Influence of Cutting Fluids on the Mechanism of Self-Organization and Physical and Mechanical Properties of Wear-Resistant Ultra-Fine-Grained and Nanostructured Surface Friction Layers of Chromium Steels

V. V. Tykhonovych

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

Получена: 12.09.2023; окончательный вариант - 02.10.2023. Скачать: PDF

The cutting-fluids’ influence on the mechanism of self-organization on the friction surfaces of wear-resistant superfine-dispersed coatings is studied. These coatings cause the transition of the friction pair steel 130Х17–steel 20Х13 to a stationary mode of operation with minimal wear and friction coefficient. As shown, the self-organizing wear-resistant coatings consist of friction layers, each of which is the result of a separate act of metal microvolumes layering on the working surfaces due to the adhesive interaction of microroughnesses. The introduction of cutting-fluid concentrates into water changes the chemical composition and energy of the friction surfaces; this leads to layering of larger metal volumes on the working surfaces. As a result, the average thickness of the friction layers increases by 7, 6 and 3 times, when using the ‘Сінтал-2’, ‘Аквол-15П’ and ‘Естераль’ cutting-fluid concentrates. The running-in period of the friction pairs is reduced by 1.8, 1.7 and 1.4 times, respectively. As shown, the introduction of ‘Естераль’ cutting-fluid concentrate into water cannot significantly reduce the adhesive interaction between rubbing bodies. In this case, friction surfaces are shielded only by adsorbed hydrocarbon molecules and thin oxide films. Therefore, the use of cutting-fluid concentrate ‘Естераль’ does not eliminate the predominant mass transfer of steel 130Х17 to the surface of steel 20Х13 during the operation of the friction pair. Self-organizing wear-resistant coatings of both steels are formed mainly from the material of steel 130Х17. Therefore, its weight wear is 1.5 times higher than the weight wear of steel 20Х13 that reduces the service life of the friction unit. The introduction of cutting-fluid concentrates ‘Сінтал-2’ and ‘Аквол-15П’ with extreme pressure and anti-wear additives into water modifies chemically friction surfaces. In this case, layers of chemical compounds of the decomposition products of the additives are additionally formed at the contact areas of the rubbing bodies. This reduces the adhesive interaction of contacting microprotrusions, reduces the amplitude of cyclic loads on self-organized wear-resistant coatings, and prevents metal mass transfer between rubbing bodies. Thanks to this, the cutting fluids ‘Аквол-15П’ and ‘Сінтал-2’ increase the wear resistance of friction pairs by 4 and 5 times, respectively. In addition, the friction coefficient decreases by about 2 times. At the same time, the formation of self-organized wear-resistant coatings occurs mainly from the material of the body, to which they belong, that makes the wear of the components of the friction unit more uniform.

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

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v46/i02/0151.html

PACS: 06.60.Vz, 62.20.Qp, 68.35.Ct, 68.37.Hk, 81.07.Bc, 81.16.Rf, 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, Фізико-хімічна механіка матеріалів, 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 (Киев: ИПЛ АН УССР: 1978), с. 45.
  7. В. В. Тихонович, O. M. Грипачевський, В. Г. Новицький, Металофіз. новітні технол., 43, № 7: 853 (2021). Crossref
  8. В. В. Тихонович, Металофіз. новітні технол., 44, № 12: 1595 (2022). Crossref
  9. В. В. Тихонович, Металофіз. новітні технол., 45, № 1: 15 (2023). Crossref
  10. В. И. Тихонович, 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: 1981) (Препринт Института металлофизики АН УССР, 1981).
  12. В. В. Немошкаленко, В. В. Горский, В. В. Тихонович, И. А. Якубцов, Металлофизика, 6, № 6: 93 (1984).
  13. Д. Бриггс, М. П. Сих, Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (Москва: Мир: 1987) (пер. з англ.).
  14. С. И. Булычев, В. П. Алехин, А. П. Терновский, ФиХОМ, 2: 58 (1976).
  15. 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).
  16. В. А. Галанов, О. Н. Григорьев, Ю. В. Мильман, Проблемы прочности, 11: 93 (1983).
  17. В. В. Тихонович, Металлофиз. новейшие технол., 33, № 12: 1671 (2011).
  18. В. В. Тихонович, В. Н. Уваров, Успехи физ. мет., 12, № 2: 209 (2011). Crossref
  19. Л. М. Утевский, Дифракционная электронная микроскопия в металловедении (Москва: Металлургия: 1973).
  20. С. С. Горелик, Л. Н. Расторгуев, Ю. А. Скаков, Рентгенографический и электроннооптический анализ (Москва: Металлургия: 1970).
  21. В. В. Немошкаленко, В. В. Тихонович, В. В. Горский, Л. М. Шелудченко, А. И. Ковалев, Металлофизика, 15, № 4: 45 (1993).
  22. В. В. Тихонович, Металофіз. новітні технол., 43, № 1: 59 (2021). Crossref
  23. Ю. М. Виноградов, Трение и износ модифицированных металлов (Москва: Наука: 1972).
  24. А. А. Гуреев, П. П. Заскалько, И. Э. Виноградова, Н. М. Муминджанов, В. Х. Корсунский, Химия и технология топлив и масел, № 7: 61 (1980).
  25. Р. М. Маивиевский, Д. К. Шульце, И. А. Буняковский, Исследование смазочных материалов при трении. О связи между термической стабильностью химически активных присадок к смазочным маслам и их триботехническими свойствами при трении (Москва: Наука: 1981).
  26. Л. М. Роев, Л. М. Артюховская, В. Я. Скляр, Л. А. Редько, Р. А. Свищук, Украинский химический журнал, 44, № 12: 1290 (1978).