Исследования структуры и фазового состава поверхностного слоя стали Гадфильда после испытаний на трение тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Алешина Елена Анатольевна

ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И ФАЗОВОГО СОСТАВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СТАЛИ ГАДФИЛЬДА ПОСЛЕ ИСПЫТАНИЙ НА ТРЕНИЕ

Специальность 01 04 07 - физика конденсированного состояния

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗОВВ115

Новокузнецк-2007

003066115

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Томский политехнический университет» и ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

доцент Колубаев Александр Викторович

Научный консультант доктор физико-математических наук,

профессор, Заслуженный деятель науки РФ Громов Виктор Евгеньевич

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор Данилов Владимир Иванович, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (г Томск)

кандидат технических наук, доцент Пискаленко Владимир Витальевич, Новокузнецкий Институт-филиал Кемеровского государственного университета

Ведущая организация.

ГОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет»

Защита состоится "23" октября 2007 г. в 10°° часов на заседании диссертационного совета К 212 252 01 в Сибирском государственном индустриальном университете по адресу. 654007, г Новокузнецк Кемеровской области, ул Кирова, 42

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Автореферат разослан " /У " сентября 2007г

Ученый секретарь диссертационного совета, к т н, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В оценке износостойкости сталей при ограниченности методических средств, которые зачастую не позволяют определить необходимые характеристики из-за многофакторности процесса трения, сложно учесть одновременное влияние температуры и деформации на изменение структуры поверхностного слоя В связи с этим анализ причин, вызывающих тот или иной вид износа, сопряжен с трудностями, связанными с недостатком прямых экспериментальных данных по специфике протекания фазовых превращений в ограниченном объеме деформированного поверхностного слоя Прежде всего, это обусловлено тем, что большинство сталей, предназначенных для работы в три-босистемах, имеют многофазную структуру, состоящую из составляющих фаз неодинакового строения и свойств - твердый и упругий мартенсит, вязкий ау-стенит и хрупкая карбидная фаза сложного химического состава и различной дисперсности Вся эта сложная система под воздействием высоких температур и давлений претерпевает совокупность превращений, которые весьма затрудняют понимание физической природы изнашивания В связи с вышесказанным представляет интерес изучение процесса изнашивания на однофазных сталях, среди которых особое предпочтение отдается сталям с аустенитной структурой.

Динамические воздействия на контактирующие в процессе трения поверхности вызывают упругую и неупругую деформацию, локализованную в зоне контакта Кроме того, они приводят к возникновению колебаний в трибосисте-ме и к генерации поверхностных волн, изучаемых в механике Но специфика этой науки такова, что она не изучает взаимосвязь колебательных процессов с эволюцией структуры поверхностных слоев при трении. До сих пор структурные исследования триботехнических материалов проводились в рамках материаловедения, однако и они ограничивались изучением структуры уже деградированного слоя или продуктов износа. К исследованию процесса износа в динамике и детальному изучению механизма эволюции структуры, отвечающей за те или иные закономерности трения и изнашивания, все чаще обращается физическая мезомеханика. Среди аустенитных сталей чаще всего для модельных исследований выбирают известную высокомарганцевую сталь Гадфильда, как по причине ее высокой структурной стабильности, так и в связи с до сих пор непонятной природой ее чрезвычайно интенсивного упрочнения при внешних воздействиях Но экспериментальных исследований, которые могли бы достоверно продемонстрировать особенность динамического характера трения и его роль в процессах деформирования поверхностных слоев при трении даже на этой сравнительно простой стали, явно недостаточно

Работа выполнена в рамках госбюджетных НИР, включенных в проект СО РАН № 91-2006 «Электронно-ионно-плазменные методы и синтез нанокристал-лических и нанофазных слоев» и проект РФФИ № 06-08-00105 «Изучение акустических колебаний при трении скольжения материалов с твердыми покрытиями и прогнозирование разрушения покрытий по характеристикам звукового сигнала» и в соответствии с темами ГОУ ВПО «Томский политехнический университет» и ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Целью данной работы является анализ динамики процесса трения и изнашивания, изучение особенностей формирования структуры поверхностного слоя при трении стали Гадфильда, выявление природы ее интенсивного упрочнения в процессе трения, обеспечивающего высокую износостойкость

Для реализации цели решались следующие задачи 1 Изучить особенности деформирования поверхностного слоя стали Гадфильда в зависимости от условий испытания - при низкой скорости скольжения и малом давлении, когда нормальные напряжения на поверхности трения значительно меньше напряжения текучести стали Г13

2. Методами оптической, сканирующей и дифракционной электронной микроскопии исследовать фазовый состав и дефектную микроструктуру поверхностного слоя стали Гадфильда, образовавшегося в условиях сухого трения скольжения

3 Провести измерения нанотвердости деформированного поверхностного слоя, образовавшегося в результате трения скольжения, и установить закономерности распределения ее по глубине данного слоя

4 Установить физическую природу высокой износостойкости стали Гадфильда

Достоверность полученных экспериментальных результатов обеспечивается корректностью постановки решаемых задач, комплексным подходом к их решению с использованием современных, широко апробированных методов исследований, соответствием полученных закономерностей данным других авторов

Научная новизна:

1 Сформулированы основные закономерности образования деформированной структуры стали Гадфильда при трении скольжения с малыми нагрузками, которые обусловлены упругими возбуждениями с амплитудами, достаточными для осуществления сдвиговой деформации на большой глубине

2 Методами оптической и электронной микроскопии установлено, что области деформированного металла внутри зерна, разделенные дефектами мезо-скопического уровня (плоскостями сдвига и двойниками), характеризуются высокой плотностью дефектов микроскопического уровня (дислокациями и микродвойниками)

3 Впервые сформулированы представления о природе высокой износостойкости стали Гадфильда, основанные на положениях физической мезомеханики о характере изнашивания материалов и механизмах деформирования этой стали

4. Обнаружено восстановление геометрической формы деформированной в результате трения поверхности при наноиндентировании Научная и практическая значимость работы Научная значимость результатов определяется совокупностью новых данных о строении и фазовом составе поверхностного слоя стали Гадфильда, образованного в результате трения скольжения, среди которых наиболее важными являются 1 Представления о закономерностях формирования и разрушения поверхностного слоя при трении скольжения стали Гадфильда

2 Оценка роли дефектной субструктуры в механизме упрочнения поверхностного слоя стали Гадфильда при трении

3 Установление физической природы высокой износостойкости стали Гадфильда

Практическая значимость работы заключается в систематизации знаний о структурных и фазовых превращениях в стали Гадфильда при трении, которые позволяют обосновать ее применение в тех или иных узлах трения и рекомендовать возможные способы модификации структуры поверхностного слоя этой стали для повышения эксплуатационных свойств Практическая значимость работы подтверждается актом апробирования ее результатов в промышленности.

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, в получении данных оптических, электронно-микроскопических и других исследований, в обработке полученных результатов, формулировании выводов. На защиту выносятся следующие положения:

1 Возбуждение упругих волн в деталях сопряжения при трении вызывает пластическую деформацию в поверхностных слоях контактирующих материалов, которая невозможна в этих же материалах при приложении сопоставимых статических нагрузок

2 Микротвердость чувствительна к деформационной субструктуре, сформированной на микроскопическом уровне между мезополосами скольжения непосредственно у поверхности трения, тогда как деформационный рельеф на боковой поверхности отражает только мезоскопический уровень деформации, которая осуществляется на большей глубине

3 Высокая износостойкость стали Гадфильда обусловлена невозможностью фрагментирования поверхностного слоя из-за особенностей деформирования данной стали, заключающихся в отсутствии скольжения по нескольким плоскостям, что является необходимым условием фрагментации и, следовательно, образования частиц износа

Апробация работы:

Результаты диссертационной работы были представлены на Российских и международных конференциях XVI Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов», Самара, 2006г., Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации, качество», Новокузнецк, 2006 г, Международной конференции «Физическая мезомехаиика, компьютерное конструирование и разработка новых материалов», Томск, 2006г; IX Международной конференции «Градиентные структурно-фазовые состояния в сталях и сплавах», Новокузнецк, 2006 г; Второй Всероссийской конференции по наноматериалам «НАНО-2007», Новосибирск, 2007 г., XVII Петербургских чтениях по проблемам прочности, Санкт-Петербург, 2007 г.; Школе-конференции «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», Тамбов, 2007 г, XV Республиканской научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов по физике конденсированного состояния (ФКС- XV), Гродно, 2007 г , XIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых СТТ-2007, Томск, 2007 г, IV Международной конференции "Микромеханизмы пластичности,

разрушения и сопутствующих явлений» (MPFP-2007), Тамбов, 2007 г, VII Международной конференции «Действие электромагнитных полей та пластичность и прочность материалов», Воронеж, 2007 г., 13 Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-13), Ростов-на-Дону - Таганрог, 2007 г., Международной научно-технической конференции «Полимерные композиты и трибология», Гомель, 2007 г , Второй международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (DFMN 2007), Москва, 2007 г.

