ХАРАКТЕРИСТИКИ СУХОГО СКОЛЬЗЯЩЕГО ЭЛЕКТРОКОНТАКТА МЕТАЛЛОВ В УСЛОВИЯХ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО ИЗНАШИВАНИЯ
https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-2-103-108
Аннотация
Изучена взаимосвязь интенсивности изнашивания, средней температуры контакта и фазового состава поверхностных слоев стали Ст3, меди и сплава NiTi при сухом скольжении по стальному контртелу под воздействием электрического тока плотностью более 100 А/см2 . Эти характеристики контакта рассмотрены особенно внимательно в начале катастрофического изнашивания, когда поверхностные слои переходят в предельное состояние. Отмечено, что релаксация напряжений в поверхностных слоях происходит благодаря структурному превращению в режиме нормального изнашивания. Это приводит к образованию трибослоев. Высокая прочность трибослоя меди обусловлена, в первую очередь, образованием оксида FeO на поверхности скольжения, который препятствует адгезии в контакте. Кроме того, признаки жидкой фазы наблюдали на поверхности контакта меди. Это способствует низкой скорости образования и накопления структурных дефектов. Появление областей расплава и оксида FeO на поверхности скольжения обеспечивает высокую износостойкость контакта. Эти факторы в сочетании с высокой теплопроводностью меди обусловили переход трибослоя в предельное состояние при высокой плотности тока и низкой температуре контакта. Отсутствие оксидов на поверхности скольжения сплава NiTi вызывает сильную адгезию в контакте, высокую скорость образования и накопления структурных дефектов. Поэтому трибослой быстро разрушается, наблюдаются высокая интенсивность изнашивания и быстрый рост температуры контакта при увеличении плотности тока. Катастрофическое изнашивание сплава NiTi начинается при температуре около 350 °С и низкой плотности тока. Поверхность скольжения стали Ст3 содержала оксид FeO, поэтому сильная адгезия не проявлялась. Обнаружено образование ГЦК-железа в трибослое стали Ст3, что способствует его ускоренному разрушению. Поэтому трибослой стали Ст3 переходит в предельное состояние при относительно низкой плотности тока и при более высокой температуре. Представленные температуры контакта, соответствующие начальным стадиям предельного состояния трибослоя, не превышают 350 °С. Сопоставление этих температур с известными температурами контактов других металлов позволяет утверждать, что подъем температуры контакта любого металла выше 400 °С приведет к его предельному состоянию. Это значит, что характеристики контакта металлов при температурах скользящего контакта более 500 °С не должны представлять практического интереса.
Ключевые слова
Об авторах
М. И. АлеутдиноваРоссия
к.т.н., научный сотрудник
В. В. Фадин
Россия
к.т.н., доцент, старший научный сотрудник
Список литературы
1. Kragelsky I.V., Dobychin M.N., Kombalov V.S. Friction and Wear Calculation Methods. – New York: Pergamon Press, 1982. – 450 p.
2. Костецкий Б.И., Носовский Н.Г., Караулов А.К. Поверхностная прочность металлов при трении. – Киев: Техника, 1976. – 292 с.
3. Амосов А.П. Теплофизические модели трения инертных и взрывчатых материалов. – М.: Машиностроение, 2011. – 362 c.
4. Vick B., Furey M.J. A basic theoretical study of the temperature rise in sliding contact with multiple contacts // Tribology International. 2001. Vol. 34. P. 823 – 829.
5. Ma W., Lubrecht A.A. Temperature of a sliding contact between wire rope and friction lining // Tribology International. 2018. Vol. 120. No. 4. P. 140 – 148.
6. Bansal D.G., Streator J.L. On estimations of maximum and average interfacial temperature rise in sliding elliptical contacts // Wear. 2012. Vol. 278-279. P. 18 – 27.
7. Ray S., Chowdhury S.K. Prediction of contact temperature rise between rough sliding bodies: An artificial neural network approach // Wear. 2009. Vol. 266. No. 9-10. P. 1029 – 1038.
