Physical and Mechanical Aspects of Abrasive Wear of Steels in a Cooled Air Environment

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The relevance of the issues discussed in the paper is due to the strategy of development of economically promising regions of Russia, which are characterized by severe climatic conditions. This leads primarily to adverse effects on the material parts of the equipment operated by climatically low temperatures. Failure of parts and often assemblies is most often associated with its wear, which intensity, as a rule, increases when exposed to negative temperatures (low-temperature processes are usually attributed to processes occurring at temperatures below 273 K). The most destructive, in terms of the impact on the performance of these elements of mechanical systems, is its abrasive wear. At the same time, the practice of operation of equipment in Northern conditions showed that the intensity of this type of mechanical wear of parts in friction units is associated with an adverse effect on the physical and mechanical properties, and hence on the wear resistance of cooled air steels. Therefore, the study of the nature and causes of surface destruction of parts made of steel materials is of both scientific and purely practical interest. Ferrite-perlite is the basis for widely used steels (alloys) and in this context has become the subject of this study, associated with the goal: “to identify patterns of low-temperature abrasive wear of annealed carbon steels for its use in the development of evidence-based recommendations required in the design of high-wear resistance of metal materials”. This was part 1 of the study. Methods. In the scientific and applied research, both analytical methods and experimental wear tests on the installations of the original structures are used (protected by copyright certificates). The concept of kinematic pairs of the fifth class is used as a design model for the estimation of the trajectories and parameters of the sliding of the abrasive grains on the working surface of the accelerator (rotor). Results and discussion. Summarizing the results, it is necessary to note the following: First, the influence of the scheme of influence of abrasive particles on the wear surface of samples at low temperatures is experimentally recorded. Due to the concave (installation of the type of MCC) or convex (ring method) shape of the wear surface, the scheme of stresses on the destroyed surface of the sample is changed. This can be clearly seen on the wear curves in a cooled air. Secondly, the increase in the length of the interphase incoherent boundary in the system α-solid solution-hardening carbide phase (in the annealed state, carbon steels were tested in composition from pre-eutectoid to hypereutectoid) led to an increase in abrasive wear resistance over the entire range of the studied temperatures. At the same time, the indicated phenomenon has a number of features associated with a change in the wear mechanism when overcoming the threshold of cold fracture (from viscous to brittle).

About the authors

I. An

Email: igwan@sibmail.com
D.Sc. (Engineering), Associate Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, 30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation, igwan@sibmail.com

E. L. Wolf

Email: volfernst@tpu.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, 30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation, volfernst@tpu.ru

Y. N. Saraev

Email: litsin@ispms.tsc.ru
D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS, 2/4 pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation, litsin@ispms.tsc.ru

References

  1. Поисковые исследования повышения надежности металлоконструкций ответственного назначения, работающих в условиях экстремальных нагрузок и низких климатических температур / Ю.Н. Сараев, С.В. Гладковский, Н.И. Голиков и др. // Наукоемкие технологии в проектах РНФ. Сибирь / под ред. С.Г. Псахье и Ю.П. Шаркеева. – Томск: Изд-во НТЛ, 2017. – Гл. 5. – С. 134–202. – ISBN 978-5-89503-607-5.
  2. Махутов Н.А., Москвичев В.В., Фомин В.Н. Создание техники северного исполнения – проблема социально-экономического развития восточных регионов России // Вестник РАН. - 2015. - Т. 85, № 2. - C. 155–163. – doi: 10.7868/S0869587315020097.
  3. К вопросу построения дорожной карты отечественного арктического материаловедения. Ч. 1 / В.М. Бузник, Н.П. Бурковская, И.В. Зибарева, Р.Н. Черепанин // Материаловедение. - 2017. - № 4. - С. 8–16.
  4. К вопросу построения дорожной карты отечественного арктического материаловедения. Ч. 2 / В.М. Бузник, Н.П. Бурковская, И.В. Зибарева, Р.Н. Черепанин // Материаловедение. - 2017. - № 5. - С. 22-28.
  5. Научно-методические основы дефектоскопии, диагностики и мониторинга состояний материалов и технических систем / М.А. Махутов, М.М. Гаденин, В.В. Иванов, П.В. Миодушевский // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2015. - № 10. - С. 47-56.
  6. Кащеев В.Н. К методике определения абразивной износостойкости металлов при низких температурах // Тезисы докладов и сообщений Всесоюзной научно-технической конференции «Работоспособность машин и конструкций в условиях низких температур. Хладостойкость материалов». – Якутск: ИФТПС ЯФ СО АН СССР, 1973. – С. 22–23.
  7. Kleis J. Probleme der Bestimmung des Strahlverschleisses bei metallen // Wear. – 1969. – Vol. 13, iss. 3. – P. 199–215. – doi: 10.1016/0043-1648(69)90151-3.
  8. The physical mechanism of the formation of metal microspheres in the wear process / J. Kleis, U. Muiste, U. Pilvre, H. Uuemois, H. Uetz // Wear. - 1979. - Vol. 53, iss. 1. - P. 79-85. – doi: 10.1016/0043-1648(79)90218-7.
  9. Ишлинский А.Ю. Классическая механика и силы инерции. - М.: Наука, 1987. - 320 с.
  10. Патент 1237951 СССР. Установка для исследования ударного абразивного воздействия на образцы / В.Н. Кащеев, А.Н. Солод, Э.Л. Вольф. - Опубл. 15.06.1986.
  11. Клейс И.Р. Об изнашивании металлов в абразивной струе // Труды Таллинского политехнического института. - Таллин, 1959. - № 168. - C. 3-27.
  12. Ларионов В.П., Ковальчук В.А. Хладостойкость и износ деталей машин и сварных соединений. - Новосибирск: Наука, 1976. - 206 с.
  13. Кузнецов В.Д., Добровидов А.Н. Хрупкость рельс при низких температурах и способы ее уменьшения // Сталь. - 1930. - № 3-4. - С. 86-87.
  14. Кузнецов В.Д. Хрупкость металлов // Техническая энциклопедия. - М., 1934. - Т. 25. – С. 621–626.
  15. Давиденков Н.Н. О хрупком разрушении // Вопросы машиноведения. - М., 1950. - С. 467–474.
  16. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел. - М.: Металлургия, 1971. - 264 с.
  17. Глезер А.М. О соотношении прочности и пластичности металлических материалов // Деформация и разрушение материалов. - 2016. - № 1. - С. 2.
  18. Кащеев В.Н. Абразивное разрушение твердых тел. - М.: Наука, 1970. - 247 с.
  19. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. - М.: Машиностроение, 1978. - 213 с.
  20. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. - М.: Наука, 1970. - 251 с.
  21. Кащеев В.Н., Вольф Э.Л. Изнашивание потоком частиц стальной поверхности и ее температура // Трение и износ. - 1982. - № 4. - С. 655-660.
  22. Sorokin G.M., Malyshev V.N. Methods of choosing high-strengthened and wear-resistant steels on a complex of mechanical characteristics // New tribological ways / ed. by T. Ghrib. – Intech Open, 2011. - P. 197-218. – ISBN 978-953-206-7.
  23. Давиденков Н.Н. Проблема удара в металловедении. - М.: Изд-во АН СССР, 1938. - 116 с.
  24. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. - М.: Наука, 1974. - 640 с.
  25. Liebowitz H. Fracture. An advanced treatise. Vol. 6. Fracture of metals. – New York; London: Academic Press Publ., 1969. – 506 p. – ISBN 10: 0124497063. – ISBN 13: 9780124497061.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).