Молекулярную структуру

Процессы трения рассматривают на моделях, позволяющих оценить молекулярное взаимодействие материалов контактирующих тел с учетом влияния внешней среды (оксиды, пленка, смазка). Первоначально разработанные теории механического сцепления, молекулярного притяжения, сваривания, среза и пропахивания получили значительное развитие в молекулярно-механической теории трения, нашедшей наиболее широкое распространение. Согласно этой теории процесс трения происходит не только на границе раздела твердых тел, но и в некотором объеме поверхностных слоев, физико-механические свойства которых отличаются от свойств материалов в объеме тел. Это связано с деформированием поверхностных слоев, с изменением температуры, с образованием слоев адсорбированных паров влаги или газов, с образованием пленок оксидов, атомов или молекул окружающей среды и т. п.

Процессы трения рассматривают на моделях, позволяющих оценить молекулярное взаимодействие материалов контактирующих тел с учетом влияния внешней среды (оксиды, пленка, смазка). Первоначально разработанные теории механического сцепления, молекулярного притяжения, сваривания, среза и пропахивания получили значительное развитие в молекулярно-механической теории трения, нашедшей наиболее широкое распространение. Согласно этой теории процесс трения происходит не только на границе раздела твердых тел, но и в некотором объеме поверхностных слоев, физико-механические свойства которых отличаются от свойств материалов в объеме тел. Это связано с деформированием поверхностных слоев, с изменением температуры, с образованием слоев адсорбированных паров влаги или газов, с образованием пленок оксидов, атомов или молекул окружающей среды и т. п.

3. Общий недостаток математических моделей молекулярно-механической, молекулярной, атомно-молекулярной и других теорий состоит в том, что они не учитывают структурных изменений и связанных с этими изменениями механических, физико-химических и других свойств поверхностного слоя, влияющих на триботехнические характеристики пары трения.

тических, энтропийных) разрушения структур. Применение термодинамического подхода к анализу процессов трения и изнашивания является естественным обобщением фундаментальных результатов, полученных в рамках молекулярно-механической теории и теории структурной приспосабливаемости, развитой школой Б.И. Костецкого.

молекулярно-механической теории трение качения определяется суммарным эффектом внешнего и внутреннего трения. Опытные данные показывают, что при чистом качении цилиндрического тела момент сопротивления равен

В книге рассматривается вопрос о существовании равновесной шероховатости на поверхностях трения. Предлагается формула расчета равновесной шероховатости, основанная на молекулярно-механической теории трения и теории усталостного изнашивания. Предложен новый комплексный критерий оценки шероховатости. Показана аналитическая связь комплексного критерия шероховатости с площадью касания, коэффициентом трения, интенсивностью изнашивания и контактной жесткостью. Рассчитана на научных и инженерно-технических работников.

Как отмечено в главе I, в некотором интервале значений параметров шероховатости износ сопряжений описывается кривой, имеющей минимум. Это обусловлено, молекулярно-механической природой трения и механизмом усталостного изнашивания. Для гладких поверхностей увеличивается молекулярная слагаемая силы трения, для грубых поверхностей — механическая (деформационная) слагаемая. Минимальный износ соответствует равновесной шероховатости.

глубине при схватывании, т, е. адгезионном (межмолекулярном) взаимодействии трущихся тел. Начальный износ в тех же условиях незакаленной детали показан на рис. 2, е: он выражается в пластических деформациях и появлении на поверхности неровностей типа «рябин», указывающих на перенапряжение материала поверхностного слоя, Начальный износ заметно уменьшается при образовании поверхностной пленки, обладающей аддитивной активностью при высоком давлении, как это показано на рис. 2, г: неровности слабо деформированы, сглажены, общий характер микрорельефа представляет собой по форме нечто среднее между рельефом исходной поверхности и поверхности с неровностями типа «рябин», однако величины неровностей имеют меньшие значения, чем, например, в предыдущем случае. Это согласуется с допущением современной молекулярно-механической теории трения о том, что неровности существенно более жесткой истирающей поверхности в процессе изнашивания статистически стабильны, т. е. сохраняют технологически приобретенные свойства. Поэтому даже при трении и изнашивании исходные, т. е. технологические неровности интересны как в научном, так и в практическом отношении.

