Исследовано влияние добавки диоксида кремния (в интервале концентраций С_SiO2 от 0 до 6 мол. %) в циркониевую керамику (стабилизированную в тетрагональной фазе оксидом кальция), упрочненную оксидом алюминия, на ее коэффициент трения и интенсивность износа. Обнаружено, что с повышением концентрации SiO₂ обе характеристики испытывают немонотонные изменения с общей тенденцией к увеличению. Проведен сравнительный анализ зависимостей механических свойств (микротвердости, вязкости разрушения и индекса хрупкости), трансформируемости тетрагональной фазы t-ZrO₂ и интенсивности износа от содержания SiO₂ в исследуемой композиционной керамике. Показано, что немонотонный характер зависимости интенсивности износа от концентрации SiO₂ обусловлен конкурентным влиянием изменений микротвердости, вязкости разрушения и трансформируемости t-ZrO₂, вызванных введением диоксида кремния в керамику. Выдвинуто предложение о целесообразности изготовления кремнийсодержащей керамики (обладающей повышенными значениями вязкости разрушения и предела прочности на сжатие, а также запасом пластичности при комнатных температурах) с приповерхностным слоем, не содержащим SiO₂, сохраняющим предпочтительные значения микротвердости, коэффициента трения и интенсивности износа.

Разработана методика и установка для испытаний материалов на стойкость к газоабразивному изнашиванию при нормальной и повышенных до 1000 °С температурах. Результаты испытаний позволяют сделать обоснованный выбор наплавочных материалов для восстановления рабочих поверхностей деталей тягодутьевых машин, промышленных вентиляторов, засыпных устройств доменных печей, газотурбинных установок и другого оборудования. Определены зависимости величины износа некоторых наплавленных сплавов от температуры испытаний, скорости газоабразивного потока и угла его атаки поверхности образцов. Показано, что в условиях высокотемпературного газоабразивного изнашивания при малых углах атаки и повышенной скорости абразивных частиц целесообразно применение эвтектических сплавов с пониженным содержанием дорогостоящих карбидообразующих элементов и углерода, а при больших углах атаки и низкоскоростном абразиве — жаростойких и жаропрочных сталей аустенитного класса. Установлено, что наибольшей стойкостью к газоабразивному изнашиванию при нормальной температуре среди испытанных обладает зарубежный наплавленный сплав 600Х23Б7М7В2С2ФТ, характеризующийся самым высоким уровнем легирования и объемной долей упрочняющих фаз. При повышении температуры испытаний до 600 °С его износостойкость снижается в 2,5 раза, уступая показателю экспериментального сплава 280Х14Н6Г6М3Т2Б2. Методом электронно-ионной микроскопии изучены процессы деструкции тонких поверхностных слоев сплавов, позволившие оценить влияния их структурно-фазового состава на механизмы высокотемпературного изнашивания. Изучение характера изнашивания сплава 280Х14Н6Г6М3Т2Б2 показало, что под ударным воздействием абразива происходит формирование трещин в пластинчатых карбидах Me₃C₂ и Me₇C₃, однако высокая пластичность легированного никелем аустенита снижает вероятность выкрашивания образующихся осколков. При этом мелкие карбиды (Ti,Nb,Mo)_xC_y и Mo₂C компактной формы сдерживают пластическую деформацию аустенитно-карбидной эвтектики без разрушения.

Представлены результаты исследования, демонстрирующие повышение триботехнических свойств титановых сплавов марок ВТ22 и Тi-5553 за счёт химико-термической подготовки поверхностей и нанесения износостойкого покрытия из нитрида титана. Выполнено сравнение триботехнических свойств образцов без покрытий, с модификацией поверхностей азотированием, с покрытием из нитрида титана, а также с двухэтапной обработкой поверхностей образцов, включающее первичное азотирование поверхности с последующим нанесением на неё покрытия из нитрида титана. Установлено, что низкая износостойкость наблюдаются у образцов титана без покрытий, при этом для образцов с азотированным поверхностным слоем износостойкость повышается для обоих типов испытываемых сплавов. Минимальный износ регистрируется на образцах с двухэтапным формированием покрытия из нитрида титана, при этом на образцах без промежуточного азотированного подслоя при испытании керамическим шариком наблюдаются сколы покрытия, а формирование подслоя предотвращает этот вид разрушения.

