РАЗЛИЧИЯ ОРГАНИЗАЦИИ СДВИГА В [110] И [111

ISSN 1810-0198. Вестник ТГУ, т.18, вып.4, 2013
УДК 539.383/.375.6
РАЗЛИЧИЯ ОРГАНИЗАЦИИ СДВИГА В [110]- И [111]-МОНОКРИСТАЛЛАХ МЕДИ
ПРИ ТРЕНИИ
 А.В. Чумаевский, Д.В. Лычагин, С.Ю. Тарасов, Е.А. Колубаев, С.А. Беляев
Ключевые слова: кристаллографическая ориентация; организация сдвига; подповерхностная деформация.
Проведены исследования организации сдвига в подповерхностной зоне при трении монокристаллической меди.
Выявлена низкая доля систем пересекающихся следов сдвига на гранях [ 1 11 ]-монокристаллов. Обнаружены отличия в организации сдвига на монокристаллах при трении в различных направлениях.
Исследования трибологического поведения различных материалов в настоящее время несет все большую
значимость ввиду нарастающей нехватки ресурсов и
повышением необходимости ресурсосбережения [1].
Одним из путей повышения трибологических характеристик является углубление в понимании процессов
структурного приспособления материалов при трении
[2]. Одним из аспектов структурного приспособления
материалов к условиям трения является пластическая
деформация. Пластическая деформация материалов
при трении имеет сложный и неоднородный характер,
поэтому ее исследования должны иметь комплексный
характер, отражающий весь спектр процессов в поверхностных слоях. Исследования деформации в поверхностном слое в основном проходят с привлечением EBSD-методики и показывают закономерности
фрагментации и рекристаллизации материала под действием фрикционного контакта [3]. Выявление закономерностей пластической деформации в подповерхностной области на монокристаллах необходимо для понимания механизмов подповерхностной деформации
отдельных зерен поликристаллов при трении.
по схеме «диск-палец», реализованной с помощью трибометра «TRIBOtechnic». Скорость скольжения составляла 50 мм/с при величине нормальной нагрузки Pn =
= 12 Н. Длина пути трения для всех монокристаллов
составляла 200 м. Трение проводили по кварцевому
стеклу без смазки. Деформационный рельеф исследовали на оптическом микроскопе LeicaDM 2500P и растровом электронном микроскопе Tescan VegaII LMU.
В результате испытаний на поверхности монокристаллов меди появляются следы от сдвига по плотноупакованным плоскостям и вблизи области трения
формируются наплывы. Образующиеся элементы рельефа при этом соответствуют классификации, приведенной в работах [4, 5]. Снимок поверхности боковой
грани [110]-монокристалла представлен на рис. 2.
Рис. 1. Кристаллографические параметры исследуемых образцов
В работе исследовали монокристаллы меди технической чистоты размером 3,53,57 мм с ориентацией
оси сжатия [110] и [ 1 11 ] и различным направлением
силы трения (рис. 1). Испытания на трение проводили
Рис. 2. РЭМ-изображение поверхности боковой грани ( 1 1 2 )
[110]-монокристалла после испытаний на трение в направлении [ 1 1 2 ]
1639
ISSN 1810-0198. Вестник ТГУ, т.18, вып.4, 2013
сдвига. При трении в обоих направлениях макрополос, характерных для деформации сжатием, практически не обнаружено.
Проведенные
исследования
деформационного
рельефа на боковых гранях монокристаллов меди различной ориентации силы трения и силы нормального
давления показывают, что организация подповерхностной деформации существенно зависит от кристаллографической ориентации образцов. При смене ориентации монокристалла изменяется характер распределения следов сдвига, глубина деформированного слоя,
морфология наплыва в приторцевой области и появление складок.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
Рис. 3. РЭМ-изображение поверхности боковой грани ( 1 1 2 )
[ 1 11 ]-монокристалла после испытаний на трение в направлении [ 1 1 2 ]
Отличительной особенностью картины рельефа от
наблюдаемой при возвратно-поступательном трении с
меньшей скоростью скольжения [6] является ярко выраженная фрагментация наплыва, и большая глубина
деформированного слоя ~2 мм (за глубину деформированного слоя взята максимальная высота расположения
следов сдвига). Рельеф в данном случае представлен
прямолинейными следами сдвига, мезопачками следов
сдвига и системами пересекающихся следов сдвига.