Основное содержание диссертации изложено в 16 печатных работах, опубликованных в России и за рубежом, из которых 4 - статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Диссертация состоит из четырех глав, введения и выводов, изложена на 105 страницах, включающих 42 рисунка и список цитируемой литературы из 100 наименований

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулированы цель исследований, основные положения, выносимые на защиту, дана оценка научной и практической значимости работы, приведены сведения об апробации результатов.

В первом разделе рассмотрены имеющиеся в литературе сведения о структуре и физико-механических свойствах стали Гадфильда (Г13). Приведены сведения об эволюции структуры данной стали при трении скольжения Обсуждаются особенности процессов трения и изнашивания металлов и сплавов. В заключение сформулированы задачи, которые решаются в диссертации

Во втором разделе дана характеристика методов исследования и экспериментального оборудования, использованных при выполнении работы.

Материалом для исследований служила сталь Гадфильда (1 1%С; 12.0%Mn; 1 0%Сг). При испытаниях на трение контртела изготавливали из стали 42ХМ4Ф, термически обработанной на твердость 56 HRC, и из закаленной стали У10 (62 HRC).

Триботехнические испытания образцов проводили на машине трения 2168 УМТ-1 в режиме сухого трения. Использовали схемы «вал-втулка» и «торцевое уплотнение» В обоих случаях образцы - втулки, изготовленные из стали Г13, имели одинаковые размеры: внутренний диаметр 31,1 мм, внешний - 39,0 мм, высоту - 10,0 мм. Диапазоны скоростей были выбраны от 0,02 до 0,3 м/с и давлений от 0,1 до 4 МПа Момент трения регистрировали с помощью автоматизированной системы измерения с выводом данных на персональный компьютер.

Металлографические исследования образцов проводили на оптических микроскопах Метам JIB-31 и AXIOVERT МАТ 200 в диапазоне увеличений от х50 до хЮОО при светлопольном изображении и косом освещении исследуемой поверхности Рентгеноструктурный анализ выполнялся на дифрактометре ДРОН-УМ1 Микротвердость исследуемых материалов определяли на микротвердомере ПМТ-3

Анализ звукового сигнала при трении проводили с использованием программы цифровой обработки звука Cool Edit Pro 1 2, запись звука и его пара-

метры регистрировали на персональном компьютере Для записи применяли микрофон Behringer ХМ8500, у которого неравномерность амплитудно-частотной характеристики составляет + 5 дБ в интервале частот от 100 до 1,5 104 Гц

Поверхность трения и морфологию частиц износа изучали с помощью растрового электронного микроскопа Philips SEM 515, химический состав частиц определяли методом микрорентгеноспектрального анализа с помощью приставки к растровому микроскопу EDAX.

В третьем разделе изучали динамические эффекты, проявляющиеся в генерации звука, и структуру поверхностного слоя стали Гадфильда (Г 13), формирующуюся в условиях сухого трения скольжения. Основное внимание было уделено процессу трения при низкой скорости скольжения и малой нагрузке, интересного тем, что в этих условиях номинальное давление значительно ниже предела текучести, а тепловой режим на поверхности, обусловленный мощностью трения, не приводит к заметному изменению прочностных свойств материала

Предварительные многочасовые испытания стали Г13 на трение показали, что при малых нагрузках практически отсутствует период приработки И коэффициент трения, и звуковой сигнал выходили на стационарный уровень в течение нескольких секунд Поэтому небольшие интервалы времени между циклами нагружения позволили провести испытания без изменения начальных условий, что неизбежно происходит при остановках машины трения

На рис 1 показаны характерные результаты, полученные при измерении коэффициента трения и силы звука Обращает на себя внимание периодичность в зависимости коэффициента трения от времени и в генерации звукового сигнала Однако периоды изменения этих характеристик не одинаковы

2Э|

12,& Ш

shjä-

Iii-

foiH

•а-

80.4 0,0

□ ,07 м/с, 0,2 МПа

шдММл

200

240 280 Время, с

320

360

Юс

Рис. 1 а - диаграмма трения и б — диаграмма звука при трении Давление в сопряжении - 0,2 МПа

При сопоставлении периода колебаний коэффициента трения при испытаниях с разными нагрузками выявляется незначительное уменьшение данного параметра при возрастании давления При давлении до 1 МПа период составля-

ет около 20 с, а при давлениях больших 1,5 МПа он уменьшается примерно на 10 % Так как один оборот втулки осуществляется за 1,5с, то периодическое изменение коэффициента трения нельзя связать с вращением образца В ряде публикаций отмечается, что изнашивание носит периодический характер — чередуются процессы накопления де-

2,8В-

^ 2,4-

¡2,0-Ш

I-

¡1.2-

|о,а--в-

3 0.4-ьг

0,0-

0 07 м/с 4 МПа формации и собственно износа Такой

характер деградации структуры поверхностного слоя, по-видимому, имеет место и в нашем случае, что проявляется в периодическом изменении коэффициента трения со временем Увеличение давления в сопряжении ускоряет процессы деформирования и отделения частиц износа, поэтому мы и

12Я] 1320 Вре|1]3б0 1400 1440 наблюдаем некоторое снижение пе-

Рис 2 Диаграмма трения при давле- Ри°Да колебаний коэффициента трении 4 МПа ния- Уменьшается и амплитуда колебаний Ктр с увеличением давления Связано это с постепенным вовлечением в износ все большей площади поверхности трения из-за возрастания площади контактирования Пятна касания возникают на поверхности стохастически, поэтому процесс отделения частиц износа также является случайным По мере увеличения давления число пятен касания возрастает, что постепенно ведет к равномерному во времени отделению частиц износа Тем самым коэффициент трения, который зависит от циклов деградации структуры, стабилизируется, стремясь к некоторой средней величине (рис 2)

Расчет средней величины коэффициента трения в зависимости от давления, выполненный на каждом отрезке времени, показал, что по мере увеличения давления в сопряжении коэффициент трения вначале растет, затем уменьшается (рис 3). Увеличение Ктр может быть обусловлено характером контактирования, когда взаимодействие в пятнах касания является преимущественно упругим. В этом случае по мере увеличения номинального давления, растет давление в упругих контактах, соответственно, увеличивается и коэффициент трения Снижение коэффициента трения связано с тем, что контактирование становится упругопластическим, изменяется характер взаимодействия сопряженных поверхностей, которому, как правило, соответствует уменьшение коэффициента трения с ростом номинального давления

Изучение интенсивности звука, издаваемого узлом трения испытательной машины, с помощью программы цифровой обработки звука показало, что она коррелирует с изменениями коэффициента трения (рис 4) Сила звука вначале возрастает, затем уменьшается с ростом давления в сопряжении Полученные результаты подтверждают имеющиеся в литературе данные о взаимосвязи силы звука при трении с коэффициентом трения

Рис.3. Зависимость коэффициента трения от давления в контакте

Давление, МРа

Рис. 4. Зависимость силы звука от давления а контакте

Анализ вида звукового сигнала, его длительности и частотного спектра показал, что эти параметры различны в разные моменты времени. Различия имеют место не только при увеличении давления в контакте, но и при одном давлении. Так как резонатором является узел трения, то возбуждаемые частоты должны соответствовать собственным частотам данного узла и оставаться одинаковыми во время испытаний. Наблюдаемые различия в спектре свидетельствуют об изменении параметров трения, что может быть связано, прежде всего, с изнашиванием контактирующих материалов и изменением площади перекрытия сопряженных поверхностей.

