Оценка энергетических, реологических и противоизносных характеристик контакта в условиях качения с переменным скольжением Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 3 6 Микосянчик О.А.,* Мнацаканов Р.Г.,* Калиниченко В.И.,** Кущев А.В.* * Национальный авиационный университет, г. Киев, Украина ** Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренка НАН Украины, г. Киев, Украина E-mail: oksana.mikos@bk.ru ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ, РЕОЛОГИЧЕСКИХ И ПРОТИВОИЗНОСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНТАКТА В УСЛОВИЯХ КАЧЕНИЯ С ПЕРЕМЕННЫМ СКОЛЬЖЕНИЕМ УДК 621.891 Установлены закономерности изменения удельной работы трения в условиях прекращения по- дачи смазочного материала от типа вторичных структур, сформированных на контактных поверхностях в условиях качения с разной степенью проскальзывания контактных поверхностей. Определена кинетика изменения энергетических, смазывающих и реологических характеристик контакта при схватывании контактных поверхностей. Рассмотрено влияние удельной работы трения, вторичных структур, степени упрочнения - разупрочнения поверхностных слоев металла, интенсивности насыщения активными эле- ментами приповерхностных слоев металла на износостойкость пар трения. Ключевые слова: вторичные структуры, удельная работа трения, износ, реологические свойства, микро- твердость. Актуальность задачи Активация контактных поверхностей при трении является комплексным процессом, зависящим от степени воздействия на трибосистему внешних (нагрузочно-скоростных, температурных) и внутрен- них (фракционный состав и наличие полифункциональных присадок смазочного материала, механиче- ские и прочностные характеристики материала пар трения) факторов. Изучение процессов взаимного влияния этих факторов при самоорганизации трибосистемы позволит определить кинетику изменения триботехнических свойств контакта и выявить основные механизмы, определяющие износостойкость контактных поверхностей. Износостойкость металла определяется не только структурой металла в ис- ходном состоянии, но и структурой, формирующейся в результате протекания механо-химических про- цессов, происходящих при трении. Установление взаимосвязи процессов накопления энергии во вторич- ных структурах и изнашивания является важной структурно-энергетической характеристикой, во многом определяющей долговечность контактных поверхностей. Это, в свою очередь, позволит решить вопросы, связанные с прогнозированием ресурса работы пар трения с локальной формой контакта. Обзор публикаций Трение представляет собой процесс преобразования энергии. Согласно [1], при трении происходит преобразование внешней механической энергии в энергию внутренних процессов. В данной работе предложена оценка энергетических процессов при трении на макроуровне по коэффициенту потерь на трение. Данный параметр отображает диссипативный характер процесса трения, учитывая энергетические потери в трибосистеме. Коэффициент потерь на трение зави- сит не только от свойствах контактирующих тел, но и от нагрузки, скорости скольжения, условий окру- жающей среды и др. В работах [2 - 4] на основании первого закона термодинамики смоделировано преобразование энергии фрикционного контакта в энергию деформации, энергию разрушения и тепловую энергию. В ус- ловиях скольжения максимальное распределение выделяемого тепла за счет деформации концентрирует- ся в поверхностном слое и резко сокращается с увеличением расстояния от контактной поверхности. Линейная корреляция между износом и рассеиваемой энергией установлена в работах [5 - 7]. Кроме того, количественный показатель диссипации энергии можно рассматривать как показатель изме- нений механических и структурных свойств контактирующих тел. Большая часть энергии трения накапливается внутри вторичных структур, образование которых происходит в процессе самоорганизации трибосистемы [8, 9]. Таким образом, вторичные структуры яв- ляются устойчивой зоной первичной диссипации энергии, способные к накоплению большей части энер- гии трения. В поверхностных слоях металла при трении одновременно протекает множество процессов. Примерами в трибологии таких процессов являются: образование мартенсита в процессе трения в по- верхностных слоях стали с нестабильной исходной структурой аустенита [10]; диффузионное перенасы- Оценка энергетических, реологических и противоизносных характеристик контакта в условиях качения с переменным скольжением Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 3 7 щение феррита углеродом в результате упруго-пластических взаимодействий при контакте шероховатых стальных поверхностей; термодинамические реакции образования FeO и Fe3O4 при одновременном уменьшении доли Fe2O3 до его исчезновения [11]; формирование диссипативных структур в паре трения сталь – бронза, обусловливающие уменьшение коэффициента трения и увеличение нагрузки схватывания [12]; образование граничных смазочных слоев на контактных поверхностях [13] и др. В работе [14] на основании термодинамического анализа многослойных покрытий с наноразмер- ной толщиной установлено, что формирование трибоплёнок является сильнонеравновесным процессом, который приводит к уменьшению производства энтропии. Этот неравновесный процесс требует много энергии, таким образом, трибосистема поглощает энергию, которая могла бы повредить поверхность, что существенно снижает скорость износа. Экспериментальные исследования пары трения бронза Бр.АЖМц 10-3-1,5 / сталь ШХ-15 в смаз- ке АМГ-10 показали образование вторичных структур на поверхности бронзы толщиной 70-100нм, со- держащих до 90% углерода [15]. Большое содержание углерода обусловлено механодеструкцией угле- родсодержащих молекул смазки и адсорбцией образованных радикалов на металлической поверхности. Однако, при замене стали в данной паре трения на детонационную систему TiC – Co, происходит изби- рательное растворение легирующих элементов из бронзы. В результате взаимопереноса на поверхности бронзы образуется слой аморфизированной меди толщиной 400-700нм. Таким образом, формирование вторичных структур достаточно индивидуальный процесс, зависящий от множества внутренних и внеш- них факторов. Трение инициирует и ускоряет химические реакции, которые в аналогичных внешних условиях протекают при гораздо более высоких температурах. Однако, объяснения механизмов химических и фи- зико-химических изменений твердых тел из-за влияния механической энергии до сих пор противоречивы [16, 17]. В работе [18] описывается общая анионно-радикальная модель смазки, основанная на механизме ионизации смазочных компонентов нефти под действием экзоэлектронов низкой энергии (1 - 4 эВ), ис- пускаемых из свежеобразованной поверхностей при трении металлических поверхностей. Смазочные компоненты, в особенности противоизносные и противозадирные присадки, взаимодействующие с экзо- электронами, образуют отрицательные ионы, которые затем хемосорбируются на положительно заря- женных областях поверхностей трения. Таким образом, создается граничная пленка, характеризующаяся особыми свойствами, отличными от объёмных свойств смазочного материала. Эта пленка может выдер- живать экстремальные температуры и механические нагрузки и сводит к минимуму непосредственный контакт между поверхностями, предотвращая их схватывание и повышая нагрузку заедания [19, 20]. Таким образом, краткий анализ научных исследований, связанных с установлением закономер- ностей изменения структурно-энергетических характеристик контакта с износостойкостью, показывает, что большинство работ направлено на изучение триботехнических характеристик пар трения скольже- ния. Однако, аналогичные исследования для пар трения качения и, особенно, качения с переменным про- скальзыванием, составляющих значительную долю пар трения машин и механизмов (подшипники каче- ния, зубчатые передачи), являются немногочисленными и нуждаются в дальнейшем углубленном анализе. Цель работы Целью работы являлось исследование влияния различной степени проскальзывания контактных поверхностей на кинетику изменения удельной работы трения, смазывающих свойств и износостойкости контактных поверхностей в условиях прекращения подачи смазочного материала в зону контакта. Материалы и методика исследований Исследования проводились на устройстве для оценки триботехнических характеристик трибо- элементов [21]. Момент трения, частота оборотов роликов, температура смазочного материала, падение напряжения в смазочном слое в контакте записываются и обрабатываются на ПК (программное обеспе- чение ProfiLab) в реальном масштабе времени с графическим изображением их изменений. Исследуемые нестационарные условия трения подразумевали цикличность проведения экспери- ментов в режиме запуск – стационарная работа – торможение – остановка (рис. 1). Участок I соответствует начальному периоду работы пар трения и характеризуется постепенным увеличением скорости качения роликов, при этом Vск = 0. На участке ІІ достигается заданное макси- мальное проскальзывание роликов, скорости качения пар трения на этом периоде работы постоянны. Участок ІІІ соответствует торможению, для которого характерны два периода: первоначальное уменьше- ние скорости качения роликов с сохранением заданного проскальзывания в точке А и постепенным уменьшением степени проскальзывания до нуля в точке В (ІІІ, а). Дальнейшее торможение происходит в условиях одновременного уменьшения скорости качения обоих роликов при сохранении условия Vск = 0 (ІІІ, б). Участок IV