Контактного упрочнения

По виду контактного взаимодействия поверхностей трения классы 0—5 соответствуют упругому деформированию (/ = 10~1Я—10"7); классы 6—7 — упруго-пластическому деформированию (/ -- 10"' —10~5); классы 8—9 — микрорезанию (/ = 10-5—Ю"3).

По величине у* различают 10 классов износостойкости материалов, которые можно разделить на 3 основные группы в зависимости от вида контактного взаимодействия поверхностей трения: О — V классы (YS = Ю~12...10 ') — высокая износостойкость вследствие упругого деформирования); VI — VII 'классы (Ys=10 (>... ...10~5) — средняя износостойкость при упругопластическом деформировании); VIII — IX классы (Ys=10 ...10~3 — весьма низкая износостойкость при микрорезании).

получать информацию оперативно, с достаточно высокой точностью. С этой точки зрения перспективным является метод, базирующийся на использовании эффекта упругопластического контактного взаимодействия шарового индентора с поверхностью оболочки /14,15/.

Силы, воспринимаемые элементами конструкций, являются либо массовыми, или объемными (силы тяжести, силы инерции), либо поверхностными силами контактного взаимодействия рассматриваемого элемента с соседними элементами или прилегающей к нему средой (например, пар, воздух, жидкость).

По величине ys различают 10 классов износостойкости материалов, которые можно разделить на 3 основные группы в зависимости от вида контактного взаимодействия поверхностей трения: О — V классы (YS = 10~12...10~7) — высокая износостойкость вследствие упругого деформирования); VI — VII "классы (Ys=10 6... ...10~5) — средняя износостойкость при упругопластическом деформировании); VIII — IX классы (Ys=10 ...10~3 — весьма низкая износостойкость при микрорезании).

Для каждого класса характерны определенные виды контактного взаимодействия поверхностей трения: для классов 0-VI - упругое взаимодействие (упругое и упруго-пластическое); для классов VII, VIII -пластическое; для класса IX - микрорезание. Отсюда следует, что при проектировании узла трения и выборе материала необходимо стремиться к обеспечению упругого взаимодействия поверхностей трения, при котором интенсивность изнашивания значительно меньше, чем при пластическом.

К важным требованиям к свойствам материалов пары трения относятся твердость и микротвердость материала. При абразивном изнашивании эти характеристики определяют износостойкость пары трения. Твердость материала прямо влияет на величину внедрения микронеровностей сопряженной поверхности, т.е. на величину деформации при контактном взаимодействии, а следовательно и на вид деформации (упругая или пластическая). В то же время величина деформации зависит от модуля упругости (Е) - важнейшей характеристики упругих свойств металлов. Большинство деталей машин, в том числе детали узлов трения (подшипников качения и скольжения, зубчатых зацеплений и т.д.), работают при циклически действующей нагрузке. Циклическое нагружение испытывают поверхностные слои трущихся деталей вследствие дискретности контактного взаимодействия микронеровностей поверхностей. В условиях циклического нагружения каждый материал разрушается после определенного числа циклов нагружения при действующих напряжениях ниже предела текучести. В материаловедении это явление называется "усталостью", а в качестве характеристики материала, работающего в условиях циклического нагружения, используется предел выносливости - максимальное напряжение, при действии которого не происходит усталостного разрушения после произвольно большого числа циклов нагружения. К материалам деталей узлов трения, рассчитываемых на большой ресурс работы,

Разновысотность контактирующих выступов и величина действующей нагрузки определяют следующие виды деформации выступов: упругую, упругопластическую без упрочнения, упругопластическую с упрочнением. Чисто упругая деформация возможна только у эластичных тел, например резины. При контактировании весьма гладких металлических поверхностей также преобладает упругая деформация неровностей. Однако в большинстве случаев первичного нагружения ведущая роль в формировании площади фактического контакта принадлежит пластической деформации. Входящие в контакт выступы пластически деформируются (сплющиваются), чаще всего с внедрением в сопряженное тело. Внедряется более твердый выступ, а при одинаковой твердости тот, которому геометрическая форма придает большее сопротивление деформации. Исследования ряда ученых показали, что после однократного нагружения выступы упрочняются наклепом и при повторных нагружениях, не превышающих первоначальной нагрузки, деформируются практически упруго. При анализе контактного взаимодействия поверхностей трения твердых тел рассматривают и учитывают номинальную А„, контурную Ас и фактическую А,, площади контакта (рис. 3.1).