В области науки о трении разработана молекулярно-кинетическая теория трения высокоэластичных полимерных материалов (ГПИ им. Ленина), на основании которой выявлена температурно-скоростная закономерность трения. Развиваются гистерезисные представления о природе трения эластиков (НИИШП). Получают развитие исследования по двойственной (молекулярно-механической) природе трения. Используются методы теории пластичности и теории упругости для решения частных задач по расчету объемной составляющей силы трения. Проводятся исследования по установлению связи между физико-механическими характеристиками материалов и коэффициентом трения (ИМАШ). Имеется большое количество экспериментальных исследований по трению полиамидов, фторопластов, фрикционных и антифрикционных композиций. Из методов испытания на трение ГОСТом установлен метод испытания на фрикционную теплостойкость (ИМАШ). Создан ряд оригинальных установок и методов испытания (ИМАШ, НИИХиммаш, ВНИИАТИ). Разработаны новые композиционные полимерные материалы для узлов трения современных областей техники (ИНЭОС, ИМАШ, ВНИИАТИ, НИИПМ).

Позднее И. В. Крагельским [109] разработана наиболее полная и широкая в настоящее время теория трения и изнашивания. В монографии «Трение и износ» изложены основные положения молекулярно-механической теории этих процессов и приведены многие фактические данные по результатам изучения износа и трения в лабораторных и эксплуатационных условиях.

Природа трения и изнашивания двух находящихся во фрикционном контакте тел (в данном случае пара инструмент—заготовка) объясняется закономерностями молекулярно-механической теории трения. Трение в процессе резания имеет ряд специфических особенностей, характерных только для механической обработки металлов резанием: наличие довольно высоких температур на контактных площадках инструмента и заготовки, значительные давления, сопровождающие процесс резания. При работе инструментов весьма затруднен подвод смазочно-охлаждающих средств в зону резания. Кроме того, в отличие от трения обычной фрикционной пары контактные площадки на рабочих поверхностях инструмента находятся в соприкосновении с ювенильными металлическими поверхностями.

Для выяснения причин коррозии и мер ее предотвращения коррозионисты-исследователи изучают механизмы коррозионных процессов. Инженеры-коррозионисты используют накопленные наукой знания с учетом эксплуатационных данных и экономических факторов. Например, инженер-коррозионист осуществляет катодную защиту подземных трубопроводов или испытывает и разрабатывает новые краски, рекомендует добавки ингибиторов коррозии или металлическое покрытие. Ученый-коррозионист для этога разработал оптимальные варианты катодной защиты, определил молекулярную структуру химических составов с лучшими ингибирующими свойствами, создал коррозионностойкие сплавы и определил режим их термической обработки. Как науч-

В настоящее время предложены различные гипотезы о физической природе прочности твердых тел. Исходной предпосылкой физической природы прочности являются силы межатомного или межмолекулярного взаимодействия. Для реальных материалов, особенно композиционных, имеющих достаточно сложную атомно-молекулярную структуру, до сих пор не создан математический аппарат, описывающий природу сил взаимодействия. Для моделей сред, как правило, состоящих из однотипных регулярно расположенных атомов, было показано [22,23], что сила взаимодействия межатомных связей в системе, состоящей из N цепочек, определяется выражением F (х) = $х — ул:2, где (3 — жесткость системы; к — смещение атома; 7 — коэффициент ангармоничности межатомного взаимодействия.

