Содержание к диссертации
Введение
1. Трибомодификация поверхностных слоев конструкционных материалов
1.1. Трение, износ и основные направления по повышению износостойкости металлов 9
1.2. Образование трибомодифицированных поверхностных слоев при сухом и граничном трении металлов 12
1.3. Предпосылки создания металлосодержащих смазок 20
1.4. Классификация основных видов металлосодержащих смазочных композиций 23
1.5. Структуры поверхностных слоев металлов, сформировавшиеся в условиях применения смазочных композиций и их связь с износом 26
1.6. Постановка задачи 38
2. Материалы и методики исследований
2.1. Материалы и методы упрочняющей обработки 41
2.2. Методика механических испытаний 46
2.3. Методика структурных исследований 51
3. Триботехнические свойства смазочных композиций, содержащих нанопорошки пластичных металлов
3.1. Введение 54
3.2. Износостойкость стали 45 в среде индустриального масла с нанопорошками меди, цинка и латуни 56
3.3. Трение стали 40Х под влиянием нанопорошка меди, содержащегося в минеральном моторном масле 65
4. Структурные изменения в поверхностных слоях конструкционных сталей при трении в среде смазочных композиций с нанопорошками пластичных металлов
4.1. Введение 70
4.2. Морфология и элементный состав поверхностей трения 71
4.3. Развитие пластической деформации в поверхностных слоях, модифицированных частицами нанопорошков пластичных металлов ... 98
4.4. Механизм смазочного действия металлических нанопорошков в парах трения «сталь-сталь» 108
Заключение (выводы) 120
Список литературы
- Образование трибомодифицированных поверхностных слоев при сухом и граничном трении металлов
- Методика механических испытаний
- Износостойкость стали 45 в среде индустриального масла с нанопорошками меди, цинка и латуни
- Развитие пластической деформации в поверхностных слоях, модифицированных частицами нанопорошков пластичных металлов
Введение к работе
Одним из основных факторов, определяющих долговечность деталей машин и механизмов, является износостойкость материалов, из которых изготовлены детали. В свою очередь износостойкость зависит от множества причин, среди которых важную роль играет совместимость материалов сопряжения. Решение проблемы совместимости основывается на изучении физики явлений, происходящих на поверхностях деталей при трении и, в первую очередь, эволюции структуры поверхностных слоев контактирующих материалов. При трении в поверхностном слое интенсивно образуются и перемещаются дислокации, возникают новые структуры, связанные с измельчением и ориентацией зерен в направлении действия сил. Образование текстуры, происходящее в направлении движения контртела, изменяет прочность и твердость материала.
При текстурировании в самом поверхностном слое и в подслое возникают остаточные напряжения растяжения-сжатия, различные дефекты в виде микротрещин и пор. Выделение тепла в пятнах касания ведет к росту локальных температур, что вызывает окислительные процессы и фазовые превращения.
Для управления процессами структурообразования в поверхностном слое и уменьшения работы трения применяют смазочные материалы, в том числе с присадками, обеспечивающими требуемую модификацию структуры поверхностного слоя. К настоящему времени разработано множество таких жидких и пластичных смазок, относящихся к типу металлоплакирующих. В качестве активного компонента часто используют порошки различных металлов, их оксидов и сплавов с различной дисперсностью, в том числе нанопорошки. Нанопорошки металлов как добавки к жидким и пластичным смазкам все больше становятся объектом внимания исследователей. Это связано с тем, что наноструктурные материалы могут существенно
отличаться по физико-химическим свойствам от тех же материалов в обычном состоянии и, следовательно, могут внести некоторые особенности в процесс трения.
Несмотря на значительное число публикаций, посвященных влиянию металлосодержащих смазок на процессы трения и изнашивания конструкционных материалов, механизм смазочного действия нанопорошков изучен недостаточно и сведения о триботехнических свойствах наполненных ими смазок противоречивы. Особенно мало в литературе имеется сведений о роли добавок в тех процессах трения и износа, когда плакирующий металлический слой (пленка) на сопряженных поверхностях не образуется и известное в литературе явление «избирательного переноса при трении» не возникает.
