zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2020-86-8-66-71zldm-1263Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ. ОБМЕН ОПЫТОМTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODS. EXCHANGE OF EXPERIENCEУстройство для испытаний материалов на трение и износFriction and wear testerРедькинВ. Е.Red’kinV. E.

Виктор Ефимович Редькин

Viktor E. Red’kin

ТкаченкоЮ. С.TkachenkoYu. S.

Юрий Сергеевич Ткаченко

Yurii S. Tkachenko

СуходаевП. О.SukhodaevP. O.

Павел Олегович Суходаев

Pavel O. Sukhodaev

79, Svobodnyi prosp., Krasnoyarsk, 660041

entro34@gmail.comЛямкинА. И.LyamkinA. I.

Алексей Иванович Лямкин

Отдел молекулярной электроники 

Aleksei I. Lyamkin

Department of Molecular Electronics

Сибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian FederationСибирский федеральный университет; Федеральный исследовательский Центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»РоссияSiberian Federal University; Federal Research Center «Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences»Russian Federation2020140820208686671Copyright © Редькин В.Е., Ткаченко Ю.С., Суходаев П.О., Лямкин А.И., 20202020Редькин В.Е., Ткаченко Ю.С., Суходаев П.О., Лямкин А.И.Red’kin V.E., Tkachenko Y.S., Sukhodaev P.O., Lyamkin A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1263

Разработано устройство (машина трения) для испытания материалов на трение и изнашивание, отличающееся компактностью и простотой конструкции. Устройство предназначено для определения износоустойчивости и коэффициента трения конструкционных, фрикционных и антифрикционных материалов, а также трибологических характеристик смазочных материалов. Система измерения машины трения включает в себя пружинный винтовой и плоский спиральный упругие элементы, совмещенные в одном узле, и предназначенные для измерения нормальной силы и момента силы трения соответственно. В качестве внешнего привода устройства могут быть использованы металлорежущие станки. Машина трения опробована при измерении интенсивности износа и величины коэффициента трения образцов чугуна марки СЧ20, латуни марки Л63, технического алюминия марки А7, а также модифицированного алюминия А7 с повышенными механическими характеристиками. Испытания материалов проводили в паре с контробразцом из закаленной стали 95Х18 по схеме шар-кольцо в режиме сухого трения и в режиме граничной смазки с использованием индустриального масла И-20А при нормальной нагрузке 50 Н и линейной скорости в зоне контакта 0,5 м/с. Величину износа образцов оценивали по учету потерь массы. Результаты измерений характеризовались достаточной точностью и воспроизводимостью. Установлен интенсивный износ латуни при заданной испытательной нагрузке. Испытания алюминиевых образцов, модифицированных ультрадисперсным алмазографитовым порошком УДП-АГ, получаемым из взрывчатых веществ, показали улучшение трибологических характеристик на 10 – 18 %.

A compact and simple in design device (friction machine) for testing materials for friction and wear is developed. The device is intended for determination of the wear resistance and friction coefficient of structural, frictional and antifriction materials, as well as the tribological characteristics of lubricants. The measurement system of the device includes spring helical and flat spiral elastic elements, combined in one node and designed to measure the normal force and friction torque, respectively. Metal-cutting machines can be used as an external drive of the device. The friction machine was tested when measuring the wear rate and the value of the friction coefficient of the samples of cast iron SCh20, brass L63, technical aluminum A7, as well as modified aluminum A7 with improved mechanical characteristics. The materials were tested in tandem with a counter-sample made of hardened steel 95Kh18 according to the ball-ring scheme in dry friction mode and in boundary lubrication mode using I-20A industrial oil at a normal load of 50 N and a linear velocity in the contact zone of 0.5 m/sec. The wear degree was estimated by the weight loss. The obtained results are characterized by the sufficient accuracy and reproducibility. A severe wear of brass is observed at a given testing load. Tests of the aluminum samples modified with ultrafine diamond-graphite powder UDP-AG obtained from explosives showed an increase in the tribological characteristics by 10 – 18%.