Представлены результаты исследований на модернизированном стенде СКИ LX, который обеспечивает добавление в модельную жидкость различного рода абразивных частиц, природа которых и свойства могут соответствовать реальным эксплуатационным условиям. При разработке программы и методики настоящих исследований использовался послеэксплуатационный анализ высокооборотных насосных установок, проводимый на месторождениях различных компаний РФ. Были исследованы особенности изнашивания, механизмы разрушения рабочих ступеней высокооборотного насоса серии 92ЭЛНЦ85-2250-е2ОЭ-10ЭЦ. На реальной конструкции высокооборотного насоса показана возможность определить скорости износа элементов трибосопряжения методом его весового определения с прогнозом на ресурс и выявить способы его увеличения в широком диапазоне количества взвешенных абразивных частиц в модельной жидкости, и в частности, в воде. Полученные в работе результаты являются основой для разработки научно обоснованных методик исследования износостойкости подшипниковых узлов высокооборотных центробежных насосов в условиях большого разнообразия пластовых жидкостей и содержащихся в них взвешенных частиц.

Рассмотрены результаты исследований износостойкости деталей машин из конструкционных сталей, с азотированными слоями, полученными при комплексной подготовке поверхностности перед ионной имплантацией и последующего ионного азотирования. Азотированные слои на деталях из конструкционных сталей, получаемых по традиционной технологии не способны полностью реализовать свой потенциал по износостойкости, поскольку перенасыщение границ зёрен азотом приводи к снижению прочности их границ, образованию нитридной сетки и к выкрашиванию зерен и их фрагментов в процессе трения износа. Активация поверхностного слоя деталей высокоэнергетической ионно-имплантационной обработкой, в ряде случаев позволяет устранить процесс образования нитридной сетки. Однако, микрогеометрическая и физико-механическая неоднородность азотируемой поверхности, а также наличие на поверхности загрязнений снижает эксплуатационные свойства азотированного слоя. Показано, что использование сухого электрополирования позволяет добиться наименьшей по сравнению с другими методами полирования шероховатости поверхности, при обеспечении наиболее однородного состояния материала поверхностного слоя. Установлено, что использование электроадсорбции для очистки поверхности позволяет устранить загрязнения, присутствующие на поверхности деталей, что способствует наиболее эффективному использованию последующей активации поверхностного слоя методом высокоэнергетической ионной имплантации. В результате применения комплексной подготовки поверхности детали удается наиболее полно реализовать возможности технологии ионного азотирования. На примере роторов винтовых насосов, работающих в условиях интенсивного трения изнашивания, приведены результаты сравнительных испытаний на изнашивание. Показано, что использование комплексной подготовки поверхности, включающей сухое электрополирование и электроадсорбцию перед активацией поверхностного слоя высокоэнергетической ионной имплантацией повышает износостойкость азотированного слоя приблизительно в 2 раза.

В статье рассмотрены факторы, влияющие на работу подшипника скольжения. Показано, что на основании основных положений теории гидродинамической смазки, переходя от формулы, характеризующей несущую способность смазочного слоя подшипников скольжения, к параметрам толщины масляного слоя и зазора, можно получить выражения для определения функциональных зазоров, в диапазоне которых подшипник будет работать в условиях гидродинамического трения. В результате проведенных расчётов подшипника скольжения редуктора привода транспортёра определены предельные функциональные зазоры для условия использования втулок различной длины в соответствии с ГОСТ ИСО 4379–2006. Обоснована рациональная длина цапфы подшипника скольжения исходя из величины наибольшего функционального зазора и его влияния на отклонение межосевого расстояния в зубчатой передаче редуктора. Предложена новая посадка Н8/f7 взамен рекомендуемых стандартом ГОСТ ИСО 4379–2006 Н8/g7 и Н8/e7, что гарантировано обеспечит наличие гидродинамического клина в начале эксплуатации и наиболее рациональный запас материалов на износ. Практическая значимость исследований заключается в возможности применения предложенного подхода при проектировании подшипников скольжения, работающих в условиях гидродинамической смазки, с целью определения рациональной длины и посадки сопрягаемых элементов подшипникового узла.