Существующее противоречие является следствием частого отсутствия систематизации соответствующих исследований. Возникает необходимость выполнения системных исследований влияния добавок нанопорошков металлов на основные триботехнические параметры пар трения, выполненных из конструкционных материалов - среднеуглеродистых сталей и на структуру поверхностных слоев при различных видах изнашивания.
Целью данной работы является исследование процессов трения и изнашивания углеродистых сталей в смазочной среде с присадками нанопорошков металлов и изучение особенностей формирования структуры поверхностного слоя, обусловленных присутствием наночастиц в зоне контактирования.
Работа выполнялась в соответствии с проектом 3.6.1.2 «Экспериментальная и теоретическая разработка автоволновой модели локализованной пластической деформации структурно-неоднородных материалов на мезо- и макромасштабных уровнях и ее приложений к определению критических состояний и оценке прочности, износостойкости и
долговечности материалов и конструкций» программы 3.6.1 фундаментальных исследований СО РАН. Научная новизна:
Впервые проведены системные исследования влияния добавок нанопорошков меди, цинка и медно-цинкового сплава на трение и изнашивание стальных трибосопряжений при различных значениях нормальных нагрузок и скоростей скольжения, соответствующих режимам нормального (окислительного) и интенсивного (адгезионного) изнашивания.
Определено влияние металлодобавок на антиокислительную стабильность минерального масла в статических условиях. Установлено, что нанопорошки способствуют снижению концентрации антиокислительной присадки, причем значительно с нанопорошком латуни.
Современными физико-химическими методами исследования поверхностей твердых тел изучено структурное состояние поверхностей трения стали 45 и 40Х, сформировавшееся в условиях нормального и интенсивного изнашивания в среде минеральных масел с различными металлодобавками. Выяснено, что добавленные нанопорошки не приводят к образованию металлоплакирующих пленок на поверхностях трения в любых режимах изнашивания, однако при интенсивном (адгезионном) изнашивании наночастицы меди, латуни и цинка механически натираются на стальную основу в виде агломератов различного размера. В обоих режимах изнашивания нанопорошки металлов влияют на изменение химического состава поверхностных слоев стали, приводя к образованию вторичных структур на основе оксидов железа с различной концентрацией кислорода. Также показано, что нанопорошки определяют характер пластической деформации поверхностных слоев образцов.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Применение в качестве присадок к смазочным материалам нанопорошков пластичных металлов улучшает параметры трения и
изнашивания сопряжения в ограниченных диапазонах нагружения и скорости скольжения, которые индивидуальны для каждого типа присадок и конструкции трибоузла.
Наиболее эффективно применение добавок нанопорошков пластичных металлов в тех случаях, когда частицы попадают в зону контактирования поверхностей, а нагрузка и скорость скольжения обеспечивают режим пластического течения частиц порошка.
Модифицирование поверхностей трения конструкционных сталей в результате применения смазочных материалов с нанопорошками пластичных металлов заключается в образовании пограничного слоя, состоящего из фрагментов основного металла, его оксидов и оксидов примесей, присутствующих в смазке. Вследствие этого деформирование и изнашивание материала локализовано в пределах данного слоя, что предотвращает разрушение основного материала.
Достоверность полученных экспериментальных результатов и выводов обеспечивается корректностью постановки решаемых задач, их физической обоснованностью, большим объемом экспериментальных данных и соответствием полученных закономерностей данным других авторов.
Практическая значимость. В диссертационной работе представлена совокупность экспериментальных результатов и установлены закономерности, расширяющие представления о влиянии металлоплакирующих смазок на процессы трения и на образование деформированных поверхностных слоев конструкционных сталей. Определено влияние металлодобавок на антиокислительную стабильность минерального масла в статических условиях.
