1. Термоупругий эффект.

Термоупругий эффект (память формы)

В некоторых сплавах, в частности в системе Ni-Ti, наблюдается эффект памяти формы - восстановление первоначально заданной формы тела, измененной пластической деформацией. Память формы реализуется при нагреве деформированного тела (термоупругий эффект).

Один из механизмов этого явления реализуется в случае, если пластическая деформация в каждом микрообъеме материала осуществляется только за счет двойникования - поворота частей кристалла на определенный угол относительно плоскости, называемой плоскостью двойникования. (рис. 23). При нагреве возможен энергетически оправданный обратный поворот, что и обеспечивает восстановление первоначальной формы. При этом внутреннее усилие F_2, возвращающее тело в исходную форму, в несколько раз больше внешнего усилия деформирования F₁. Возможное появление дислокаций делает деформацию частично необратимой и ухудшает эффект памяти формы.

 

а)                                      б)                                       в)

Рис. 23. Схема механизма реализации  памяти формы за счет обратимой деформации двойникованием относительно плоскостей двойникования, обозначенных пунктиром, а) исходное состояние микрообъема, б) деформированное состояние микрообъема, в) возврат микрообъема к исходному состоянию

 

 

1. Хрупкость и вязкость, характеристики вязкости, факторы, влияющие на хрупкость и вязкость. Эксплуатационная надежность. Примеры материалов высокой надежности.

В процессе пластического деформирования и разрушения над материалом совершается работа внешних сил, в результате которой материал поглощает энергию деформирования, аккумулируя ее в потенциальной энергии дефектов, и рассеивая, в первую очередь, в виде тепла.

В зависимости от способности поглощать энергию пластического деформирования различают хрупкое и вязкое состояние материалов.

В хрупком состоянии материал деформируется преимущественно упруго, после чего наступает быстрое разрушение, называемое хрупким.

Хрупкость - склонность материала к разрушению с минимальной затратой энергии (чаще всего за счет развития трещин).

В вязком состоянии разрушению предшествует значительная пластическая деформация, поглощающая энергию деформирования.

Вязкость - способность материала поглощать энергию деформирования и разрушения, преобразуя ее в потенциальную энергию дефектов и тепло.

Величина поглощенной энергии соответствует работе пластической деформации и разрушения и определяется как прочностью, так и пластичностью материала. Материалы, обладающие высокой прочностью (см. Прочность) и пластичностью, имеют высокую вязкость, вследствие большой работы деформации и разрушения. При низкой прочности и высокой пластичности (так же как при высокой прочности и малой пластичности) вязкость будет мала из-за малой работы разрушения.

Эксплуатационная надежность

Конструкционный материал ответственного назначения должен обладать эксплуатационной надежностью (способностью сопротивляться хрупкому разрушению), то есть быть достаточно вязким, так как материалы в хрупком состоянии чувствительны к концентраторам напряжений. К ним относятся:

- внутренние и внешние трещины,

- включения химических соединений с острыми краями,

- локальные очаги коррозии,

- особенности конструкции детали, включающие резкие изменения жесткости, отверстия, канавки, надрезы, следы механической обработки и т.п.

Анализ влияния трещины (рис. 25 1, а, б) на напряженное состояние показал, что на фоне приложенного напряжения  вблизи острия трещины длиной L и радиусом r имеет место увеличение (концентрация) напряжений до s_к = К·s, где К=1+2(L/r)^0,5. В случае хрупкого состояния вблизи острия трещины практически не происходит пластической деформации и трещина растет под действием даже небольших s, оставаясь острой (рис. 25 1, а), поэтому работа разрушения мала. В вязком состоянии вблизи острия будет развиваться пластическая деформация (рис 25 1, б), приводящая к увеличению радиуса трещины. В результате трещина для своего роста требует повышения s и, как следствие, при вязком состоянии материала концентраторы напряжений менее опасны.

 

             

 

Рис. 25. 1) Хрупкое (а)  и вязкое (б) поведение материалов. 2) Испытание на ударную вязкость образцов с различными концентраторами напряжений (стрелкой указано направление удара).

Важными механизмами поглощения энергии являются также дополнительные виды (моды) пластической деформации: многочисленные завихрения (ротационная мода), двойникование, а также стимулируемые напряжением фазовые превращения.