соответствует остановке. Если спроецировать выбранный цикл на зубчатое Оценка энергетических, реологических и противоизносных характеристик контакта в условиях качения с переменным скольжением Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 3 8 эвольвентное зацепление, то полюсная зона зацепления соответствует участкам I и III, б, околополюсная зона – участку ІІІ, а, крайние точки зацепления с максимальным проскальзыванием – участку II. Рис. 1 – Схема работы трибосистемы в нестационарных условиях трения: участок І – запуск; участок ІІ – стационарная работа; участок ІІІ – торможение; участок ІV – остановка Максимальная частота оборотов для опережающей поверхности составила 1000 об/мин. В работе имитировалось проскальзывание 3, 10, 20, 30 и 40 %. Максимальное контактное напряжение по Герцу – 250 МПа. В качестве образцов использовались ролики из стали 45 (HRC 38, Ra 0,57 мкм). Смазывание кон- тактных поверхностей осуществлялось окунанием нижнего ролика в ванночку с маслом. В качестве сма- зочного материала использовалось минеральное трансмиссионное масло для механических коробок пе- редач и главных передач легковых и грузовых автомобилей Okko GL-4 80w/90. Объёмная температура масла – 20 °С. Толщина смазочных слоев измерялась методом падения напряжения в режиме нормального тлеющего разряда [22]. Микротвердость поверхностных слоев металла измерялась на приборе ПМТ-3. Измерение массовой доли элементов проводилось методом рентгеновского микроанализа в режиме вы- сокого вакуума на растровом электронном микроскопе РЭМ-106И. Приработка контактных поверхностей длительностью 100 циклов и последующая работа пар трения на протяжении 400 циклов осуществлялась в условиях обильной смазки, после чего прекращалась подача смазочного материала. Общее количество циклов в каждом эксперименте составило: 500 (обиль- ная смазка путем окунания нижнего ролика в ванночку с маслом), 400 (имитация режима масляного го- лодания за счет прекращения регулярной подачи смазочного материала из ванночки в зону контакта), 100 (принудительное удаление смазочного материала с контактных поверхностей путем вытирания ро- ликов ветошью). Результаты исследований В условиях отсутствия подачи смазочного материала в зону контакта по-разному изменяется энергоемкость трибосистемы в зависимости от степени проскальзывания контактных поверхностей. Минимальная удельная работа трения характерна для контактных поверхностей, работающих на участке ІІ с проскальзыванием 3 %. Если в период пуска в условиях чистого качения удельная работа трения составляла 2 - 5 Дж/мм2, то в период проскальзывания данный параметр увеличивается в 2 раза. Это минимальное приращение удельной работы трения, по сравнению с другими исследуемыми образ- цами. Только для этих контактных поверхностей установлено снижение Атр в 12 раз на участке ІІ, по сравнению с режимом обильной подачи смазочного материала в зону контакта. Во-первых, это связано с физической природой сформированных граничных плёнок, которые вследствие слабых адгезионных сил взаимодействия легко десорбируются с поверхностей трения, тем самым обеспечивая снижение тепло- емкости в контакте. Во-вторых, предварительно пластифицированные слои метала в результате проявле- ния эффекта Ребиндера (микротвёрдость Н100 контактных поверхностей снижается, в среднем, на 1000 МПа) оказывают незначительное сопротивление касательным напряжениям. Для пар трения, работающих на участке ІІ с проскальзыванием 10 - 30 %, отсутствие регулярной подачи смазочного материала в зону контакта приводит к повышению его энергоемкости. Удельная ра- бота трения как в условиях чистого качения при пуске (участок I), так и в условиях качения с проскаль- зыванием (участок II) увеличивается, в среднем, в 1,75 раз, по сравнению с обильной смазкой (рис. 2). Оценка энергетических, реологических и противоизносных характеристик контакта в условиях качения с переменным скольжением Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 3 9 Рис. 2 – Влияние степени проскальзывания на кинетику изменения удельной работы трения в контакте: 1 – режим режим качения со скольжением, обильная смазка; 2 – режим качения со скольжением, ограниченная смазка; 3 – момент схватывания в режиме качения со скольжением При этом сохраняется аналогичная закономерность, установленная в условиях обильного смазы- вания: показатели удельной работы трения при смене режима чистого качения (участок I) на качение с проскальзыванием (участок II) в диапазоне 10 - 30 % повышаются. Однако, если в условиях достаточного поступления смазочного материала в зону контакта возрастание Атр зафиксировано в 330 – 400 раз, то в режиме ограниченной смазки это увеличение составило 120 - 125 раз. Мы полагаем, что это связано