О характере деформирования стали Гадфильда при трении судили по деформационному рельефу (рис. 5) на торцевой поверхности втулок после испытаний по схеме «вал-втулка». Предварительно торцевые поверхности втулки были тщательно отполированы. Небольшие давления от 1 до 4 МПа, при которых проводили

испытания, не могли бы рис_ 5, а - схема испытаний «вал-втулка»; (б) -вызвать подобной дефор- деформированная мезоструктура на торцевой по-мации в условиях статики, верхности втулки, образованная в результате тре-Но при трении полосы ,(ИЯ скольжения, характерные

для деформированной стали Г13, наблюдаются на большой глубине, достигающей 2-3 мм.

Объясннть образование деформационного рельефа на такой большой глубине можно с позиции возбуждения упругих волн, о чем свидетельствует гене-

рация звука при трении Механизм их возбуждения связан со схватыванием в пятнах касания и нарушением устойчивости процесса трения При невысоких средних напряжениях на поверхности трения в пятнах касания, тем не менее, развиваются давления, сравнимые или превышающие напряжение текучести исследуемой стали. Эти давления при сухом трении обеспечивают высокие тангенциальные напряжения, которые вызывают пластический сдвиг или срез материала в локальной области контакта Результатом является то, что касательные напряжения уменьшаются скачком, и в глубь среды распространяются волны напряжений с амплитудой, близкой по величине к напряжению текучести материала узла трения Периодически повторяющиеся упругие возбуждения способны привести к пластическим сдвигам в отдельных зернах стали Гад-фильда даже при относительно низком среднем давлении и малой скорости скольжения.

В этом же разделе приведены результаты измерения микротвердости деформированного поверхностного слоя. Обнаружено несоответствие распределения микротвердости по глубине и толщины деформированного слоя, определенного по деформационному рельефу на боковой поверхности образцов

В четвертом разделе дан послойный анализ структуры поверхностного слоя стали Гадфильда после испытаний на трение Отмеченное несоответствие толщины деформированного слоя и распределения микротвердости указывает на то, что механизм упрочнения стали Гадфильда связан не только с мезоско-пическим скольжением и двойникованием в зернах, но и с формированием структуры стали на микроуровне Исследования показали, что под поверхностью трения формируется градиентная структура На поверхности образуется тонкий слой толщиной 3-5 мкм, имеющий фрагментированную структуру и состоящий из аустенита и оксидов МпРе204 и (МпРе)203. Электронно-микроскопические исследования и рентгеноструктурный анализ показали, что размер фрагментов находится в пределах от 4 до 12 нм. Этот окисленный слой примыкает к основному металлу с ГЦК кристаллической решеткой, структура которого также имеет нанокристаллическое строение.

Анализ структуры слоя, прилегающего к окисленному, выявил морфологически весьма разнообразную структуру на основе аустенита, формирующуюся в результате деформации (рис 6) Выделим следующие субструктуры, расположенные по мере снижения степени деформационного преобразования стали

Во-первых, это области, имеющие нанокристаллическое строение, размеры кристаллитов которых изменяются в пределах десятка нанометров (рис 6,а,б).

Во-вторых, пластинчатые образования, группирующиеся в виде пакетов размерами 75-100 нм и являющиеся, согласно результатам микродифракционного анализа, микродвойниками (рис 6,в, г)

В-третьих, области, характеризующиеся наличием двойников нанораз-мерного диапазона (рис. 6,д, е)

В-четвертых, области, сформировавшиеся в результате деления аустенит-ного зерна пачками микродвойников на фрагменты, внутри которых присутст-

вует сетчатая дислокационная субсгруктура, скалярная плотность дислокаций которой превышает 10й см"5 (рис. 6,ж, з).

Очевидно, что разнообразие структур в поверхностном слое стали связано с особенностями деформации материала в условиях сухого трения. В результате скольжения контртела по поверхности образца формируется дорожка трения, на которой присутствуют следы схватывания и глубинного вырывания металла; но микротрещины не образуются. Такой рельеф поверхности трения свидетельствует о том, что структура фольги, изготовленной из приповерхностного слоя образца, содержит структурные элементы, формирующиеся в разных условиях взаимодействия трущихся поверхностей. Последнее обстоятельство и приводит к выявленному в настоящей работе разнообразию структур приповерхностного слоя стали.

Рис, 6. Электронно-микроскопическое изображение дефектной субструктуры стали Гадфильда. формирующейся в поверхностном слое в условиях сухого трения (Р= 4 МПа); а, в, д, ж - светлые поля; б, г, е, з - микроэлектронограммы; на (д) стрелками указаны короткие микродвойники

X, мкм X мим

Рис 7 Зависимость от расстояния до поверхности трения X скалярной плотности дислокаций р (а), величины кривизны-кручения кристаллической решетки %(б, кривые 1, 3) и линейной плотности изгибных экстинкционных контуров рк (б, кривые 2,4)

Послойный анализ деформированного поверхностного слоя показал, что по мере приближения к поверхности изменяется дефектная субструктура - дислокационный хаос сменяется плотными дислокационными сетками. Быстро нарастает скалярная плотность дислокаций (рис 7,а) Формируются дальнодейст-вующие поля напряжений, что выражается в появлении на электронно-микроскопических изображениях структуры стали изгибных экстинкционных контуров. По мере приближения к поверхности трения увеличивается плотность изгибных экстинкционных контуров (рис 7,6, кривые 2, 4). Последнее свидетельствует об увеличении в структуре стали количества концентраторов напряжений.

При обсуждении данных о распределении микротвердости по глубине не оговаривали, что измерения были выполнены спустя несколько дней после испытаний на трение Причина заключалась в том, что при измерении микротвердости (Нц°) сразу же после триботехнических испытаний на поверхности, где имелся рельеф (рис. 5, б), алмазный индентор не оставлял отпечатка на расстоянии до 75 мкм от зоны трения. Увеличение нагрузки на индентор до 2,0 Н позволило оставить отпечаток в 50 мкм от зоны трения Твердость, рассчитанная по диагонали этого отпечатка, оказалась равной ~ 34 ГПа. Ближе к поверхности трения алмазный индентор не оставлял отпечатка даже при этой нагрузке По прошествии нескольких дней обнаруженный эффект пропадал.

Чтобы изучить кинетику внедрения алмазной пирамиды, были выполнены измерения нанотвердости поверхностного слоя стали Г13 после испытаний на трение Нанотвердость измеряли в той же области торцевой поверхности втулки, в которой определяли микротвердость Было установлено, что алмазный индентор и в этом случае не оставлял отпечатка на торцевой поверхности втулки, имеющей рельеф после трения, на расстоянии до 75 мкм от поверхности трения На указанном участке поверхности нанотвердость принимала значения от 1900 до 25000 МРа, не подчиняясь никаким закономерностям Кроме того, после разгружения в месте индентирования отсутствовал отпечаток от алмаз-

ной пирамиды, также как и при измерении микротвердости Кривые напряжений «нагрузка-разгрузка», полученные при измерении нанотвердости, имели самый различный вид (рис 8) По-видимому, вид данных кривых зависит от ориентации зерен, плоскостей сдвига и двойников по отношению к оси нагру-жения.

Снижение максимальной нагрузки при индентировании до 100 мН и уменьшение времени разгрузки в два раза показало рекордный результат величины твердости - 43 ГПа В этом случае кривая изменения напряжения при раз-гружении лишь незначительно отличалась от кривой нагружения Следует отметить, что по прошествии нескольких дней данный эффект исчезает, и после индентирования на поверхности остаются отпечатки Величина нанотвердости при этом становится сравнимой с микротвердостью, измеренной в то же время

Проблемы, которые возникли при измерении микро- и нанотвердости, указывают на то, что деформированная сталь Г13 сразу же после испытаний на трение и, возможно, в процессе испытаний находится в неравновесном состоянии, природа которого может быть раскрыта при анализе особенностей деформирования данной стали

При более тщательном изучении рельефа на торцевой поверхности втулки после испытаний на трение обратили внимание на то, что сдвиги внутри зерна, о которых можно судить по следам скольжения, в большинстве своем принадлежат одной системе скольжения (рис 9) Эту особенность деформирования стали Гадфильда отметил профессор Штремель М А с сотрудниками Они сделали вывод, что скольжение одной системы подавляет скольжение всех остальных систем Причем действие в каждом зерне единственной системы скольжения сильно затрудняет аккомодацию сдвигов в смежных зернах, что приводит к интенсивному упрочнению стали Гадфильда Частичная аккомодация все же происходит за счет разворота зерен, о чем свидетельствует образование рельефа на торцевой поверхности втулки