Апробация работы:
Основные результаты диссертационной работы доложены и представлены на:
Международной научно-технической конференции, посвященной памяти генерального конструктора аэрокосмической техники, академика Н.Д. Кузнецова. Самара, 2001 г.; 1-ой Международной конференции «Современные проблемы машиностроения и приборостроения», г. Томск 2002 г.; 4-ой Международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию ОмГТУ, Омск, 2002 г.; Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов, г. Томск, 2004 г.; III Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения», г. Омск, 2005; на IV Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения», г. Омск, 2007.
1. ТРИБОМОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Образование трибомодифицированных поверхностных слоев при сухом и граничном трении металлов
Образование трибомодифицированных слоев часто представляет собой сложный многостадийный процесс, включающий в себя различные физико-химические явления, прежде всего, пластическую деформацию металла с непрерывно сопровождающейся при этом адсорбцией или хемосорбцией молекул окружающей среды на трущихся поверхностях металлов с ненасыщенными силовыми полями. В большинстве случаев наиболее взаимодействующим и распространенным элементом окружающей среды с металлами при трении является кислород, находящийся в молекулярном состоянии в воздухе, или в виде кислородорганических соединений в смазках [9]. Металлы, имея различное сродство к кислороду, а следовательно и сплавы на их основе, по-разному проявляют поведение при окислительном изнашивании. Окислы металлов могут играть положительную роль в снижении износа, если их механические свойства позволяют им удерживаться на поверхностях при длительном трении [9]. Но эффективность противоизносного действия окисными пленками независимо от их строения и механических свойств ограничивается температурно-нагрузочным режимом работы трибосопряжения. В заданных внешних условиях контактирования степень разрушительного адгезионного взаимодействия будет тем выше, чем больше станет разница между скоростью образования окислов и скоростью перемещения микровыступов, обнажающих ювенильные участки поверхностей [10].
Испытывая тепловые и нормальные механические нагрузки с одновременным приложением деформации сдвига, структура металла может иметь превращения непохожие на обычные, которые происходят в статических условиях локального энергетического воздействия. Взаимодействие того же распространенного элемента внешней среды кислорода с фрикционными парами "железо-медь", "железо-никель", "железо-хром" по сведениям авторов [11] образует новые износостойкие, но малоизученные поверхностные слои, строение которых нельзя отнести ни к оксидам, ни к пересыщенным твердым растворам кислорода в металле. В обнаруженных ультрадисперсных системах Ме-Ме-0 по данным Мессбауэровской спектроскопии, молекулярный кислород проявил свойство соединяться с металлами без их окисления, то есть без переноса заряда от атомов металла к атомам кислорода. Поверхностные слои имели высокие прочностные характеристики, устойчивые к термическим воздействиям и проявляли высокую износостойкость.
Трибомодифицированный поверхностный слой можно получить не только за счет взаимодействия металлов (сплавов) с элементами внешней среды, но и за счет специально подготовленной исходной структуры, самоорганизующейся путем сдвиговой деформации. Большое распространение получает применение новых конструкционных металлических материалов, способных проявлять самоорганизацию исходной структуры к условиям эксплуатации. Известны случаи удачного использования композиционных металлических материалов с самосмазывающейся способностью [12-14]. В работе [14] рассматривалось трибологическое поведение мультислойных деталей, прослоенных вдоль и поперек направлению скольжения. Было установлено, что наибольшей износостойкостью в паре трения композит-инструментальная сталь обладали те образцы, на поверхностях трения которых наблюдались наиболее тонкие поверхностные слои с высоким (по сравнению с исходным материалом) содержанием олова. Структура слоев имела неоднородный химический состав по толщине, по предположению авторов образованный по причине многократного передеформирования матричных составляющих вместе с агломерированными и окисленными продуктами износа стали и композитов. Тонкие трибослои выполняли роль твердой смазки в трибосопряжении даже при высоких скоростях скольжения. В триботехнических испытаниях было выявлено влияние величины содержания матричного мягкого элемента на снижение значений коэффициента трения и износа.