Основной количественной характеристикой оценки вязкости материала является ударная вязкость - KCU, KCV, KCT, которая определяется при ударном нагружении стандартного образца с концентратором напряжений U-, V-, T (трещино)- образной формы (рис. 25 2, а, б, в), соответственно (ГОСТ 9454-78). Ударная вязкость рассчитывается как работа деформации и разрушения образца, приходящаяся на единицу его площади - A/S, где A - работа разрушения, S- площадь образца в сечении концентратора. Приведенные характеристики не являются расчетными, а служат для оценки состояния материала. Считается, что материал находится в хрупком состоянии, если значение KCU<0,2 МДж/м². В справочной литературе обычно приводятся значения KCU, суммирующие работу зарождения и роста трещин.

 

Для оценки влияния температуры на вязкость служит интервал температур вязко-хрупкого перехода (t_в - t_х) или температура t₅₀, при которой половина площади излома соответствует хрупкому разрушению. Резкий переход от вязкого к хрупкому разрушению (порог хладоломкости) характерен для материалов с ГПУ- (кроме Ti) и ОЦК- решеткой, в частности, для сталей.

Оценка вязкости сплавов с  ГЦК-решеткой, которые имеют плавное снижение вязкости с уменьшением температуры, производится по температуре t_KCU=0.3, при которой происходит критическое снижение вязкости, соответствующее KCU=0,3 МДж/м².

Расчетной характеристикой вязкости материала является, коэффициент интенсивности напряжений вблизи острия трещины критического размера K_IC ~ s·(p ·l_кр)^0,5.  С помощью критерия K_IC можно рассчитать или длину трещины критического размера l_кр при данном среднем напряжении s или напряжение s, при котором длина трещины становится критической, то есть начинает развиваться самопроизвольно. Значение K_IC определяется экспериментально при растяжении плоского образца с надрезом и острой (усталостной) трещиной.

В сталях для повышения вязкости и понижения температуры вязко-хрупкого перехода:

- используют высокодисперсную ферритно-цементитную структуру,

- уменьшают концентрацию охрупчивающих примесей: серы, образующей хрупкие непрочные сульфиды по границам зерен, фосфора, скапливающегося вблизи границ зерен, примесных атомов внедрения (углерода, кислорода, азота, водорода), закрепляющих дислокации в составе соединений или атомарно,

- легируют, в первую очередь, никелем, понижающим t₅₀ на 60^оС при введении 1% никеля, так как его присутствие уменьшает связь примесей внедрения с дислокациями,

- используют аустенитные стали, имеющие ГЦК-решетку при температурах эксплуатации.

В титановых сплавах  охрупчивающими примесями являются примеси внедрения: водород, образующий гидриды, углерод из-за выделения карбида TiC,  кислород, азот, закрепляющие дислокации.

В алюминиевых сплавах  понижение пластичности связано с присутствием примеси железа, образующего хрупкие иглообразные соединения Al₃Fe и одновременно  кремния и железа, соединяющиеся в хрупкие тройные фазы (Al-Si-Fe).

В медных сплавах примесями, способствующими охрупчиванию, являются кислород в составе закиси Cu₂O, висмут, нерастворимый в меди, сера в составе хрупкого соединения Cu₂S, водород, образующий с кислородом пары воды.

 

Примеры материалов высокой надежности и хладостойкости

1) Аустенитная сталь 12Х18Н10Т (18%Cr, 10%Ni, ~1%Ti) после закалки, переводящей примеси в твердый раствор,

2) Сталь 0Н9 (0,1% C, 9%Ni) после закалки и высокого отпуска, формирующих структуру мелкозернистого феррита с участками остаточного аустенита,

3) Титановый сплав ВТ5-1 (5% Al, 2%Sn) после отжига, с однофазной структурой a-Ti, где введение олова уменьшает охрупчивающее действие основного легирующего элемента – алюминия.

1. Прочность. Определение прочностных свойств материалов. Примеры высокопрочных материалов. Эксплуатационная прочность материалов. Статическая прочность. Циклическая прочность.

Прочность

Прочность - способность материала сопротивляться пластическому, то есть необратимому деформированию и разрушению.

В реальных твердых телах, особенно металлах, прочностные свойства во многом определяются, как и в случае пластичности, плотностью и подвижностью дислокаций.

Дислокации при своем движении, реализующем пластическую деформацию, испытывают торможение следующими дефектами (рис. 24):

-                                          другими дислокациями,

-                                          примесными атомами, образующими вокруг них скопления,

-                                          частицами твердых вторичных фаз,

-                                          границами зерен и двойников.

