Условий работы

Условия работы	Примеры деталей	Оптималь- ные типы сплавов
Абразивный износ без ударов	Поводки текстильных и обмоточных ма-шин, лопатки тягодутьевых машин, стволы пескометов, мукомольные вальцы	28, 29, 30, 64, 9
Абразивный износ, слабые удары	Била углеразмольных мельниц, шнеки кир-пичных прессов, формы для прессования огнеупоров и кирпича, лемехи плугов в песчаных почвах, детали грязевых насосов	27, 9, 28, 64
Абразивный износ, умеренные удары	Опорные катки гусеничных машин, ножи тряпкорубок, рабочие органы почвообраба-тывающих машин, шарошки буровых долот	19, 21, 23, 24, 27
Абразивный износ, силь –ные удары	Била молотковых дробилок, долота ударно-го бурения, броня шаровых мельниц, черпа-ки драг	8, 26,
Абразивный износ, очень сильные удары	Щеки дробилок, зубья ковшей экскаваторов, черпаки драг	10, 11

Адгезионное изнашивание

Основным видом молекулярно-механического изнашивания является адгезионное изнашивание, заключающееся в «схватывании» металлов при трении в результате переноса металла с одной поверхности на другую и вырывания частиц с поверхности одной детали и налипания или наволакивания их на сопряженную. Это обычно приводит к появлению на поверхности рисок и задиров, заедания сопряженных деталей, сопровождаемого резким повреждением поверхности. В этих случаях проявляется молекулярное взаимодействие между тесно сближенными поверхностями деталей. Необходимое условие для схватывания – это приведение в непосредственное соприкосновение «ювенильных», то есть свободных от оксидов поверхностей, которые возникают в процессе совместного пластического деформирования.

Реальная поверхность металла всегда имеет некоторую волнистость и многочисленные микровыступы, поэтому контактирование двух поверх-ностей происходит лишь в отдельных выступающих точках (рис. 2.17).

Рисунок 2.17 – Модель фактического контакта металлических

поверхностей

Истирание металла при сухом или полусухом трении – основная причина выхода из строя деталей машин. В зависимости от величины удельного давления и скоростей относительного перемещения трущихся поверхностей различают виды износа: окислительный, схватыванием.

При окислительном износе происходит пластическая деформация микроскопических поверхностных слоев и одновременно диффузия кисло-рода в металл, и на поверхности металла образуются хрупкие слои окислов в виде оксидной пленки, которая при достаточно высокой прочности спо-собствует повышению изностойкости, если под ней находится металл вы-сокой твердости. В случае низкой твердости металла оксидная пленка, да-же достаточно прочная, легко разрушается, создавая благоприятные усло-вия для возникновения и развития изнашивания, но интенсивность окисли-тельного процесса сравнительно невелика.

Износ схватыванием происходит быстрее. Трение двух металличес-ких поверхностей под нагрузкой происходит в условиях пластической де-формации металла в точках фактического контакта, развитие которой соп-ровождается сближением поверхностей вплоть до активизации сил сцепле-ния между атомами металлов сопряженных поверхностей и возникновение адгезии на ограниченных участках, схема возникновения которой показана на рис. 2.18.

1 – направление движения металла низкой твердости;

2 – то же, высокой твердости

Рисунок 2.18 – Схема возникновения точечной адгезии

В результате пластической деформации металла двух поверхностей происходит их сцепление по линии АА^/, однако в условиях действия нап-ряжений сдвига это сцепление разрушается. Разрушение зарождается в местах наличия наименьших сил сцепления – на границе раздела между двумя поверхностями, а в случае возникновения прочного сцепления – схватывания разрушение сдвигом происходит внутри одного из материалов на менее прочном участке по линии BB^/. Многократность этого процесса сопровождается задиранием и истиранием менее твердого материала и представляет сущность адгезионного изнашивания. Часть металла низкой твердости, остающаяся после среза на сопряженной поверхности металла высокой твердости, нарастает на этой поверхности, а затем, превращаясь в порошок, становится причиной абразивного изнашивания.

К разновидности такого вида изнашивания относят и схватывание при нагреве поверхностных участков трущихся тел, что происходит в процессе трения скольжения с большими скоростями и значительными удельными давлениями. В точках дискретного контакта в результате превращения рабо-ты трения в теплоту температура резко повышается. На поверхности трения температура может достигнуть температуры плавления. Вследствие нагрева и размягчения поверхностных слоев во многих микроскопических участках происходит сварка и последующий разрыв связей с диспергированием ме-талла. Износ протекает интенсивно, если в результате размягчения поверх-ностного слоя возникает налипание частиц менее прочного металла на ме-талл, сильнее сопротивляющийся пластической деформации. При этом из-нашивание осуществляется за счет образования металлических связей между трущимися деталями, приведенными в достаточно тесное соприкосновение до сферы действия межатомных сил. Для этого участки поверхности долж-ны быть, как и в случае «чисто адгезионного» изнашивания, свободны от разного рода пленок, оксидов и адсорбированных веществ.

Типичными представителями изделий, работающих в условиях адге-зионного изнашивания являются ходовые колеса мостовых кранов и под-вижного железнодорожного состава, а также детали ходовой части автомо-билей и тракторов.

Под действием повторных ударов при недостаточной твердости происходит смятие. Такой износ наблюдается на стыках рельсов, на деталях подвижного состава железнодорожного транспорта. На рис. 2.19 показаны форма и размеры образцов для ускоренного испытания на износ, преобладающим компонентом которого является адгезионный износ (схватывание).

