Федеральное Агентство
Научных Организаций

Российская Академия Наук

Отделение энергетики, машиностроения
механики и процессов управления

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт машиноведения
им. А.А. Благонравова
Российской академии наук

  • русский
  • english
imash.ru » Научные отделы ИМАШ » Трение, износ, смазка. Трибология » Структура Отдела » Лаборатория исследования износа при граничной смазке » Аппаратурные средства и экспериментальное оборудование для выполнения исследований в лаборатории

Аппаратурные средства и экспериментальное оборудование для выполнения исследований в лаборатории

Лаборатория проводит всесторонние исследования процессов трения и изнашивания материалов в режиме граничной смазки. В этом режиме работают практически все тяжелонагруженные узлы трения современных машин и механизмов, смазываемые жидкими, пластичными или твердыми материалами в определенные периоды своей эксплуатации «при пуске-остановке» высоких нагрузках и температурах и низких скоростях относительного перемещения, в «мертвых точках» при возвратно-поступательном движении, при геометрии контакта, препятствующей реализации жидкостной смазки. Считается также, что узлы трения, смазываемые твердыми смазочными материалами постоянно работают в режиме граничной смазки.

При граничной смазке разделение трущихся поверхностей, препятствующее их непосредственному контакту, ведущему к повышенному износу и заеданию, осуществляется не сплош¬ным слоем смазочного материала, а граничным слоем, представляю¬щим собой продукты взаимодействия активных компонентов смазочного материала с материалом трущихся деталей. Поверхностно-активные компоненты, содержащиеся в смазочном материале, образуют на рабочих химически поверхностях адсорбционные слои, активные компоненты в результате реакции с металлом поверхностей обра¬зуют на них химически модифицированный слой, подобный твердому смазочному покрытию. При граничной смазке имеет место также металлический контакт отдельных микронеровностей, локализован¬ный граничным слоем.

Механизмы трибологических процессов, происходящих при гранич¬ной смазке, предопределяют направление работ лаборатории исследования износа при граничной смазке:

  • изучение противоизносных, противозадирных и антифрикционных свойств смазочных материалов при трении в режиме граничной смазки и разработка на основе этих исследований новых высокоэффективных смазочных композиций;
  • разработка новых методов изучения трибологических свойств смазочных материалов и методов изучения взаимодействия смазочных материалов с ними;   
  •  разработка и  изучение физико-механических и трибологических свойств материалов с новыми служебными свойствами (самосмазывающиеся композиционные материалы, твердые смазочные материалы, композиционные материалы типа «углерод-углерод».