В образовании модифицированного поверхностного слоя ключевую роль иногда может играть только деформационное поведение участвующих во фрикционном контакте материалов. На примере использования нержавеющей стали в паре с закаленной углеродистой сталью после сухого трения было проанализировано состояние структуры в тонком поверхностном слое (сплав 36 НХТЮ) [15]. Коррозионная стойкость аустенитной стали исключала образование оксидных пленок в контакте. Обнаруженное наличие фрагментированной структуры с однофазным строением (линейные размеры сильно разориентированных фрагментов по данным ПЭМ составляли 0,01-ОД мкм), по мнению авторов, способствовало облегчению пластического течения материала, что в итоге сказалось на уменьшении степени адгезионного взаимодействия сопряженных поверхностей. Это стало особенно заметно при сравнении полученного результата с использованием в аналогичных условиях другой стали -ферритного класса. То есть материал с низкой сдвиговой устойчивостью (сталь 36 НХТЮ) был способен к реализации пластического течения в тонком поверхностном слое без саморазрушения, в то время как сталь ферритного класса при сопоставимых приложенных давлениях быстро изнашивалась из-за сильного адгезионного взаимодействия с материалом контртела.
Методика механических испытаний
Триботехнические характеристики пар трения при использовании различных смазочных составов получали с использованием двух схем нагружения. Испытания проводили на серийной испытательной установке «2070 СМТ-1» и гидравлическом трибологическом стенде, разработанным коллективом лаборатории гидравлики и гидропривода ТГАСУ в режимах граничного трения по схемам «вал - две плоские колодки» и «вал - два вкладыша» соответственно. Описание гидравлического стенда дано в соответствующем патенте РФ № 2073845 «Устройство нагружения к машине трения». Схемы триботехнических испытаний представлены на рис 2.3 и 2.4. При проведении испытаний по схеме «вал - две плоские колодки» использовалось моторное масло, а по другой схеме - индустриальное.
Выбор режимов триботехнических испытаний, выполненных на машине трения 2070 СМТ-1, осуществлялся в ряде различных нагрузок и скоростей скольжения, которые соответствовали условиям окислительного износа и износа с интенсивной повреждаемостью поверхностей трения схватыванием.
Внешние нагрузки при нормальном изнашивании образцов были равны: 100,200, 300, 400 Н. При каждой данной нагрузке устанавливалась каждая из пяти скоростей скольжения: 0,9; 1,3; 1,7; 2,1; 2,5 м/с. Независимо от скорости скольжения, длительность каждого испытания обеспечивала путь трения равный 22500 м.
Испытания с режимом высокой нагрузки (850Н) проводились по условию: скорость скольжения - 1,3 м/с, путь трения - 39000 м.
При внешних нагрузках 110, 184 Н на испытуемые образцы и скоростях скольжения 1,56; 2,62 м/с, в лабораторных условиях на гидравлическом стенде имитировался этап приработки реальных узлов трения, работающих по названной схеме. В этом случае путь трения для каждого испытания составлял 27500 м.
Измеряли момент трения, температуру смазочной среды вблизи фрикционного контакта и величину износа рабочих образцов. Температура и момент трения фиксировались непосредственно в процессе испытаний. Измерение температуры фиксировалось с помощью хромель-алюмелевой термопары, находящейся на расстоянии 3 мм от контакта пары трения.
Износ образцов трения схемы «вал - два вкладыша» определялся весовым методом на аналитических весах ВЛР-200 с точностью измерения не менее 0,0001 гр.; образцов трения другой схемы - оптическим методом на металлографическом микроскопе «Neophot-21» по ширине дорожки трения. При измерении износа весовым методом образцы взвешивались три раза, предварительно вымытые в техническом ацетоне и этиловом спирте и высушенные. Перед взвешиванием для качественной подготовки экспериментов, образцы-вкладыши прирабатывали непосредственно на трибологическом стенде с использованием абразивного порошка (карбид бора) дисперсностью 5...10 мкм, растворенного в соответствующем базовом масле. Приработку проводили до тех пор, пока контурная площадь касания не достигала 90% от номинальной. Способ контролирования - визуальный, по размерам пятна контакта. При измерении износа образцов оптическим методом ширина исследуемой дорожки трения оценивалась с помощью сменного окуляра со шкалой. На каждой дорожке трения фиксировались три размера, соответствующие ее ширине в средней части, и в местах, находящихся от краев образца на расстоянии 1 мм. Схема измерения ширины дорожки трения показана на рис 2.3. Придерживаясь метода оценки износостойкости материалов ASTM G77, контролировали расхождение между значениями трех данных замеров, которое не должно было превышать 15% [74]. Результаты всех измерений заносились в протоколы испытаний, затем производилась статистическая обработка данных на ПК с использованием пакета прикладных программ Statistica 5.0.