с эффективной структурной приспосабливаемостью системы в процессе её самоорганизации в неустано- вившихся условиях трения. В режиме обильной смазки, которая включала и 120 циклов приработки, происходил интенсивный износ контактных поверхностей вследствие формирования эксплуатационной шероховатости и смены физически адсорбированных граничных слоёв хемосорбционными плёнками. Изменение природы граничных плёнок повлекло за собой первоначально проявление пластифицирую- щего эффекта Ребиндера (микротвёрдость контактных поверхностей уменьшилась, в среднем, на 1000 МПа до 230 цикла наработки). Однако при дальнейшей наработке происходило постепенное упроч- нение контактных поверхностей и структурно-фазовые изменения в поверхностных слоях. Указанные процессы достаточно энергоёмкие, что проявилось в высоких показателях удельной работы трения. В момент прекращения регулярной подачи смазочного материала в зону трения контактные поверхности свободно разделялись граничными хемосорбционными плёнками, металлического контакта не зафикси- ровано. Высокие антифрикционные и противоизносные свойства данных слоёв [23, 24] обеспечивали нормальную работу трибосопряжения. Однако, частое проявление в контакте граничного и смешанного режимов смазочного действия несколько увеличило энергоемкость контакта, по сравнению с обильной смазкой. Принудительное удаление смазочного материала на 400 цикле привело к незначительному уве- личению удельной работы трения, в среднем, в 1,1 раза. Но если контактные поверхности с проскальзы- ванием 10% сохраняли свою работоспособность на протяжении последующих 100 циклов наработки, то для поверхностей с проскальзыванием 20 и 30% проявились первые признаки схватывания на 490 и 430 цикле соответственно. При этом установлено резкое повышение удельной работы трения до 5780 и 6176 Дж/мм2 для поверхностей с проскальзыванием 20 и 30 % соответственно. Это связано с необрати- мыми изменениями в трибосистеме: происходит стремительное увеличение градиента скорости сдвига и напряжения сдвига смазочных слоёв, деструкция которых проявляется в снижении эффективной вязко- сти в контакте, что приводит к частому металлическому контакту и схватыванию пар трения. Контактные поверхности с проскальзыванием 40 % на участке ІІ характеризуются совершенно иной закономерностью кинетики изменения удельной работы трения при переходе трибосистемы в ре- жим ограниченного смазочного действия. До 400 цикла наработки, когда масло не удалялось с контакт- ных поверхностей, в 50 % циклов показатели Атр аналогичны значениям, установленным для условий обильного смазывания. Однако в других циклах наработки происходит периодическое стремительное возрастание удельной работы трения в 4 - 6 раз с последующим её снижением и стабилизацией (рис. 3). Высокая скорость скольжения, достигающая 1,14 м/с, резко повышает энергоемкость контакта – удельная работа трения увеличивается, в среднем, в 608 раз, по сравнению с участком I, где при пуске реализуется чистое качение. Это незначительно отличается от усреднённых показателей прироста Атр в условиях обильной смазки: при переходе от режима чистого качения к качению с проскальзыванием удельная работа трения увеличивается в 580 раз. Однако, в периоды стремительного возрастания удель- ной работы трения на участке ІІ прирост данного параметра составил 1000 раз. Эти периоды совпадают с циклами наработки, для которых установлено стремительное разрушение толщины смазочной плёнки в контакте. Оценка энергетических, реологических и противоизносных характеристик контакта в условиях качения с переменным скольжением Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 3 10 Рис. 3 – Кинетика изменения удельной работы трения в условиях обильной смазки (1) и ограниченного смазочного действия (2) При принудительном удалении смазочного материала (N > 400 циклов) твердокристаллические граничные слои, сформированные на контактных поверхностях с 40 % проскальзыванием, характеризу- ются наименьшими прочностными свойствами. Увеличение градиента скорости сдвига в 1,74 раза и ка- сательных напряжений сдвига смазочных слоёв в 1,6 раз способствует механической и термической де- струкции граничных плёнок, их плавлению. В этих условиях происходит резкое повышение энергоемко- сти контакта – удельная работа трения колеблется в диапазоне 2000 - 12000 Дж/мм2, при N = 415 циклах наблюдаются первые признаки схватывания контактных поверхностей. Согласно [25], работа сил трения превращается в теплоту и энергию структурных изменений. При этом основную часть энергии структурно-термической активации составляет теплота. При макси- мальном проскальзывании 40 % структурированные твердокристаллические плёнки смазочного мате- риала не способны создать нормальные условия для отвода тепла. Это приводит к возрастанию роли теп- ловых явлений в контакте до предельных значений, проявляется доминирование деструкционных про- цессов в зоне трения (десорбция граничных слоёв, разрушение метастабильных вторичных структур и т.