Установка для изучения механизмов поверхностного разрушения материалов, сочетающая ударное нагружение, трение качения и скольжения

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.

1. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю. Изнашивание при ударе. — М.: Машиностроение. — 1982

2. Крагельский И.В. Трение и износ. — М.: Машиностроение. — 1968

3. Yutchings Ian and Shipwai Philip. Tribology. Friction and Wear of Engineering Materials. — Butterworth-Heinemann. — 2017

4. Straffelini G. Friction and Wear: Methdologies for Design and Control. — Heidelberg, New York, Dordrecht, London: Springer. — 2015

5. Bayer R.G. Mechanical Wear Fundamentals and Testing, Revised and Expanded. — CRC Press. — 2004

6. Филиппов М.А., Макаров А.В., Шешуков О.Ю. Износ и выбор износостойких материалов. — Инфра-Инженерия. — 2025

7. Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Караулов А.К. Поверхностная прочность материалов при трении. — Киев: Технiка. — 1976

8. 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).90209-4

9. Костецкий Б.И., Мамин Г.Н. О двойственной роли кислорода при трении качения // Доклады АН СССР. — 1965 (162), № 4, 803—805

10. 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.2020.06.049

11. Emurlaev 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.2022.118033

12. Костецкий Б.И. Структурно-энергетическая приспосабливаемость материалов при трении // Трение и износ. — 1985 (6), № 2, 201—212

13. 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/s11249-015-0636-9

14. Izumi 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/s11249-018-1062-6

15. Болдырев В.В. О кинетических факторах, определяющих специфику механохимических процессов в неорганических системах // Кинетика и катализ. — 1972 (13), № 6, 1411—1421