8. Seif M.A., Abdel-Aal H.A. Temperature fields in sliding contact by a hybrid laser speckle-strain analysis technique // Wear. 1995. Vol. 181-183. P. 723 – 729.
9. Богданович П.Н., Прушак В.Я. Трение и износ в машинах. Учеб. для вузов. – Минск: Высшая школа, 1999. – 374 с.
10. Aлеутдинова М.И., Фадин В.В., Рубцов В.Е. О некоторых параметрах сухого скользящего контакта сталь/сталь при высокой плотности тока // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 1. С. 43 – 47.
11. Kennedy F.E., Lu Yu., Baker I. Contact temperatures and their influence on wear during pin-on-disk tribotesting // Tribology International. 2015. Vol. 82. Part B. P. 534 – 542.
12. Kravchenko Yu.G., Peleshenko B.I., Burya, A.I. and Kuznetsova O.Yu. Analytical Calculation of Temperature in Contact Zone of Friction Pair at High Velocities // Journal of Friction and Wear. 2013. Vol. 34. No. 4. P. 302 – 307.
13. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун и др.; под общ. ред. А.В. Чичинадзе. – М.: Машиностроение, 2003. – 576 с.
14. Журавлев В.Н., Пушин В.Г. Сплавы с термомеханической памятью и их применение в медицине. – Екатеринбург: УрО РАН, 2000. – 150 c.
15. Fadin V.V., Aleutdinova M.I., Potekaev A.I., Kulikova O.A. The surface layer states in metallic materials subjected to dry sliding and electric current // Russian Physics Journal. 2017. Vol. 60. No. 5. P. 908 – 914.
16. Fadin V.V., Aleutdinova M.I., Kolubaev А.V. Effect of High-Density Electric Current on Wear and Average Temperature of Steel / Steel Triboelectric Contact // Journal of Friction and Wear. 2018. Vol. 39(4). P. 24 – 28.
17. Ramalho A., Kapsa Ph., Bouvard G., Abry J.-C., Yoshida T., Charpentier M., Bourgeois M. Effect of temperatures up to 400 °C on the impact-sliding of valve-seat contacts // Wear. 2009. Vol. 267. P. 777 – 780.
18. Kennedy F.E., Lu Y., Baker I., Munroe P.R. The influence of sliding velocity and third bodies on the dry sliding wear of Fe30Ni20Mn25Al25 against AISI 347 stainless steel // Wear. 2017. Vol. 374-375. P. 63 – 76.
19. Фадин В.В., Колубаев А.В., Алеутдинова М.И. Характер разрушения поверхности трения СВС композитов на основе TiC // Деформация и разрушение материалов. 2011. № 4. C. 26 – 30.
20. Савченко Н.Л. Трансформационно-упрочненные керамические и металлокерамические композиты для эксплуатации в условиях высокоскоростного трения: Автореф. дис. … д-ра тех. наук: 05.16.09 – Томск, 2015. – 34 с.
21. Fournier P., Platon F. Wear of refractory ceramics against nickel // Wear. 2000. Vol. 244. P. 118 – 125.
22. Kameo K., Friedrich K., Bartolome J.F., Dıaz M., López-Esteban S., Moya J.S. Sliding wear of ceramics and cermets against steel // Journal of the European Ceramic Society. 2003. Vol. 23. P. 2867 – 2877.
Рецензия
Для цитирования:
Алеутдинова М.И., Фадин В.В. ХАРАКТЕРИСТИКИ СУХОГО СКОЛЬЗЯЩЕГО ЭЛЕКТРОКОНТАКТА МЕТАЛЛОВ В УСЛОВИЯХ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО ИЗНАШИВАНИЯ. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2019;62(2):103-108. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-2-103-108
For citation:
Aleutdinova M.I., Fadin V.V. CHARACTERISTICS OF DRY SLIDING ELECTRIC CONTACT OF METALS IN CONDITIONS OF CATASTROPHIC WEARING. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019;62(2):103-108. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-2-103-108