Воронин Н. А. (ИМАШ РАН, г. Москва, Россия)
In an outcome of consideration of a mechanics of elastic and elastic-plastic interactions by spherical rigid indenter with topocomposite (solid body with thin coating) analytical dependencies for calculation of effective rigidity, effective yield point, load carrying capacity and hardness of topocomposites are installed in terms of thickness of coating and ratio of the elastic and mechanical properties of base and coating materials.
Покрытия нашли широкое применение в узлах трения, придавая контактируемым поверхностям требуемый для данных условий эксплуатации комплекс прочностных и триботехнических свойств. Толщина, состав и структура покрытий в значительной степени определяются технологией их получения. Особенно это стало заметно в последние годы в связи с интенсивным использованием в промышленности покрытий и модифицированных поверхностных слоев, полученных с использованием концентрированных потоков энергии и вещества. В первую очередь имеются в виду вакуумные ионно-плазменные методы, лазерные и электронно-лучевые обработки.
Тонкие покрытия триботехнического назначения характеризуются тем, что в условиях внешнего (в первую очередь силового) воздействия при контакте проявляют свойства, характерные некоторой слоистой системы, в которую помимо материала покрытия входит материал основы и, в ряде случаев, промежуточные слои. Слоистый материал, содержащий тонкий поверхностный слой с резко отличающимися физико-механическими свойствами от свойств материала основы, предложено называть топокомпозитом [1].
Расчеты на прочность, долговечность, износостойкость неотъемлемая операция при проектировании любой машины, узла, детали. Расчеты деталей и узлов трения, изготовляемых из топокомпозитов, возможны лишь при наличии знаний о характеристиках данного материала, величинах истинной твердости покрытия, несущей способности и твердости поверхности топокомпозита. Абсолютные значения последних из указанных характеристик меняются при варьировании толщины, механических и упругих характеристик материалов основы и покрытия, геометрических размеров и формы контактируемых тел.
В данной работе в результате рассмотрения механики упругого и упруго-пластического внедрения сферического жесткого индентора в топокомпозит выводятся и обосновываются аналитические зависимости для определения эффективной упругости (жесткости) и эффективного предела пластичности слоистой среды. Получены аналитические выражения для расчета несущей способности и твердости топокомпозитов. Показан характер влияния на указанные характеристики толщины и соотношения упругих и механических характеристик материалов основы и покрытия. Установлен эффект понижения несущей способности топокопозитов в определенном интервале толщин покрытий при некоторых значениях соотношения упругих и механических характеристик материалов компонентов слоистой системы.
Литература
1. Воронин Н.А. Топокомпозиты – новый класс конструкционных материалов триботехнического назначения. Методологические вопросы создания и конструирования. Трение и износ, 1999, т.20, Часть1. № 3, с. 313-320, Часть 2. № 5, с.533-544.