Особенности разрушения контактной поверхности стали Ст3 и её износ при сухом скольжении по стали под переменным током

Abstract

Исследовано сухое скольжение модельных образцов стали Ст3 по стали 45 под воздействием переменного тока плотностью до 120 А/см2 по схеме сопряжения «pin-on-ring». Изучены возможности увеличения износостойкости путём изменения одного из геометрических параметров (высоты) образца (pin) и исследована температура держателя образца в разных точках. Было показано, что эта температура может превышать 150 °С в зоне крепления образца. Увеличение температуры держателя образца и интенсивность изнашивания имели нелинейный характер в соответствии с кривой, близкой к экспоненте при увеличении плотности тока. Скольжение при плотности тока более 100 А/см2 происходило в условиях катастрофического изнашивания. Наблюдалось образование слоя переноса толщиной около 20 мкм на поверхности контакта образцов. С помощью рентгеновского фазового анализа было установлено, что слой переноса содержит более 70 % FeO. Анализ поверхностей изнашивания позволил выявить механизм разрушения контактных слоёв, который выражался в разделение номинальной площади контакта на два сектора. Граница между секторами была вполне чёткая и перпендикулярная к направлению скольжения. Сектор, направленный навстречу набегающей контактной поверхности контртела, имел следы адгезии, пропахивания и т.п., которые обычно появляются при скольжении без тока. Другой сектор имел признаки деформации, аналогичные деформации вязкой жидкости, а следы адгезии не наблюдались. Коэффициент трения уменьшался при увеличении плотности тока и не изменял своего поведения при переходе в режим катастрофического изнашивания. Представленные закономерности наблюдались на качественном уровне независимо от высоты образцов. Количественно различались только температуры нагрева держателя образца. Результаты работы будут полезны при создании реального узла трения, работающего в условиях скользящего токосъёма с высокой плотностью тока.