Основное упрочнение в процессе деформирования объясняется увеличением плотности дислокаций, образующихся в процессе деформации.

 

Определение прочностных свойств материалов

Основные характеристики прочности для металлических и неметаллических материалов, используемые в инженерной практике, получают из механических испытаний (ГОСТ 1497-84) стандартных образцов при постоянной скорости деформирования ~10^-2 ÷ 10^-3 1 /с. (рис. 26).

 

Рис.26. Кривая растяжения

В результате получают кривую растяжения, на которой различают несколько предельных значений напряжений (пределов) s, соответствующих качественному изменению поведения материала. Расчет s, чаще всего, ведется как отношение растягивающей нагрузки P к начальной площади F₀ (s = P/F₀), но так как в процессе деформации площадь сечения F уменьшается, то такие напряжения  называются условными в отличие от более высоких истинных напряжений (s = P/F_Т), где  F_т –текущая площадь образца (штриховая линия (рис. 26)).

В справочных источниках указывают, как правило, значения следующих условных пределов:

s_пц - предел пропорциональности - напряжение, вызывающее только упругую деформацию, причем отклонение величины упругой деформации от значения, соответствующего закону Гука, возможно не более чем на условленную величину (≤50%); применяется для расчета рабочих напряжений при проектированиипрецизионных пружин;

s_у - предел упругости - напряжение, характеризующее сопротивление возникающей микропластической деформации, при котором  пластическая деформация составляет не более условленной величины (≤0,05%); применяется для расчета максимальных рабочих напряжений при проектировании упругих элементов;

s_т (s_0,2) - предел текучести - напряжение, характеризующее сопротивление малым макропластическим деформациям, при котором пластическая деформация составляет не более условленной величины (обычно 0,2%); применяется для расчета максимальных допустимых напряжений [s] при проектировании деталей из материалов высокой пластичности;

s_в - предел прочности - напряжение, характеризующее сопротивление большим пластическим деформациям, при котором происходит переход от равномерной пластической деформации к развитию местной деформации с образованием резкого сужения (шейки); применяется для расчета максимально допустимых напряжений при проектировании деталей из материалов пониженной пластичности.

Если растягивающую нагрузку разделить на текущую площадь образца F_т, которая уменьшается по мере растяжения, то можно получить истинный предел прочности (s_ви = P_max/F_т) и истинное сопротивление разрыву (S_к = P_к/F_к), однако эти характеристики редко применяются на практике.

Испытание на растяжение позволяет также получить характеристики пластичности материала:

d = DL_max/L₀  - максимальное относительное удлинение при разрыве;

y = DF_max/F₀  - максимальное относительное сужение при разрыве.

Важнейшей предпосылкой получения для металлических материалов высокопрочного и одновременно вязкого состояния (для сравнительно низких температур меньше 0,3 T_пл) является создание однородной, мелкозернистой и высокодисперсной структуры, где дислокации не закреплены около непреодолимых препятствий, а имеют возможность перемещения, но при больших напряжениях.

Высокой прочности при сохранении вязкости добиваются путем деформационного упрочнения, легирования и термической обработки.

Для чистых металлов и многих однофазных твердых растворов единственным методом упрочнения является холодная пластическая деформация. При этом, применяя пластическую деформацию и последующий нагрев, вызывающий полигонизацию или первичную рекристаллизацию (см. Основы термической обработки), нужно добиться однородной, мелкозернистой структуры, а внутри зерен - так называемой ячеистой дислокационной структуры. Такая структура обеспечивает равнопрочное состояние во всем объеме материала, отличающееся высокой прочностью и достаточным запасом пластичности. Этому способствуют препятствия в виде границ ячеек, проницаемых для движения дислокаций.

Упрочнение при легировании подразумевает введение в состав основного компонента элементов, позволяющих создать торможение дислокаций за счет:

-                   размещения атомов примесей вокруг дислокаций и на их пути,

-                   формирования системы упрочняющих частиц с наиболее эффективными параметрами,

-                   получения мелкозернистой структуры,

-                   предотвращения роста зерен закреплением их тугоплавкими частицами,

-                   увеличения расщепления дислокаций, затрудняющего прохождение препятствий.