Наиболее сложным является механизм адгезионного взаимодействия полимерных тел с металлическими. Так, Д. Бакли [17] при исследовании контактного взаимодействия атомарно-чистых поверхностей вольфрама и фторопласта-4 с помощью автоионного микроскопа установил наличие интенсивного адгезионного взаимодействия, при котором молекулы фторопласта-4 на поверхности твердого тела представляют собой кластеры из трех атомов. Считается, что при адгезии фторопласта-4 в контакт с поверхностью металла входят атомы, расположенные на торце молекулы, т.е. происходит образование связи между поверхностью вольфрама и группой CF2, поэтому перенос идет кластерами из трех атомов. Вспомним, что макромолекулы фторопласта-4 представляют собой винтообразные цепи, состоящие из 26 групп CF2, которые могут кристаллизоваться с образованием гексагональной решетки.

207. Физико-химическая механика контактного взаимодействия и фреттинг-коррозия. Научный совет по трению и смазкам АН СССР, Киев, 1973, • 162 с.

получать информацию оперативно, с достаточно высокой точностью. С этой точки зрения перспективным является метод, базирующийся на использовании эффекта упругопластического контактного взаимодействия шарового индентора с поверхностью оболочки /14,15/.

талла шва и свариваемой стали получить не удается; обеспечить агрегатную равнопрочность сварного соединения и основного металла можно за счет эффекта контактного упрочнения мягкого металла шва. В этом случае работоспособность сварного соединения при данном соотношении свойств мягкой прослойки — шва и основного металла определяется относительной толщиной мягкой прослойки.

В наиболее полной степени эффект контактного упрочнения может быть реализован при применении так называемой щелевой разделки, представляющей собой стыковые бесскосные соединения с относительно узким зазором.

слойки. Впервые эта формула получена Л. Прадтлем, использовавшим этот метод линий скольжения теории пластичности. Коэффициент контактного упрочнения мягкой прослойки обозначается через Кх:

В настоящее время выбор параметров разделки кромок, сварных материалов и режимов сварки производится лишь из технологических и экономических соображений. При этом прочность считается обеспеченной, если свойства определенных участков сварного соединения не ниже прочности основного металла. Однако требование равнопрочное™ металла шва и основного металла не всегда состоятельно. Стремление удовлетворить этому требованию иногда приводит к тому, что при фактически обеспеченной за счет контактного упрочнения [16] и усиления шва равнопрочности добиваются повышения прочности металла шва в ущерб его вязкопластиче-ским свойствам. В связи с этим необходимо внедрять в практику проектирования методы расчета с учетом фактора механической неоднородности.

где Кв = ст?/а^ — коэффициент механической неоднородности, представляющий собой отношение временного сопротивления твердого (основного) металла (a J) к временному сопротивлению мягкого металла (ст^); Кх — коэффициент контактного упрочнения , который зависит от формы мягкой прослойки и ее геометрических размеров . При этом для прямоугольной прослойки (рис. 1 .7, а) величина К^ определяется по формуле:

Здесь ае = h/B — относительная толщина мягкой прослойки, пределы изменения которой агр < ае > аек. При этом для данного случая при аек > 1 эффект контактного упрочнения мягкой прослойки отсутствует — Ка,= 1, а аср = (2/>/з)а^. Значение ае < as , отвечающее равнопрочности сварного соединения основному металлу, равно

В данной прослойке при ае = аек > (1 + tgcp) эффект контактного упрочнения отсутствует, а при ае < зг прочность сварного соединения соответствует прочности основного (твердого) металла. Величина аг определяется следующим выражением:

стического деформирования. При этом коэффициент контактного упрочнения Кх можно определить по формулам

Коэффициенты контактного упрочнения для косых прослоек, нагружаемых по «мягкой» схеме, в зависимости от диапазонов относительных толщин ае < аек и углов наклона ф могут быть представлены следующими выражениями:

Коэффициент контактного упрочнения косых мягких прослоек, нагружаемых по «жесткой» схеме (рис. 1.8, б), а также шевронных прослоек (рис. 1.7, д) в диапазоне относительных толщин ае < аек = 1 + tg(p можно определить по одной формуле:

При нагружении сварного соединения с толстыми прослойками эффект контактного упрочнения отсутствует. Прочность соединения равна прочности мягкого металла прослойки. Пластические характеристики определяются базой деформирования и при достаточно больших базах (ае = 3-5) соответствуют уровню аналогичных характеристик для мягкого металла.