Исследована зависимость износа зубьев зубчатых колес от угла перекоса. Отмечается, что в зубчатых механизмах, из-за упругих деформаций элементов, погрешностей изготовления и монтажа, нарушается симметрия податливости системы, и вместо номинального контакта между зубьями имеет место кромочный контакт. В результате возникает концентрация напряжений в местах начального касания зубьев, резко растут в этих местах контактные напряжения, что в свою очередь вызывают повышенный износ зубьев в указанных зонах. Из-за этого снижается нагрузочная способность передачи, также значительно снижается долговечность всего механизма. Из сказанного следует важность установление зависимости величины износа от параметров нагруженности передачи, в первую очередь от угла перекоса. Задача решена с помощью предложенного в работе метода с использованием модели упругого основания. С целью повышения точности соответствия указанной модели с реальной картиной, в работе использована постель с переменным коэффициентом основания. Получены формулы в замкнутом виде для величины износа как функции от угла перекоса. Верификация этих формул по имеющимися в литературе экспериментальным данным показала хорошая сходимость.

Установлено, что перекос существенно увеличивает износ зубьев. Полученные результаты могут быть полезны при проектировании редукторов с цилиндрическими зубчатыми передачами.

При разработке материалов для подвижных сопряжений и узлов трения, работающих в открытом космическом пространстве, особое значение имеет износостойкость пар трения при коэффициентах трения от 0,05 до 0,1. Величины коэффициентов трения определяют нагрев сопряжений и мощности приводов. Износостойкость регламентирует сроки службы узлов трения. Выбор алмазоподобных покрытий в качестве одного из элементов пары трения определяет высокую износостойкость сопряжения при работе с твёрдосмазочными покрытиями вследствие высокой их химической инертности и отсутствия переноса вещества с твёрдосмазочного покрытия на алмазоподобное покрытие. В настоящей работе приведены результаты испытаний алмазоподобных покрытий при трении по твёрдосмазочному покрытию ЭОНИТ-3 и испытаниях на воздухе и в вакууме до 10^–6 мм. рт. ст. по схеме вал—втулка в диапазоне температур от –50 ℃ до +50 ℃. Алмазоподобное монокристаллическое покрытие толщиной 20 мкм наносилось на вал из закалённой стали ШХ-15; покрытие ЭОНИТ-3 толщи-ной 15 мкм нанесено на стальную втулку. Испытания проводились при нормальной нагрузке 100 Н; частота вращения вала — 200 об /мин; скорость скольжения — 0,12 м/с; продолжительность испытаний 1 час. Измерялись коэффициенты трения и износ твёрдосмазочного покрытия. Износ алмазоподобных покрытий не обнаружен. Износ твёрдосмазочного покрытия составлял от 1,065×10^–8 мм³/м до 3,195×10^–8 мм³/м при температурах от –50 ℃ до +50 ℃ на воздухе и в вакууме 10^–6 мм. рт. ст.

В работе рассматриваются синергетические принципы усталостного разрушения, позволяющие выделить фундаментальные механические характеристики материалов и оценить кинетику повреждаемости при разрушении металлов через критические параметры, контролирующие точки бифуркаций. Усталостное разрушение при этом рассматривается как кинетический процесс в зависимости от порядка поступления энергии циклического нагружения. На основе принципов физической мезомеханики и синергетики показано, что механические характеристики циклически нагруженного трибоконтакта являются важными параметрами материала, которые определяют уровень вносимой в каждом цикле нагружения энергии деформации на каждом масштабном уровне. Выявлено, что в трибоконтактах для практических целей необходимо добиваться, чтобы напряжение между покрытием и подложкой соответствовало предельной эластичности материалов, согласно критерию Гриффитса, а для вязких материалов принято во внимание другое значение критического напряжения — модификация Ирвина-Оравана. Приводятся критерии переходных режимов контакта, учитывая, что покрытие должно претерпевать изменения в полном согласии с подложкой, когда система деформируется под циклической нагрузкой. Результаты исследований при оценке механических характеристик материалов системы «покрытие — подложка» могут быть использованы в качестве диагностических признаков при анализе развития поврежденности трибоконтакта, работающих в условиях циклических усталостных нагружений.