Obrabotka Metallov 2013 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (58) 2013 70 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФЦП зывающих акустическое излучение, различное по частоте и интенсивности. В этом случае од- ним из способов повышения информативности метода АЭ может стать применение новых ме- тодик исследования сигнала внутри отдельных фреймов, записанных с высокой частотой дис- кретизации. Как показали ранее выполненные исследо- вания [5, 6], одним из индикаторов, который способен отражать события разного рода, про- исходящие на поверхности трения, является изменение медианной частоты внутри фрейма акустического сигнала. В данной работе рас- смотрены особенности генерации акустическо- го сигнала в паре трения сталь–алюминевый сплав, в которой при фрикционном контакте реализуется интенсивная пластическая дефор- мация. Материалы и методика исследований Трибологические испытания проводили по схеме, в которой осуществлялось протягивание образца в виде пальца диаметром 5 мм и вы- сотой 20 мм с радиусом закругления на конце порядка 3 мм по пластине размером 40×300 мм и толщиной 5 мм. Скорость протягивания со- ставляла 10 мм/с, нагрузка на сопряжение – 40 N , длина дорожки трения 100 мм. В качестве материалов исследований использовали пару сталь 45 – сплав АМг2 (палец – пластина). Ис- следования поверхности материала после тре- ния проводили на цифровом 3D-микроскопе Keyence VHX1000. Сигналы акустической эмиссии записывали с помощью модуля регистрации акустической эмиссии ЭЯ-2 производства Тольяттинского госуниверситета, который позволяет сохра- нять и анализировать сигналы АЭ [7]. Слож- ность анализа акустического сигнала при трении обусловлена тем, что на контактной поверхности одновременно может протекать несколько событий разной природы. Поэтому на первом этапе из большого количества за- писанных фреймов для дальнейшего анализа выбирались те, форма сигнала которых наибо- лее характерна для данной пары трения. Далее в выбранных фреймах выполнялось оконное преобразование Фурье в прямоугольном окне. Для Фурье-анализа использовались функции библиотеки ALGLIB [8]. Окно одинаковой ши- рины перемещалось от начала до конца фрей- ма с одинаковым сдвигом. Таким образом, по- лучали спектр мощности сигнала и по нему рассчитывали медианную частоту для каждо- го окна на протяжении всего фрейма. Шири- на окна и сдвиг подбирались опытным путем так, чтобы обеспечить необходимое разреше- ние по частоте и по времени. В данном случае использовалась ширина окна 1000 и сдвиг 200 отсчетов сигнала АЭ. Затем для исключения случайных выбросов проводилось сглажива- ние полученного графика медианной частоты скользящим прямоугольным окном по 10 со- седним точкам. Результаты исследования и их обсуждение Исследования, выполненные с использова- нием оптического 3D-микроскопа, показали, что при трении стальной индентор формирует на по- верхности образца из алюминиевого сплава чет- ко выраженную дорожку трения глубиной около 10 мкм (рис. 1, а ). Образование дорожки трения происходит как вследствие интенсивной пласти- ческой деформации алюминиевого сплава, так и вследствие разрушения его поверхности при движении индентора. Свидетельством дефор- мации являются буртики по краям дорожки тре- ния высотой несколько микрометров (рис. 1, б ), сформировавшиеся вследствие пластического оттеснения материала образца при движении по нему более твердого стального индентора. Раз- рушение поверхности трения подтверждается присутствием на ней частиц износа алюминие- вого сплава и образованием трещин и разрывов материала. Известно, что процесс сухого трения сколь- жения является нестабильным, что связано с ниспадающей зависимостью коэффициента трения от скорости. В этом случае в контакте наблюдается режим скольжения «stick-sleep», что проявляется в периодическом изменении скорости проскальзывания индентора по об- разцу. При исследовании дорожки трения с большим увеличением (рис. 2, а ) оказалось, что на ее дне существуют области с квазипериоди- ческой структурой рельефа, сформированной при скольжении индентора. Это хорошо прояв-