Такие материалы имеют молекулярную структуру с преимущественно ионными связями и склонность относительно легко реагировать с водой; в них наблюдается интенсивное избирательное взаимодействие с кислыми, щелочными и минерализованными водами. Для большинства неорганических неметаллических материалов характерна значительная пористость, которая предполагает возможность фильтрации и подноса воды или увлажнения вследствие конденсации паров. Многие силикатные материалы имеют полиминеральную структуру, часто переходящую в конгломератную. В соответствии с общей теорией искусственных строительных конгломератов оптимальной структуре соответствует комплекс наиболее благоприятных показателей физико-механических и эксплуатационных свойств конгломерата, т. е. у всех конгломератов сохраняется, как и у вяжущего вещества, только одна экстремальная точка на графической зависимости свойства — с/ф (рис. 9). Коррозионная стойкость силикатных материалов определяется стойкостью наиболее слабого составляющего, обычно цементирующего вещества.

Некоторые вещества, имеющие особую молекулярную структуру, при облучении их видимыми или ультрафиолетовыми лучами становятся источниками излучения, т. е. люминесцируют. Люминесцентное свечение возникает в веществе при облучении его рентгеновскими и у-лучами, бомбардировке электрически заряженными частицами (например, а- или р-частицами) за счет энергии, освобождающейся при химической реакции, тепловой энергии и пр. По продолжительности свечения процессы люминесценции разделяют на флуоресценцию и фосфоресценцию, первая из которых исчезает с прекращением облучения, а вторая длится какой-то промежуток времени после облучения. При люминесцентной дефектоскопии материалов (63) используют в основном явление флуоресценции.

Крекинг-процесс ведется при температуре <500°С. При этой температуре сажа не образуется и ароматизация крекинг-остатков развивается медленно. Пиролиз протекает при атмосферном давлении и температуре 650—750° С. Поэтому пиролизные остатки всегда значительно ароматизированы, содержат большое количество сажистого углерода и могут иметь различные состав и молекулярную структуру. Поэтому и коксы, полученные из такого сырья, будут обладать различными свойствами.

Допустим у идеального газа молекулярную структуру, но пренебрежем размерами молекул, рассматривая последние как материальные точки. Предположим также, что между такими молекулами идеального газа отсутствуют какие бы то ни было силы взаимодействия [6]. Уравнением состояния такого рабочего агента будет

Даже в случае применения специально отобранных нефтей только часть углеводородов, входящих в их состав, имеет необходимую молекулярную структуру и вязкостные свойства. Эффективное избирательное удаление из них нежелательных соединений достигается применением специальных методов переработки нефти — физических и химических. К физическим методам относят процессы, основанные на перегонке, очистке при помощи растворителей, экстракции, кристаллизации и адсорбции. К химическим методам переработки относят процессы облагораживания нефтяного сырья, состоящие в проведении реакций гидрогенизации, дегидрогенизации, циклизации, ароматизации, изомеризации или других реакций, в результате которых меняется молекулярная структура исходных углеводородов [1, 11]. Как правило, химической переработке подвергают ту часть нефти, которая была из нее выделена перегонкой, экстракцией или при помощи каких-либо других физических методов.

имеют одинаковую молекулярную структуру в твердом состоянии, один и тот же тип межатомной связи и оди-

Объяснение явления. Вначале нужно учесть, что все жидкости имеют весьма упорядоченную молекулярную структуру, молекулы жидкости касаются одна другой и скапливаются на дне содержащего жидкость сосуда. -Напротив, молекулы газа находятся в непрерывном движении и заполняют все свободное пространство (см. -------------------------------------------------- рис. 28.2).

воздействия на молекулярную структуру поверхности зерен

воздействия на молекулярную структуру поверхности зерен фильтрующей загрузки. Для увеличения сил адгезии, как показали исследования, необходимо на поверхности зерен фильтрующей загрузки образовать пленку из соединений, имеющих более высокое значение константы Ван-дер-Ваальса. Кроме того, электростатические свойства этих соединений должны обеспечить изменение дзета-потенциала поверхности зерен в нужном направлении. При этом силы адгезии соприкасающихся тем больше, чем' больше молекулярные массы.