При граничном трении поверхностные слои металлов часто могут быть как неоднородными по количественному содержанию дефектов и концентрации химических элементов, так и неодинаковыми по размеру. Поэтому, чтобы рассмотреть структурные изменения, необходимо применение разнородных исследовательских средств. В тех случаях, когда исследуется влияние модифицирующих добавок к базовым смазкам, развернутая картина физико-химического состояния поверхностных слоев получается с использованием металлографии, растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа, профилографирования и т.д.
Состояние структуры поверхностей трения и деформированных подповерхностных слоев образцов трибосопряжений после экспериментов исследовали методами: металлографии на оптическом микроскопе «Neophot-21» с увеличениями х 100-х 5 00; сканирующей электронной микроскопии с помощью электронных микроскопов «JEOL JSM-840» и РЭМ-200 с увеличениями х100-х7000 при ускоряющем напряжении 10-15 кВ (метод РЭМ).
Для рассмотрения деформации подповерхностных слоев неподвижных образцов «плоская колодка» предварительно перед экспериментами выполняли подготовку шлифов. Боковые стороны образцов подготавливались на шлифовальном станке, а затем на доводочном приборе фирмы «Montasupal» с использованием наждачных бумаг различной зернистости при фиксированной частоте вращения диска. Последовательное использование наждачных бумаг с различной зернистостью (ГОСТ 6456-75) позволяло получать равномерную шероховатость поверхностей боковых сторон образцов
Износостойкость стали 45 в среде индустриального масла с нанопорошками меди, цинка и латуни
В разделе представлены результаты проведения триботехнических испытаний СК, приготовленной на основе минерального моторного масла SAE 30 и нанопорошка меди. В отличие от предыдущих экспериментов влияние СК здесь оценивалось при меньшем количестве сочетаний значений скоростей скольжения и нагрузок. Это было связано с необходимостью проведения трудоемкой приработки образцов в сопряжении «вал-полувкладыш». Поэтому значения коэффициента трения здесь представлены в зависимости от пути трения, а не от скорости скольжения и нагрузки. Это позволяет проследить динамику процесса трения и дает возможность выявить соответствующее влияние опытной и обычной смазки. При нормальном (окислительном) изнашивании при определенных внешних условиях, например, возможно развитие сопутствующего процесса схватывания, что проявляется в виде локальной повреждаемости сопряженных поверхностей, а также спорадических всплесков коэффициента трения [7]. Добавленные металлические порошки способны оказать похожее влияние на поведение коэффициента трения, однако по данным работы [66], присутствие частиц медного порошка на пятнах контакта стальных поверхностей способствовало не схватыванию последних, а началу процесса пленкообразования(металлоплакирования).
В ходе исследовательского анализа было выяснено, что моторное масло в своем составе содержало цинк или (по предположению) цинксодержащее маслорастворимое соединение. Следы цинка обнаруживались на поверхностях трения образцов после всех проведенных испытаний методом микрорентгеноспектрального анализа, см. п.4.1. В связи с этим, добавление к моторному маслу нанопорошков латуни и цинка не считалось целесообразным, и в качестве компонента-наполнителя была выбрана только медь.
