Дисипативні властивості фрикційного контакту та їхній вплив на фретингостійкість трибосистем (стр. 4 из 5)

На початку випробувань декремент коливань зменшується (стадія I), після чого певний час зберігає майже незмінне значення (стадія II). Стадія III характеризується швидким зростанням декременту коливань і є перехідною від інкубаційного періоду розвитку фретинг-процесу до стадії IV, яка характеризується практично незмінним значенням логарифмічного декременту коливань і може розглядатися як стадія сталої розвиненої фретинг-корозії. Для квадрата частоти коливань

відслідковується інша картина: спочатку зростає (жорсткість контакту збільшується), а потім, досягнувши певного максимального значення, спадає, залишаючись потім практично незмінним до кінця випробувань. Аналогічно змінюються граничне значення логарифмічного декременту коливань [δ] та момент найбільшої сили тертя спокою .

Встановлено, що у досліджуваному діапазоні товщин граничного шару стеаринової кислоти зі зростанням кількості нанесених мономолекулярних шарів кислоти відбувається суттєве зростання тривалості інкубаційного періоду N_фі фретинг-процесу, а початкова дисипативна здатність контакту зменшується. Зростання ж тиску веде до зменшення тривалості інкубаційного періоду та початкової дисипативної здатності контакту.

Досліджувались температурні залежності логарифмічного декременту коливань в контакті пари зразків зі сталі 45 та тривалості інкубаційного періоду фретингу в умовах граничного мащення вазеліновим маслом, а також температурна залежність логарифмічного декременту коливань (внутрішнє тертя) для сталі 45 (рис. 8). Обидві отримані температурні залежності логарифмічного декременту коливань (рис. 8, а, б) мають в районі температури 70 єС чітко виражений пік внутрішнього тертя, що звичайно спостерігається (при частоті

100 Гц) у твердих розчинах проникнення з ОЦК-решіткою і викликається міграцією домішкових атомів (С + N) у полі змінних напружень (пік Сноєка).

Для інкубаційного періоду N_фі фретингу (рис. 8, в) спостерігається загальна тенденція до зниження із підвищенням температури, що, очевидно, пов’язано з погіршенням протизносних властивостей масла (температурної стійкості). Виявлено, що у районі 70 єС має місце зростання фретингостійкості трибосистеми (інкубаційного періоду фретингу), що пояснено зміною реологічних властивостей металевої підкладки. Зіставлення температурних залежностей логарифмічного декременту коливань і температурної залежності фретингостійкості мастильного шару виявляє щільну кореляцію: спостережуваному при температурі 70 єС релаксаційному піку Сноєка відповідає максимальна фретингостійкість масла.

Показано, що результати, аналогічні описаним вище, витікають із співставлення результатів експериментальних робіт, які стосуються властивостей чавунів при однонаправленому терті в умовах граничного мащення: характер зміни максимального припрацьовочного коефіцієнта зовнішнього тертя подібний до характеру зміни амплітуднозалежного (мікропластичного) внутрішнього тертя, а характер зміни стабілізованого коефіцієнта зовнішнього тертя відповідає характеру зміни амплітуднонезалежного (релаксаційного) внутрішнього тертя.

З позицій реології оцінено зміни температурної стійкості граничних мастильних шарів з добавками поверхнево-активних (ПАР) та хімічно-активних речовин (ХАР). Показано, що аномальне зростання коефіцієнта тертя при випробуваннях сталі в маслі з добавкою ПАР з одного боку і різке його зниження при випробуваннях в маслі з добавкою ХАР з другого, що спостерігаються в діапазоні 200-300 ⁰С, мають одну і ту ж першооснову і пов’язані з реологічними властивостями сталі.

Викладено результати досліджень фретингостійкості та дисипативних властивостей солідолу жирового, солідолу УСсА, мастила Літол-24 та мастила Літол-24 з добавкою дисульфіду молібдену кількості 10 % за об’ємом.

Вплив вказаних пластичних мастильних матеріалів на зміну коефіцієнта тертя в процесі фретингу оцінювався на установці МФК-1 при контактному тискові 10, 15 та 20 МПа. Частота вібрації складала 30 Гц, амплітуда – 75 мкм. В процесі випробувань реєструвалась сила тертя, за величиною якої розраховувався коефіцієнт тертя.

Встановлено (рис. 9), що на характер зміни і величину коефіцієнта тертя істотний вплив має тиск у контакті і вид використовуваного мастильного матеріалу. При невисокому тиску (10 МПа) мастильні плівки всіх випробуваних мастильних матеріалів працюють із однаковою ефективністю. Навантаження сприймається через плівку мастильного матеріалу. Оскільки опір зсуву такої плівки невеликий, то значення коефіцієнта тертя також малі для всіх досліджуваних мастильних матеріалів і залишаються практично незмінними протягом усього періоду випробувань (рис. 9, а; криві 2-5).

