книги / Трибология

7.В виде чего проявляется молекулярное взаимодействие? 1) когезии 2) адгезии

3) схватывания

4) захватывания

8.К чему приводят многократные упругие и пластические деформации микронеровностей поверхностей скольжения?

1) к усталостному выкрашиванию

2) к несовершенству структуры материала

3) к разрыхлению структуры

4) к накоплению дефектов

9.К чему приводят многократные упругие деформации поверхностей качения?

1) к усталостному выкрашиванию

2) к несовершенству структуры материала

3) к разрыхлению структуры

4) к накоплению дефектов

10.Из каких наиболее важных элементарных процессов складывается пластическое деформирование поверхностного слоя металла?

1) разрушение структуры

2) отклонение атомов от правильного расположения в решетке и их теплового движения

3) двойникование кристаллов

4) скольжение по кристаллографическим плоскостям

11.Что сопровождает смещение кристаллических зерен? 1) разрушение структуры

2)появление различных дефектов структуры (дислокаций, вакансий)

3)увеличение плотности дефектов структуры

4)частичное нарушение связей

101

12.К чему приводит пластическая деформация при температуре ниже температуры рекристаллизации?

1) размягчению

2) отпуску

3) наклепу

4) состоянию повышенной пластичности

13.К чему приводит пластическая деформация при температуре выше температуры рекристаллизации?

1) размягчению

2) выглаживанию поверхности

3) наклепу

4) состоянию повышенной пластичности

14.В каких условиях возможно образование магмы-плазмы? 1) низкие температуры при трении 2) малые удельные нагрузки 3) высокие удельные нагрузки

4) высокие температуры при трении

15.Какие основные факторы определяют повреждение поверхностей и износ?

1) выглаживание поверхности

2) разрушение «мостиков» схватывания и др.

3) наводороживание и окислительные процессы

4) пластические деформации

102

7.ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС – ЭФФЕКТ БЕЗЫЗНОСНОСТИ

В1955 г. советские ученые Д.Н. Гаркунов и И.В. Крагельский при исследовании технического состояния шасси самолетов открыли явление избирательного переноса при трении – эффект безызносности (внесено в Государственный реестр откры-

тий СССР под № 41 от 13 сентября 1966 г. с приоритетом от 12 ноября 1956 г.). Ученые заметили самопроизвольное образование пленки меди толщиной 1…2 мкм на бронзовых и стальных деталях в парах трения сталь–бронза при смазывании их спиртоглицериновой смесью. Притом сила трения уменьшалась приблизительно в 10 раз и резко снижался износ. Подобное явление было обнаружено в шарнирно-болтовых соединениях самолетов в парах трения сталь–бронза при смазывании смазкой ЦИАТИМ-201. Поверхности деталей пары сталь–бронза обогащаются медью (формируются пленки меди) в результате анодного растворения бронзы, причем легирующие элементы алюминий, железо, олово, кремний, бериллий, цинк уходят в смазочный материал. Анодное растворение бронзы прекращается и устанавливается режим избирательного переноса, после того как поверхность деталей из стали и бронзы покроется медью.

Позднее этот же эффект был обнаружен в паре сталь–сталь при смазывании маслофреоновой смесью узлов трения компрессора холодильника, которые могут работать без ремонта десятки лет. На поверхностях деталей пары сталь–сталь формируются пленки меди в результате растворения медных трубок теплообменника холодильника. Защитная медная пленка образуется при поступлении ионов меди с маслофреоновой смесью в зону контакта стальных деталей компрессора холодильника. После того как поверхность стальных деталей покроется медной пленкой, начинает осуществляться режим избирательного переноса.

103

По своему характеру избирательный перенос является противоположным изнашиванию. При изнашивании все процессы в месте контакта приводят к разрушению поверхности, а процессы при избирательном переносе характеризуются направленностью на созидание, эти процессы необратимы и относятся к самоорганизующимся процессам неживой природы.

Следует отметить, что на практике не всегда можно достичь полной безызносности, поэтому под эффектом безызносности будем иметь в виду принцип, на основе которого силы трения и интенсивность изнашивания деталей уменьшаются. Также на практике можно, используя специальные технологии, создать условия для восстановления изношенных машин без их разборки.