На рис.3.6 показаны типичные зависимости коэффициента трения от пути трения как для масла, так и для масла с добавкой. Из сопоставления таких зависимостей в общем можно отметить положительное антифрикционное влияние добавки во всех испытаниях, за исключением только того случая, когда испытания проводились со скоростью скольжения и нагрузкой равными 2,6 м/с ПО Н соответственно. То есть, снижение значения коэффициента трения при добавлении меди имеет место при малой скорости скольжения независимо от нагрузки или при большой скорости и большой нагрузке, см. рис.3.6. Здесь же можно увидеть, что влияние присадки сказывается на коэффициенте трения уже на начальных этапах испытаний. Впоследствии, с течением времени испытаний значения коэффициента трения, как для случая использования обычной смазки, так и для случая использования СК? стабилизируются и оказываются примерно одинаковыми.
Измерения величины износа, которые проводились для всех образцов, не выявили особых преимуществ медной добавки. Возможно, это обусловлено: низкими давлениями в зоне контакта, а также наличием в масле SAE 30 пакета функциональных присадок, среди которых должны были находиться противоизносные и антизадирные присадки. Кроме того, следует отметить, что при допустимом изнашивании образцов в парах трения с распределенным контактом редко имеется возможность достоверно оценить противоизносное влияние какой-либо смазки [76]. Весовой метод измерения в таком случае применять достаточно сложно, но взамен него дать представление о величине износа может метод растровой электронной микроскопии [31]. Состояние рельефа поверхностей трения и степень повреждения поверхностного слоя (оцениваемое по наличию и количеству царапин, борозд скольжения, мест адгезионного соединения сопряженных материалов и других дефектов) косвенно относилось к развитию износа в работах [66, 80], то есть там, где использовали метод РЭМ. Детальное описание структуры поверхностей трения с применением метода РЭМ изложено в следующей главе.
В решении задачи поиска новых эффективных смазочных материалов для узлов трения современных машин и механизмов значительная роль отводится материаловедческому направлению [81]. Использование материаловедческого подхода позволяет прежде всего определить механизм смазочного действия какой-либо смазки, поскольку под влиянием ее активных компонентов видоизменяется структура поверхностных слоев трущихся деталей. Это относится ко всем смазочным материалам, в том числе и к тем, которые содержат металлический порошковый наполнитель. Механизм смазочного действия металлических добавок изучается все более широко и к настоящему времени общепризнанно, что роль добавок не сводится только к эффекту металлоплакирования. В новых обзорных сведениях имеются представления о том, что в условиях граничной смазки снижение величины износа и силы трения при использовании добавок вызвано эффектом образования третьего тела или коллоидным эффектом наночастиц, попавших в зону трения, а некоторые другие особенности влияния добавок рассмотрены в литературном обзоре [82, 83, 48-55].
Триботехнические свойства смазочных композиций с нанопорошками меди, цинка и латуни, представленные в предыдущей главе, в выбранных условиях проведенных экспериментов оказались неоднозначными. Такие результаты свидетельствуют о реализации в зоне трения нескольких эффектов, изучить которые представляется необходимым. Также как и в работах [34, 59, 60], в настоящем исследовании применялся широкий спектр исследовательских методов из-за того, что только таким путем возможно наиболее полно представить физико-химический механизм смазочного действия добавок при различных режимах трения.
Развитие пластической деформации в поверхностных слоях, модифицированных частицами нанопорошков пластичных металлов
Пластическая деформация является ведущим процессом, определяющим характеристики внешнего трения твердых тел [3,7,84]. Это обусловлено тем, что в отличие от известных видов напряженно-деформируемого состояния, развитие пластической деформации происходит согласованно и взаимосвязано с остальными явлениями, происходящими при трении: теплообразованием, фазовыми переходами, диффузией элементов внешней среды, окислительно-восстановительными реакциями и т.д. Поэтому процессы деформации, также как и сами процессы трения сложны и многообразны. Основу для объективного описания физических механизмов пластической деформации до сих пор составляют не разработанные теоретические модели, а совокупность экспериментальных сведений, полученных посредством комплексного использования методов структурного анализа [7].