При приближении к поверхности трения плотность
следов сдвига на боковых гранях возрастает. Трение
сопровождается вовлечением в деформацию следов
сдвига по плоскости ( 1 1 1), которая при сжатии монокристаллов данной ориентации не задействуется за
исключением приторцевых областей. Смена направления трения с [ 1 1 1 ] на [ 1 1 2 ] приводит к тому, что на
поверхности боковых граней практически не формируются мезопачки и следы от сдвига по плоскости ( 1 1 1).
При трении [ 1 11 ]-монокристаллов картина сдвига
существенно отличается (рис. 3). Организация сдвига в
данном случае заключается в образовании прямолинейных следов и в значительно меньшей степени, чем в
первом случае – систем пересекающихся следов сдвига. По контуру наплыва формируются складки. Они
характерны при сжатии только для данной кристаллографической ориентации. Глубина деформированного слоя составила 0,6–0,7 мм. Смена направления
трения с [110] на [ 1 1 2 ] не приводит к столь существенным изменениям, как в первом случае, хотя и
несколько изменяет характер распределения следов
1640
5.
6.
Koji K. Industrial Tribology in the Past and Future // Tribology online.
2011. V. 6. № 1. Р. 1-9.
Костецкий Б.И. Структурно-энергетическая приспособляемость
материалов при трении // Трение и износ. 1985. Т. 6. № 2.
С. 201-212.
Ohno Y., Inotani J., Kaneko Y., Hashimoto S. Evolution of High-Angle
Grain Boundaries in a (001) Copper Single Crystal Subjected to Sliding
Wear // J. Japan Inst. Metals. 2009. V. 73. № 12. P. 924-929.
Лычагин Д.В. Фрагментация пластической деформации в металлических материалах с ГЦК-решеткой // Физ. мезомех. 2006. Т. 6.
№ 3. С. 103-113.
Лычагин Д.В., Старенченко В.А., Соловьева Ю.В. Классификация
и масштабная иерархия структурных элементов деформации ГЦКмонокристаллов // Физ. мезомех. 2005. Т. 8. № 6. С. 67-77.
Тарасов С.Ю., Лычагин Д.В., Чумаевский А.В., Колубаев Е.А.,
Беляев С.А. Приповерхностная деформация в монокристаллах меди при возвратно-поступательном фрикционном контакте // ФТТ.
2012. Т. 54. № 10. С. 1909-1913.
БЛАГОДАРНОСТИ:
1. Работа выполнена в рамках Федеральной целевой
программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2007–2013 годы» ГК
№ 11.519.11.6025 от 28.10.2011 г. и по Проекту
III.23.2.1 «Разработка научных основ создания мультимодальных функциональных материалов и покрытий
триботехнического назначения на основе динамики
контактирования поверхностей».
2. В работе использовано оборудование ЦКП «Аналитический центр геохимии природных систем» Томского государственного университета.
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Chumayevskiy A.V., Lychagin D.V., Tarasov S.J., Kolubayev E.A., Belyaev S.A. DIFFERENCES OF SHEAR ORGANIZATION IN [110]- AND [111] COPPER SINGLE CRYSTAL IN
FRICTION
The shear organization in the subsurface area of copper single
crystal at friction is investigated. Low percentage of shear intersecting systems on faces of the [111] single crystals is revealed.
The differences of the shear organization of the single crystals at
friction in different directions are found.
Key words: crystallographic orientation; shear organization;
deformation of subsurface.