О ПЛАСТИЧЕСКОМ ТЕЧЕНИИ ПРИ ПРИРАБОТКЕ
Буше Н.А. (ВНИИЖТ, г. Москва, РФ),
Зелинский В.В. (МИ ВлГУ, г.Муром, РФ)
The conditions and the range of existing the plastic flow of the surface layer of the interface materials in running-in are examined.
Известно, что приработка подшипников всегда сопровождается пластическим деформированием антифрикционного слоя. Между возвышающимися исходными микронеровностями на отдельных участках поверхности материала подшипника и более гладкой и жесткой поверхностью вала возникает пластический контакт (по фактической площади касания) с соответствующим уровнем коэффициента контактного трения µ=τ/σ (где τ- среднее контактное касательное напряжение; σ - среднее нормальное напряжение). При достижении σ текущего уровня напряжения текучести в выступающих неровностях материала подшипника начинается пластическое деформирование с распространением его до определенной глубины. Благодаря этому неровности пластически оседают и в контакт вступают другие менее высокие неровности. Вследствие гетерогенности микроструктуры, барьеров в движении дислокаций, различных механизмов (систем) скольжения глубина проникновения пластического деформирования конечна. Ограниченность толщины деформируемого слоя делает правдоподобным предположение о пластическом течении материала в пределах еще не приработанных микровыступов достаточно пластичных и быстро разупрочняющихся от фрикционного нагрева (или вообще не упрочняющихся) подшипниковых материалов типа баббитов и сплавов на основе алюминия (типа АО и АС). Тем более, что у исходных микровыступов соотношение средних значений высоты и основания составляет от 1:12 до 1:20. Т.е., выступы представляют собой участки с достаточной протяженностью и, особенно, в направлении движения. По мере приработочного снижения высоты выступов происходит смыкание деформированных объемов под ними, что подтверждается методом построения линий скольжения. Поэтому пластическим течением может быть охвачен и подповерхностный слой. Таким образом, распространение области пластического деформирования по глубине и увеличение размеров этой области от повышающейся нагрузки в объеме микронеровности (или в подповерхностном слое) могут провести к разрушению микронеровности (или материала в подслое) и отделению малых или больших фрагментов материала подшипника, как менее прочного. Отмеченное позволяет предположить существование некоторого критического значения глубины пластически деформированной области как в неприработанных (не осевших и не полностью изношенных) микровыступах, так и на почти приработанных участках поверхности. Непривышение критической глубины деформированного объема позволит избежать разрушения поверхности при прохождении процесса технологической приработки.
Подповерхностное пластическое течение в обоих случаях может начаться и при наличии смазки. Для этого необходимо только, чтобы действующее касательное напряжение τ в контакте достигло уровня τmax=k (где τmax-максимальное главное касательное напряжение; k - постоянная пластичности). Т.е. необходимо лишь, чтобы коэффициент контактного трения μ был достаточным по величине, что возможно при повышающихся в технологической приработке нормальных напряжениях, так как τmax при этом постоянно. В то же время отмечается [1], что при выполнении отдельных операций пластического формоизменения металлических заготовок достаточным является μ=0,1. Снижению μ, в достаточных для пластического течения пределах, способствует пластическое вытеснение мягких металлических составляющих в алюминиево-оловянных и алюминево-свинцовых сплавах при приработке, установленного экспериментально.
Важное значение на достижение
коэффициентом контактного трения достаточной величины оказывают необходимые для
этого уровни геометрических параметров контакта. Рассмотрение взаимодействия
плоскости, нагруженной касательной силой, с расположенным к ней под углом β
жестко-пластическим полупространством, подчиняющимся условию пластичности, при
глубине внедрения a, позволило
получить условие пластического равновесия 
, согласно которому были установлены
границы возможного пластического течения при приработке. Расчеты показали, что
при геометрических параметрах контакта, соответствующим реальным поверхностям,
пластическое течение возможно при β от 2о до 25о.
При β < 2о требуются практически недостижимые значения μ,
при β > 25о - наступает микрорезание. Установлено, что a
линейно влияет на глубину деформированной области. Уменьшение β и µ,
сопровождающее приработку, сильно увеличивает глубину деформированного подслоя.
Взаимодействие прирабатываемых поверхностей при постоянном (критическом)
значении толщины пластического подслоя возможно при уменьшении µ до 0,1 при β
= 20о и – до 0,41 при β = 5о.
Таким образом, оценка границ области существования пластического деформирования поверхности при реальных параметрах контакта показала, что пластическое течение в подповерхностном слое подшипниковых сплавов при приработке возможно.
Литература
1. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. - М.: Машиностроение, 1977. 421 с.
2. Зелинский В.В. Механика трения композиционных материалов и оптимизация технологии приработки трибосистем// Новые материалы и технологии на рубеже веков: Материалы Междунар. науч.-техн. конф.-Пенза: ПГУ, 2000, Ч2.- c. 8-10.
3. Зелинский В.В. Совершенствование технологии обкатки ДВС на основе механики трения и трибологических закономерностей приработки материалов сопряжений// Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения: Материалы Междунар. науч.-техн. конф.- Орел: ОГТУ, 2000, Ч2.- c. 29-32.