д.), что обусловливает проявление первых признаков схватывания контактных поверхностей. Рис. 4 – Линейный износ контактных поверхностей в условиях качения с проскальзыванием Рассмотрим вопрос об энергетической связи удельной работы трения и износа элементов трибо- сопряжения. Общий линейный износ опережающей и отстающей поверхностей при работе пар трения в условиях обильной смазки, ограниченного смазывания и принудительного удаления смазочного мате- риала представлен на рис. 4. Если при увеличении проскальзывания от 10 до 40 % прослеживается чёткая тенденция к сниже- нию износостойкости контактных поверхностей, то для минимального проскальзывания установлен дос- таточно высокий износ. Объяснение полученных результатов, на наш взгляд, лежит в плоскости иденти- фикации типов вторичных структур, которые образуются на контактных поверхностях в результате структурной приспосабливаемости при трении. Мы полагаем, что на поверхностях трения с проскальзы- ванием 3 % образуются вторичные структуры I типа, которые, согласно Костецкому Б.И. [26], обладают свойствами сверхпластичности, мало насыщены активными элементами и характеризуются низкими по- казателями удельной работы трения при формировании. Подтверждением наших предположений служат Оценка энергетических, реологических и противоизносных характеристик контакта в условиях качения с переменным скольжением Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 3 11 следующие установленные закономерности. Во-первых, полученные результаты определения массовой доли элементов методом рентгеновского микроанализа на глубине 20 - 50 мкм под поверхностью трения свидетельствуют о том, что элементный состав приповерхностных слоёв при трении идентичен исход- ному материалу, что характеризует его низкую активационную способность в результате протекания ме- хано – химических процессов (рис. 5, табл.1). а б Рис. 5 – Область определения массовой доли элементов в металле (а) и интенсивность характеристических спектров анализируемых элементов (б) Таблица 1 Концентрация массовой доли анализируемых элементов (С,%) в приповерхностных слоях металла Отстающая поверхность с проскальзыванием, % Элемент Исходный металл 3 20 40 О 0,65 0,58 0,75 1,02 Р 0,03 0,03 0,05 0,03 S 0,05 0,05 0,12 0,15 Fe 99,27 99,34 99,08 98,8 Во-вторых, показатели удельной работы трения для этих поверхностей характеризуются наи- меньшими значениями, по сравнению с 10 - 40 % проскальзыванием, что свидетельствует о незначитель- ной энергоемкости контакта как вследствие доминирования скоростей качения, так и реализацией пре- имущественно гидродинамического режима смазочного действия. В третьих, о сверхпластичности обра- зованных вторичных структур свидетельствует высокая степень разупрочнения поверхностных слоёв (микротвёрдость опережающей и отстающей поверхностей уменьшается на 990 и 940 МПа соответст- венно) и аморфизация приповерхностных слоёв металла на глубину 40 - 50 мкм. Характер изменения микротвёрдости приповерхностных слоёв свидетельствует о наличии поло- жительного градиента их механических свойств по глубине. Однако, аморфизированный слой характери- зуется высокой степенью разупрочнения порядка 1100 - 1400 МПа, по сравнения с исходной поверхно- стью, что обусловлено проявлением пластифицирующего действия активных компонентов смазочного материала. Таким образом, снижение износостойкости контактных поверхностей с 3 % проскальзыванием происходит вследствие низкой активации, формировании граничных адсорбционных слоёв физической природы, в результате чего образуются вторичные структуры I типа и проявляется сильное пластифици- рование поверхностных и приповерхностных слоёв металла. В диапазоне проскальзывания 10 - 40 % реализуются другие механизмы износа элементов три- босопряжения. Возрастание удельной работы трения на участке проскальзывания вследствие увеличения скорости скольжения обусловливает механо–термическую активацию контактных поверхностей. Это создаёт предпосылки для образования на поверхностях трения более стойких граничных слоёв смазочно- го материала – хемосорбционных плёнок, а поверхностные слои металла формируют вторичные струк- туры II типа [27]. Приведём фактические результаты, подтверждающие образование этих структур. Во- первых, приповерхностные слои металла на глубине до 50 мкм насыщаются активными элементами – увеличивается массовая доля кислорода и серы (табл. 1). Во-вторых, поверхностные слои металла харак- теризуются повышением прочностных