Изнашивание металлов

При трении сопряженных поверхностей имеет место изнашивание, под которым понимают процесс отделения материала с поверхности твердого тела и увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы тела. Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию оцениваемое величиной, обратно скорости изнашивания, принято называть износостойкостью. В результате изнашивания изменяются размеры детали, увеличиваются зазоры между трущимися поверхностями, вызывающие биение и стук. Все это вызывает отказ машины.
При относительном перемещении контактирующих материалов возникает сила трения F, препятствующая взаимному перемещению.
Сила трения F = P f,
где P - нормальная составляющая внешней силы, действующая на контактную поверхность, а f - коэффициент трения.
Обычно между трущимися поверхностями имеется тонкая пленка оксидов, которая изолирует поверхности соприкасающихся металлов. Механизм изнашивания и величина их износа зависят как от свойств материала пар трения, так и от характера их движения (трение скольжения, качения и т.д.), величины P, скорости перемещения v, и физико-химического действия среды.
При постоянных условиях трения имеет три стадии изнашивания (рис. 42):

Рис. 3.9.

1 - период приработки, при которой происходит интенсивное изнашивание, изменяется микрогеометрия поверхности и материал наклепывается;
2 - период установившегося износа, в течении которого интенсивность износа минимальная для заданных условиях трения;
3 - период катастрофического износа.
Виды изнашивания. Различают следующие виды изнашивания: механическое, коррозионно- механическое и электроэрозийное.
К механическому изнашиванию относят абразивное, гидроабразивное, газо-абразивное, эрозионное, кавитационное, усталостное, изнашивание при фреттинге и изнашивание при заедании.
Абразивное изнашивание материала происходит в результате режущего и царапающего действия твердых тел или абразивных частиц. Эти частицы попадают между контактирующими поверхностями со смазочным материалом или из воздуха. Абразивное изнашивание является типичным для многих деталей горных, буровых, строительных, дорожных, сельскохозяйственных и других машин, работающих в технологических средах, содержащих абразивные частицы (грунт, разбуриваемые породы).
Изнашивание, происходящее в результате воздействия частиц, увлекаемых потоком жидкости, называют гидроабразивным изнашиванием. Оно имеет место, например, в мешалках и пропеллерах реакторов, в колесах и корпусах насосов, в шнеках и т.д.
Если абразивные частицы увлекаются потоком газа (например, в дымоходах и воздуходувках), то вызванное ими изнашивание называется газо-абразивным изнашиванием.
Под кавитационным изнашиванием понимают изнашиванием поверхности при относительном движении твердого тела в жидкости. В условиях кавитации работают гребные винты, гидротурбины, детали машин, подвергающиеся принудительному водяному охлаждению, трубопроводы.
Усталостное изнашивание (контактная усталость) происходит в результате накопления повреждений и разрушений поверхности под влияние циклических контактных нагрузок, вызывающих появления "ямок" выкрашивания. Усталостное изнашивание проявляется при трении, качении или реже качении с проскальзыванием, когда контакт деталей является сосредоточенным.
Так, контактную усталость можно наблюдать в тяжело нагруженных зубчатых и червячных передачах, подшипниках качения, рельсах и бандажах подвижного состава железнодорожного транспорта и т.д.
Изнашивание при фреттинг-коррозии происходит в болтовых и заклепочных соединениях, посадочных поверхностях подшипников качения, шестерен, муфт и других деталей, находящихся в подвижном контакте.
Причиной изнашивания является непрерывное разрушение защитной оксидной пленки в точках подвижного контакта, Коэффициент трения 0,1 - 1,0.
Изнашивание при заедании, при котором имеет место задир, что приводит к катастрофическим видам износа. При этом происходит разрушение поверхности, и трущиеся детали выходят из строя.
Различают схватывание I рода (холодный задир) и II рода (горячий задир). Холодный задир происходит при трении с небольшими скоростями относительного перемещения (до 0,5- 0,6 м/с) и удельными нагрузками, превышающими s_T при отсутствии смазочного материала и защитной пленки оксидов. Горячий задир, имеет место при трении скольжения с большими скоростями (> 0,6 м/с) и нагрузками, когда в зоне контакта температура резко повышается (до 500- 1500⁰С).
При схватывании I рода коэффициент трения 0,5 – 0,4 и толщина разрушающегося слоя до 3 - 4 мм, а при схватывании II соответственно 0,10 – 1,0 и до 1,0 мм.
Электроэррозийное изнашивание происходит в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока.
Допустимые виды изнашивания: окислительное и окислительная форма абразивного изнашивания, недопустимые разрушения при трении: схватывание I и II рода, фретинг – процесс, резание и царапанье (механическая форма абразивного изнашивания), усталость при качении и другие виды повреждения (коррозия, эрозия и др.)

Дата добавления: 2015-07-25