материал деталей (винт—сталь 45, гайка—БрОЦС5—5—5). Деформации, связанные с трением, локализуются в этом пластифицированном слое, обладающем более высокой пластичностью. Наличие медной пленки на поверхностях резьбы предотвращает заедание, задиры. Из рис. 36 видно, что после 125 ч работы наступила стабилизация коэффициента трения. [c.76]

Изучению в первую очередь была подвергнута операция осадки, встречающаяся в том или ином виде во всех процессах ковки и объемной штамповки. Экспериментально было установлено, что вибрационная обработка способствует более равномерному распределению деформации и уменьшению поэтому макроскопической локализации деформации. Этот существенный результат позволил рекомендовать вибрационную обработку давлением для малопластичных труднодефор-мируемых материалов (стали, специальных сплавов), которые получили широкое распространение во многих областях. Особенно благоприятно применение вибрационной обработки давлением для технологических процессов формоизменения, где существенно сказывается вредное влияние контактного трения. При этом было установлено, что наиболее эффективным является вибрационный режим, обспечивающий отрыв контактных поверхностей инструмента и обрабатываемой заготовки в течение каждого импульса нагрузки. [c.42]

В зависимости от исходной структуры и режимов упрочнения толщина этой зоны может доходить при обработке деталей вращения до 0,3 мм. Впервые светлая полоска была обнаружена В. П. Кравз-Тарновским при испытании стальных образцов на удар. Н. Н. Давиденков [17] и И. Н. Мнролюбов объясняют эффект Кравз-Тарновского тем, что в результате местной деформации по одной плоскости сдвига происходит разрушение и измельчение вещества. При очень быстром скольжении благодаря сильному трению сначала образуется большое количество теплоты, которое затем с чрезвычайно высокой скоростью отдается основной массе образца. Поэтому в местах локализации деформации, где температура, вероятно, выходит за критическую точку, происходит сначала аустенитное превращение, а затем интенсивная закалка. Вещество прослойки находится в состоянии мартенсита, который не имеет характерной игольчатой структуры, так как оно образовалось в особых и еще малоизучен- [c.21]

Характерная особенность контактного взаимодействия твердых тел — локализация деформации в тонком поверхностном слое, толщина которого может быть меньше 1 мкм. При этом процесс. пластического деформирования протекает в условиях относи тельно высоких температур и давлений, а тончайшие поверхностные слои обладают повышенной физической и химической активностью. В связи с этим при анализе поверхностей трения особенно важна возможность исследования методами, которые не портят поверхность и не требуют дополнительной ее обработки, как, например, при использовании просвечивающей электронной микр Ьскопии. Для исследования структурных изменений по глубине поверхностных слоев используют обычно химическое травление или электролитическое полирование. Однако процесс снятия слоев сопровождается перераспределением структурных несовершенств в металле, возникновением значительных микро-и макронапряжений. Наличие при трении градиента свойств металла по глубине зоны деформации усугубляет недостатки применения дополнительной обработки при исследовании поверхностей трения. [c.77]

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]

Квазижидкое течение металла в условиях высоких давлений и деформации сдвига при трении. Уменьшение площади реального контакта вследствие упрочнения материала в процессе приработки приводит к значительному увеличению нормального давления в пятне контакта, а локализация пластической дефор.мации по глубине приповерхностного слоя обусловливает значительное возрастание относительной скорости деформации, которая в условиях, приводящих к формированию ЛКС [8—11], достигает значений около 10 с . Следовательно, деформация микрообъела металла в области пятна контакта при трении происходит в экстремальных условиях высоких нормальных давлений и высоких скоростей деформации сдвига, на несколько порядков превышающих скорости деформации при традиционных методах исследования ползучести металлов. В этих условиях экстраполяция классических концепций деформации может приводить к заблуждениям, поэтому объяснение механиз.ма пластической деформации металла в установившемся режиме граничного трения, начиная с определенных скоростей скольжения, должно базироваться на представлениях о механизмах динамической деформации металла в условиях высоких давлений, высокоскоростных деформаций сдвига и, кроме того, больших градиентов температур по глубине контактной зоны, которые неизбежно должны возникать при высокоскоростной пластической деформации. микрообъемов материала в поверхностных слоях трения. [c.150]

Свойства структуры поверхностного слоя, появлявшиеся при трении, отличные от свойств исходного металла, толщина которого превышает толщину вторичных структур, не могут в какой-либо мере служить доказательством того, что вновь образованный на поверхности трения слой состоит из твердого раствора или химических соединений металла с кислородом, так как аналогичные поверхностные слои образуются при высокоскоростной и особенно при ударной деформации, когда процесс диффузии практически не имеет места из-за недостатка времени. В качестве примера бездиффузионного образования светлого нетравящегося слоя может служить исследование, проведенное Н. Н. Давиденковым и И. Н. Миролюбовым. При ударном нагружении в местах локализации деформации они обнаружили прослойку с мартенситной структурой. [c.105]

При отбортовке пуансоном с плоским торцом (рис. 4.7.1) зонг контакта пуансона с заготовкой мала и влияние контактных на пряжений незначительно. При отбортовке пуансоном со. сферической рабочей поверхностью (рис. 4.7.2) поверхность контакта пу ансона с заготовкой оказывается значительно большей чем в пер вом случае. Силы контактного трения, затрудняя тангенциально перемещение элементов заготовки, способствуют выравниваник тангенциальных деформаций и затрудняют их локализацию н< кромке отверстия. По этой причине предельный коэффициент от бортовки сферическим пуансоном несколько меньше, чем при от бортовке пуансоном с плоским торцом. [c.82]

В то же время с увеличением при Рд = onst происходит, как было отмечено выше, рост температуры, снижение молекулярной прочности фрикционных связей с локализацией пластических деформаций в тонком поверхностном слое, которые приводят к выглаживанию поверхности трения, уменьшению ее шероховатости и снижению f . Такова картина процессов физико-химической механики трения твердых тел при изменении и [c.107]

Ниспадаюнщй участок кривой ( < от-) объясняется увеличением скорости деформации и ее локализация в тонком ПС, уменьшением времени контакта режущего лезвия с деталью, снижением давлений на передней и задней гранях режущего лезвия, уменьшением коэффициента трения, возрастанием скорости процесса разупрочнения с увеличением температуры. Возрастаюпщй участок кривой определяется увеличением пластических свойств обрабатываемого материала с увеличением температуры, увеличением коэффициента трения, радиуса при вершине нароста и др. [c.135]

Влияние контактного трения на процесс отбортовки. Силы контактного трения, действующие на кромке отверстия, играют юложительную роль, так как затрудняют локализацию дефор-1 аций, противодействуя возможному при локализации смещению материала в окружном направлении. Контактное трение, действующее в других очагах деформации, является вредным, так как увеличивает усилие деформирования. Для увеличения степени деформации нужно, чтобы в течение всего процесса в контакте с пуансоном находилась только кромка заготовки, что обеспечивается использованием инструмента со сферической или конической формой рабочей поверхности. [c.71]

При использовании данной конструктивно-кинематической схемы локализация очага деформации отсутствует. Тем не менее получен положительный эффект в результате использования комбинированного силового нагружения сжатия действием осевой силы и тангенциального сдвига при приложении активного момента трения по торцу обрабатываемого металла. Благоприятная силовая схема, снижая деформирующую силу в 3-4 раза, резко уменьшает истирание штампа и позволяет более широко применять неполную горячую штамповку без снижения Рис. 11.10. Изменение отно-стойкости рабочего инструмента. сительной скорости [c.329]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...