Такое поведение стали Гадфильда при деформировании объясняет ее высокую износостойкость Как было показано в работах академика В Е Панина с сотрудниками, механизм формирования и отрыва дискретной частицы износа по своей суш связан с вихревым характером пластического течения ультрадисперсного фрагментированного поверхностного слоя Разрушению данного слоя предшествует образование микротрещин по границам вихрей, а также на границе раздела ультрадисперсного слоя и основного материала с последующим отделением фрагментов слоя Чем быстрее образуется слой с фрагментирован-ной структурой, и чем он толще, тем выше скорость изнашивания. В свою очередь, фрагментация материала происходит в результате множественного скольжения внутри каждого зерна исходного материала, которое вызывают высокие напряжения, локализованные в пятнах касания

Поскольку в стали Гадфильда при деформировании отсутствует множественное скольжение, в ней невозможна фрагментация материала под действием контактных воздействий и, следовательно, образование частиц износа То, что фрагментированная структура все же образуется на поверхности, обязано окислению металла Окислы, разрушаясь под действием внешней нагрузки, переме-

1т1еп(а|10п «цк

Махкж) ШОО тЫ 1ла<*пдга»е .300СЮ лЛЛтп КпкжКпд г ¡Не 300,00 гоИ/тт ОаМ» 11Л&ЯЖ Т оте 12-оа45РМ Шин< апЫа

ЗепЫпитЬ» УВ-08 А 280801 М»ела1 Ойтогк!

тИ

мЖ*Г

(Ито&РНаг

Ммювк Ну» 2450.38 УмАег* Н= 25961.25 МРа Е- 241.54 6Ра

Ротоп= О.ЗО

200 0 400 0 600 0 8000

1гк1еп(д1юп »¡тр(а

нмыа зоаоо ш

|_оайпдг«е ЗОШ тН/тп иЫоаЛ^г^е 150.00 тМЛяп Оа!е 11Л6/06

Типе 1226:30 РМ__

Шп* ¡тЫ»

5е«а) питЬе! У8-0Б тЬ 280801 М<Хега1 ритогИ

Ме(Но<)

СКуег & РЬаи

ИшкеяНЬ Н»= 182 90 УЗДек Н» 1337.77 МРа Е- 58.32 6Ра

Нию№сю

РОЙ«сят= 0.30

00 6000 1200 0 1800.0 24000 б

Рис. 8. Кривые «нагрузка - разгрузка» при наноиндентировании поверхности, на которой не проявлялись отпечатки от индентора а - скорости нагружения и разгружения равны; б - скорость разгружения в два раза меньше скорости нагружения

шиваются с металлом, образуя нанокристалличе-ский слой, разрушение которого обусловливает износ. Толщина нанокри-сталлического поверхностного слоя у стали Гад-фильда в процессе трения не превышает 3-5 мкм, У других материалов фраг-ментированный слой оказывается значительно толще из-за возможности деформирования зерен путем множественного скольжения в сочетании с окислением. Это и объясняет более высокую износостойкость стали Гад-фнльда по сравнению с другими материалами.

Таким образом, полученные в данной работе результаты подтверждают концепцию, с формулирован ну [о академиком В.Е. Паниным, о ведущей роли фрагментации материала в процессах изнашивания при трении скольжения.

ВЫВОДЫ

1. Установлены закономерности структурных изменений поверхностного слоя стали Гадфильда в условиях трения без смазки при низкой скорости скольжения и нагрузке, значительно меньшей предела текучести. Показано, что пластическая деформация поверхностного слоя обусловлена упругими возбуждениями, которые возникают в результате адгезионного взаимодействия сопряженных поверхностей при трении.

2. Показано, что на поверхности трения образуется тонкий фрагмент и рован-ный слой толщиной 3-5 мкм, с размером кристаллитов 4-12 нм, и состоящий из оксидов МпРег04, (МпРеЬОз и у-железа. Окисленная поверхность разрушается под действием внешней нагрузки, в результате чего фрагменты оксидов перемешиваются с металлом, образуя нанокристаллический слой.

3. Методами оптической, Сканирующей и дифракционной электронной микроскопии изучена дефектная субструктура поверхностного слоя после испытаний на трение. Показано, что структура этого слоя представляет собой иерархическую систему разномасштабных дефектов: мезоскопического типа - плоскостей сдвига и двойников, и микроскопического - дислокаций

Рис. 9. Рельеф, образованный скольжением внутри зерен на предварительно полированной торцевой поверхности втулки, после испытаний на трение

и микродвойников, которые заполняют пространство между мезодефекта-ми Снижение плотности микродефектов по мере удаления от поверхности трения обусловливает формирование градиентной структуры слоя

4 При определении нанотвердости деформированной поверхности образца, перпендикулярной поверхности трения, обнаружен эффект восстановления геометрической формы поверхности после индентирования Установлено, что этот эффект пропадает по прошествии нескольких дней. На основании всей совокупности данных, полученных в работе и имеющихся в научной литературе, сделан вывод, что обнаруженный эффект есть проявление нелинейной упругости деформированной стали Гадфильда, причина которой заключается в перераспределении углерода на дислокационной субструктуре при нагружении.

5 На основании анализа характера деформирования стали Гадфильда при трении получено еще одно подтверждение концепции, сформулированной академиком В Е Паниным, о ведущей роли фрагментации материала в процессах изнашивания при трении скольжения В соответствии с этой концепцией, низкая скорость изнашивания стали Гадфильда обусловлена малой толщиной фрагментированного поверхностного слоя

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1 Эволюция модифицированной структуры стали Гадфильда при трении и износе / Е А Алешина [и др.] // Градиентные структурно-фазовые состояния в сталях и сплавах Сборник тезисов IX Международной конференции - Новокузнецк, 2006 - С. 14-15

2 Закономерности формирования структуры поверхностного слоя стали Гадфильда при трении / ЮФ Иванов [и др] // Физическая мезомеханика. -Томск, 2006 - Т 9, №6 - С 83-90

3 Особенности трения и изнашивания стали Гадфильда с модифицированной структурой / О В Сизова [и др ] // Физика прочности и пластичности материалов Труды XVI Международной конференции Том 2 - Самара: Сам-ГТУ, 2006. -С 98-104

4 Алешина Е А. Формирование наноструктурного поверхностного слоя стали Гадфильда при трении / Е А. Алешина, В Е Громов, А В Колубаев // Наука и молодежь проблемы, поиски, решения Труды региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых В 4 ч. Ч 3 -Новокузнецк- СибГИУ, 2006. - С 190-192.

5 Природа формирования структуры и фазового состава поверхности стали Гадфильда при трении / Е.А Алешина [и др ] // Металлургия новые технологии, управление, инновации и качество Труды Всероссийской научно-практической конференции. - Новокузнецк СибГИУ, 2006. - С 135139

6 Формирование наноструктур в поверхностных слоях стали Гадфильда при трении / Е А Алешина [и др.] // НАНО-2007 Сборник тезисов II Всероссийской конференции по наноматериалам. - Новосибирск, 2007 - С 347

7 Алешина Е А Градиентный характер изменения дислокационной субструктуры при сухом трении стали Гадфильда / Е А Алешина, Ю Ф Иванов // Известия вузов Черная металлургия - 2007 - №6 - С 69-70

8 Ультразвуковое модифицирование структурно-фазовых состояний стали Гадфильда при трении / Е А Алешина [и др ] // Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов Матер VII Международной конференции - Воронеж Воронеж гос техн ун-т, 2007 - 4 1 -С 133-136.

9 Особенности изнашивания стали Гадфильда с модифицированной структурой / Е.А. Алешина [и др ] // Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-IX) Тезисы докладов -Обнинск ИАТЭ, 2007 - С 3-4

10 Особенности формирования наноструктур в поверхностных слоях стали Гадфильда при сухом трении / Е А Алешина [и др ] // Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений (MPFP-2007) Матер IV Международной школы-конференции - Тамбов, 2007 - С 157-159

11 Формирование градиентных структурно-фазовых состояний в поверхностных слоях стали Гадфильда при трении / Е А Алешина [и др ] // XVII Петербургские чтения по проблемам прочности Сборник материалов -Санкт-Петербург, 2007. - ЧII - С 31

12 Алешина Е А Влияние ультразвукового модифицирования поверхностного слоя на характер изнашивания стали Гадфильда при трении / Е А. Алешина, О В Сизова, С В. Коновалов // 13-я Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-13) Материалы конференции -Ростов-на Дону-Таганрог, 2007 - С 230-231.

