Приведены результаты комплексных исследований изменения локального химического состава и структурно-фазовых превращений в зонах контактного взаимодействия сталей при трении в разных средах. Показано, что деформация поверхностных слоёв металла при трении на воздухе приводит к насыщению приграничных областей структурных фрагментов преимущественно атомами углерода, которые находятся в октапорах ОЦК-железа. Атомы углерода образуют прочные ковалентные связи с окружающими их атомами металла и снижают подвижность атомов на границах. Это способствует деформационному упрочнению поверхностных слоёв трущегося на воздухе металла и препятствует его наслоению на поверхности трения. Установлено, что пластическая деформация поверхностных слоёв металла при трении в воде приводит к насыщению приграничных областей структурных фрагментов также атомами кислорода, которые образуют метастабильные атомные кластеры Fe—O—C. Показано, что эти кластеры и атомы металла кристаллической решётки разделяют области с пониженной электронной плотностью, которые являются результатом ограниченного участия валентных электронов в формировании ковалентных связей между атомами металла и атомами кластеров. Показано, что скопление атомных кластеров Fe—O—C на границах структурных фрагментов приводит к их смещению друг относительно друга при малых напряжениях сдвига и способствует переходу металла взаимодействующих микронеровностей в новое структурно-неустойчивое состояние, при котором реализуется его гидродинамическое течение без потери сплошности. Это приводит к формированию на поверхностях трущихся в воде тел износостойких сверхмелкозернистых слоёв, благодаря которым контактная пара переходит в установившийся режим работы с минимальными износом и коэффициентом трения.