Другой путь получения высокопрочного состояния материалов заключается в использовании высокопрочных малодефектных коротких кристаллов (усов) или волокон, имеющих прочность близкую к теоретической. Однако, непосредственно из них невозможно изготовить даже небольшие детали, поэтому их включают в состав композиционных материалов (см. Композиционные материалы) в качестве упрочняющего компонента. Такие композиционные материалы обладают высокой прочностью в направлении ориентации усов или волокон, и могут иметь ряд дополнительных улучшенных служебных свойств: низкую или высокую плотность, заданное значение модуля нормальной упругости, высокую демпфирующую способность и другие.

 

Примеры высокопрочных материалов

1)        Нитевидные кристаллы Al₂O₃ - s_в = 28 ГПа,

2)        Тонкая проволока из особовысококачественной стали У9 после сильного обжатия - s_в = 5,5 ГПа,

3)        Стеклянные волокна - s_в = 4,5 ГПа,

4)        Сталь 30ХГСН2А после низкотемпературной термомеханической обработки (см. Основы термической обработки) - s_в = 2,3 ГПа.

 

Эксплуатационная прочность материалов

В процессе эксплуатации деталей материалы подвергаются действию как постоянных (статических) так и переменных (циклических) нагрузок. При рассмотрении эксплуатационной прочности с учетом действия постоянных и переменных нагрузок используется понятие статической и циклической прочности.

 

Статическая прочность

Статическая прочность - способность материала деталей сопротивляться пластическому деформированию в условиях действия постоянных или медленноменяющихся нагрузок (при T<0,3T_пл) или кратковременно действующих нагрузок (при T≥0,3T_пл).

Расчет на статическую прочность (в случае растяжения или сжатия) устанавливает максимально допустимое напряжение [s], возникающее в материале детали с площадью S₀ под действием рабочей нагрузки P_р и не вызывающее значительной пластической деформации или разрушения. Поэтому величина [s] должна быть меньше предела текучести s_0,2 и предела прочности s_в материала

[s]= P_р /S₀ < s_0,2 < s_в

В связи с тем, что не всегда точно известно напряженное состояние во всех микрообъемах детали и количественные характеристики прочности имеют некоторый разброс, вводится коэффициент запаса прочности - n. Выбор материала производится:

-                   для пластичных материалов по пределу текучести s_0,2  s_0,2= n_т∙[s];

-                   для материалов с пониженной пластичностью по пределу прочности s_в s_в= n_в∙[s].

Важно отметить, что в первом случае возможно использование небольших коэффициентов запаса по пределу текучести n_т ~ 1,5, так как пластичные материалы мало чувствительны к присутствию в деталях концентраторов напряжений (отверстий, трещин, надрезов, частиц с острыми краями и других структурных особенностей материала и других), действие которых ослабляется за счет развития вблизи концентраторов микропластической деформации. В связи с этим пластичные материалы (d ³ 15%) имеют малый разброс характеристик прочности.

Во втором случае вблизи концентраторов напряжения происходит значительное локальное увеличение напряжения даже при небольших рабочих нагрузках, поэтому малопластичные материалы имеют больший разброс характеристик, что требует использования коэффициент запаса по пределу прочности n_в~2,4.

При расчете допустимых контактных напряжений используется небольшой коэффициент запаса n_k = 1,1-1,3, так как материал в данном случае работает в условиях всестороннего сжатия.

Часто к деталям предъявляются требования обеспечения наряду с высокой удельной жесткостью E/(r∙g) высокой удельной прочности s_0,2/(r∙g) или s_в/(r∙g)  (табл.2).

 

Таблица 2. Наибольшие прочностные свойства материалов, получаемых на основе указанных в таблице компонентов.

Свойства	Cu	W	Ti	Mg	Ni	Al	Fe	Mo	Be	ситалл 2MgO∙ 2Al2O3∙ 5SiO2	композит полимер-углерод	композит полимер-стекло
sв,, ГПа	1,2	1,4	1,4	0,4	2,2	0,6	2,1	0,8	0,68	0,3	1,0	2,1
r∙g, КН/м3	89	193	45	174	89	27	79	102	18,4	28,4	14,7	22
sв /r∙g ∙10-6, м	0,01	0,007	0,03	0,023	0,025	0,022	0,027	0,004	0,04	0,01	0,07	0,096

 

Циклическая прочность

Циклическая прочность (выносливость) – способность материала сопротивляться разрушению, возникающему при действии переменных нагрузок за счет появления и развития трещин, называемых усталостными.

При действии переменных нагрузок в поверхностных слоях детали  вблизи концентраторов напряжений зарождаются усталостные трещины (Рис. 27 (1)).

