Гидроабразивного изнашивания

Газоабразивное и гидроабразивное изнашивание деталей возникает под действием твердых абразивных частиц, увлекаемых потоками газа или жидкости. Газоабразивное изнашивание наблюдается в котлах, работающих на пылевидном топливе, в деталях пневмотранспортных устройств; гидроабразивное - в деталях насосов, гидросистем, распределителей, заслонок, вентилей, различных трубопроводов и т.д.

ГИДРОАБРАЗИВНОЕ ИЗНАШИВАНИЕ

Гидроабразивное изнашивание происходит в результате действия твердых частиц, взвешенных в жидкости и перемещающихся относительно изнашиваемого тела. Гидроабразивному изнашиванию подвергаются диафрагмы и рабочие колеса насосов, детали землесосов, лопасти и камеры гидротурбин, различные детали насосного и трубопроводного оборудования.

Результаты исследований, проведенных М. М. Тененбаумом [186—189], показывают, что гидроабразивное изнашивание является сложным, самонастраивающимся процессом, зависящим прежде всего от угла атаки, скорости абразивных частиц в момент удара о поверхность детали, отношения значений твердости изнашиваемого материала и абразива (коэффициент твердости), .концентрации абразивных частиц в жидкости. Гидроабразивное изнашивание определяется не только действием абразивных частиц, но и физико-химическими реакциями с жидкостью. При определенных условиях воздействие жидкости может быть столь активным, что гидроабразивное изнашивание (действие твердых частиц) подавляется кавитацией или коррозией. Обычно гидроабразивному разрушению предшествуют пластическая деформация, микроусталостные явления или процессы микрорезания, на которые накладываются гидравлические удары захлопывающихся кавитационных пузырьков и адсорбционно-кор-розионные реакции [186, 190].

Поскольку гидроабразивное изнашивание определяется влиянием большого числа разнообразных факторов и в настоящее время отсутствует теория разрушения для этого сложного процесса, то корректная оценка износа реальных материалов и ресурсные испытания должны проводиться в условиях, максимально имитирующих эксплуатационные. М. М. Тененбаумом и Э. Л. Ароновым разработаны две разновидности машины ПВ-12, удовлетворяющие данным требованиям [186]. Машина для изнашивания образцов в постоянном объеме суспензии (рис. 6.15, а) предназначена для проведения испытаний в химически активных жидкостях. Из бака 2 суспензия при

Гидроабразивное изнашивание................. 110

Ударно-гидроабразивное изнашивание происходит при соударении металлических поверхностей, когда в зоне контакта находятся одновременно жидкость и твердые частицы, способные поражать поверхность изнашивания. При этом виде изнашивания взаимодействие твердых частиц с поверхностью, изнашивания происходит прямым внедрением или относительным перемещением. Прямое внедрение частиц связано с ударом, относительное перемещение — с вытеснением жидкости из зоны контакта. При движении с жидкостью частицы изнашивают поверхность изделия путем микрорезания. В результате этих двух видов взаимодействия на поверхности изнашивания формируется, сложный микрорельеф, включающий участки ударно-абразивного и гидроабразивного изнашивания, хорошо различимые по виду на поверхности образца (рис. 6). Таким образом, механизм ударно-гидроабразивного изнашивания носит комплексный характер, включающий элементы ударно-абразивного и гидроабразивного изнашивания.

Ударно-гидроабразивное изнашивание проявляется при определенном внешнем силовом воздействии на 'поверхность контакта. Энергия удара существенно влияет на динамику ударно-гидроабразивного изнашивания и его развитие во времени.

каленной стали У10 при трении скольжения и ударно-усталостном изнашивании совершенно различен. Увеличение продолжительности испытания при ударно-усталостном изнашивании ведет к установлению постоянной скорости изнашивания на определенный период времени. Совсем по-иному ведет себя сталь У10 при трении скольжения. В начальный момент скорость изнашивания резко увеличивается, а затем уменьшается. Сравнивая результаты испытаний на ударно-усталостное изнашивание с результатами испытаний на ударно-гидроабразивное изнашивание, можно заключить, что характер изнашивания различен.

Остальные виды изнашивания (ударно-гидроабразивное, ударно-усталостное и ударно-тепловое) имеют специфические особенности и характеризуются особыми условиями проявления, которые пока еще недостаточно изучены. В частности, ударно-гидроабразивное изнашивание проявляется при вполне определенном сочетании внешнего силового воздействия, наличия в зоне соударения жидкости, абразивных частиц и вполне определенных площадок соударения. На поверхности соударения при гидроабразивном изнашивании формируется весьма своеобразный макрорельеф, отражающий направление движения абразивных частиц, увлекаемых вытесняемой из зоны соударения жидкостью,— различимы следы прямого внедрения частиц абразива и четко выражена направленная шероховатость в виде рисок, ориентированных от центра абразива к его перифирии. Такой двоякий механизм изнашивания по схеме прямого внедрения и микрорезания усложняет выявления критерия износостойкости сталей и сплавов, работающих в условиях удара.