свойств, что проявляется в увеличении их микротвёрдости при наработке (рис. 6). Оценка энергетических, реологических и противоизносных характеристик контакта в условиях качения с переменным скольжением Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 3 12 Рис. 6 – Степень упрочнения поверхностных слоев стали при работе в условиях качения с проскальзыванием Прослеживается четкая закономерность в степени упрочнения опережающей и отстающей по- верхностей от проскальзывания: с увеличением проскальзывания повышается упрочнение контактных поверхностей, которое происходит вследствие увеличения деформационной составляющей коэффициен- та трения при возрастании скорости скольжения от 0,315 м/с до 1,14 м/с при 10 % и 40 % проскальзыва- нии соответственно. Сложное напряженное состояние приповерхностных слоёв металла при увеличении механического и теплового воздействия в условиях одновременного влияния нормальных и касательных напряжений приводит к их интенсивной деформации и возрастанию удельной работы трения в контакте. Эти факторы являются первостепенными в снижении износостойкости контактных поверхностей в усло- виях качения при увеличении степени проскальзывания. Выводы 1. Установлено снижение удельной работы трения в 12 раз в условиях прекращения подачи сма- зочного материала в зону трения при качении с проскальзыванием 3 %, что обусловлено физической природой сформированных граничных пленок, их низким сопротивлением касательным напряжениям сдвига, пластифицированием поверхностных слоев металла. 2. Повышение удельной работы трения в 1,75 раз, по сравнению с обильной смазкой, для кон- тактных поверхностей с проскальзыванием 10 - 30 % обусловлено увеличением степени проявления в контакте граничного и смешанного режимов смазочного действия. Стремительное возрастание энерго- емкости контакта коррелирует с периодами разрушения толщины смазочной плёнки. 3. Увеличение скорости скольжения при проскальзывании 20 - 40 % в условиях принудительного удаления смазочного материала приводит к возрастанию роли тепловых явлений, десорбции граничных слоёв, разрушению метастабильных вторичных структур, резкому повышению удельной работы трения, что обусловливает проявление первых признаков схватывания контактных поверхностей. В периоды схватывания установлены общие закономерности реологических свойств граничных пленок смазочного материала, характеризующие необратимые изменениями в трибосистеме: стремительное увеличение гра- диента скорости сдвига, напряжения сдвига смазочных слоёв, снижение эффективной вязкости в контакте. 4. Установлена взаимосвязь энергетического параметра (удельной работы трения) и износостой- кости стали от типов вторичных структур, образующихся на контактных поверхностях в процессе само- организации. Для вторичных структур I типа характерны низкие показатели удельной работы трения, высокая степень разупрочнения поверхностных слоёв металла, аморфизация приповерхностных слоёв металла на глубину 40 – 50 мкм, отсутствие насыщения активными элементами, что приводит к сниже- нию их износостойкости. Вторичные структуры II типа характеризуются повышением износостойкости вследствие увеличения энергоемкости контакта, формирования граничных хемосорбционных пленок, упрочнения поверхностных слоев металла, увеличения массовой доли кислорода и серы в приповерхно- стных слоях металла на глубине до 50 мкм. Литература 1. Rymuza C. Energy concept of the coefficient of friction / С. Rymuza // Wear. - 1996. – Vol.199. – P.187–196. 2. Chen Q. A computational study of frictional heating and energy conversion during sliding processes / Q. Chen, D.Y. Li // Wear. – 2005. – Vol.259. – P.1382–1391. Оценка энергетических, реологических и противоизносных характеристик контакта в условиях качения с переменным скольжением Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 3 13 3. Elalem, K. Modeling abrasive wear of homogeneous and heterogeneous materials / K. Elalem, D.Y. Li, M.J. Anderson, S. Chiovelli // ASTM STP. – 2001. – Vol.1339. – P.90–104. 4. Chen Q. Investigation on the mechanisms of corrosive wear process of alloy with a micro-scale dy- namic model / Q. Chen, D.Y. Li //Mater. Sci. Eng. A. – 2004. – Vol.369. – P.284–293. 5. Jahangiri M. Investigation of the Slipping Wear based on the Rate of Entropy Generation/ M. Ja- hangiri // Journal of Modern Processes in Manufacturing and Production. – 2014. – Vol. 3, No. 1. – P.47–57. 6. Colaco R. An energy-based model for the wear of UHMWPE / R. Colaco, M.P. Gispert, A.P. Serrob, B. Saramago // Tribol. Lett. – 2007. – Vol. 26. – P.119–124. 7. Nurnberg K.E. Simulation of wear on sheet metal forming tools—An energy approach / K.E. Nurn- berg, G. Nurnberg, M. Golle, H. Hoffmann // Wear. – 2008. – Vol. 265. – P.1801–1807. 