Formation of Wear-Resistant Superdispersed and Nanostructured Material on Friction Surfaces of Chromium Steels. Pt. 1. Mechanism of Formation and Physical-Mechanical Properties

V. V. Tykhonovych

Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 26.09.2022. Скачать: PDF

The mechanism of self-organization on the contact surfaces of rubbing bodies of wear-resistant over finely dispersed coatings is investigated. Thanks to these coatings, in an air-water environment, the contact pair of steel 130Cr17–steel 20Cr13 goes into a stationary mode of working with minimal wear and a coefficient of friction. The study shows that wear-resistant over finely dispersed coatings consist of separate layers. These layers are the result of the layering of metal microprotrusions on the friction surface. These microprotrusions are formed during the breaking-in of friction units because of the local metal destruction and its transfer between bodies due to strong adhesive interaction between friction surfaces. Friction layers consist of a qualitatively new over fine-grained material that can contain up to 25% oxygen and carbon atoms, most of which do not form chemical compounds with the atoms of the initial metals. As established, under conditions of high-energy impulse impacts, the deformation of metal microvolumes layering on the friction surface occurs due to the collective forms of motion of crystal lattice defects. Therefore, the friction layers consist of over finely dispersed systems with spatially disoriented grains. Their boundaries are formed by branched dislocation clusters and have a spatially extended shape. It has been shown that in the case of a high intensity of impulse thermomechanical influences, when the collective forms of motion of crystal lattice defects cannot provide further rate deformation of metal microvolumes, there is a phase transition of over finely dispersed systems saturated with oxygen and carbon into a quasi-liquid structurally unstable state. This is evidenced by the appearance of an amorphous nanostructured material in the final part of some layers of friction. The nanostructured material has a clear boundary with ultradispersed metal, contains the maximum quantity of oxygen atoms and is characterized by high hardness and elasticity.

Ключевые слова: sliding friction, wear resistance, nanostructured material, ultradispersed structure, plastic deformation, crystal lattice defects, surface layers of friction, mass transfer.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v44/i12/1595.html

PACS: 61.46.Hk, 62.20.F-, 62.20.Qp, 62.23.St, 62.25.De, 64.70.kd, 81.40.Pq


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. Т. С. Скобло, Н. М. Можарова, Литейное производство, 4, № 1: 2 (2008).
  2. Ю. С. Бобро, М. Ф. Баранов, О. И. Коваленко, ФХММ, 4, № 1: 112 (1975).
  3. В. А. Игнатов, В. К. Соленый, В. Л. Жук, А. И. Туяхов, Металл и литье Украины, 10, № 11: 31 (2001).
  4. В. П. Гаврилюк, В. И. Тихонович, И. А. Шалевская, Ю. И. Гутько, Абразивостойкие высокохромистые чугуны (Луганск: Ноулидж: 2010).
  5. Е. В. Рожкова, В. В. Румянцев, О. М. Романов, А. В. Трещалин, Металлургия машиностроения, 1, № 4: 19 (2002).
  6. Б. А. Кириевский, Л. Г. Смолякова, Т. К. Изюмова, Литые износостойкие материалы: Сборник (Киев: ИПЛ АН УССР: 1978), с. 45.
  7. В. В. Тихонович, O. M. Грипачевський, В. Г. Новицький, Металлофиз. новейшие технол., 43, № 7: 853 (2021). Crossref
  8. В. В. Горский, А. Н. Грипачевский, В. В. Тихонович, В. Н. Уваров, Успіхи фіз. мет., 4, № 4: 271 (2003). Crossref
  9. А. И. Юркова, Ю. В. Мильман, А. В. Бякова, Деформация и разрушение материалов, № 1: 2 (2009).
  10. В. И. Тихонович, Сборник «Повышение износостойкости литых материалов» (Киев: ИПЛ АН УССР: 1983), с. 3.
  11. Н. С. Цикунов, В. А. Батырев, А. Н. Грипачевский, В. В. Тихонович, Пакет программ для обработки результатов количественного рентгеноспектрального микроанализа методом ZAF на мини-ЭВМ (Киев: Препр./АН УССР. Ин-т металлофизики, 81.16: 1981).
  12. В. В. Немошкаленко, В. В. Горский, В. В. Тихонович, И. А. Якубцов, Металлофизика, 6, № 6: 93 (1984).
  13. С. И. Булычев, В. П. Алехин, А. П. Терновский, ФиХОМ, 2: 58 (1976).
  14. М. Х. Шоршоров, С. И. Булычев, В. П. Алехин, Методические рекомендации по исследованию физико-механических свойств материалов непрерывным вдавливанием наконечника (Москва: ИМЕТ АН СССР: 1980).
  15. В. А. Галанов, О. Н. Григорьев, Ю. В. Мильман, Проблемы прочности, 11: 93 (1983).
  16. Л. М. Утевский, Дифракционная электронная микроскопия в металловедении (Москва: Металлургия: 1973).
  17. С. С. Горелик, Л. Н. Расторгуев, Ю. А. Скаков, Рентгенографический и электроннооптический анализ (Москва: Металлургия: 1970).
  18. В. В. Рыбин, Большие пластические деформации и разрушение металлов (Москва: Металлургия: 1986).
  19. Р. З. Валиев, А. В. Корзников, Р. Р. Мулюков, ФММ, № 4: 70 (1992).
  20. В. В. Немошкаленко, В. В. Тихонович, В. В. Горский, Л. М. Шелудченко, А. И. Ковалев, Металлофизика, 15, № 4: 45 (1993).
  21. Е. Э. Засимчук, Л. И. Маркашова, Т. В. Турчак, Н. Г. Чаусов, А. П. Пилипенко, В. Н. Параца, Физическая мезомеханика, 12, № 2: 77 (2009).
  22. В. А. Лихачев, В. Е. Панин, Е. Э. Засимчук, Кооперативные деформационные процессы и локализация деформации (Киев: Наукова думка: 1989).
  23. Yu. G. Gordienko and E. E. Zasimchuk, Philos. Mag. A, 70, No. 1: 99 (1994). Crossref
  24. Е. Э. Засимчук, Ю. Г. Гордиенко, В. И. Засимчук, Металлофиз. новейшие технол., 24, № 9: 1161 (2002).
  25. Е. Э. Засимчук, В. И. Засимчук, Металлофиз. новейшие технол., 28, № 6: 803 (2006).
  26. В. В. Тихонович, Металлофиз. новейшие технол., 43, № 1: 59 (2021). Crossref
  27. J. R. Baber, J. Mech. Engineering Sci., 9: 93 (1967). Crossref
  28. А. В. Чичинадзе, Расчет и исследование внешнего трения при торможении (Москва: Наука: 1967).
  29. В. А. Ляшко, М. М. Потемкин, Трение и износ, 16, № 2: 238 (1995).
  30. N. H. Cooc and B. Bhushan, Trans. ASME, 95, No. 1: 59 (1973). Crossref
  31. B. Bhushan, Introduction to Tribology. Second Edition (John Wiley & Sons, Ltd: 2013). Crossref