13 Алешина Е А Особенности формирования структуры и фазового состава поверхности стали Гадфильда при трении / Е А Алешина [и др.] Н Заготовительные производства в машиностроении. - 2007 -№6 -С.41-43

14 Колубаев А В Об особенностях наноиндентирования поверхностного слоя стали Гадфильда после испытаний на трение / А.В Колубаев [и др.] // Деформация и разрушение материалов. - 2007. - №10 - С.22-27.

15. Сизова OB Некоторые особенности формирования поверхностного слоя стали Гадфильда при трении / О В Сизова, А В Колубаев, Е А Алешина // ПОЛИКОМТРИБ-2007' Тезисы докладов международной научно-технической конференции - Гомель- ИММС НАНБ, 2007 - С 78.

16. Алешина Е А Генерация звука при трении стали Гадфильда // Физика конденсированного состояния тезисы докладов ХУРеспубликанской научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов В 2 ч. 4.2. - Гродно-ГрГУ,2007 -С 115-118

Изд.лиц № 01439 от 05 04.2000 Подписано в печать 03.09 2007 Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага писчая Печать офсетная Уел печ л. 1,05. Уч.изд л 1,17. Тираж 110 экз. Заказ 115 Сибирский государственный индустриальный университет 654007, г Новокузнецк, ул Кирова, 42 Издательский центр СибГИУ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРЫ СТАЛИ ГАДФИЛЬДА ПРИ ОБЪЕМНОМ ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ И ТРЕНИИ (Литературный обзор)

1.1. Физико-механические и эксплуатационные свойства высокомарганцевых сталей

1.1.1. Особенности структурообразования в высокомарганцовистых сталях

1.1.2. О природе упрочнения стали Гадфильда при динамическом воздействии и трении

1.2. Высокоэнергетические воздействия на поверхность железомарганцевых сплавов

1.3. Основные представления о трении и изнашивании

1.3.1. О некоторых особенностях трения скольжения сопряженных поверхностей твердых тел

1.3.2. Общие сведения об изнашивании при трении скольжения

1.4. Постановка задачи

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Триботехнические испытания

2.2. Структурные исследования

2.2.1. Оптическая металлография

2.2.2. Растровая электронная микроскопия

2.2.3. Просвечивающая электронная микроскопия

2.2.4. Рентгеноструктурный анализ

2.3. Измерение нано- и микротвердости

2.4. Регистрация звука при трении

3. ВЛИЯНИЕ УПРУГИХ ВОЗБУЖДЕНИЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СТАЛИ ГАДФИЛЬДА ПРИ ТРЕНИИ

3.1. Измерение коэффициента трения и изучение звукоизлучения при сухом трении скольжения стали Гадфильда

3.2. Структура и фазовый состав поверхностного слоя стали Г13 61 3.3.0 роли динамических возбуждений в формировании структуры стали Гадфильда при трении

В оценке износостойкости сталей при ограниченности методических средств, которые зачастую не позволяют определить необходимые характеристики из-за многофакторности процесса трения, сложно учесть одновременное влияние температуры и деформации на изменение структуры поверхностного слоя. В связи с этим анализ причин, вызывающих тот или иной вид износа, сопряжен с трудностями, связанными с недостатком прямых экспериментальных данных по специфике протекания фазовых превращений в ограниченном объеме деформированного поверхностного слоя. Прежде всего, это обусловлено тем, что большинство сталей, предназначенных для работы в трибосистемах, имеют многофазную структуру, состоящую из составляющих фаз неодинакового строения и свойств - твердый и упругий мартенсит, вязкий аустенит и хрупкая карбидная фаза сложного химического состава и различной дисперсности. Вся эта сложная система под воздействием высоких температур и давлений претерпевает совокупность превращений, которые весьма затрудняют понимание физической природы изнашивания. В связи с вышесказанным представляет интерес изучение процесса изнашивания на однофазных сталях, среди которых особое предпочтение отдается сталям с аустенитной структурой.

Динамические воздействия на контактирующие в процессе трения поверхности вызывают упругую и неупругую деформацию, локализованную в зоне контакта. Кроме того, они приводят к возникновению колебаний в три-босистеме и к генерации поверхностных волн, изучаемых в механике. Но специфика этой науки такова, что она не изучает взаимосвязь колебательных процессов с эволюцией структуры поверхностных слоев при трении. До сих пор структурные исследования триботехнических материалов проводились в рамках материаловедения, однако и они ограничивались изучением структуры уже деградированного слоя или продуктов износа. К исследованию процесса износа в динамике и детальному изучению механизма эволюции структуры, отвечающей за те или иные закономерности трения и изнашивания, все чаще обращается физическая мезомеханика. Среди аустенитных сталей чаще всего для модельных исследований выбирают известную высокомарганцевую сталь Гадфильда, как по причине ее высокой структурной стабильности, так и в связи с до сих пор непонятной природой ее чрезвычайно интенсивного упрочнения при внешних воздействиях. Но экспериментальных исследований, которые могли бы достоверно продемонстрировать особенность динамического характера трения и его роль в процессах деформирования поверхностных слоев при трении даже на этой сравнительно простой стали, явно недостаточно.

Целью данной работы является анализ динамики процесса трения и изнашивания, изучение особенностей формирования структуры поверхностного слоя при трении стали Гадфильда, выявление природы ее интенсивного упрочнения в процессе трения, обеспечивающего высокую износостойкость.

Работа выполнена в рамках госбюджетных НИР, включенных в проект СО РАН № 91-2006 «Электронно-ионно-плазменные методы и синтез нанок-ристаллических и нанофазных слоев».

Научная новизна:

1. Сформулированы основные закономерности образования деформированной структуры стали Гадфильда при трении скольжения с малыми нагрузками, которые обусловлены упругими возбуждениями с амплитудами, достаточными для осуществления сдвиговой деформации на большой глубине.

2. Методами оптической и электронной микроскопии установлено, что области деформированного металла внутри зерна, разделенные дефектами мезоскопического уровня (плоскостями сдвига и двойниками), характеризуются высокой плотностью дефектов микроскопического уровня (дислокациями и микродвойниками).

3. Впервые сформулированы представления о природе высокой износостойкости стали Гадфильда, основанные на положениях физической ме-зомеханики о характере изнашивания материалов и механизмах деформирования этой стали.

4. Обнаружено восстановление геометрической формы деформированной в результате трения поверхности при наноиндентировании.

Достоверность полученных экспериментальных результатов обеспечивается корректностью постановки решаемых задач, комплексным подходом к их решению с использованием современных, широко апробированных методов исследований, соответствием полученных закономерностей данным других авторов.

Научная и практическая значимость работы

Научная значимость результатов определяется совокупностью новых данных о строении и фазовом составе поверхностного слоя стали Гадфильда, образованного в результате трения скольжения, среди которых наиболее важными являются:

1. Представления о закономерностях формирования и разрушения поверхностного слоя при трении скольжения стали Гадфильда.

2. Оценка роли дефектной субструктуры в механизме упрочнения поверхностного слоя стали Гадфильда при трении.

3. Установление физической природы высокой износостойкости стали Гадфильда.

Практическая значимость работы заключается в систематизации знаний о структурных и фазовых превращениях в стали Гадфильда при трении, которые позволяют обосновать ее применение в тех или иных узлах трения и рекомендовать возможные способы модификации структуры поверхностного слоя этой стали для повышения эксплуатационных свойств. Практическая значимость работы подтверждается актом апробирования ее результатов в промышленности.

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, в получении данных оптических, электронно-микроскопических и других исследований, в обработке полученных результатов, формулировании выводов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Возбуждение упругих волн в деталях сопряжения при трении вызывает пластическую деформацию в поверхностных слоях контактирующих материалов, которая невозможна в этих же материалах при приложении сопоставимых статических нагрузок.

2. Микротвердость чувствительна к деформационной субструктуре, сформированной на микроскопическом уровне между мезополо-сами скольжения непосредственно у поверхности трения, тогда как деформационный рельеф на боковой поверхности отражает только мезоскопический уровень деформации, которая осуществляется на большей глубине.

3. Высокая износостойкость стали Гадфильда обусловлена невозможностью фрагментирования поверхностного слоя из-за особенностей деформирования данной стали, заключающихся в отсутствии скольжения по нескольким плоскостям, что является необходимым условием фрагментации и, следовательно, образования частиц износа.