Избирательный перенос – это вид контактного взаимодействия трущихся поверхностей деталей, провоцируемый в результате протекания комплекса механофизико-химических процессов, приводящих к автокомпенсации износа деталей и к снижению трения.

Сопротивление относительному перемещению трущихся поверхностей в условиях избирательного переноса в основном обусловлено молекулярной составляющей силы трения. При избирательном переносе в зоне контакта трущихся поверхностей образуется защитная пленка, названная сервовитной от латинского servo vitte– спасать жизнь. В сервовитной пленке осуществляется диффу- зионно-вакансионный механизм деформации, происходящий без накопления,характерныхдляусталостныхпроцессов,дефектов.

Можно рассматривать систему сталь – смазочный материал – бронза как гальванический элемент, в котором в результате электрохимических процессов происходит формирование сервовитной пленки в зоне контакта трущихся поверхностей. Электрохимические процессы ведут к резкому изменению структуры поверхностных слоев материала, и по закону электрохимической кинетики скорость анодного растворения обязана возрастать при увеличении потенциала, но при избирательном переносе из-за образования сервовитной пленки на поверхности бронзы между анодными и катодными участками может полностью

104

прекратиться процесс растворения и наступить установившийся режим трения. В поверхностном слое сервовитной медной пленки зарождается множество вакансий и дислокаций, которые приводят к образованию рыхлой медной суспензии в зоне контакта. Рыхлая медная суспензия обладает высокой пластичностью и малыми сдвиговыми сопротивлениями. Сервовитная пленка от действия сил молекулярного взаимодействия и схватывания в процессе трения переносится на стальную поверхность, способствует сглаживанию шероховатости поверхности и, заполняя впадины микронеровностей, образует защитный слой. Причем фактическая площадь контакта возрастает в сто раз и приближается к номинальной, следовательно, давление перераспределяется более равномерно по всей рабочей поверхности, а коэффициент трения уменьшается до значения, соответствующего трению со смазочным материалом. При избирательном переносе реализуются условия положительного градиента механических свойств материала по нормали к поверхностям трения.

Тест для самоконтроля

1.Кто открыл явление избирательного переноса при трении (эффект безызносности)?

1) швейцарский, немецкий и российский ученый Леонард Эйлер

2) французский ученый Гийом Амонтон

3) советский ученый Д.Н. Гаркунов

4) советский ученый И.В. Крагельский

2.В каком году было открыто явление избирательного пе-

реноса?

1) 1755

2) 1866

3) 1955

4) 1966

105

3.Как называется вид контактного взаимодействия трущихся поверхностей деталей, провоцируемый в результате протекания комплекса механофизико-химических процессов, приводящих к автокомпенсации износа деталей и к снижению трения?

1) молекулярное взаимодействие

2) механическое взаимодействие

3) избирательный перенос

4) усталостное изнашивание

4.Как называется защитная пленка, образуемая в зоне контактирования трущихся поверхностей, в которой осуществляется диффузионно-вакансионный механизм деформации, происходящий без накопления, характерных для усталостных процессов, дефектов?

1) диффузионно-вакансионная пленка

2) сервовитная пленка

3) автокомпенсационная пленка

4) поверхностно-активная пленка

5.Какова толщина меди на деталях в парах трения сталь– бронза при смазывании их спиртоглицериновой смесью?

1) 1…2 мкм

2) 1…2 нм

3) 5…7 мкм

4) 10…20 мкм

106

8. ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ И ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОВЕДЕННЫЕ В ЛАБОРАТОРИИ «ДЕТАЛИ МАШИН» ИМЕНИ ПРОФЕССОРА

Б.А. ИВАНОВА ПНИПУ

Лаборатория «Детали машин» имени профессора Б.А. Иванова стала базой для формирования лаборатории создания новых композиционных материалов, вошедшей в 2015 г. в ЦКП «Центр аддитивных технологий» ПНИПУ.

Основное направление исследований лаборатории – разработка и внедрение перспективных технологий в сфере производства композиционных материалов (КМ) на основе дисперсных систем (оксидов, карбидов и терморасширенного графита): проектирование и изготовление оснастки для изготовления КМ, разработка нестандартных методик экспериментального исследования эксплуатационных характеристик конструкций из КМ, исследование процессов деформирования и разрушения КМ.