 

 

Рис.27. Зарождение и рост усталостной трещины до разрушения

С течением времени происходит скачкообразный рост трещины (рис.27(2)), пока она не достигнет критического размера, после чего наступает быстрое разрушение - стадия долома (рис.27(3)).

Характеристики циклической прочности определяются по результатам испытаний на усталость (ГОСТ 23207-78), где образец подвергается действию переменных напряжений в асимметричном (R ¹ -1) при постоянном среднем напряжении s_m или в симметричном цикле (R = -1), где R =  -s_min,/s_max.(рис. 28, а).  На кривой зависимости (Рис.28, б) максимального напряжения (s_max) в симметричном цикле от логарифма числа циклов до разрушения (N) различают следующие участки: наклонный участок 1 в области больших напряжениях (s_К), соответствующих небольшому количеству циклов до разрушения (N_К). В случае сталей (кривая I), имеет место горизонтальный участок 2, соответствующий напряжению (s_R, s_-1), при котором не наступает разрушение за заданное число циклов (³ 10⁷). Напряжение s_Кявляется ограниченным, а s_R, s_-1 физическим пределом выносливости.

 

 

 

а)                                                                                          б)

Рис.28 а) Циклическое нагружение в симметричном и ассиметричном цикле.

б) Кривые усталости для стали (I) и цветных сплавов (II)

В случае цветных сплавов (кривая II) участок 2 является наклонным, то есть не существует s_R, s_-1,  но можно определить s_К.

По кривым усталости оценивается:

- циклическая прочность в виде  предела выносливости s_К, s_R, s_-1  при заданном числе циклов N,

- циклическая долговечность - число циклов до разрушения N_К при заданном s.

Увеличение выносливости обеспечивается:

1) борьбой с зарождением трещин за счет:

- уменьшения количества возможных концентраторов напряжений (предотвращения развития коррозии, особенно локальной (язвенной, межкристаллитной), повышения качества поверхности при механической обработке детали),

 - создания в поверхностном слое структуры, упрочненной пластическим деформированием или термической и химико-термической обработкой, с образованием остаточных напряжений сжатия, препятствующих появлению и раскрытию трещин.

 2) борьбой с развитием трещин в объеме детали, которая заключается в повышении прочности за счет легирования атомами замещения, так как при этом сохраняется достаточная пластичность, способствующая увеличению радиуса трещин.

Во всех случаях важно придание материалу детали при упрочнении однородной высокодисперсной структуры с минимальной вероятностью появления концентраторов напряжений (в частности, предпочтительны упрочняющие частицы округлой формы).

Еще один путь увеличения сопротивления разрушению при переменных нагрузках заключается в использовании композиционных материалов, где развитие трещины в поперечном сечении образца приостанавливается на границе с волокном, так как трещина начинает расти вдоль волокна, не уменьшая сечения. К тому же для композитов характерно значительное внутреннее трение (например, за счет проскальзывания волокон в матрице), поглощающее часть энергии деформирования (см. Композиционные материалы).

При использовании конструкционных сталей между характеристиками статической и циклической прочности учитывают следующая связь:

- s_-1 ~ 0,7s_0,2,

- s_-1~ 0,25-0,6s_В,

- коэффициент запаса относительно небольшой n_-1=1,5-2,5, так как отдельные перегрузки в цикле не скажутся на работоспособности,

-значения вязкости разрушения при циклических и статических нагружениях примерно равны между собой K_1C^ц ~ K_1C.

Для конструкционных сталей чаще всего используется структура повышенной прочности и достаточной пластичности – сорбит (дисперсная смесь феррита и цементита) (см. Отпуск стали). В такой структуре зарождение трещины на поверхности деталей происходит относительно легко, но скорость роста трещины мала, так как многочисленные барьеры в виде границ зерен или частиц карбидов мешают прямолинейному распространению трещин, а пластическая деформация способствует их затуплению и торможению. При этом допускаются рабочие напряжения больше s_-1, если трещину можно заметить до момента разрушения.

Для пружинных сталей характерна более прочная структура троостита, обладающего пониженной пластичностью. Поэтому важно не допустить возникновения трещин, так как в троостите зародившаяся трещина будет расти быстро. Поверхность изделий из таких сталей подвергается упрочнению с созданием остаточных напряжений сжатия. При этом необходимо добиваться отсутствия концентраторов напряжений.

