Реферат: Дисипативні властивості фрикційного контакту та їхній вплив на фретингостійкість трибосистем

Кожна крива була апроксимована двома перетинними відрізками прямих (рис. 6), точки перетину яких відповідають критичним амплітудам деформації, що визначають перехід від одного механізму розсіювання механічної енергії до іншого. При малих амплітудах коливань (відрізки розташовані праворуч від точок перетину) амплітудні залежності переважно пов’язані з коливаннями відрізків дислокацій, що відірвалися від домішок і закріплені у вузлах дислокаційної сітки, а при більших амплітудах (відрізки ліворуч від точок перетину), імовірно, починають домінувати процеси відриву дислокацій від вузлів сітки і їх переміщення на далекі відстані. В порівнянні з фреттингом у режимі попереднього зміщення фретинг із проковзуванням зрушує критичну амплітуду в область більш низьких деформацій і зменшує нахил прямих, що може бути пов’язано з менш динамічним розмноженням дислокацій, які, до того ж, зберігають достатню рухомість через невисоку ефективність динамічного деформаційного старіння.

Підвищення нормального навантаження зрушує критичну амплітуду в область більш високих значень і збільшує кут нахилу прямих. Це може вказувати на те, що при досить високих амплітудах деформації ε₀ з підвищенням нормального тиску в контактну взаємодію при загальному зростанні площі фактичного контакту втягуються нові, більш глибокі, підповерхневі області, які відрізняються за своєю структурою від шарів, що лежать вище. Головна відмінність, очевидно, полягає у більш високому ступені закріпленості дислокацій домішковими атомами, внаслідок чого скорочується середня довжина дислокаційних сегментів L_с , підвищується критична амплітуда їхнього відриву і знижується загальний рівень механічних втрат.

У п’ятій главі викладено результати досліджень фретинг-процесу в умовах мащення.

Досліджувався вплив тиску в контакті та товщини граничного мастильного шару стеаринової кислоти на його фретингостійкість в процесі випробувань на триборелаксаторі з фретинг-приставкою.

Кислота розчинялася у бензолі для отримання ряду титрованих розчинів, які потім наносились на ділянку робочої поверхні зразка, що дозволяло сформувати на його поверхні квазітвердий граничний шар, товщина якого визначалась за формулою:

, (5)

де [с ] – титр розчину, моль/л; – об’єм краплі, нанесеної на поверхню зразка, мл; N – число Авогадро; ω – площа, яку займає одна молекула, см² ; S – номінальна площа розливу краплі на поверхні зразка, см² .

В результаті побудови залежності логарифмічного декременту та квадрата частоти коливань від кількості циклів фретингування для пар зразків, розділених граничним шаром, виявлено, що для зміни вказаних показників характерна певна стадійність (рис. 7), яка, в принципі, є характерною також для фретинг-процесу без мащення (рис. 5).

На початку випробувань декремент коливань зменшується (стадія I), після чого певний час зберігає майже незмінне значення (стадія II). Стадія III характеризується швидким зростанням декременту коливань і є перехідною від інкубаційного періоду розвитку фретинг-процесу до стадії IV, яка характеризується практично незмінним значенням логарифмічного декременту коливань і може розглядатися як стадія сталої розвиненої фретинг-корозії. Для квадрата частоти коливань відслідковується інша картина: спочатку зростає (жорсткість контакту збільшується), а потім, досягнувши певного максимального значення, спадає, залишаючись потім практично незмінним до кінця випробувань. Аналогічно змінюються граничне значення логарифмічного декременту коливань [δ] та момент найбільшої сили тертя спокою .

Встановлено, що у досліджуваному діапазоні товщин граничного шару стеаринової кислоти зі зростанням кількості нанесених мономолекулярних шарів кислоти відбувається суттєве зростання тривалості інкубаційного періоду N _фі фретинг-процесу, а початкова дисипативна здатність контакту зменшується. Зростання ж тиску веде до зменшення тривалості інкубаційного періоду та початкової дисипативної здатності контакту.

Досліджувались температурні залежності логарифмічного декременту коливань в контакті пари зразків зі сталі 45 та тривалості інкубаційного періоду фретингу в умовах граничного мащення вазеліновим маслом, а також температурна залежність логарифмічного декременту коливань (внутрішнє тертя) для сталі 45 (рис. 8). Обидві отримані температурні залежності логарифмічного декременту коливань (рис. 8, а, б) мають в районі температури 70 єС чітко виражений пік внутрішнього тертя, що звичайно спостерігається (при частоті 100 Гц) у твердих розчинах проникнення з ОЦК-решіткою і викликається міграцією домішкових атомів (С + N ) у полі змінних напружень (пік Сноєка).

