fwjТрение и и износTitle in english0000-00000000-0000AGU10.32864/0202-4977-2025-46-4-333-341fwj-68Research ArticleСтатьиУстановка для изучения механизмов поверхностного разрушения материалов, сочетающая ударное нагружение, трение качения и скольженияA Device for Studying the Mechanisms of Surface Fracture of Materials That Combines Impact Loading, Rolling and Sliding FrictionБуровВ. Г.BurovV. G.

просп. Карла Маркса, 20, г. Новосибирск 630073 

K. Marx ave., 20, Novosibirsk 630073 

СтанкевичС. В.StankevichS. V.

просп. Карла Маркса, 20, г. Новосибирск 630073 

K. Marx ave., 20, Novosibirsk 630073 

БатаевИ. А.BataevI. A.

просп. Карла Маркса, 20, г. Новосибирск 630073 

K. Marx ave., 20, Novosibirsk 630073 

ХейфецМ. Л.

ул. Академическая, 16, г. Минск 220072 

ЭмурлаевК. И.EmurlaevK. I.

просп. Карла Маркса, 20, г. Новосибирск 630073

K. Marx ave., 20, Novosibirsk 630073 

ДробязЕ. А.DrobyazE. A.

просп. Карла Маркса, 20, г. Новосибирск 630073

K. Marx ave., 20, Novosibirsk 630073 

КотовД. И.KotovD. I.

просп. Карла Маркса, 20, г. Новосибирск 630073

ул. Терешковой, 29, г. Новосибирск 630090 

K. Marx ave., 20, Novosibirsk 630073 

Tereshkovoi st., 29, Novosibirsk 630090 

БатаевА. А.BataevA. A.

просп. Карла Маркса, 20, г. Новосибирск 630073

K. Marx ave., 20, Novosibirsk 630073 

Новосибирский государственный технический университетРоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian FederationИнститут прикладной физики НАН БеларусиБеларусьInstitute of Applied Physics of the National Academy of Sciences of BelarusBelarusНовосибирский государственный технический университет ; Конструкторско-технологический филиал Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН (КТФ ИГиЛ СО РАН)РоссияNovosibirsk State Technical University ; Design and technology branch of Lavrentyev Institute of Hydrodynamics of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202529092026464333341Copyright © AGU, 20262026AGUAGUhttps://fwj.ejournal.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://fwj.ejournal.by/jour/article/view/68

Разработана установка, реализующая одновременно три вида механического воздействия на металлические образцы: косой удар, трение качения, трение скольжения. Основным узлом установки является установленный на валу барабан с расположенными в его гнёздах инденторами — стальными роликами диаметром 32 мм и массой 0,2 кг. Барабан приводится в движение сервоприводом, позволяющим плавно регулировать угловую скорость вращения в диапазоне от 0 до 1500 мин–1. Инденторы изготовлены из закалённой и низкоотпущенной шарикоподшипниковой стали ШХ15СГ (64 HRC). В процессе испытаний ролики, свободно расположенные в гнёздах барабана, имеют возможность вращаться относительно своих осей и катиться по поверхностям образцов. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении барабана, ролики вступают в контакт с исследуемыми образцами и изнашивают их. За один оборот барабана каждый из образцов ударам роликами подвергается дважды. Удары осуществляются одновременно, что позволяет уменьшить вибрации в элементах установки. С использованием разработанной установки проведены триботехнические испытания стали Гадфильда в аустенитном состоянии, стали 95Х6М3Ф3СТ закалённой и отпущенной при 545 °С, а также легированного бором и хромом сплава, сформированного методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки. Наиболее высоким уровнем износостойкости обладают образцы из стали 95Х6М3Ф3СТ. Выявлены специфические особенности механизмов разрушения поверхностных слоёв металлических сплавов.