Апробация работы:

Результаты диссертационной работы были представлены на Российских и международных конференциях: XVI Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов», Самара, 2006г.; Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации, качество», Новокузнецк, 2006 г.; Международной конференции «Физическая мезомеханика, компьютерное конструирование и разработка новых материалов», Томск, 2006г.; IX Международной конференции «Градиентные структурно-фазовые состояния в сталях и сплавах», Новокузнецк, 2006 г.; Второй Всероссийской конференции по наноматериалам «НА-Ю-2007», Новосибирск, 2007 г., XVII Петербургских чтениях по проблемам прочности, Санкт-Петербург, 2007 г.; Школе-конференции «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», Тамбов, 2007г.; XV Республиканской научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов по физике конденсированного состояния (ФКС- XV), Гродно, 2007 г.; XIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых СТТ-2007, Томск, 2007 г.; IV Международной конференции "Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений» (МРРР-2007), Тамбов, 2007 г.; VII Международной конференции «Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов», Воронеж, 2007 г.; 13 Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-13), Ростов-на-Дону - Таганрог, 2007 г.; Международной научно-технической конференции «Полимерные композиты и трибология», Гомель, 2007 г.; Второй международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (ОРМЫ 2007), Москва, 2007 г.

Основное содержание диссертации изложено в 16 печатных работах, опубликованных в России и за рубежом, из которых 4 - статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе проведены исследования упругих возбуждений, сопровождающихся генерацией звука при трении, которые выявили взаимосвязь динамики трения с формированием градиентной структуры стали Гадфильда. Были установлены факторы, влияющие на колебания коэффициента трения при испытаниях образцов данной стали при малых нагрузке и скорости скольжения. Были получены новые экспериментальные данные о природе и механизмах эволюции структуры поверхностного слоя, обусловленные особенностями деформирования стали Гадфильда. Выполненные исследования расширяют представления о закономерностях и механизмах изнашивания металлов и позволяют выработать рекомендации для снижения износа сопряжений.

Можно отметить наиболее интересные результаты, которые выделяют сталь Гадфильда из множества других износостойких материалов:

1. Образование под поверхностью трения очень тонкого (в сравнении с другими материалами) слоя с нанодисперсной структурой, состоящего из у-фазы и оксидов.

2. Формирование мезоскопической деформированной структуры, которая в пределах одного зерна образована путем скольжения и двойникования по одной системе плоскостей.

3. Способность деформированной в результате трения скольжения стали Гадфильда восстанавливать форму поверхности после индентирования алмазной пирамидкой.

На основании изложенного в работе материала можно сделать следующие выводы.

1. Установлены закономерности структурных изменений поверхностного слоя стали Гадфильда в условиях трения без смазки при низкой скорости скольжения и нагрузке, значительно меньшей предела текучести. Показано, что пластическая деформация поверхностного слоя обусловлена упругими возбуждениями, которые возникают в результате адгезионного взаимодействия сопряженных поверхностей при трении. Показано, что на поверхности трения образуется тонкий фрагментированный слой, толщиной 3-5 мкм, с размером кристаллитов 4-12 нм, и состоящий из оксидов МпРе204, (МпИе^Оз и у-железа. Окисленная поверхность разрушается под действием внешней нагрузки, в результате чего фрагменты оксидов перемешиваются с металлом, образуя нанокристаллический слой.

Методами оптической, сканирующей и дифракционной электронной микроскопии изучена дефектная субструктура поверхностного слоя после испытаний на трение. Показано, что структура этого слоя представляет собой иерархическую систему разномасштабных дефектов: мезоскопического типа - плоскостей сдвига и двойников, и микроскопического - дислокаций и микродвойников, которые заполняют пространство между мезодефектами. Снижение плотности микродефектов по мере удаления от поверхности трения обусловливает формирование градиентной структуры слоя.

При определении нанотвердости деформированной поверхности образца, перпендикулярной поверхности трения, обнаружен эффект восстановления геометрической формы поверхности после индентирования. Установлено, что этот эффект пропадает по прошествии нескольких дней. На основании всей совокупности данных, полученных в работе и имеющихся в научной литературе, сделан вывод, что обнаруженный эффект есть проявление нелинейной упругости деформированной стали Гадфильда, причина которой заключается в перераспределении углерода на дислокационной субструктуре при нагружении.

На основании анализа характера деформирования стали Гадфильда при трении получено еще одно подтверждение концепции, сформулированной академиком В.Е. Паниным, о ведущей роли фрагментации материала в процессах изнашивания при трении скольжения. В соответствии с этой концепцией, низкая скорость изнашивания стали Гадфильда обусловлена малой толщиной фрагментированного поверхностного слоя.

1. Марганцовистая сталь (пер. с англ.) / Под ред. М.Е. Блантера. М.: Металлургиздат, 1959. - 94 с.

2. Винницкий А.Г. Влияние структуры сплавов на устойчивость при испытании: автореферат дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук / Винницкий А.Г.-М.: МАТИ, 1957.-31с.

3. Новомейский Ю.Д. Свойства и применение высокомарганцевой аустенитной стали / Ю.Д. Новомейский, В.И. Лившиц. Томск: Изд. Томского университета, 1964. - 58 с.

4. Radhavan K.S. Nature of workhardening behavior in Hadfield manganese steel / K.S. Radhavan, A.S. Sastri, M. J. Marcinkowski. // Trans, of the Met. Society of AIME 1969. - V.245. - P. 1629-1639.

5. Фавстов Ю.К. Металловедение высокодемпфирующих сплавов / Ю.К. Фавстов, А.Г. Шульга, А.Г. Рахштадт. М.: Металлургия, 1980. - 271с.

6. Сильман Г.И. Диаграмма состояния сплавов системы Fe-C-Mn и некоторые структурные эффекты в этой системе. / Сильман Г.И. -МиТОМ. 2005. - №2. - С. 11-15.

7. Банных O.A. Диаграммы состояния двойных многокомпонентных сплавов на основе железа: Справочное издание / O.A. Банных, П.Б. Будберг, С.П. Алисова; под ред. O.A. Банных и М.Е. Дрица. М.: Металлургия, 1986. - 440с.

8. Кубашевски О. Диаграммы состояния двойных сплавов на основе железа. Справочник. Пер. с англ. / О. Кубашевски. М.: Металлургия, 1985.- 184с.

9. Жуков A.A. Применение новых расчетных методов для уточнения диаграммы состояния Fe-C-Mn в области эвтектики / A.A. Жуков, Е.П. Шилина, Т.Ф. Архипова. // Изв. Ан СССР. Металлы. 1988. - №2. -С .200-203.

10. Сильман Г.И. Термодинамический анализ системы Fe-C-Mn / Г.И. Сильман, В.А. Тейх, Г.С. Сосновская. // Термодинамика, физическая кинетика структурообразования и свойства чугуна и стали. М.: Металлургия, 1971. - вып.4. - С.70-76.

11. Сильман Г.И. Диаграмма состояния системы Fe-C-Mn и некоторые структурные эффекты в этой системе. Часть 3. Политермические разрезы и проекции диаграммы // МиТОМ. 2005. - №9. - С. 3-9.

12. Сильман Г.И. Сплавы системы Fe-C-Mn. Особенности структурообразования в марганцевых и высокомарганцевых сталях // МиТОМ. 2006. - №1. - С. 3-7.

13. Богачев И.Н. Структура и свойства железомарганцевых сталей / И.Н. Богачев, В.Ф. Еголаев. М.: Металлургия, 1973. - 296 с.

14. Кренин И.Р. Повышение качества отливок из стали Г13Л / И.Р. Кренин. М.: Машгиз, 1963. - 204 с.

15. Сочавский А.Ф. Производство крупных машин / А.Ф. Сочавский М.: Машиностроение, 1965. с.25-30.

16. Давыдов Н.Г. Тарасенко Н.Г., Бичеев A.M. Влияние углерода, меди и титана на ударную вязкость стали Г13Л / Н.Г. Давыдов, Н.Г. Тарасенко, A.M. Бичеев // МиТОМ. 1968. - №2. - с.70-71.

17. Давыдов Н.Г. Высокомарганцевая сталь / Н.Г. Давыдов. М.: Металлургия, 1979- 175 с.

18. Шерстюк A.A. Эксплуатационная надежность высокомарганцевой стали / A.A. Шерстюк, В.В. Лунев // МиТОМ. 1972. - №10. - С.68-69.

