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 3,53,57 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.