Сотрудники лаборатории занимаются также изучением трения, изнашивания и заедания при граничной смазке в среде жидких и пластичных смазочных материалов. Используется   ряд    стандарт¬ных и оригинальных методов исследования, позволяющих в лаборатор¬ных условиях всесторонне изучить трибологические свойства сма¬зочных материалов с учетом материалов трущихся деталей, режима работы заданного узла трения и геометрии контакта трущихся деталей. Это:
а) четырехшариковые машины (возможно применение шести различ¬ных схем, позволяющих реализовать точечный или линейный кон¬такт) типа КТ-2, позволяющие оценить температуры разрушения граничных смазочных слоев в результате их дизорметации и десорб¬ции их молекул и температуры образования химически модифициро¬ванных слоев (переходные температуры). Контактные давления до 2000 MПa, скорость скольжения (при четырехшариковой схеме тре¬ния - 0,24 мм/с, интервал температур, в котором изучаются три¬бологические свойства смазочных материалов 20-400°С. Испытания проводятся при ступенчатом подъеме температуры и постоянных скорости скольжения и нагрузки в контакте.
Разработаны теоретико-экспериментальные уравнения, позволяющие рассчитать переходные температуры для практически любых условий работы узла трения при граничной смазке, исходя из констант, характеризующих сочетание смазочного материала и материалов трущихся деталей. Эти константы получаются путем обработки результатов испытаний смазочных материалов на машине КТ-2, представленных в виде зависимостей коэффициентов трения от температуры (ГОСТ 23.221-64).
 б) четырехшариковая машина ИМАШ: частота вращения 25 1/с, осевая нагрузка - до 1200 Н. Испытания противоизносных свойств масел по стандартной методике и по специально разработанному в лаборатории методу, согласно которому учитывается кинетика процесса изнашивания, а результаты представляются в виде зави¬симости интенсивности изнашивания от контактного давления. Ме¬тод (РД 50 531-85) позволяет ранжировать смазочные материалы по противоизносным, и антифрикционным свойствам, удобен при разработке новых смазочных композиций. В частности, метод хоро¬шо дифференцирует присадки по их способности проявлять свойства "модификаторов трения".
в) машина (ДС-3) предназначена для испытания температурной стойкости и противоизносных свойств масел и материалов трущихся тел. Интервал применяемых нагрузок 500-2300 г, интервал скоростей относительного скольжения трущихся образцов 0,01-15 мм/с, интервал температур, до которых нагревают образцы от внешнего источника тепла 20-400°С. В процессе испытаний регистрируется коэффициент трения.
  г) машина возвратно-поступательного движения ВДД-1. Предназначена для воспроизведения условий работы пар поршень-гильза цилиндра двигателя внутреннего сгорания, направляющие скольжения металлорежущих станков и т.д. Схемы контакта шар-поступательно перемещающаяся плоскость, плоскость-плоскость, цилиндр- плоскость (частота осцилляций- 10-200 мин-1;  интервал нагрузок 0,6-36 кг, интервал температур нагрева узла трения - 20-400°С). В процессе испытания регистрируется коэффициент  трения и импульс¬ное электросопротивление в контакте при трении.
  д) машина  трения  Шкода-Савина.  Работает по схеме изнашивания плоского образца  из  антифрикционного сплава вращающимся роликом диаметром 30 мм. Масло подается с помощью специального дозатора, либо испытания проводятся в масляной ванне. Испытания проводятся при частоте вращения ролика 100-200 мин-1 (машина дает  возможность проводить испытания при  частоте до 3000 мин-1)  и  нагрузках 100-200 Н.  При исследовании  смазочных  материалов  обычно проводят длительные  испытания,  в  процессе которых  оценивается кинетика изнашивания (машина снабжена индикатором линейного износа в процессе испытания).  Результаты представляют в виде зависимостей интенсивности изнашивания от давления, что позволяет рас¬считывать коэффициент  износа,  величина которого характеризует противоизносные свойства системы.
Машина  позволяет также оценивать такую важную характеристику рабочих поверхностей трущихся  тел, как  их  изнашивающую  способность по методу, разработанному в лаборатории.
е) прибор типа "горячая проволока".для оценки реактивности химически активных  присадок;
ж) прибор для оценки адсорбционных свойств смазочных материалов  путем измерения изменения контактной  разности  потенциалов при  нанесении на поверхность электродов тонкого слоя  исследуемого смазочного материала;
з) профилограф-профилометр  завода "Калибр" модели 252;
и) профилограф-профилометр  завода "Калибр" модели 201, модернизированный  для снятия профилей  пятен износа шаров,  исследованых на  четырехшариковой машине.

В лаборатории могут проводиться детальные трибологические исследо¬вания твердых смазочных покрытий в неконтролируемой атмосфере и в вакууме. Для этих исследований применяются машины:
а) Машина КТ-4. Четырехашриковая машина практически  аналогичная КТ-2,  но  установленная  под вакуумным  колпаком.    Машина  снабжена натекателем  для проведения испытаний в контролируемой атмосфере. Испытания проводятся при ступенчатом подъеме температуры до  400°С  с  регистрацией  коэффициента  трения.
б) Машина ДС—1.  Осуществляет  трение по схеме  сфера-вращающийся диск.    Узел трения помещен в герметизированную камеру. Испытания проводятся при скоростях скольжения  в  диапазоне 0,1-1.0 м/с при объемном нагреве узла трения до температуры 700°С,  нагрузка  в диапазоне 2,5-40 Н. В процессе испытаний  регистрируется  коэффициент  трения. 
в) Машина ДС—2.  Машина  снабжена анализатором остаточных газов  ИПД0-1  и натекателем  для проведения испытаний  в  контролируемой атмосфере.  Специальное  устройство позволяет проводить испытания при  термоциклировании  в диапазоне температур  - 150°С до + 400°С.   