1 – пластинчатый образец; 2 – вращающийся диск

Рисунок 2.19 – Эскиз образцов для испытаний на изнашивание при трении

Испытывается пластинчатый образец, прижатый к наружной поверхности вращающегося диска. Износ определяется расчетом объема изношенного материала. При испытаниях развитие износа сопровождается увели чением длины линии контакта сопряженных поверхностей (b).

Соответствующее увеличение нагрузки осуществляют с помощью эксцентрикового механизма пропорционально увеличению пути трения ℓ, что обеспечивает испытание в условиях постоянного контакта давления, независящего от пути трения. Суммарный объем износа W(мм³) и его интенсивность W_S (мм³ /Нмм) рассчитываются по уравнениям:

W = В b³/ 12 r,

где В – толщина пластинчатого образца;

r – радиус вращающегося диска;

W_S = W/p s ℓ,,

где р – контактное давление;

s – площадь контакта;

Износостойкость металла значительно зависит от его твердости: при низких ее значениях износ развивается до больших значений даже при сравнительно малой нагрузке. При высокой твердости повышение нагрузки почти не вызывает увеличения износа. В начальный период испытаний происходит быстрое нарастание износа, степень которого зависит от твердости и нагрузки, но в дальнейшем испытание идет в условиях умеренного развития износа, что связано с механическим упрочнением трущихся поверхностей и образованием за счет теплоты поверхностной оксидной пленки.

Изнашивание при резании (задире, царапании)

Процесс состоит в том, что выступающие части поверхности металла высокой твердости при трении вызывают пластическое оттеснение и локальный срез (микрорезание) сопряженного поверхностного слоя металла с низкой твердостью (рис. 2.20).

Этот вид изнашивания, как и абразивное изнашивание, в равной мере выражается в образовании задира и царапин на трущихся поверхностях. Однако при абразивном изнашивании повреждение поверхности вызывает-ся инородными твердыми телами (песком, стружкой и т.д.), попадающими в зазор между трущимися поверхностями извне, тогда как изнашивание при микрорезании, задирах и царапании вызывается поверхностями самих трущихся тел.

1 – направление движения металла высокой твердости;

2 – то же, низкой твердости

Рисунок 2.20 – Модель задирания (заедания)

2.2.3 Коррозионно-механическое изнашивание

Коррозионное изнашивание

Коррозией называют процесс разрушения металла под химическим или электрохимическим воздействием на него окружающей среды. Иными словами, коррозия – это процесс превращения металла в оксид или другие соединения посредством захвата валентных электронов, образующих ме-таллическую связь. Этот процесс называют также окислением или анодной реакцией.

В водном растворе всегда имеются ионы Н⁺ и ОН^–, как продукты частичного распада воды, а также содержится то или иное количество кис-лорода. При погружении в такой раствор железа его коррозия протекает в условиях образования микрогальванического элемента (рис. 2.21).

1 – металл; 2 – поток электронов; 3 – анод; 4 – катод; 5 – ток

Рисунок 2.21 – Гальванический микроэлемент. Схема электрохимического коррозионного процесса для сплавов на основе железа (в среде раствора)

Процесс коррозии можно выразить с помощью химических реакций:

Fe (анодная реакция)

(катодная реакция)

Для образования гальванического элемента необходимо одновре-меннное протекание катодной и анодной реакций: в случае прекращения какой-либо из этих реакций прекращается и развитие коррозии. Одной из причин прекращения указанных реакций является переход металла в пас-сивное состояние из-за образования поверхностной пленки, предотвра-щающей дальнейшее окисление (анодная поляризация). По мере повышения окислительных свойств раствора коррозия металла достигает максимальной активности, после чего происходит резкое снижение активности вплоть до полного прекращения коррозии. На рис. 2.22 показана кривая поляризации для железа в 5-процентном водном растворе серной кислоты [2].

При отрицательном электродном потенциале через раствор проходит анодный ток и соответственно возрастает скорость коррозии образца. При смещении электродного потенциала в положительную сторону в связи с активизацией образования оксидов железа более высокой валентности вся поверхность образца оказывается покрытой оксидной пленкой, что приводит к резкому уменьшению тока коррозии. Образующая при этом пассивная оксидная пленка тормозит скорость коррозии железа.

При работе в агрессивных средах коррозия ускоряет их износ. В ус-ловиях трения, обеспечивающего очистку поверхности от образовавшихся продуктов коррозии, износ прогрессирует быстрее. Так сера из состава ди-зельного топлива и влага, конденсирующаяся на стенках цилиндра дизеля, ускоряют износ цилиндров, развивающийся в условиях коррозии.

1 – активное состояние; 2 – пассивное состояние;
3 – переход из активного в пассивное состояние; 4 – перепассивация;
5 – область возможного образования водорода;
6 – область стабильного состояния;
7 – область возможного образования кислорода

Рисунок 2.22 – Кривая поляризации. Соотношение между логарифмом

анодного тока log i и электродным потенциалом U

Коррозию классифицируют по разным принципам, в частности по механизму процесса, виду агрессивной среды и т. п. Принята следующая классификация: 1) межкристаллитная коррозия; 2) коррозионное растрес-кивание под напряжением; 3) точечная коррозия; 4) щелевая коррозия; 5) коррозионная усталость; 6) высокотемпературная коррозия.

Дата добавления: 2015-10-28