CC BY
51
6. Ustinovshikov Y., Pushkarev B., Sapegina I. Phase separation in the Fe - Mn system // Journal of Alloys and Compounds. 399. 2005. P. 160 - 165.
G. Markova, S. Goncharov, L. Labzova, O. Klueva
The influence of heat treatment on phase transformation of Fe - 23 Mn - 5 Si and Fe - 30 Mn - 5 Si alloys
With X-ray diffraction structural and magnetic phase analysis it has been found that in the Fe-23Mn-5Si alloy after quenching a three-phase (y+a+s) state could be formed. Further long-term exposition could lead to changing the phases’ quantitative relation. The Fe-30Mn-5Si alloy under all heat treatment modes features a single-phase austenite structure.
Key words: heat treatment, Fe - 23 Mn - 5 Si and Fe - 30 Mn - 5 Si alloys, martensitic transformation, X-ray diffraction structural analyse.
Получено 02.11.10
УДК 669.131
Н.В. Мельниченко, канд. техн. наук, доц., (4872)372575 (Россия, Тула, ТулГУ)
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В ТРИБОСЛОЕ
ПРИ ТРЕНИИ СТАЛЕЙ БЕЗ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА
Приводятся особенности структурообразования в поверхностном слое при схватывании трущихся поверхностей/
Ключевые слова: трение скольжения, фактические площадки контактирования, трибоструктуры, окислы, белый слой, когезионные вырывы, сварка.
В процессе изнашивания углеродистых сталей образуются и разрушаются динамические структуры в трибослое. При дискретном взаимодействии контактирующих поверхностей в локальных участках происходит пластическая деформация и термоциклирование вблизи температуры А1. Под влиянием сжимающего напряжения и сил трения в напряженном объеме изменяются механические свойства материалов, их структура, характер процессов, протекающих под влиянием окружающей среды [1]. Даже весьма хрупкие материалы проявляют высокую пластичность.
Разрушение динамических структур происходит за счет выкрашивания хрупких частиц, отслаивания окисных пленок, БС, мелкодисперсной структуры, вырыва металла из зон сварки фактических площадок контак-
тирования (ФПК), что регистрируется методом акустической эмиссии (АЭ) [2].
В данной работе рассматриваются изменения структуры в трибос-лое и механизмы разрушения его в связи с различными режимами трения скольжения без смазочного материала.
Цель исследований: металлографическим методом установить формирование динамических структур при изнашивании сталей и механизмы их разрушения.
Эксперименты проводились на машине трения с плавно изменяющимся числом оборотов шпинделя. Схема трения: штифт-шайба. Коэффициент перекрытия - 0,05. Режимы изнашивания: скорость трения-скольжения - 0,8.. .6 м/с, контактные давления - до 8 МПа.
Условие трения: изнашивание без смазочного материала.
Схватывание трущихся поверхностей (процессы релаксации напряжений, отражающих разрыв металлических связей при разрушении мостиков сварки) регистрировались с помощью метода АЭ.
При исследовании использованы: технически чистое железо и стали с содержанием углерода до 0,8 %.
Материал контртела: - сталь 40.
В начальный период изнашивания происходит выглаживание трущейся поверхности с образованием на ней тонкого слоя (1.3 мкм) трибо-структур. При невысокой контактной нагрузке (V < 2 м/с,
Р < 0,2 МПа) в зонах фактических площадок контактирования (ФПК) образуются: мелкодисперсная структура, белые слои (БС), окислы. Фотографии поверхности трения и продольного сечения изношенного поверхностного слоя отражены на рис. 1 и 2.
Рис. 1. Поверхность трения, х100 х5
Направление приложения сил трения
Рис. 2. Продольное сечения трибослоя, х1600 х2
Образование трибоструктур свидетельствует о термодинамических процессах в зонах ФПК. БС, окруженные окислами, локально располагаются на поверхности трения изнашиваемой стали. Под ними находится слой деформированной структуры. Степень измельчения ее уменьшается по глубине деформированного слоя.