Лаборатория  обладает  серией  приборов для измерения  малых  износов методом вырезанных лунок применительно  к  цилиндрам  и поршневым кольцам двигателей внутреннего сгорания  (модель 965)  для измерения  износов  плоских  поверхностей - например,  направ¬ляющих станин станков (модель 966) и для измерения  износа  ва¬лов - в том числе, шеек коленчатых валов (модель 967). Применение приборов  позволяет  в несколько раз  сократить  длительность испытаний при изучении  влияния  на  износ смазочных материалов,  материалов трущихся тел, получить точные данные о величинах  местного  износа  поверхностей,  получить точную  картину  распреде¬ления  износа  по  поверхностям  трения.
Сотрудники лаборатории занимаются исследованием физико-механических свойств твердых тел и в первую очередь - их  микро¬твердости,  а также разработкой аппаратуры для  этих  исследований.

В лаборатории имеются стандартные микротвердомеры  ПМТ-З,  ПМТ-5 и специально  разработанный в лаборатории  исследовательский микротвердомер  МТИ-2М предназначенным  для  исследования микромеханических свойств  изделий  и  образцов из различных материалов методом вдавливания  индентора  с автоматической регистрацией диаграммы вдавливания в координат ах  «усилие-глубина отпечатка», т.е.  осуществляет  измерение  микротвердости по невосстановленному отпечатку.  Для материалов,  не обладающих светоотражательной способностью,  такой  метод определения микротвердости  (если не использовать слепки) является единственным методом,  позволяющим производить измерения микротвердости.

Проводится  всестороннее изучение трения и изнашивания традиционных конструкционных материалов и материа¬лов специального назначения (стали, сплавы, полимерные и компо¬зиционные материалы и покрытия) в присутствии жидких и твердых смазок и без них.
Стандартные и оригинальные методики, приборы и установки позволяют достаточно полно моделировать работу интересующего  потребителя  узла трения:

  • машина трения ТВ, схема трения «вал-плоскость» и «вал-частичный вкладыш» ;  контактное давление в зоне трения  0,05 МПа ч50 МПа;
  • скорость скольжения 0,5-1,5 м/сек; температура испытаний от 100 до 800°С; имеется счетчик числа циклов и запись коэффициен¬та трения.  Модификации: ТВ-1 - испытания  на воздухе; ТВ-2 -контролируемое среде; ТВ-3 - в вакууме с фиксацией газовыделения с поверхности трения масспектрометром  МСХ-3 и МСХ-6. машина трения ИК, схема трения «плоскость-плоскость»  дав¬ление в зоне трения 0,2-30 МПа; скорость скольжения 0,002-1 м/сек  температура испытаний 20-З00°С;
  • испытания на воздухе и в вакуу¬ме; имеется запись коэффициента трения и температуры испытания,
  • машина трения  ГП,  схема трения "ролик-плоскость" с возвратно-поступательным  движением; давление в зоне трения  0,01-0,5 МПа; скорость скольжения  0,01-0,5 м/сек; температура испытания 20-200°С;  имеется счетчик числа  циклов и запись коэффициента трения».

Разработанные методики позволяют определять триботехнические свойства материалов и покрытий:

  • фрикционные свойства материалов пары трения;
  • фрикционную теплостойкость материалов и покрытий;
  • износ и ресурс элементов узла трения;
  • сравнительную износостойкость материалов и покрытий для узлов трения;
  • смазывающую способность твердых смазочных материалов и покрытий;
  • оптимальную для узла трения шероховатость поверхности и пр.

Накопленный  научный и практический опыт изучения поведения материалов и покрытий  в  узлах  трения позволяет  коллективу  лаборатории  осуществлять консультативную и практическую помощь  заинтересованным организациям  в  рамках  хоздоговорных отношений  (и иных форм взаимодействия) по вопросам:

  • рекомендации  по применению материалов и покрытий  в узлах трения;
  • оптимизация геометрии и шероховатости поверхности деталей узлов трения;
  • ускоренные испытания материалов и покрытий для узлов трения.