К настоящему времени известно, что ключевую роль в развитии изнашивания, а равно и в развитии пластической деформации в необработанных металлах и сплавах играют приповерхностные объемы; имеющие ультрадисперсное (нанокристаллическое) строение. Как было указано в обзоре литературных сведений, к ним относятся вторичные структуры, образованные путем многократного передеформирования основного материала в контактных зонах с его последующей пассивацией элементами внешней среды. Несмотря на то, что вторичные структуры часто характеризуются сравнительно близкими средними значениями размеров фрагментов, степени их разориентировки, плотности дислокаций, они имеют различную трибологическую эффективность. Эффективность однозначно определяется количественным содержанием элементов, входящих в химический состав вторичной структуры [7,85].
В этой связи, представлялось актуальным проследить, как рассмотренные выше морфологически однотипные вторичные структуры с различным химическим составом будут способствовать или препятствовать разрушению основного материала - стали 45. В литературе имеются различные мнения о развитии пластической деформации в основном металле при образовании вторичных структур. Например, в работе [86] обсуждается возможность разрушения основного металла (перлитной стали) путем накопления дефектов кристаллического строения в подповерхностном слое под более мягкой пленкой серебра и последующего отслаивания частиц износа вместе с ней. С другой стороны, имеется множество результатов, где однозначно указывается, что формирование упрочненного подслоя при менее прочной вторичной структуре всегда способствует снижению уровня деградации всего поверхностного слоя за счет реализации в контактирующих телах правила положительного градиента механических свойств [33].
Поскольку наличие перлита в стали 45 при граничном трении способствует ее сильному упрочнению в тонких поверхностных слоях [87], распространение деформации прослеживалось только в тех образцах, которые были испытаны при высокой нагрузке. При невысоких нагрузках пластическая деформация локализуется в еще более тонких слоях, поэтому использование даже совокупности стандартных исследовательских методик далеко не всегда позволяет не только обнаружить различия в деформированных объемах двух или нескольких аналогичных образцов, но и найти сами следы деформации [55].
Подтверждением к предположению о локализации пластической деформации могут послужить результаты металлографических исследований приповерхностных объемов стали 45, которые были получены с использованием методики косого шлифа, рис.4.16. Из изображений на рис. можно увидеть, что структурные изменения в поверхностном слое образца, который изнашивался в среде минерального масла без добавок, все же произошли. Если у образца, который был испытан в среде, содержащей порошок латуни, видимые изменения отсутствовали (рис.4.16,а), то у этого образца исходная феррито-перлитная структура при трении обратилась в однородную механическую смесь структурных составляющих. На рис.4.16,6. структура шлифа, соответствующая исходной структуре стали 45 (феррит + перлит! при переходе от его плоскости (область А) через границу раздела на подложку (область В), обращается в однородную структуру с незначительным присутствием отдельных светлых включений, по видимому, представляющих собой остаток ферритной фазы. В аналогичном рассмотрении, на рис.4.16,а видно, что структура подложки поверхности трения (область В) осталась неизменной при сравнении с исходной структурой шлифа (область А). Слой вторичных структур на рис.4.16,а обозначен областью С. Переход феррито-перлитной структуры шлифа в однородную структуру подложки был обнаружен и на образце, испытанном в присутствии медьсодержащей смазки. Образец, испытанный в среде масла с цинксодержащей добавкой, в поверхностных слоях имел, однако, также исходную структуру стали 45.
Аналогичная зависимость была найдена в работе [88], где рассматривали влияние добавки порошка цинкового сплава при трении на деформацию поверхностных слоев стали 40. В среде обычной пластичной смазки структура поверхностного слоя претерпела изменения, которые привели к перемешиванию структурных составляющих с заметным измельчением зерен на глубину до 50 мкм от поверхности, рис.4.17,а. В то же время, добавление порошка пластичного сплава способствовало значительному уменьшению глубины залегания пластической деформации, что сохранило зернистую структуру материала в образце на расстоянии 5 мкм от поверхности, рис.4.17,6.