 

 

1. Твердость. Характеристики твердости, факторы, влияющие на твердость. Износостойкость. Материалы, используемые в парах трения. Твердость - способность материала сопротивляться локальному воздействию (вдавливанию, царапанию) более твердых тел (индентеров).

Твердость является важным свойством, применяемым в инженерной практике и задаваемым в конструкторской документации. Количественные характеристики твердости определяются из испытаний на твердость.

Наиболее известные виды испытаний на твердость:

-  метод Бринелля (HB), где твердость определяется как отношение нагрузки вдавливания стального шарика к площади полученного отпечатка; применяется для измерения твердости, меньшей твердости шарика (400HB (4000МПа)).

-  метод Виккерса (HV), где твердость определяется как отношение нагрузки вдавливания алмазной пирамиды к площади полученного отпечатка, наиболее востребован для испытания твердых материалов. Этот метод имеет применение и для измерения микротвердости отдельных фаз при очень малых нагрузках (меньше 2 Н),

-  метод Роквелла (HRB), где твердость определяется по глубине вдавливания шарика малого диаметра в поверхность твердостью не более 400 HB (4000МПа) при нагрузке 1000 Н,

-  метод Роквелла (HRC), где твердость определяется  по глубине вдавливания твердосплавного конуса в поверхность твердостью более 400 HB (4000 МПа) при нагрузке 1500 Н,

 - метод Роквелла (HRА), где твердость определяется по глубине вдавливания алмазного конуса в поверхность особо твердых материалов при нагрузке 600Н,

-   метод Кнупа, где твердость определяется как отношение нагрузки вдавливания алмазной пирамиды специальной формы к площади полученного отпечатка; применяется для измерения твердости хрупких материалов, главным образом оптических.

Для сталей и алюминиевых сплавов, обладающих достаточной вязкостью, между прочностью и твердостью наблюдается экспериментально установленная связь s_в~ HB/3 (МПа).

Материалы высокой твердости (табл. 3), как правило, тугоплавки, имеют ковалентную или ковалентно-ионную межчастичную связь со значительной долей ковалентности. Они являются основой для создания износостойких и теплостойких режущих инструментов, входят в состав конструкционной керамики, а также в виде частиц второй фазы упрочняют конструкционные материалы.

 

Таблица 3. Материалы высокой твердости

Материал	алмаз	BN	B4C	SiC	TiC	ZrC	Cr2O3	Al2O3	VC	TiN	WC	Mo2C	Cr3C2
Твердость HV, ГПа	100	90	49,5	35	30	29,3	29	28	20,9	19,9	17,8	15	13,5

 

Износостойкость

Под действием трения и ударных нагрузок в поверхностных слоях материалов развиваются процессы, вызывающие их постепенное разрушение (изнашивание).

Износостойкость – способность сопротивляться изнашиванию.

Износостойкость оценивается интенсивностью износа J = Dh/Ds - отношением величины износа Dh к пути скольжения Ds.

Борьба с износом в первую очередь заключается:

- в применении смазки в узлах трения,

- в увеличении твердости изнашиваемых поверхностей,

- в сочетании материалов и покрытий с низким коэффициентом трения (антифрикционных) и малой взаимной адгезией (сцеплением),

- в использовании в парах трения скольжения материалов с высокой твердостью (50-60 HRC) для шейки вращающегося вала, а для вкладыша (втулки) подшипника более мягких материалов со специальной структурой (например, мягкая основа - твердые включения) (рис. 29), к которым относятся баббит Б83 (83%Sn, 11%  Sb, 6%Cu), бронза БрО10Ф1 (10% Sn, 1% P, ост Cu), латунь ЛЦ40С (40% Zn, 1% Pb, ост Cu) и другие.

- в использовании в парах трения скольжения (при незначительных нагрузках), материалов высокой твердости с малым коэффициентом трения (закаленная сталь – корунд (Al₂O₃)),

- в  использовании в парах трения качения твердых материалов, так как в данном случае возникают большие контактные переменные напряжения. Для деталей подшипников качения применяют специализированные стали типа ШХ15 (~1% C, 1,5% Cr) после неполной закалки и низкого отпуска со структурой мартенсита и высокодисперсных, округлых включений карбидов (60-64 HRC).

 

Рис. 29. Опора скольжения. 1 – шейка вала, 2 – вкладыш с мягкой основой, 3) твердые включения, 4) - смазка