Введение к работе
. Решение задач повышения надежности и долговечности подвижных сопряжений машин и механизмов обуславливает постоянное внимание к проблеме трения и износа. Интерес к данной проблеме не ослабевает вследствие развития современной теории прочности и пластичности, создания высокоэффективных материалов и смазок-, привлечения новейших физико-математических методов моделирования и компьютерного конструирования.
Наиболее важные в теоретическом и прикладном аспектах задачи возникли в оценке роли поверхностных слоев материалов при трении.
Изменение структуры и свойств поверхностных слоев материалов в процессе трения с высокими контактными напряжениями является условием, которое необходимо учитывать при выборе как самих материалов, так и технологий их упрочняющей обработки.
Основной особенностью эволюции структуры поверхностных слоев трения представляется формирование слоя с бысокой степенью деформации, обладающего особыми свойствами, зависящими от внешних и внутренних факторов. Изучение структуры этих слоев, названных фрагментированными ранее проводилось для небольиих нагрузок. С другой стороны, в собственно триботехнических исследованиях изучалось лишь влияние слоев на эксплуатационные показатели материалов без анализа конкретной структуры слоев трения.
В условиях контактных нагрузок близких к экстремальным, вызывающим интенсивное разрушение трущихся тел схватыванием, исследований эволюции структуры фрагментированных слоев конкретных промышленных материалов не проводилось.
До настоящего времени не существует единого мнения о причинах и механизмах, приводящих к формировании слоя фрагментиро-
ванных.структур, отличающегося наличием резкой границы и характерным масштабом толщины. Особенно, это касается реально используемых конструкционных материалов. Большое количество экспериментальных данных не поддается однозначному осмыслению и обобщению по причинам большого разнообразия действующих Факторов и произвола в интерпретации.
Отсутствие приемлемого понимания механизмов формирования слоев с измененной фрикционным взаимодействием структурой не позволяет произвести научно-обоснованный выбор критериев оценки оптимальных, с точки зрения износостойкости, способов обработки деталей, особенно подвергаемых высоким нагрузкам.
Целью настоящей работы является изучение структурных изменений поверхностных слоев различных материалов при трении в условиях, близких к предельным уровням несущей способности и выбор оптимального способа упрочнения тяхедонагругенных опор скольжения на основе результатов исследований.
Научная новизна рдйоты. в отличие от ранее проводившихся исследований изучались строение и структура фрагментированных слоев трения для различных типов исходных материалов в экстремальных условиях нагругения. Впервые такие исследования проведены для используемой в производстве буровых долот стали 15НЗМА и сплава 36НХТЮ в различных структурных состояниях.
Анализ фрагментированных структур, получаемых при трении различных по исходной структуре материалов, показал воэмояность признания ведущей роли температурного фактора в их формировании при данных условиях нагруаения. Использование таких Фрикционно-нзведанных сдоев, ведущих себя как покрытие и обладающих свойством поглощать энергии взаимйдействия контактирующих тел, для оценки гяуьнны непосредственно изнашивающегося слоя материала позволила рчінонеидоЕагь принонение износостойких покрытий близкой
толщины. Разработана оптимальная структура диффузионных боридных слоев для тяжелонагрухенных узлов трения, принципиально отличающаяся от получаемых обычно.
Проведена оценка устойчивости исходных структур различных материалов относительно совместного действия деформационного и температурного факторов при формировании фрагментированного слоя.
Прпктическяя ценность ряботы состоит в использовании результатов проведенных исследований для оптимизации структурных и масштабных параметров диффузионных боридных покрытий и полученных положительных результатах при применении боридных покрытий оптимальной структуры для упрочнения поверхностей трения опор скольжения буровых долот.
Разработан технологический процесс получения боридных покрытий, отличающихся от ранее применяемых устойчивостью против развития грешин и высоких контактних температур.
,Чя зашиту выносятся: 1.Результаты исследований поверхностных слоев, полученных деформацией трением на стали 15НЗМА в состоянии цементации и диффугион-ного борировакия, а также на сплаве 36НХТЮ в закаленном и состаренном состояниях, при экстремальных нагрузках. 2.Обоснование оптимальной с точки зрения износостойкости структуры покрытия, состоящей из однофазного боридного слоя "зубчатой" формы с минимальной толщиной зоны сплошных боридов и мехборидных промежутков, заполненных кристаллами карбоборидов. 3.Состав борирующей смеси, обеспечивающий формирование оптимальной структуры боридного покрытия, включающий в качестве активатора диффузии смесь "МС" (20%), карбид бора (602), по 10% графита и порошка железа.
Основные результаты работы докладывались на 3 региональной научно-технической конференции "Порошковые материалы и покрытия"
(Барнаул. 1990), всесоюзной научно-технической конференции "Структурная самоорганизация и оптимизация триботехнических характеристик конструкционных и инструментальных материалов" (Киев, 1990), всесоюзном семинаре "Физико-технические проблемы поверхности металлов" (Горький,1990), всесоюзной научно-технической конференции "Износостойкость машин"(Брянск, 1992), 5 научно-технической конференции "Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий", (Запорожье, 1992.), международном научно-практическом семинаре "Три6олог-10М - Slavyantribo-І, (Рыбинск, 1993).
По материалам работы имеется 9 публикаций.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Работа содержит 93 страницы машинописного текста, 37 рисунков и 6 таблиц. Список 'цитируемой литературы включает 86 наименований.