Лаборатория оснащена комплексом современного оборудования, позволяющим: изготовить опытные образцы, исследовать их микроструктурные и функциональные характеристики, оптимизировать основные технологические параметры производства конструкций из разрабатываемых композиционных материалов.

Квалифицированные научные сотрудники лаборатории за последние 5 лет опубликовали более 50 трудов в ведущих научных изданиях, получили 10 патентов на изобретения.

8.1. Методы статистической обработки результатов измерений

Всякое измерение выполняется с некоторой погрешностью, определяемой тремя видами ошибок: систематических, случайных и промахов. Поскольку никакое измерение не может

107

быть выполнено абсолютно точно, без погрешностей, то в задачу измерения входит не только нахождение интересующей экспериментальной величины, но и оценка допущенной при этом погрешности.

Порядок (алгоритм) статистической обработки результатов многократных прямых измерений по ГОСТ Р 8.736–2011:

1. Вычисляют оценку измеряемой величины y, за кото-

рую принимают среднее арифметическое значение n параллельных опытов:

где yi – i-й результат измерений; n – число исправленных ре-

зультатов измерений.

2. Определяют отклонение результата i-го измерения от оценки

3. Находят среднее квадратическое отклонение ряда результатов измерений

4. Проверяют наличие грубых погрешностей и при необходимости исключают их. Для исключения грубых погрешностей используют критерий Граббса. Статистический критерий Граббса исключения грубых погрешностей основан на предположении о том, что группа результатов измерений принадлежит нормальному распределению. Для этого вычисляют критерии Граббса G1 и G2 предполагая, что наибольший ymax или наименьший ymin результат измерений вызван грубыми погрешностями:

108

Сравнивают G1 и G2 с теоретическим значением GТ критерия Граббса при выбранном уровне значимости q. Таблица критических значений критерия Граббса приведена в приложении А ГОСТ Р 8.736–2011.

Если G1>GТ и (или) G2>GТ, то соответственно ymax и (или) ymin исключают как маловероятное значение. Далее вновь вы-

числяют среднее арифметическое и среднее квадратическое отклонения ряда результатов измерений и процедуру проверки наличия грубых погрешностей повторяют.

Если G1≤GТ и (или) G2≤GТ, то соответственно ymax и (или) ymin не считают промахом и сохраняют в ряду результатов из-

мерений.

5. Вычисляют коэффициент вариации, который характеризует изменчивость значения:

6. Рассчитывают среднее квадратическое отклонение среднего арифметического (оценки измеряемой величины):

7.Для определения доверительных границ погрешности оценки измеряемой величины доверительную вероятность принимают равной 0,95.

8.Вычисляют доверительные границы случайной погрешности (доверительную случайную погрешность) оценки измеряемой величины:

109

где t – коэффициент Стьюдента, который находили по таблице в зависимости от доверительной вероятности P и числа результатов измерений n.

Доверительные границы случайной погрешности оценки измеряемой величины в соответствии с ГОСТ Р 8.736–2011 устанавливают для результатов измерений, принадлежащих нормальному распределению.

9. Представляют результат вычислений в виде

Для установления линейной зависимости (связи) между двумя измеряемыми величинами применяют критерий корреляции Пирсона, используемый при нормальном распределении сопоставляемых переменных. Этот критерий позволяет определить наличие или отсутствие линейной связи, а также оценить ее силу (тесноту) и статистическую значимость.

Расчет коэффициента корреляции Пирсона производится по формуле

Оценку статистической значимости коэффициентов корреляции rxy проводят при помощи t-критерия Стьюдента, рассчитываемого по формуле

где (n–2) – число степеней свободы.

Условно выделяют следующие уровни корреляционной связи: слабая – менее 0,3; умеренная – от 0,3 до 0,5; заметная – от 0,5 до 0,7; высокая – от 0,7 до 0,9; более 0,9 – весьма высокая.

В случае одновременного анализа взаимосвязи трех и более параметров используют метод регрессионного анализа для пол-

110