19. Мармонтов Е.А. Влияние фосфора и легирующих элементов на механические свойства марганцевых сталей / Е.А. Мармонтов, С.С. Черняк, Е.С. Носырева // МиТОМ. 1968. - №12. - С.57-61.

20. Ткаченко И.Ф. Влияние легирующих элементов на механические свойства высокомарганцевых сталей / И.Ф. Ткаченко, A.A. Баранов // Металлы. 1983.-№3.-С.129-135.

21. Парасюк П.Ф. Влияние модифицирования на свойства деформированной марганцевой стали Г13Л/ П.Ф. Парасюк, М.И. Курбатов // Колыма. -1976. №5. - С.21-22.

22. Макаров A.B. Влияние дополнительного легирования ванадием и молибденом на структуру и износостойкость мартенситных сталей / A.B. Макаров, С.П.Насонов, Л.Г.Коршунов // ФММ. 1997,-№2.- С.128-136.

23. Xu Yuhna. Wear behavior and nanostruktur of surface layers of Hadfield steelunder impact loading / Xu Yuhna, Chen Yumei, Zhe Yihma // Progr. Nat. Sei.-2001.-B.11.-S.447-453.

24. Adler P.H. Strain hardening of Hadfield manganese steel / P.H. Adler, G.B. Olson, W.S. Owen // Met. Trans. 1986. - B.17. -N2. - P.1725-1737.

25. Черняк С.С. Повышение эксплуатационной стойкости свойств конструкций и деталей горных машин для работы в условиях Севера / С.С. Черняк, В. Л. Бройдо. Иркутск, изд-во Иркутского госуниверситета, 2001. - 350 с.

26. Вороненко В.И. Износостойкие аустенитные высокомарганцевые стали // Литейное производство. 1998. -№1. - С.19-22.

27. Штремель М.А. О механизме упрочнения стали Гадфильда / М.А. Штремель, И.А. Коваленко//ФММ. 1987.-Т.63.-№1.-С. 172-181.

28. Богачев И.Н. Исследование механизма упрочнения и структурных преобразований в стали 110Г13Л при трении / И.Н. Богачев, Л.Г. Коршунов, М.С. Хадыев // ФММ. 1977. - Т.43. - №2. - С.380-387.

29. Эфрос Б.М. Фазовый состав, структура и свойства гетерофазных материалов при деформации в условиях сверхвысоких давлений // Физика и техника высоких давлений. 1995. - В.1. - №1. - С.26-36.

30. Dastur J.N. Mechanism of work hardening in Hadfield manganese steel / J.N. Dastur, W.C. Leslie // Met. Trans. 1981. - B.12. - N5. - P.749-759.

31. Каракишев С.Д. Распределение атомов углерода в решетке стали Гадфильда / С.Д. Каракишев, М.Е. Попцов, О.М. Рябухина // В кн. Термообработка и свойства металлов. Свердловск: Изд. «Технический университет», 1983.-С.35-40.

32. Каракишев С.Д. Ближний порядок и деформационное старение стали Гадфильда // ФММ. 1995. - Т.79. - №3. - С.95-100.

33. Строк Л.П. Исследование тонкой структуры стали 110Г13Л после высокоскоростной деформации / Л.П. Строк, К.И. Красиков, Н.К. Шаурова // Известия вузов. Физика. 1973. - №7. - С.72-77.

34. Ямпольский В.Д. Кинетика изменения формы образцов из марганцовистых сталей с 15-20% содержанием марганца при деформации, нагреве и охлаждении //Проблемы металловедения. 1996. -№1.-с. 19-25.

35. Перевалова О.Б. Структура и коррозия марганцовистой аустенитной стали // Физика и химия обработки поверхности. 1997. - №3. - С.82-87.

36. Коршунов Л.Г. Влияние антиферромагнитного упорядочения на трибологические свойства высокомарганцевых аустенитных сталей // ФММ. 1997. - Т.84. - С. 150-160.

37. Коршунов Л.Г. Структурные превращения при трении и износостойкость аустенитных сталей // ФММ. 1992. - №8. - С.3-21.

38. Снежной В.А. Определение низких содержаний а-фазы в сталях типа Г13Л в области магнитных полей / В.А. Снежной, В.В. Богатырева // В кн. Физика твердого тела. Киев, 1975. - С.57-59.

39. Owen W. S. Strain aging of austenitic Hadfield manganese steel / W. S. Owen, M. Grujicic // Acta Mater. 1999. - B.47. - №1. - P.l 11-126.

40. Пластическая деформация монокристаллов стали Гадфильда / Ю.И. Чумляков и др. // Доклады Академии наук. 1998. - Т. 361. - № 2. -С. 192-195.

41. Магнитные свойства холоднодеформированных марганцевых аустенитных сталей / В.А. Завалишин и др. //ФММ. 1986. - Т.62. -С.916-922.

42. Малышев К.А. Фазовый наклеп аустенитных сплавов на железо-никелевой основе / К.А. Малышев, В.В. Сагарадзе, И.П. Сорокин. М.: Наука, 1982.-260с.

43. Богачев И.Н. Упрочнение высокомарганцевых сталей со структурой е-мартенсита / И.Н. Богачев, М.А. Филиппов // В кн. Высокопрочные немагнитные стали. М.: Наука. - 1978. - С.49-56.

44. Филиппов М.А. Особенности упрочнения аустенита е-мартенситом в малоуглеродистых марганцевых сталях // ФММ. 1998. - Т.85. - №1. -С.118-126.

45. Влияние легирования алюминием на механизмы деформационного упрочнения монокристаллов аустенитной стали Гадфильда / Е.Г. Захарова и др. // Физическая мезомеханика. 2004. - Т.7 (спецвыпуск). - С.233-236.

46. Chumlyakov Ju.I. Srain hardening in sinle crystals of Hadfield steel / Ju.I. Chumlyakov, I.V. Kireeva, E.I. Litvinova // Physics of Metals and Metallography. 2000. - V.90. - Suppl.l. - P.S1-S17.

47. Christian J.W. Deformation on twinning / J.W. Christian, S. Mahajan // Progress in Material Sciens. 1995. - V.39. - P. 1-157.

48. Narita N. Deformation twinning in f.c. and b.c.c. metals / N. Narita, J. Takamura//Dislokation in Solids. 1992.-V.9.-P.135-189.

49. Малинов JI.C. Дифференцированная обработка для получения естественно-армированных поверхностных слоев на марганцовистых сталях / Л.С. Малинов, Э.И. Харламова//ФММ. 1991.-№3.-С.8-10.

50. Лазерная обработка железомарганцовистых сталей / Л.С. Малинов и др. // Физика и химия обработки материалов. 1987. - №2. - С.47-49.

51. Иванов Ю.Ф. Объемное упрочнение стали Гадфильда после напряженной обработки / Ю.Ф. Иванов, С.Ф. Гнюсов, В.П. Ротштейн // Известия вузов. Черная металлургия. 2000. - №8. - с.45-47.

52. Иванов Ю.Ф. Структурные и фазовые превращения в ряде сталей при статическом и динамическом режимах термической обработки: дис. докт. физ-мат. наук / Ю.Ф. Иванов. Томск, 2002. - 292 с.

53. Попова H.A. Дислокационная и доменная структура и деформационное упрочнение сплавов / H.A. Попова, Л.Н. Игнатенко, Э.В. Козлов -Томск: изд. Томского университета. 1984. - с.72-80.

54. Коршунов Л.Г. Микроструктура железомарганцевых сплавов, подвергнутых воздействию высокоскоростного потока частиц карбида кремния//-ФММ.-2001.- Т.91.- №6.-с.80-85.

55. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей М.: Наука. -1970.-227с.

56. Износ в парах трения как задача физической мезомеханики / В.Е. Панин и др. // Физическая мезомеханика. 2000. - Т.З. - №1. - С.67-74.

57. Еленевский Д.С. Исследование процессов звукоизлучения конструкций методами электронной спекл-интерферометрии / Д.С. Еленевский, Ю.Н. Шапошников // Изв. Самарского научного центра РАН. 2001. - Т.З. -№2. - С.232-237.

58. Колубаев Е.А. Деформирование поверхностных слоев при трении и факторы, влияющие на трибологические свойства металлов: дис. канд. физ-мат. наук / Е.А. Колубаев. Томск, 2005. - 136с.

