Виды изнашивания

Изнашивание материалов – это процесс разрушения поверхностных слоёв при трении, который приводит к постепенному изменению размеров тел в направлении, перпендикулярном к поверхности трения. Интенсивность изнашивания пар трения зависит от свойств материалов деталей, технологической подготовки поверхностей и их качества, а также от условий службы – нагрузки, температуры, смазки и др.

Износ – результат процесса изнашивания. Все виды изнашивания делятся на три группы:

- механическое изнашивание (абразивное, усталостное) – происходит в результате только механических взаимодействий материалов изделия;

- молекулярно-механическое изнашивание (адгезионное, избирательный перенос) – сопровождается также воздействием молекулярных или атомарных сил;

- коррозионно-механическое изнашивание (окислительное, фреттинг-коррозия) – происходит при трении материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой.

Виды износа и повреждаемостипри трении деталей машин можно классифицировать следующим образом:

1) Допустимые (износ):

- механический нормальный окислительный износ;

- механический нормальный неокислительный износ;

- механический абразивный износ.

2) Недопустимые (повреждаемость):

- схватывание I рода;

- схватывание II рода;

- фреттинг-коррозия (схватывание, динамическое окисление);

- механический абразивный износ (резание, царапание, прихватывание);

- усталость при качении;

- другие виды повреждений (коррозия, кавитация, эрозия, смятие).

Причиной выхода из строя подавляющего числа машин и их механизмов (80…90 %) является износ. В случае отсутствия масляного слоя между трущимися деталями процесс изнашивания происходит непрерывно. Износ ограничивает долговечность машин по разным условиям работоспособности:

- потере прочности (детали и узлы машин, определяющие формообразование изделий, измерительный инструмент, приборы);

- понижению К.П.Д., ухудшению использования топлива, увеличению утечек (узел цилиндр-поршень и др.);

- понижению прочности вследствие уменьшения сечения, увеличения динамических нагрузок (зубья зубчатых и червячных колёс, оси подвижного состава на подшипниках скольжения);

- повышению шума (передачи машин);

- полному исчерпанию работоспособности – истиранию (тормозные колодки, тракты транспортных систем и т.д.).

Одним из видов изнашивания является механическая форма износа, преобладает абразивный износ. К нему также относится изнашивание выступающими неровностями тел более высокой твёрдости, твёрдыми структурными составляющими. Абразивное изнашивание проявляется в виде:

- микрорезания (при глубоком внедрении неровностей);

- малоцикловой усталости при повторном пластическом деформировании микронеровностей (со средней глубиной внедрения);

- усталости при многократном упругом деформировании (с малой глубиной внедрения).

К механическому износу относится гидро- и газообразное изнашивание поверхности частицами в потоке, носящее название эрозионного и кавитационного изнашивания.

Эрозия, вызываемая механическим (динамическим) воздействием высокоскоростного потока жидкости или газа и приводящая к усталости – расшатыванию, вымыванию отдельных частиц материала у поверхности, наблюдается в гидроприводах машин (разрушаются кромки золотников).

Кавитация связана с образованием в высокоскоростном потоке жидкости у поверхности твёрдого тела газовых пузырей и последующим восстановлением сплошности и интенсивными гидравлическими ударами. Механическое разрушение сопровождается коррозионными явлениями. Кавитация возможна во всех случаях появления турбулентного движения.

К механическим видам изнашивания относят также поверхностное пластическое деформирование, т.е. течение поверхностного слоя и изнашивание при хрупком разрушении, связанное с постепенным наклёпом.

Молекулярно-механическое изнашивание при схватывании и заедании наблюдается:

а) при режимах, характеризуемых высокими скоростями скольжения или давлениями вследствие недостаточной несущей способности масляной плёнки или её выдавливания;

б) при материалах с низкой и средней твёрдостью – незакалённых;

в) при местных отклонениях от правильной геометрической формы, забоинах, заусенцах;

г) при попадании продуктов износа в зону трущихся тел.

Коррозионно-механическоеизнашивание проявляется при отрыве механическим воздействием продуктов коррозии и защитных оксидных плёнок. Разновидность – фреттинг-коррозия, т.е. разрушение постоянно контактирующих поверхностей в условиях тангенциальных микроскопических смещений без удаления продуктов износа.

Преобладающим в машиностроении является совместное действие механических и молекулярно-механических видов изнашивания.