Испытания на абразивное изнашивание на машине Х4-Б были проведены М. А. Бабичевым, на машине НК Е. С. Берковичем, на гидроабразивное изнашивание С. П. Козыревым, на ударную вязкость Л. Ю. Пружанским; микроструктурное исследование и испытание на микротвердость выполнено Л. Б. Крапошиной. Руководство всей работой осуществлял М. М. Хрущов.

Систематические исследования механизмов гидроабразивного изнашивания, проведенные во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственного машиностроения им. В. П. Го-рячкина, позволили сформулировать научный подход к проблеме выбора материала и определить влияние и взаимодействие внешних факторов, .обусловливающих гидроабразивный износ.

Ударно-гидроабразивное изнашивание происходит при соударении металлических поверхностей, когда в зоне контакта находятся одновременно жидкость и твердые частицы, способные поражать поверхность изнашивания. При этом виде изнашивания взаимодействие твердых частиц с поверхностью, изнашивания происходит прямым внедрением или относительным перемещением. Прямое внедрение частиц связано с ударом, относительное перемещение — с вытеснением жидкости из зоны контакта. При движении с жидкостью частицы изнашивают поверхность изделия путем микрорезания. В результате этих двух видов взаимодействия на поверхности изнашивания формируется, сложный микрорельеф, включающий участки ударно-абразивного и гидроабразивного изнашивания, хорошо различимые по виду на поверхности образца (рис. 6). Таким образом, механизм ударно-гидроабразивного изнашивания носит комплексный характер, включающий элементы ударно-абразивного и гидроабразивного изнашивания.

Различие механизмов изнашивания обусловливает неравномерный износ поверхности образца. Участки гидроабразивного изнашивания видны на образце в виде углублений, разделенных перемычками. Поверхности углублений имеют риски, направленные от центра к периферии образца (по направлению движения жидкости). Рельеф перемычек представляет собой лунки, типичные для ударно-абразивного изнашивания.

Ударно-гидроабразивное изнашивание проявляется при определенном внешнем силовом воздействии на 'поверхность контакта. Энергия удара существенно влияет на динамику ударно-гидроабразивного изнашивания и его развитие во времени.

Ударно-абразивное изнашивание характеризуется более высокой стабильностью, поэтому продолжительность испытания можно ограничить 10 мин; полное развитие ударно-гидроабразивного изнашивания проходит за более длительный промежуток времени, поэтому продолжительность испытаний в этом режиме была принята равной 20 мин.

5) гидроабразивного изнашивания. Наплавочные материалы различают по составу и

Металлографическое исследование всех наплавок и сплавов производили на образцах, предназначенных для испытания на абразивное изнашивание на машине НК. Данный образец удобен для металлографического анализа благодаря достаточно большой площади поверхности (2 см2). В качестве шлифа использовали рабочую поверхность образца. Структуру и твердость определяли на каждом образце дважды, до испытания на машине и после испытания. Исследования показали, что структура наплавок до испытания на машине и после испытания одна и та же; так как испытание протекает в пределах одного и того же слоя наплавки, мы ограничились микроанализом трущейся поверхности до испытания на изнашивание. Образцы для машины Х4-Б и гидроабразивного изнашивания, а также для определения ударной вязкости были изготовлены из той же заготовки, что и для НК, поэтому результаты микроанализа образцов на НК можно относить и на образцы для других машин.

Гидроабразивное изнашивание может иметь различный характер в зависимости от скорости водного потока, условий обтекания и связанной с этим турбулентности и возможности возникновения кавитации, от угла атаки твердых частиц и поверхности металла. Изложенные ниже испытания, отнесенные нами к группе гидроабразивного изнашивания, проводились в лабораторных условиях.

Составление классификации абразивности сыпучих масс и тем более гидросмесей чрезвычайно затруднено из-за непостоянства их гранулометрического и минералогического состава, многообразия форм и изменения динамических характеристик .процесса гидроабразивного изнашивания.

В условиях гидроабразивного изнашивания легко осуществляется избирательное разрушение структурных элементов. В работе [8] отмечается вымывание мягких составляющих сплава и обнажение карбидных зерен. Интенсивный износ обычных серых чугунов также может служить примером неоднородного износа структурных элементов. В этом случае разрушается сначала графитовая составляющая, а затем выкрашивается стальная основа [37]. В то же время белый чугун с

Коррозионностойкие стали обычно применяют в парах трения с пластмассами, графитами, цветными сплавами при наличии смазки. В условиях гидроабразивного изнашивания лучшие результаты имеют стали с нестабильным аустенитом. Стали с устойчивой аустенитной структурой не обладают высокой износостойкостью вследствие их неупрочняемости в процессе изнашивания и склонности к схватыванию. При газоабразивном изнашивании износостойкость стали зависит от ее твердости, структуры .и угла атаки твердых частиц [46, 105].