8. Bershadsky L.I. On self-organizing and concept of tribosystem / L.I. Bershadsky // J. Frict. Wear. – 1992. – Vol.13. – P.101–114. 9. Klamecki B.E. An entropy-based model of plastic deformation energy dissipation in sliding / B.E. Klamecki // Wear. – 1984. – Vol.96. – P.319–329. 10. Жаров A.B. Bлияние структурных превращений при трении на работоспособность сопряже- ния верхнее компрессионное кольцо – гильза цилиндра автомобильного дизеля / А.В. Жаров, В.Г. Нови- ков, А.А. Павлов // Двигатели внутреннего сгорания. – 2008. – № 2. – C. 83-86. 11. Żurowski W. Structural factors contributing to increased wear resistance of steel friction couples / W. Żurowski // Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability. – 2012. – Vol.14 (1). – P.19–23. 12. Gershman I. S. Self-Organization during Friction of Slide Bearing Antifriction Materials / I. S. Gershman, A. E. Mironov, E. I. Gershman, G. S. et al. // Entropy. – 2015. – Vol.17. – P.7967–7978. 13. Voronin S.V. Increase in resource of slider bearings by means of formation intensification of boundary lubricating layer/ S.V.Voronin, I.S.Grunyk, V.V.Tkach // Nauka I studia: Przemysl. – 2013. – № 7(75). – P.18–31. 14. Погребняк А.Д. Особенности термодинамических процессов на контактных поверхностях многокомпонентных нанокомпозитных покрытий с иерархическим и адаптивным поведением / А. Д. По- гребняк, К. А. Дядюра, О. П. Гапонова // Металлофиз. новейшие технол. – 2015. – Т. 37, № 7. – С. 899 - 919. 15. Кульгавий Е. А. Трибологічні структури в антифрикційних системах / Е.А. Кульгавий // Про- блеми тертя та зношування: наук.-техн. зб. – К.: НАУ, 2012. – Вип. 58. – С. 26 - 31. 16. Schey J.A. Tribology in Metalworking - Friction, Lubrication and Wear / J.A. Schey. - Metals Park, Ohio: American Society for Metals, 1983. – 736p. 17. Heinicke, G. Tribochemistry / G. Heinicke.- Berlin.: Akademie-Verlag, 1984.- 495 p. 18. Kajdas C. Importance of Anionic Reactive Intermediates for Lubricant Component Reactions with Friction Surfaces / C. Kajdas // Lubrication Science. – 1994. – Vol.6. - P.203-228. 19. Battez A.H. Friction reduction properties of a CuO nanolubricant used as lubricant for a NiCrBSi coating / A.H. Battez, J.L. Viesca, R. Gonzбlez et al. // Wear. - 2010. – Vol.268. – P.325–328. 20. Masabumi M. Prevention of oxidative degradation of ZnDTP by microcapsulation and verification of its antiwear performance / M. Masabumi, S. Hiroyasu, S. Akihito, K. Osamu // Tribology International. – 2008. - Vol.41. – P.1097–1102. 21. Патент на корисну модель №88748, МПК G 01 N 3/56 Пристрій для оцінки триботехнічних характеристик трибоелементів / Мікосянчик О.О. – u 2013 13450, заявл. 19.11.13; опубл. 25.03.14, Бюл. №6 – 4 с. 22. Райко М.В. Исследование смазочного действия нефтяных масел в условиях работы зубчатых передач: дис. на соискание ученой степени доктора техн. наук: 05.02.04 / Райко М.В. – К.: КИИГА, 1974. – 369с. 23. Дроздов Ю.Н. Противозадирная стойкость трущихся тел / Ю.Н. Дроздов, В.Г. Арчегов, В.И. Смирнов. – М. Наука, 1981. – 140с. 24. Baldwin B.A. The effect of adsorption and molecular structure of antiwear additives on wear miti- gations / B.A. Baldwin // ASLE Transactions. – 1985. – Vol.28, №3. – P.381-388. 25. Рыбакова Л.М. Структура и износостойкость металла / Л.М.Рыбакова, Л.И.Куксенова. – М. : Машиностроение, 1982. – 212с. 26. Костецкий Б.И. Поверхностная прочность материалов при трении / Б.И. Костецкий, И.Г. Но- совский, А.К. Караулов. – К. : Техніка, 1976. – 296 c. 27. Костецкий Б.И. Механохимические процессы при граничном трении / Б.И. Ко стецкий, Л.И. Бершадский. – М. : Наука, 1972. – 170 с Поступила в редакцію 23.08.2016 Оценка энергетических, реологических и противоизносных характеристик контакта в условиях качения с переменным скольжением Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2016, № 3 14 Mikosianchyk O.А., Mnatsakanov R.G., Kalinichenko V.I., Kushchev A.V. Еvaluation of energy, rheological and anti-wear characteristics of the contact under rolling with variable slip. Defined the regularities of change in the specific work of friction under lubrication outage from the secondary type structures formed on the contact surfaces in rolling conditions with different degrees of slippage. Determined kinetics of en- ergy, lubrication and rheological characteristics of the contact under grasping of the contact surfaces. The effect of the spe- cific work of friction, secondary structures, degree of hardening – softening of the surface layers of the metal, the intensity of saturation of the active elements in the surface layers of metal on wear resistance of the friction pairs are examined. Keywords: secondary structure, specific work of friction, wear, rheological properties, microhardness. References 1. Rymuza C. Energy concept of the coefficient of friction. С. Rymuza. Wear.1996, Vol.199,P.187–196. 