2.2.1. Характеристики основных видов изнашивания

Окислительное изнашивание характеризуется постепенным разрушением поверхностей при трении в результате воздействия активных, пластически деформированных, слоёв металла с атомами кислорода, содержащегося в воздухе или в смазке и адсорбирующегося на поверхностях. Окислительное изнашивание проявляется при нормальных условиях эксплуатации узлов трения.

Нормальный окислительный износ характеризуется двумя формами:

1) на поверхностях трения образуются твёрдые растворы кислорода и тонкие эвтектики;

2) на поверхностях трения образуются химические соединения кислорода с металлом.

Этот износ может возникать как при трении скольжения, так и при трении качения, при сухом трении и граничной смазке. Скорости скольжения при нормальном окислительном износе характеризуются следующими величинами:

- при сухом трении для отожжённых сталей – 1…4 м/с;

- при сухом трении для закалённых сталей – 0…7 м/с;

- при граничной смазке – 0…25 м/с.

Абразивный износ и повреждаемость характеризуются разрушением поверхности деталей машин, обусловленным наличием абразивной среды в области трения. Этот вид износа присущ трущимся поверхностям вследствие проникновения в область трения твёрдых частиц с воздухом, смазкой, при обработке абразивным инструментом и т.д.Различают две формы абразивных процессов, отличающихся характером взаимодействия частиц с поверхностью металла:

1) преобладает процесс механохимического разрушения (пластическое деформирование поверхностных объёмов, их окисление и последующее разрушение образующихся плёнок);

2) преобладает механическое разрушение слоёв (внедрение абразивных частиц и разрушение поверхностных объёмов металла без отделения частиц основного металла или со снятием микростружки).

К одному из процессов недопустимой повреждаемости поверхностей трения относится схватывание I рода. Этот процесс развивается в результате возникновения локальных металлических связей, их деформации и разрушения с отделением частиц металла или налипанием на поверхности контакта. Схватывание I рода появляется при трении скольжения с малыми скоростями относительного перемещения и давлениями, превышающими предел текучести на участках фактического контакта при отсутствии разделяющего слоя смазки и плёнки оксидов.

Схватывание II рода – процесс недопустимой повреждаемости поверхностей трения, характеризующийся образованием местных металлических связей, их деформацией и разрушением, выражающимся в образовании трещин, намазывании, переносе металла и отдельных частиц с поверхностей трения. Этот вид изнашивания проявляется при трении скольжения с большими скоростями относительного перемещения и значительными удельными давлениями, которые вызывают высокий градиент и интенсивный рост температуры в поверхностных слоях трущихся металлов и их термическую пластичность.

Заедание– один из опасных видов разрушения контактирующих поверхностей, который возникает при повышении силовой и тепловой нагруженности механизмов. Образование глубоких борозд, рисок, наростов, оплавлений является признаком заедания контактирующих деталей. В момент возникновения заедания резко увеличивается коэффициент трения скольжения (для тихоходных и среднескоростных трущихся тел) и быстро повышается температура сопряжённых поверхностей, в механизмах возникают динамические процессы, связанные с появлением механических колебаний и шумов. Для высокоскоростных механизмов коэффициент трения может не увеличиваться. С явлением заедания встречаются в тяжелонапряжённых зубчатых передачах, кулачковых механизмах, шарнирных соединениях, подшипниках, в направляющих скольжения и др.

При трении качения в деталях машин возникают усталостные повреждения, которые являются результатом интенсивного разрушения поверхностных слоёв металла. Повторные пластические деформации, процессы упрочнения и разупрочнения металла поверхностных слоёв, возникновения остаточных напряжений и особые явления усталости являются основными характеристиками усталостных повреждений.

При резко интенсифицированном (динамическом) окислении или схватывании наблюдается разрушение поверхностей трения деталей машин, называемое фреттинг-процессом. Он возникает при скольжении с очень малыми возвратно-поступательными перемещениями и динамическом приложении нагрузок. Окисление при фреттинг-процессе носит специфичный характер, необычный для условий нормального трения, и протекает очень интенсивно. Процесс схватывания также резко выражен и наблюдается при относительно малых нормальных давлениях и при контактировании многих материалов. Значительная интенсификация окисления и схватывания вызвана динамическим характером нагружения, при котором на контакте резко увеличивается градиент деформаций и температур.

Дата добавления: 2015-07-07