Для інкубаційного періоду N _фі фретингу (рис. 8, в) спостерігається загальна тенденція до зниження із підвищенням температури, що, очевидно, пов’язано з погіршенням протизносних властивостей масла (температурної стійкості). Виявлено, що у районі 70 єС має місце зростання фретингостійкості трибосистеми (інкубаційного періоду фретингу), що пояснено зміною реологічних властивостей металевої підкладки. Зіставлення температурних залежностей логарифмічного декременту коливань і температурної залежності фретингостійкості мастильного шару виявляє щільну кореляцію: спостережуваному при температурі 70 єС релаксаційному піку Сноєка відповідає максимальна фретингостійкість масла.

Показано, що результати, аналогічні описаним вище, витікають із співставлення результатів експериментальних робіт, які стосуються властивостей чавунів при однонаправленому терті в умовах граничного мащення: характер зміни максимального припрацьовочного коефіцієнта зовнішнього тертя подібний до характеру зміни амплітуднозалежного (мікропластичного) внутрішнього тертя, а характер зміни стабілізованого коефіцієнта зовнішнього тертя відповідає характеру зміни амплітуднонезалежного (релаксаційного) внутрішнього тертя.

З позицій реології оцінено зміни температурної стійкості граничних мастильних шарів з добавками поверхнево-активних (ПАР) та хімічно-активних речовин (ХАР). Показано, що аномальне зростання коефіцієнта тертя при випробуваннях сталі в маслі з добавкою ПАР з одного боку і різке його зниження при випробуваннях в маслі з добавкою ХАР з другого, що спостерігаються в діапазоні 200-300 ⁰ С, мають одну і ту ж першооснову і пов’язані з реологічними властивостями сталі.

Викладено результати досліджень фретингостійкості та дисипативних властивостей солідолу жирового, солідолу УСсА, мастила Літол-24 та мастила Літол-24 з добавкою дисульфіду молібдену кількості 10 % за об’ємом.

Вплив вказаних пластичних мастильних матеріалів на зміну коефіцієнта тертя в процесі фретингу оцінювався на установці МФК-1 при контактному тискові 10, 15 та 20 МПа. Частота вібрації складала 30 Гц, амплітуда – 75 мкм. В процесі випробувань реєструвалась сила тертя, за величиною якої розраховувався коефіцієнт тертя.

Встановлено (рис. 9), що на характер зміни і величину коефіцієнта тертя істотний вплив має тиск у контакті і вид використовуваного мастильного матеріалу. При невисокому тиску (10 МПа) мастильні плівки всіх випробуваних мастильних матеріалів працюють із однаковою ефективністю. Навантаження сприймається через плівку мастильного матеріалу. Оскільки опір зсуву такої плівки невеликий, то значення коефіцієнта тертя також малі для всіх досліджуваних мастильних матеріалів і залишаються практично незмінними протягом усього періоду випробувань (рис. 9, а; криві 2-5).

При випробуваннях за умов тиску в контакті 15 МПа має місце зростання коефіцієнта тертя до 0,3 для жирового солідолу і мастила Літол-24 (рис. 9, б; криві 2, 3). У той же час мастильні матеріали, що містять дисульфід молібдену (Літол-24 + MoS₂ ) і графіт (солідол УСсА) поводяться значно краще (рис.9, б; криві 4, 5), забезпечуючи практично незмінні значення коефіцієнта тертя протягом усього періоду випробувань.

У процесі випробувань за умов контактного тиску 20 МПа з жировим солідолом коефіцієнт тертя швидко досягає значення 0,7 (рис. 9, в; крива 2), оскільки процеси схоплювання в цьому випадку протікають найбільш інтенсивно. Стабілізований коефіцієнт тертя також має більше значення в порівнянні з випробуваннями при контактних тисках 10 і 15 МПа. Подібна картина спостерігається і при випробуваннях з мастилом Літол-24, але процеси схоплювання в цьому випадку активізуються в меншому ступені.

Дисипативні властивості пластичних мастильних матеріалів оцінювались на триборелаксаторі шляхом побудови амплітудних залежностей логарифмічного декременту коливань для контакту з нанесеним шаром досліджуваного матеріалу. Встановлено, що при розташуванні досліджених пластичних матеріалів в порядку зростання дисипативних властивостей, вони утворюють наступну послідовність: солідол жировий, Літол-24, Літол-24 з добавкою дисульфіду молібдену, солідол УсСА.

Фретинг-випробування з оцінкою тривалості інкубаційного періоду в умовах граничного мащення вказаними пластичними мастильними матеріалами проводились також на триборелаксаторі, оснащеному фретинг-приставкою.

Встановлено (рис. 10), що пластичні мастильні матеріали, які характеризуються більш високими дисипативними властивостями, демонструють в процесі випробувань менші максимальні припрацьовочні і стабіл