Аналитически установлено и экспериментально подтверждено, что в тяжелонагруженных сопряжениях, таких как тормозная система подвижного состава, максимальное значение температуры в колесе находится не на поверхности, а в подповерхностном слое. Рассмотрение нестационарной контактной связанной термоупругости в задаче о вращении тормозного диска и экспериментальные исследования диффузии водорода показали, что характер расчетной зависимости температурного поля удовлетворительно описывает процесс диффузии водорода в его функциональной зависимости от температуры. При этом максимум концентрации водорода совпадает с максимумом температуры. Представлены результаты по исследованию сегрегационных явлений легирующих и примесных элементов в трибосистеме колесо-тормозная колодка. Методом ожеспектроскопии установлен элементный состав на границах зерён стали железнодорожного колеса. Верхние слои металла дефектов колеса содержат железо, серу, фосфор и цинк. В рабочем слое бандажа содержание серы и фосфора значительно меньше и соответствует их объёмному содержанию.
диффузия, контактная термоупругая задача, температура, сегрегация, электризация
Введение. Известно, что при трении в результате термомеханической деструкции полимеров в зоне контактирования с металлом выделяются различные по своей природе твердые, жидкие и газообразные продукты, среди которых большое количество водорода. Водород в свою очередь адсорбируется и активно поглощается контактирующей поверхностью металла, что ведет к ее разрушению и переносу твердых частиц металла с этой поверхности на более мягкий полимерный материал. Диффундируя в приповерхностную область, водород попадает в образовавшиеся при деформации трещины. Молизуясь в них, водород создает внутренние расклинивающие давления, превышающие предел прочности материала. По расчетным данным при воздействии колеса с рельсом реализация касательных напряжений также осуществляется на некоторой глубине от поверхности. В совокупности эти факторы вызывают расклинивающее действие на трещину адсорбированного водорода, что способствует развитию трещин в этой зоне и преждевременному разрушению металлического контртела, которое проявляется в «намазывании» металла на сопряженную с колесом поверхность фрикционной колодки.
1. Schofer, J. Quantitative wear analysis using atomic force microscopy / J. Schofer, E. Santer // Wear. - 1998. - pp. 74-83.
2. Горячева, И. Г. Механика фрикицонного взаимодействия / И. Г. Горячева. - Москва : Наука, 2001. - 478 с.
3. Dmitriev, A. I. Simulation of surface topography with the method of mavable cellular automata / A. I. Dmitriev, V. L. Popov, S. G. Psakhie // Tribology International. - 2006. - V.39, № 5. - pp. 444-449.
4. Osterle, W. Towards a better understanding of brake friction materials / W. Osterle, A. Dmitriev, H. Klob, I. Urban // Wear. - 2007. - V. 263, № 7-12. - pp. 1189-1201.
5. Mosey, N. J. Atomistic Modeling of Friction / N. J. Mosey, M. H. Müser, K. B. Lipkowitz, T. R. Cundari // Reviews in Computational Chemistry. - 2007. - V. 25. - pp. 67-124.
6. Koskilinna, J. O. Friction paths for cubic boron nitride: an ab initio study / J. O. Koskilinna, M. Lin-nolahti, T. A. Pakkanen // Tribology Letters. - 2007. - V.27, №2. - pp.145-154.
7. Yang, R. The effects of 3d alloying elements on grain boundary cohesion in gamma-iron : a first principles study on interface embrittlement due to the segregation / R. Yang, R. Z. Huang, Y. M Wang., H. Q. Ye, C. Y. Wang // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2003. - V.15, № 49. - pp.8339-8349.
8. Gesari, S. B. Effect of manganese on grain boundary segregation of sulfur in iron / S. B. Gesari, M. E. Pronsato, A. Juan // Applied Surface Science. - 2007. - V. 253, №14. - pp. 5939 - 5942.
9. Кохановский, В. А. Трение и изнашивание фторопластсодержащих композитов / В. А. Кохановский, Ю. А. Петров // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2009. - Т. 9, № 1 (40). - С. 30-35.
10. Власенко, И. Б. Антифрикционные композиты в активных водных средах / И. Б. Власенко // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2013. - № 7/8 (75). - С. 58-64.