A novel friction tester has been developed that simultaneously implements three types of mechanical effects on metal samples: oblique impact, rolling friction, and sliding friction. The main unit of the installation is a driver mounted on a shaft with indenters located in its sockets — steel rollers with a diameter of 32 mm and a weight of 0.2 kg. The mechanism is actuated by a servo drive, which allows smooth adjustment of the angular rotation speed in the range from 0 to 1500 min–1. The indenters are made of quenched and low-tempered ball bearing steel. During the testing process, the rollers, freely located in the driver sockets, have the ability to rotate relative to their axes and roll along the surfaces of the samples. Under the action of the centrifugal force generated by the rotation of the driver, the rollers come into contact with the studied samples and wear them out. During one revolution of the driver, each of the samples is subjected to roller impacts twice. The impacts are carried out simultaneously, which reduces vibrations of the parts of the device. Tribological tests of Hadfield steel in the austenitic state, 95Cr6Mo3V3SiTi steel quenched and tempered at 545 °C, as well as boron- and chromium-alloyed alloy formed by the method of non-vacuum electron beam cladding were carried out using the developed device. The samples made of 95Cr6Mo3V3SiTi steel possessed the highest level of wear resistance. The features of the mechanisms of destruction of the surface layers of metal alloys are revealed.

изнашивание при ударетриботехнические испытаниясталь Гадфильдапо-верхностный слоймеханизм разрушенияimpact weartribological testsHadfield steelsurface layerfracture mechanismReferencesВиноградов В.Н., Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю. Изнашивание при ударе. — М.: Машиностроение. — 1982Vinogradov V.N., Sorokin G.M., Albagachiev A.Yu. Iznashivanie pri udare. — Moskva: Mashinostroenie. — 1982 (in Russian)Крагельский И.В. Трение и износ. — М.: Машиностроение. — 1968Kragelsky I.V. Trenie i iznos. — Moskva: Mashinostroenie. — 1968 (in Russian)Yutchings Ian and Shipwai Philip. Tribology. Friction and Wear of Engineering Materials. — Butterworth-Heinemann. — 2017Yutchings Ian and Shipwai Philip. Tribology. Friction and Wear of Engineering Materials. — Butterworth-Heinemann. — 2017Straffelini G. Friction and Wear: Methdologies for Design and Control. — Heidelberg, New York, Dordrecht, London: Springer. — 2015Straffelini G. Friction and Wear: Methdologies for Design and Control. — Heidelberg, New York, Dordrecht, London: Springer. — 2015Bayer R.G. Mechanical Wear Fundamentals and Testing, Revised and Expanded. — CRC Press. — 2004Bayer R.G. Mechanical Wear Fundamentals and Testing, Revised and Expanded. — CRC Press. — 2004Филиппов М.А., Макаров А.В., Шешуков О.Ю. Износ и выбор износостойких материалов. — Инфра-Инженерия. — 2025Filippov M.A., Makarov A.V., Sheshukov O.Yu. Iznos i vibor iznosostoykih materialov. — Infra-Inzheneriya. — 2025 (in Russian)Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Караулов А.К. Поверхностная прочность материалов при трении. — Киев: Технiка. — 1976Kostetsky B.I., Nosovsky I.G., Karaulov A.K. Poverhnostnaya prochnost pri trenii. — Kiev: Tehnika. — 1976 (in Russian)Lim S.C. and Ashby M.F. Overview no. 55. WearMechanism Maps // Acta Metallurgica. — 1987 (35), 1—24. doi.org/10.1016/0001-6160(87).90209-4Lim S.C. and Ashby M.F. Overview no. 55. WearMechanism Maps // Acta Metallurgica. — 1987 (35), 1—24. doi.org/10.1016/0001-6160(87).90209-4Костецкий Б.И., Мамин Г.