изнострениесмазкакоэффициент трениямашина тренияиспытаниемодифицированиеwearfrictionlubricantfriction coefficienttribometertestingnanomaterialsmodificationReferencesHolmberg K., Erdemir A. Influence of tribology on global energy consumption, costs and emissions / Friction. 2017. Vol. 5. N 3. P. 263 – 284. DOI: 10.1007/s40544-017-0183-5.Holmberg K., Erdemir A. Influence of tribology on global energy consumption, costs and emissions / Friction. 2017. Vol. 5. N 3. P. 263 – 284. DOI: 10.1007/s40544-017-0183-5.Tzanakis I., Hadfield M., Thomas B., et al. Future perspectives on sustainable tribology /Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2012. Vol. 16. N 6. P. 4126 – 4140. DOI: 10.1016/j.rser.2012.02.064.Tzanakis I., Hadfield M., Thomas B., et al. Future perspectives on sustainable tribology /Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2012. Vol. 16. N 6. P. 4126 – 4140. DOI: 10.1016/j.rser.2012.02.064.Chen Z., Hillairet J., Turq V., et al. Multifunctional tribometer development and performance study of CuCrZr-316L material pair for ITER application / Tribology International. 2017. Vol. 116. P. 208 – 216. DOI: 10.1016/j.triboint.2017.07.024.Chen Z., Hillairet J., Turq V., et al. Multifunctional tribometer development and performance study of CuCrZr-316L material pair for ITER application / Tribology International. 2017. Vol. 116. P. 208 – 216. DOI: 10.1016/j.triboint.2017.07.024.Kumar H., Vijayaraghavan S., Albert S. K., et al. Design and development of high-temperature tribometer for material testing in liquid sodium environment /International Journal of Nuclear Energy Science and Technology. 2016. Vol. 10. N 3. P. 276 – 285. DOI: 10.1504/IJNEST.2016.078962.Kumar H., Vijayaraghavan S., Albert S. K., et al. Design and development of high-temperature tribometer for material testing in liquid sodium environment /International Journal of Nuclear Energy Science and Technology. 2016. Vol. 10. N 3. P. 276 – 285. DOI: 10.1504/IJNEST.2016.078962.Prozhega M. V., Albagachiev A. Y., Smirnov N. I., Smirnov N. N. Lubricating Materials for Mechanisms Operating in Space / Journal of Friction and Wear. 2018. Vol. 39. N 4. P. 335 – 340. DOI: 10.3103/S106836661804013X.Prozhega M. V., Albagachiev A. Y., Smirnov N. I., Smirnov N. N. Lubricating Materials for Mechanisms Operating in Space / Journal of Friction and Wear. 2018. Vol. 39. N 4. P. 335 – 340. DOI: 10.3103/S106836661804013X.Padmini B. V., Sampathkumaran P., Seetharamu S., et al. Investigation on the wear behaviour of Aluminium alloys at cryogenic temperature and subjected to cryo-treatment / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — IOP Publishing. 2019. Vol. 502. N 1. P. 012191. DOI: 10.1088/1757- 899X/502/1/012191.Padmini B. V., Sampathkumaran P., Seetharamu S., et al. Investigation on the wear behaviour of Aluminium alloys at cryogenic temperature and subjected to cryo-treatment / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — IOP Publishing. 2019. Vol. 502. N 1. P. 012191. DOI: 10.1088/ 1757-899X/502/1/012191.Williams J. A. Friction and wear of rotating pivots in MEMS and other small scale devices / Wear. 2001. Vol. 251. N 1 – 12. P. 965 – 972. DOI: 10.1016/S0043-1648(01)00720-7.Williams J. A. Friction and wear of rotating pivots in MEMS and other small scale devices / Wear. 2001. Vol. 251. N 1 – 12. P. 965 – 972. DOI: 10.1016/S0043-1648(01)00720-7.