59. Фадин Ю.А. Взаимосвязь износа и энергозатрат при трении металлов в отсутствие смазочного материала / Ю.А. Фадин, В.П. Булатов, О.Ф. Киреенко // Трение и износ. 2002. - Т.23. - №5. - С.566-570.

60. Марков Д.П. Адгезионно-инициируемые типы катастрофического изнашивания / Д.П. Марков, Д. Келли // Трение и износ. 2002. - Т.23. -№5.-С.483-493.

61. Владимиров В.И. Проблемы физики трения и изнашивания // Сб. научных трудов «Физика износостойкости поверхности металлов». -Ленинград, 1988.-С. 8-41.

62. Трение и модифицирование материалов трибосистем / Ю.К. Машков и др.. М.: Наука, 2000. - 280с.

63. Колубаев А.В. Формирование субструктуры поверхностного слоя при трении / А.В. Колубаев, B.J1. Попов, С.Ю. Тарасов // Изв. вузов. Физика. 1997. - Т.40. - №62. - С.89-95.

64. Рапопорт JI.C. Уровни пластической деформации поверхностных слоев и их связь с процессом изнашивания // Трение и износ. 1983. - Т.4. - №1. -С.121-131.

65. Chue С.Н. The effekts of strain hardened layer on pitting formation during rolling contact / C.H. Chue, H.H. Chung, Y.F. Liu // Wear. 2001. - V.249. -P.109-116.

66. Tarasov S. Yu. Effect of friction on subsurface layer microstructure in austenitic and martensitic steels / S. Yu. Tarasov, A.V. Kolubaev // Wear. -1999.-V.231- P. 228-234.

67. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии / Д. Бакли; пер. с англ. Н.К. Мышкина; под. ред. А.И. Свириденка. М; Машиностроение, 1986. - 360с.

68. Тарасов С.Ю. Структура поверхностных слоев при трении сплава 36НХТЮ / С.Ю. Тарасов, А.В. Колубаев // Изв. вузов. Физика. 1991. -Вып. 8.-С. 9-13.

69. Колубаев А.В. Структура и механизм формирования поверхностных слоев при трении / А.В. Колубаев, B.JI. Попов, С.Ю. Тарасов. Томск. -1993. - 16с. (Предпринт ТФ СО РАН, №5.)

70. Suh N.P. The delamination theory of wear // Wear. 1973. - Vol. 25. - № 1. -P.l 11-124.

71. Suh N.P. An overview of the delamination theory of wear // Wear. 1977. -v.44.-№ 1.-P.1-16.

72. Крагельский И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В.Крагельский, М.Н.Добычин, В.С.Комбалов. М.: Машиностроение, 1987. - 526с.

73. Попов. B.JI. Характерный параметр длины, определяющий формирование субструктуры при больших пластических деформациях /

74. B.Л. Попов, А.В.Колубаев // Письма в ЖТФ. 1998. - Т. 18. - №2.1. C.38-41.

75. Тарасов С.Ю. Применение фракталов к анализу процессов трения / С.Ю. Тарасов, А.В. Колубаев, А.Г. Липницкий // Письма в ЖТФ. 1999. -Т.25. -№3. - С.82-88.

76. Легостаева Е.В. Закономерности и механизмы изнашивания феррито-перлитной стали, имплантированной ионами молибдена / Е.В. Легостаева, Ю.П. Шаркеев // Трение и износ. 2002. - Т.23. - №5. -С.529-536.

77. Крагельский И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Камбалов. М.: Машиностроение, 1987. -526с.

78. Механизм разрушения поверхностного слоя и формирование равновесной шероховатости в процессе трения / Н.Б. Демкин и др. // Контактное взаимодействие твердых тел. Сб. научных трудов. Тверь. -Изд-во Тв.ПИ. - 1991. - С. 12-22.

79. Тушинский Л.И. Проблемы материаловедения в трибологии / Л.И. Тушинский, Ю.П. Потеряев. Новосибирск: НЭТИ, 1991. - 64с.

80. Периодичность акустической эмиссии при сухом трении пары сталь-латунь / Фадин Ю.А. и др. // Письма в ЖТФ. 1993. - Т.19. - Вып. 5. -С.10-13.

81. Фадин Ю.А. Динамика разрушения поверхности при сухом трении // Письма в ЖТФ. 1997. - Т.23. - №15. - С.75-78.

82. Колесникова A.J1. Периодическая эволюция ансамбля дефектов в кристаллах при сухом трении / А.Л. Колесникова, И.А. Овидько, А.Е. Романов // ФТТ. 1997. -Т.39. -№3. -497-498.

83. Коршунов Л.Г. Влияние марганца на износостойкость марганцовистых метастабильных аустенитных сталей / Л.Г. Коршунов, Н.Л. Черненко // Трение и износ.- 1984.-Т. 5.-№ 1.-С. 106-112.

84. Беккерт М. Способы металлографического травления: Справ, изд. / М. Беккерт, X. Клемм; пер. с нем. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1988. - 400 с.

85. Рубцов В.Е. Изучение особенностей формирования контакта шероховатых поверхностей на основе метода частиц / В.Е. Рубцов, С.Г. Псахье, A.B. Колубаев // Письма в ЖТФ. 1998. - Т. 24. - №5. - С. 2832.

86. Поверхностная прочность материалов при трении / Под общ. ред. Б.И.Костецкого. Киев: Техшка, 1976. - 296с.

87. Попов В.Л. Анализ механизмов формирования поверхностных слоев при трении / В.Л. Попов, A.B. Колубаев // Трение и износ. 1997. - Т. 18. -№6.-С. 818-826.

88. Акустические и электрические методы в триботехнике / А.И. Свириденок и др.. -Минск: Наука и техника, 1987.-280 с.

89. Закономерности формирования структуры поверхностного слоя стали Гадфильда при трении / Ю.Ф. Иванов и др. // Физическая мезомеханика. 2006. - Т. 9. - № 6. - С. 83-90.

90. Шабашов В.А. Мессбауэровское исследование структуры стали 110Г13, деформированной в условиях трения / В.А. Шабашов, Л.Г. Коршунов, Ю.В. Балбохин // ФММ. 1989. - Т. 67. - № 6. - С. 1197-1203.

91. Panin V. Subsurface layer formation during sliding friction / V. Panin, A. Kolubaev, S. Tarasov // Wear. 2001. - Vol. 249/10-11. - P. 860-867.

92. Механика пластической деформации и разрушения поверхностно упрочненных твердых тел в условиях трения / П.А. Витязь и др. // Физическая мезомеханика. 2002. - Т. 5. - № 1. - С. 15-28.

93. Панин В.Е. Структурные уровни деформации твердых тел / В.Е. Панин, В.А. Лихачев, Ю.В. Гриняев. Новосибирск: Наука, 1985. - 229 с.

94. Конева H.A. Физическая природа стадийности пластической деформации / H.A. Конева, Э.В. Козлов // Изв. вузов. Физика. 1990. -№2.-С. 89-106.

95. Изв. вузов. Физика: Тематич. вып. «Структурные уровни и волны пластической деформации в твердых телах». 1990. - Вып. 33. г № 2. -139 с.

96. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов: в 2-х т. // Под ред. В.Е. Панина. Новосибирск: Наука, 1995.-297 и 320 с.

97. Изв. вузов. Физика: Тематич. вып. «Физическая механика среды со структурой». 1992. - Вып. 35. - № 4. - 124 с.

98. Буторин Д.Е. Связь дислокационных механизмов упрочнения с показателями прочности, трещиностойкости и износостойкости углеродистых сталей: дис. канд. техн. наук / Д.Е. Буторин. -Новосибирск: НГТУ, 2002. 200 с.

99. Физика и механика волочения и объемной штамповки / В.Е. Громов и др.. М.: Недра, 1997. - 293 с.1. АКТА.по диссертационной работе Е.А. Алешповерхностного слоя стали 1 адфильда после испытании на трение»;

100. Изделия из стали Гадфильда характеризуются высоким уровнем износостойкости, который обусловлен ее способностью к чрезвычайно интенсивному упрочнению при пластической деформации, происходящей в зоне фрикционного контакта.

101. Рис. Зависимость коэффициента трения (£ф.) стали Гадфильда от времени при испытании по схеме «торцевое уплотнение»(а, б); интенсивность и спектр звука (в, г): а, в давление 2 МПа; б, г - давление 4 МПа.

102. Начальник технического отдела