Н. О двойственной роли кислорода при трении качения // Доклады АН СССР. — 1965 (162), № 4, 803—805Kostetsky B.I., Mamin G.N. O dvoystvennoy roli kisloroda pri trenii kacheniya // Doklady AN SSSR. — 1965 (162), № 4, 803—805 (in Russian)Bataev I.A., Lazurenko D.V., Bataev A.A., Burov V.G., Ivanov I.V., Emurlaev K.I., Smirnov A.I., Rosenthal M., Burghammer M., Ivanov D.A., Georgarakis K., Ruktuev A.A., Ogneva T.S., and Jorge A.M.J. A Novel Operando Approach to Analyze the Structural Evolution of Metallic Materials During Friction with Application of Synchrotron Radiation // Acta Materialia. — 2020 (196), 355—369. doi.org/10.1016/j.actamat.2020.06.049Bataev I.A., Lazurenko D.V., Bataev A.A., Burov V.G., Ivanov I.V., Emurlaev K.I., Smirnov A.I., Rosenthal M., Burghammer M., Ivanov D.A., Georgarakis K., Ruktuev A.A., Ogneva T.S., and Jorge A.M.J. A Novel Operando Approach to Analyze the Structural Evolution of Metallic Materials During Friction with Application of Synchrotron Radiation // Acta Materialia. — 2020 (196), 355—369. doi.org/10.1016/j.actamat.2020.06.049Emurlaev K., Bataev I., Ivanov I., Lazurenko D., Burov V., Ruktuev A., Ivanov D., Rosenthal M., Burghammer M., Georgarakis K., and Jorge A.M.J. Friction-Induced Phase Transformations and Evolution of Microstructure of Austenitic Stainless Steel Observed by Operando Synchrotron X-ray Diffraction // Acta Materialia. — 2022 (234), 118033. doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118033Emurlaev K., Bataev I., Ivanov I., Lazurenko D., Burov V., Ruktuev A., Ivanov D., Rosenthal M., Burghammer M., Georgarakis K., and Jorge A.M.J. Friction-Induced Phase Transformations and Evolution of Microstructure of Austenitic Stainless Steel Observed by Operando Synchrotron X-ray Diffraction // Acta Materialia. — 2022 (234), 118033. doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118033Костецкий Б.И. Структурно-энергетическая приспосабливаемость материалов при трении // Трение и износ. — 1985 (6), № 2, 201—212Kostetsky B.I. Strukturno-energeticheskaya prisposablivaemost materialov pri trenii // Trenie i iznos. — 1985 (6), № 2, 201—212 (in Russian)Yagi K., Kajita S., Izumi T., Koyamachi J., Tohyama M., Saito K., and Sugimura J. Simultaneous Synchrotron X-ray Diffraction, Near-Infrared, and Visible in Situ Observation of Scuffing Process of Steel in Sliding Contact // Tribology Letters. — 2016 (61), 19. doi.org/10.1007/s11249-015-0636-9Yagi K., Kajita S., Izumi T., Koyamachi J., Tohyama M., Saito K., and Sugimura J. Simultaneous Synchrotron X-ray Diffraction, Near-Infrared, and Visible in Situ Observation of Scuffing Process of Steel in Sliding Contact // Tribology Letters. — 2016 (61), 19. doi.org/10.1007/s11249-015-0636-9Izumi T., Yagi K., Koyamachi J., Saito K., Sanda S., Yamaguchi S., Ikehata H., Yogo Y., and Sugimura J. Surface Deteriorations During Scuffing Process of Steel and Analysis of Their Contribution to Wear Using in Situ Synchrotron X-Ray Diffraction and Optical Observations // Tribology Letters. — 2018 (66), 120. doi.org/10.1007/s11249-018-1062-6Izumi T., Yagi K., Koyamachi J., Saito K., Sanda S., Yamaguchi S., Ikehata H., Yogo Y., and Sugimura J. Surface Deteriorations During Scuffing Process of Steel and Analysis of Their Contribution to Wear Using in Situ Synchrotron X-Ray Diffraction and Optical Observations // Tribology Letters. — 2018 (66), 120. doi.org/10.1007/s11249-018-1062-6Болдырев В.В. О кинетических факторах, определяющих специфику механохимических процессов в неорганических системах // Кинетика и катализ. — 1972 (13), № 6, 1411—1421Boldyrev V.V. O kineticheskih faktorah, opredelyayushchih spetsifiku mehanohimicheskih prozessov v neorganicheskih sistemah // Kinetika i Kataliz. — 1972 (13), № 6, 1411—1421 (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.