Суходаев П. О., Редькин В. Е., Богданова Т. А. Кузнецов В. А. Влияние наночастиц на структуру и механические свойства алюминиевых сплавов / Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2017. Т. 10. № 3. С. 317 – 326.Sukhodaev P. O., Redkin V. E., Bogdanova T. A. Kuznetsov V. A. Influence of nanoparticles on the structure and mechanical properties of aluminium alloys / Zh. Sib. Fed. Univ. Ser. Tekhn. Tekhnol. 2017. Vol. 10. N 3. P. 317 – 326 [in Russian].Ставер А. М., Губарева Н. В., Лямкин А. И., Петров Е. А. Ультрадисперсные алмазные порошки, полученные с использованием энергии взрыва / Физика горения и взрыва. 1984. Т. 20. ¹ 5. С. 100 – 104.Staver A. M., Gubareva N. V., Lyamkin A. I., Petrov E. A. Ultrafine diamond powders made by the use of explosion energy / Fiz. Goren. Vzryva. 1984. Vol. 20. N 5. P. 567 – 570. DOI: 10.1007/BF00782253 [in Russian].Mochalin V. N., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. Theproperties and applications of nanodiamonds / Nature nanotechnology. 2012. Vol. 7. N 1. P. 11 – 23. DOI: 10.1038/nnano.2011.209.Mochalin V. N., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. The properties and applications of nanodiamonds / Nature nanotechnology. 2012. Vol. 7. N 1. P. 11 – 23. DOI: 10.1038/nnano.2011.209.Люты М., Костюкович Г. А., Скаскевич А. А. и др. Методология создания смазочных материалов с наномодификаторами / Трение и износ. 2002. Т. 25. № 4. С. 411 – 424.Luty M., Kostyukovich G. A., Skaskevich A. A., et al. Methods of creating lubricating materials with nanomodifiers / Trenie Iznos. 2002. Vol. 25. N 4. P. 411 – 424 [in Russian].Терентьев В. Ф., Еркаев Н. В., Докшанин С. Г. Трибонадежность подшипниковых узлов в присутствии модифицированных смазочных композиций. — Новосибирск: Наука, 2003. — 142 с.Terent’ev V. F., Erkaev N. V., Dokshanin S. G. Tribo-durability of bearing units in a presence of modified lubricant compositions. — Novosibirsk: Nauka, 2003. — 142 p. [in Russian].Докшанин С. Г. Использование ультрадисперсного порошка алмазографита в качестве наполнителя к пластичным смазочным материалам / Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13. № 4(3). С. 1043 – 1045.Dokshanin S. G. Application of ultradisperse powder mixture of diamond and graphite as the filling agent for lubricating greases / Izv. Samar. NTs RAN. 2011. Vol. 13. N 4(3). P. 1043 – 1045 [in Russian].Хебда М., Чичинадзе А. В. Справочник по триботехнике: в 3-х т. Т. 1. Теоретические основы. — М.: Машиностроение, 2000. — 397 с.Khebda M., Chichinadze A. V. Reference book on tribotechnics: In 3 vol. Vol. 1. Theoretical basis. — Moscow: Mashinostroenie, 2000. — 397 p. [in Russian].Dai X., Zhang K., Tang C. Friction and wear of pivot jewel bearing in oil-bath lubrication for high rotational speed application / Wear. 2013. Vol. 302. N 1 – 2. P. 1506 – 1513. DOI: 10.1016/j.wear.2013.01.032.Dai X., Zhang K., Tang C. Friction and wear of pivot jewel bearing in oil-bath lubrication for high rotational speed application / Wear. 2013. Vol. 302. N 1 – 2. P. 1506 – 1513. DOI: 10.1016/j.wear.2013.01.032.Qiu M., Chen L., Yan J. Bearing Tribology: Principles and Applications. Springer, 2016. — 333 p.Qiu M., Chen L., Yan J. Bearing Tribology: Principles and Applications. Springer, 2016. — 333 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.