Тяжелонагруженные узлы трения

Одним из распространенных примеров локальных фазовых и структурных превращений при фрикционном взаимодействии деталей в условиях эксплуатации может служить формирование белой зоны на рабочей поверхности зубьев тяжелонагруженных зубчатых передач.

При металлографическом исследовании снятых с эксплуатации шестерен из цементованной закаленной стали 18Х2Н4ВА в участках повреждений была обнаружена белая зона в виде тонкого однородного нетравящегося слоя, под которым расположены перемежающиеся светлые и темные слои. Толщина новообразованной зоны составляла от 30 до 120 мкм. Микротвердость белой зоны 19-26 ГПа. Рентгенографическое исследование выявило наличие линий фаз, а также карбидов.

Образование белой зоны наблюдалось в сталях при схватывании и заедании в различных условиях контактно-фрикционного взаимодействия: при реверсивном трении при малых скоростях скольжения; однонаправленном трении при относительно высоких скоростях скольжения; соударении, с высокими скоростями. Характерной особенностью структурных превращений при заедании является локализация пластической деформации в тонком поверхностном слое, проявляющаяся в форме отнесения металла и текстурирования. Максимальная микротвердость белой зоны составляла 14 ГПа, а ее толщина 20-30 мкм.

Вторичная структура типа белой зоны была обнаружена в местах задиров на втулках двигателей внутреннего сгорания, изготовленных из серого чугуна СЧ 24-44. В процессе эксплуатации при дискретном взаимодействии контактирующих поверхностей в локальных участках поверхностных слоев происходит интенсивная пластическая деформация и термоциклирование вблизи -температуры (нагрев и охлаждение).