Николай Леонидович Савченко, д.т.н., ведущий научный сотрудник лаборатории контроля качества материалов и конструкций
Россия, 634055, Томск, Академический пр., 2/4
Nikolai L. Savchenko, Dr. Sci. (Eng.), Leading Researcher of the Laboratory for Quality Control of Materials and Structures
2/4 Akademicheskii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation
Ирина Николаевна Севостьянова, к.т.н., научный сотрудник лаборатории физической мезомеханики и неразрушающих методов контроля
Россия, 634055, Томск, Академический пр., 2/4
Irina N. Sevost’anova, Cand. Sci. (Eng.), Research Associate of the Laboratory of Physical Mesomechanics and Non-Destructive Testing
2/4 Akademicheskii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation
Сергей Юльевич Тарасов, д.т.н., главный научный сотрудник лаборатории физики упрочнения поверхности
Россия, 634055, Томск, Академический пр., 2/4
Sergei Yu. Tarasov, Dr. Sci. (Eng.), Chief Researcher of the Laboratory of Physics of Surface Hardening
2/4 Akademicheskii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation
Изучены трибологические характеристики, фазовый состав поверхностей трения и микротвердость приповерхностных областей композитов WC – (Fe – Mn – C) с двухфазной матрицей из (γ + α′)-железа, содержащей 4 % (по массе) Mn (WC – 80Г4), и однофазной матрицей из γ-железа, имеющей в составе 20 % (по массе) Mn (WC – 80Г20), после трения по диску из быстрорежущей стали при контактном давлении 5 МПа и скоростях скольжения в диапазоне от 10 до 37 м/с. Интенсивность изнашивания WC – 80Г4 и WC – 80Г20 увеличивалась с ростом скорости скольжения, при этом скорость изнашивания WC – 80Г20 при фиксированных скоростях скольжения была примерно в три раза выше, чем у WC – 80Г4. Значения коэффициента трения снижаются с увеличением скорости скольжения таким образом, что при фиксированных скоростях скольжения значения коэффициента трения у WC – 80Г4 были ниже, чем у WC – 80Г20. Количество сложного оксида FeWO4 , образовавшегося при трибоокислении изнашиваемой поверхности композитов, увеличивалось со скоростью скольжения и было прямо пропорционально значениям интенсивности изнашивания и обратно пропорционально показателям коэффициента трения. При фиксированных скоростях скольжения трибоокисление WC – 80Г4 приводит к образованию на поверхности трения большего количества FeWO4 по сравнению с композитом WC – 80Г20. Индентирование изношенных поверхностей пирамидкой Виккерса показало, что характер сопротивления вдавливанию у трибослоев, образованных при высоких скоростях скольжения (30 и 37 м/с), отличается от такового для трибослоев, полученных при относительно низких скоростях скольжения (10 и 20 м/с). А именно, поверхности трения после высоких скоростей скольжения характеризовались более вязким поведением. Измерение значений микротвердости композитов WC – 80Г4 и WC – 80Г20, полученные после индентирования от поверхности трения вглубь материала, зафиксировало факт упрочнения приповерхностных областей композитов WC – 80Г4 и, напротив, разупрочнения в случае WC – 80Г20. Таким образом, в условиях сильного разогрева и интенсивной пластической деформации поверхности, структурно-фазовое состояние подложки композитов WC – (Fe – Mn – C), на которой формируется вязкий защитный трибослой, оказывается очень важным фактором. Именно двухфазная (γ + α′) стальная матрица обеспечивает в условиях сильного фрикционного нагрева условия для эффективного формирования гетерофазного композиционного слоя, понижающего коэффициент трения и обладающего высоким сопротивлением разрушению при вдавливании.
The authors investigated tribological characteristics, phase composition of friction surfaces and microhardness of near-surface regions of WC – (Fe – Mn – C) composites with a two-phase (γ + α′) matrix containing 4 % wt. Mn (WC – 80G4), and a single-phase matrix of γ-iron containing 20 % wt. Mn (WC – 80G20) after friction on a disk of high-speed steel at a contact pressure of 5 MPa and sliding speeds in the range from 10 to 37 m/s. The wear intensity of WC – 80G4 and WC – 80G20 increased with increasing sliding speed, while the wear rate of WC – 80G20 at fixed sliding speeds was approximately three times higher than that of WC – 80G4. The values of the friction coefficient decrease with increasing sliding speed in such a way that at fixed sliding speeds the values of the friction coefficient of WC – 80G4 were lower than those of WC – 80G20. The amount of complex oxide FeWO4 formed during tribo-oxidation of the composites’ worn surface increased with the sliding speed and was directly proportional to the wear intensity and inversely proportional to the friction coefficient values. At fixed sliding speeds, tribooxidation of WC – 80G4 leads to the formation of a larger amount of FeWO4 on the friction surface, compared to the WC – 80G20 composite. Indentation of worn surfaces with a Vickers pyramid showed that the nature of indentation resistance of tribolayers formed at high sliding speeds (30 m/s and 37 m/s) differs from that for tribolayers obtained at relatively low sliding speeds (10 and 20 m/s), namely, the friction surfaces after high sliding speeds were characterized by a more tough behavior. Measurement of microhardness values of the WC – 80G4 and WC – 80G20 composites obtained after indentation from the friction surface into the depth of the material recorded the fact of hardening of the near-surface regions of the WC – 80G4 composites and, on the contrary, softening in the case of WC – 80G20. Thus, under conditions of strong heating and severe plastic deformation of the surface, structural-phase state of the substrate of WC – (Fe – Mn – C) composites, on which this viscous protective tribolayer is formed, turns out to be a very important factor. It is the two-phase (γ + α′) steel matrix that, under conditions of strong frictional heating, provides the conditions for effective formation of a heterophase composite layer that reduces the friction coefficient and has a high resistance to fracture upon indentation.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.