При випробуваннях за умов тиску в контакті 15 МПа має місце зростання коефіцієнта тертя до 0,3 для жирового солідолу і мастила Літол-24 (рис. 9, б; криві 2, 3). У той же час мастильні матеріали, що містять дисульфід молібдену (Літол-24 + MoS₂) і графіт (солідол УСсА) поводяться значно краще (рис.9, б; криві 4, 5), забезпечуючи практично незмінні значення коефіцієнта тертя протягом усього періоду випробувань.

У процесі випробувань за умов контактного тиску 20 МПа з жировим солідолом коефіцієнт тертя швидко досягає значення 0,7 (рис. 9, в; крива 2), оскільки процеси схоплювання в цьому випадку протікають найбільш інтенсивно. Стабілізований коефіцієнт тертя також має більше значення в порівнянні з випробуваннями при контактних тисках 10 і 15 МПа. Подібна картина спостерігається і при випробуваннях з мастилом Літол-24, але процеси схоплювання в цьому випадку активізуються в меншому ступені.

Дисипативні властивості пластичних мастильних матеріалів оцінювались на триборелаксаторі шляхом побудови амплітудних залежностей логарифмічного декременту коливань для контакту з нанесеним шаром досліджуваного матеріалу. Встановлено, що при розташуванні досліджених пластичних матеріалів в порядку зростання дисипативних властивостей, вони утворюють наступну послідовність: солідол жировий, Літол-24, Літол-24 з добавкою дисульфіду молібдену, солідол УсСА.

Фретинг-випробування з оцінкою тривалості інкубаційного періоду в умовах граничного мащення вказаними пластичними мастильними матеріалами проводились також на триборелаксаторі, оснащеному фретинг-приставкою.

Встановлено (рис. 10), що пластичні мастильні матеріали, які характеризуються більш високими дисипативними властивостями, демонструють в процесі випробувань менші максимальні припрацьовочні і стабілізовані значення коефіцієнта тертя та більшу тривалість інкубаційного періоду (фретингостійкість).

На основі проведених досліджень запропоновано метод порівняльної експрес-оцінки фретингостійкості пластичних мастильних матеріалів. Метод полягає у побудові амплітудних залежностей логарифмічного декременту контактних коливань, збуджуваних у режимі попереднього зміщення в системі зі зразками, на робочі поверхні яких наносяться порівнювані пластичні мастильні матеріали з метою виявлення мастильного матеріалу з кращими дисипативними властивостями.

ВИСНОВКИ

1. Проведено комплексні дослідження зміни дисипативних властивостей фрикційного контакту з урахуванням прояву в умовах динамічного навантаження реологічних властивостей матеріалів пари тертя і мастильного матеріалу, які впливають на формування трибологічних характеристик сполучення.

2. Розроблена методика оцінки механічних втрат у контакті заснована на вимірі характеристик збуджених згасаючих крутильних коливань системи, яка включає в себе досліджуваний плоский кільцевий контакт, що піддається циклічному тангенціальному навантаженню в режимі реверсивного попереднього зміщення. Триборелаксатор конструктивно сполучений із динамометром для виміру моменту найбільшої сили тертя спокою і з приставкою для нанесення пошкоджень на контактуючі поверхні зразків при фретингу з повним проковзуванням.

3. Досліджено амплітудні, навантажувальні і температурні залежності логарифмічного декременту коливань (контактного розсіювання механічної енергії) в умовах попереднього зміщення з урахуванням впливу термообробки сталі, мікрошорсткості і тривалості контактування трибосполучення. Показано, що з підвищенням амплітуди збуджуваних коливань і зростанням шорсткості механічні втрати збільшуються; у той же час зростання нормального тиску, контактної температури і тривалості контактування приводить до зниження втрат. Встановлено взаємозв’язок між граничними значеннями логарифмічного декременту коливань [δ] і моментом найбільшої сили тертя спокою.

4. На підставі аналізу еволюції амплітудних залежностей логарифмічного декременту коливань, а також залежності його граничних значень [δ] і тангенціальної жорсткості контакту від кількості циклів фретингування встановлено стадійність розвитку пошкоджуваності з характерним початковим (інкубаційним) періодом фретинг-корозії.

5. Дослідження розвитку фретинг-процесу в умовах граничного мащення показало, що граничні шари, які формуються при цьому, сприяють істотному збільшенню тривалості інкубаційного періоду, який залежить від товщини граничного шару і тиску в контакті. Збільшення досліджуваних товщин квазітвердого граничного мастильного шару до 0,1 мкм сприяє підвищенню тангенціальної жорсткості контакту, що проявляється в зменшенні логарифмічного декременту коливань в режимі попереднього зміщення і супроводжується зростанням інкубаційного періоду.