2. Chen Q. A computational study of frictional heating and energy conversion during sliding processes. Q. Chen, D.Y. Li. Wear. 2005, Vol.259, P.1382–1391. 3. Elalem, K. Modeling abrasive wear of homogeneous and heterogeneous materials, K. Elalem, D.Y. Li, M.J. Anderson, S. Chiovelli. ASTM STP, 2001, Vol.1339, P.90–104. 4. Chen Q. Investigation on the mechanisms of corrosive wear process of alloy with a micro-scale dy- namic model / Q. Chen, D.Y. Li. Mater. Sci. Eng. A., 2004, Vol.369, P.284–293. 5. Jahangiri M. Investigation of the Slipping Wear based on the Rate of Entropy Generation. M. Ja- hangiri. Journal of Modern Processes in Manufacturing and Production. 2014, Vol. 3, No. 1, P.47–57. 6. Colaco R. An energy-based model for the wear of UHMWPE. R. Colaco, M.P. Gispert, A.P. Serrob, B. Saramago. Tribol. Lett. 2007, Vol. 26, P.119–124. 7. Nurnberg K.E. Simulation of wear on sheet metal forming tools—An energy approach. K.E. Nurn- berg, G. Nurnberg, M. Golle, H. Hoffmann. Wear. 2008, Vol. 265, P.1801–1807. 8. Bershadsky L.I. On self-organizing and concept of tribosystem. L.I. Bershadsky. J. Frict. Wear. 1992, Vol.13, P.101–114. 9. Klamecki B.E. An entropy-based model of plastic deformation energy dissipation in sliding. B.E. Klamecki. Wear. 1984, Vol.96, P.319–329. 10. Zharov A.B. Blijanie strukturnyh prevrashhenij pri trenii na rabotosposobnost' soprjazhenija verh- nee kompressionnoe kol'co – gil'za cilindra avtomobil'nogo dizelja. A.V. Zharov, V.G. Novikov, A.A. Pavlov. Dvigateli vnutrennego sgoranija. 2008, №2, P.83-86. 11. Żurowski W. Structural factors contributing to increased wear resistance of steel friction couples. W. Żurowski. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability. 2012, Vol.14 (1), P.19–23. 12. Gershman I. S. Self-Organization during Friction of Slide Bearing Antifriction Materials, I. S. Gershman, A. E. Mironov, E. I. Gershman, G. S. et al. Entropy. 2015, Vol.17, P.7967–7978. 13. Voronin S.V. Increase in resource of slider bearings by means of formation intensification of boundary lubricating layer. S.V.Voronin, I.S.Grunyk, V.V.Tkach. Nauka I studia: Przemysl. 2013, № 7(75), P.18–31. 14. Pogrebnjak A. D. Osobennosti termodinamicheskih processov na kontaktnyh poverhnostjah mnogokomponentnyh nanokompozitnyh pokrytij s ierarhicheskim i adaptivnym povedeniem. A. D. Pogrebnjak, K. A. Djadjura, O. P. Gaponova. Metallofiz. novejshie tehnol. 2015, т. 37, № 7, P.899—919. 15. Kul'gavij E. A. Tribologіchnі strukturi v antifrikcіjnih sistemah. E.A. Kul'gavij. Problemi tertja ta znoshuvannja: nauk.-tehn. zb., K.: NAU, 2012, No 58, P. 26–31. 16. Schey J.A. Tribology in Metalworking - Friction, Lubrication and Wear. J.A. Schey. Metals Park, Ohio: American Society for Metals, 1983, 736p. 17. Heinicke, G. Tribochemistry. G. Heinicke.- Berlin.: Akademie-Verlag, 1984, 495 p. 18. Kajdas C. Importance of Anionic Reactive Intermediates for Lubricant Component Reactions with Friction Surfaces. C. Kajdas. Lubrication Science. 1994, Vol.6, P.203-228. 19. Battez A.H. Friction reduction properties of a CuO nanolubricant used as lubricant for a NiCrBSi coating. A.H. Battez, J.L. Viesca, R. Gonzбlez et al. Wear. 2010, Vol.268, P.325–328. 20. Masabumi M. Prevention of oxidative degradation of ZnDTP by microcapsulation and verification of its antiwear performance. M. Masabumi, S. Hiroyasu, S. Akihito, K. Osamu. Tribology International. 2008, Vol.41, P.1097–1102. 21. Patent na korisnu model' №88748, MPK G 01 N 3/56 Pristrіj dlja ocіnki tribotehnіchnih harakter- istik triboelementіv. Mіkosjanchik O.O. u 2013 13450, zajavl. 19.11.13; opubl. 25.03.14, Bjul. №6, 4p. 22. Rajko M.V. Issledovanie smazochnogo dejstvija neftjanyh masel v uslovijah raboty zubchatyh pere- dach: dis. na soiskanie uchenoj stepeni doktora tehn. nauk: 05.02.04. Rajko M.V., K.: KIIGA, 1974, 369p. 23. Drozdov Ju.N. Protivozadirnaja stojkost' trushhihsja tel. Ju.N. Drozdov, V.G. Archegov, V.I. Smir- nov, M. Nauka, 1981, 140p. 24. Baldwin B.A. The effect of adsorption and molecular structure of antiwear additives on wear miti- gations. B.A. Baldwin. ASLE Transactions. 1985, Vol.28, №3, P.381-388. 25. Rybakova L.M. Struktura i iznosostojkost' metalla. L.M.Rybakova, L.I.Kuksenova. M.:Mashinostroenie, 1982, 212p. 26. Kosteckij B.I. Poverhnostnaja prochnost' materialov pri trenii. B.I. Kosteckij, I.G. Nosovskij, A.K. Karaulov. Kiev: Tehnіka, 1976, 296 p. 27. Kosteckij B.I. Mehanohimicheskie processy pri granichnom trenii. B.I. Kosteckij, L.I. Bershadskij, M.: Nauka, 1972, 170p.