Изменение скорости трения скольжения (V > 2,5 м/с) приводит к росту протяженности ФПК, а повышение нагрузки (Р > 0,8 МПа) - к увеличению глубины слоя, где происходит изменение структуры. На поверхности трения происходит интенсивное образование окисных пленок и БС толщиной до 2 мкм. На рис. 3 представлена фотография продольного сечения трибослоя при V = 3 м/с и Р = 0,8 МПа. Локальная зона интенсивно деформированной структуры имеет длину порядка 40 мм и глубину 3 мкм. С увеличением нагрузки до 1,2 МПа глубина зон резко возрастает до 5 мкм (рис. 4). В структуре наблюдаются микротрещины. Они образуются параллельно поверхности трения. Четко выраженная граница с нижележащим слоем свидетельствует об импульсном приложении нагрузки, и прерывистости изнашивания, которое имеет место при схватывании трущихся поверхностей.
Г лубина и длина зон с динамической структурой отражают величину касательных напряжений в микрообъемах ФПК.
Наиболее интенсивно процессы схватывания трущихся поверхностей протекают при режимах трения: V = 3 м/с и Р = 1,2 МПа. В поверхно-
стном слое обнаруживаются вырывы металла высокой плотности. Форма когезионного вырыва повторяет форму интенсивно деформированной структуры (рис. 5).
Граница структур Зона структуры мелкодисперсной
Л 4 1 "V. -“Г *-1
Рис. 3. Продольное сечение трибослоя конструкционной стали,
х1200 х3
Зона формирования когезионного вырыва
Рис. 4. Продольное сечение трибослоя, х1200 х3
Высокая плотность микротрещин в интенсивно деформированной структуре и четко выраженная граница с нижележащим слоем и предопределяют механизм разрушения динамической структуры. Мелкодисперсная структура под ФПК расслаивается, отрывается от подложки или вырывается всем микрообъемом, образуя кратер. Пластичная структура поверхности под действием сил трения в дальнейшем заволакивает образованный кратер (рис. 5).
Зона наволакивания металла на когезионный вырыв
Рис. 5. Продольное сечение трибослоя стали У8, х800 х3
Граница структур с различной степенью деформации
Рис. 6. Продольное сечение трибослоя стали 60, х800 х3
Залечивание зоны когезионного вырыва показывает степень деформации размягченного поверхностного слоя поверхности трения.
Дальнейшее повышение силового воздействия приводит к нагреванию поверхности трения, размягчению стали. Толщина слоя интенсивно деформированной структуры возрастает, что приводит к размытию границы с нижележащим слоем деформированной структуры (рис. 6). Дальнейшее повышение нагрузки способствует разогреванию металла и созданию условий для сварки трением.
Явно выраженная граница вторичных структур с нижележащим слоем менее деформированной структуры свидетельствует о протекании импульсных термодинамических процессов в резко ограниченных микрообъемах трущихся поверхностей.
Список литературы
1. Трение и износ. 1980. Т. 1, №2. С. 197-208.
2. Трение и износ. 1989. Т. 10, №2. С. 257-261.
N. Melnichenko
Tribolayer structure formation in steels dry friction
The characteristics of the surface layer Structure Formation in Surfaces frictional seizure is descrited.
Key words: Sliding friction, actual platforms of contact, tribostructure, oxides, a white layer, cogesive explosions, welding.
Получено 02.11.10
УДК 691.342:691.175.2 - 022.532 Е.Н. Прудков, канд. техн. наук, доц.,
(4872) 35-60-88, [email protected],
С.В. Кузьмина, асп., (4872) 35-60-88, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИТОВ
Изложены основы структурообразования эпоксидных композитов, приготовленных на основе эпоксидных смол, включающих бой стекла в качестве наполнителя, Для дисперсного армирования применяли полипропиленовые волокна-фибры, а также углеродные нанотрубки. Исследовано влияние этих компонентов, а также их соотношения на прочность, линейную усадку и светопроницаемость материала.
Ключевые слова: композит, дисперсное армирование, фиброволокно, нанотрубки, оптимальная структура.
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) в строительстве применяются достаточно широко как для производства строительных изделий и конструкций, так и для защиты их от агрессивного воздействия внешней среды.
При выборе материала и обосновании целесообразности применения в строительных конструкциях учитывают его способность сопротивляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров. Одновременно необходимо, чтобы материал проявлял достаточную стойкость к воздействию физических и химических факторов.
