ХАРАКТЕРИСТИКИ СУХОГО СКОЛЬЗЯЩЕГО ЭЛЕКТРОКОНТАКТА МЕТАЛЛОВ В УСЛОВИЯХ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО ИЗНАШИВАНИЯ

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.

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.