СВЯЗЬ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ МЕТАЛЛОВ С ТЕМПЕРАТУРОЙ ДЕБАЯ

Хентов В.Я.

Профессор, доктор химических наук, Южно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова

СВЯЗЬ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ МЕТАЛЛОВ С ТЕМПЕРАТУРОЙ ДЕБАЯ

Аннотация

Показано, что коэффициент трения металла, его адгезионная составляющая, параметры поверхностных слоев металла тесно связаны с температурой Дебая металлического элемента.

Ключевые слова: коэффициент трения, адгезионная составляющая трения, параметры, характеризующие свойства поверхностных слоев контактирующих поверхностей, температура Дебая.

Khentov V.Ya.

South-Russian State Polytechnic University named after M. Platov

RELATIONSHIP OF THE COEFFICIENT OF FRICTION OF METALS DEBYE TEMPERATURE

Abstract

It is shown that the friction coefficients of the metal, its adhesive component, the parameters of surface metal layers are closely related to the Debye temperature of the metal element.

Keywords: coefficient of friction, adhesion of the friction parameters describing the properties of the surface layers of the contacting surfaces, the Debye temperature.

Работа различных машин и механизмов сопровождается трением. При этом теряется до 30-40 % вырабатываемой в мире энергии [1]. Одновременно происходит износ, приводящий к выходу из строя порядка 80 % деталей узлов трения [1]. Актуальность этой проблемы подтверждается резким увеличением в последние годы числа публикаций.

С практической точки зрения важным моментом является установление связей между коэффициентом трения и таким интегральным параметром твердого тела, каковым является температура Дебая. В табл. 1 представлены корреляционные зависимости коэффициентов трения пары однотипных металлов, приведенные различными авторами, от температуры Дебая металла Θ [2]. Все зависимости удовлетворительно описываются полиномом первой степени.

Таблица 1 ‒ Корреляционные зависимости коэффициента трения, коэффициент корреляции R

Коэффициент трения	Корреляционная зависимость	R	Металлы
Коэффициент статического трения fs [3]	fs=2,8582-0,0059Θ	0,72	Pt, Ni, Cu, Al, Sn, Pb
Коэффициент трения трения f [4]	f=-0,0248+0,0022Θ	0,90	Al, Pb, Bi, Sn
Коэффициент трения покоя fs [4]	fs=4,477-0,0075Θ	0,95	Ag, Cu, Ni, Fe
Коэффициент трения f [5]	f=0,0831-0,0001Θ	0,98	Bi, Zn, Cu, Ni, Fe (cталь3), Cr

 

Значение коэффициента трения f определяется суммой адгезионной f_а (играет решающую роль) и деформационной μ_д составляющей [6]:

f = f_а + f_д

Важная роль в процессе трения отводится прочности адгезионной связи [6]:

τ = τ₀ + βp_r,

где p_r – давление, которое может быть рассчитано как частное от деления нагрузки на суммарную площадь фрикционного контакта, τ₀ и β – параметры, характеризующие свойства поверхностных слоев контактирующих поверхностей.

Адгезионная составляющая коэффициента трения с прочностью адгезионной связи связана уравнением [6]:

f_a = τ/p_r

В табл. 2 представлены корреляционные зависимости адгезионной составляющей трения скольжения f_a; параметра τ₀; параметра β в функции температуры Дебая металла.

Таблица 2 ‒ Корреляционные зависимости адгезионной составляющей трения скольжения f_a, параметров τ₀ и β. Коэффициент корреляции R

Корреляционная зависимость	R	Металлы
fa = 0,2359 - 0,0004Θ	0,96	Nb, Zr, W, Ti
τ0 = -1,2993 + 0,0093Θ	0,96	Cd, Ag, Nb, Cu, Ti, Mo
β = 0,0471+0,0001Θ	0,76	Al, Be, Bi, In, Cd, Mg, Mo, Cu, Ni, Nb, Sn, Pt, Pb, Ag, Sb, Ta, Ti
β = 0,0508+0,0001Θ	0,83	Al, Be, Bi, In, Cd, Mo, Cu, Ni, Nb, Sn, Pt, Pb, Ag, Sb, Ta, Ti
β = 0,0475+0,0001Θ	0,93	Al, Be, In, Cd, Mo, Cu, Ni, Nb, Sn, Pt, Pb, Ag, Sb, Ta, Ti

 

Литература

1. Современная трибология: Итоги и перспективы. Отв. ред. К. В. Фролов. ‒ М.: Изд-во ЛКИ, 2008. ‒ 480 с.
2. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. ‒ М.: Наука, 1978. ‒ 791 с.
3. Т. А. Конторова.‒ Успехи физических наук, 1937.‒ Т. XVIII. ‒ вып. 3. ‒ С. 346-391
4. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения. Справочное пособие. Изд 2-е, испр. и доп. ‒ М.: Машгиз, 1962. ‒ 220
5. Кукоз В.Ф.. Вопросы теории и практики трибоэлектрохимии. ‒ Ростов н/Д: Изд-во журн. «Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион», 2004. ‒ 292 с.
6. Физические величины: Справочник / А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под. ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова. ‒ М.; Энергоатомиздат, 1991. ‒ 1232 с.