Изнашивания поверхности

Глава 4 ФИЗИКА ИЗНАШИВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

4.3. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИЗНАШИВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Выражения (4.36) и (4.37) представляют термодинамическую (энтропийную) модель металлополимерной трибосистемы, рассматриваемой в качестве открытой термодинамической системы. Известно, что имеющиеся в арсенале конструкторов расчетные зависимости на износ и долговечность носят эмпирический характер и не учитывают действительную картину и природу изнашивания поверхностей трения. Предлагаемая же модель открывает принципиальную возможность оценить интенсивность изнашивания металлополимерной пары трения на этапе проектирования машины на основе закономерностей физико-химических процессов в зоне трения и физических свойств изнашиваемого материала. Для этого необходимо записать уравнения потоков энергии и вещества для каждого слагаемого подынтегрального выражения согласно физическому закону соответствующего эффекта (теплового, электрического, диффузионного) и решить эти уравнения при соответствующих начальных и граничных условиях, а также, используя выражение (4.32), определить A.V* для выбранного композиционного материала. Однако задача получения аналитического выражения для соответствующих эффектов требует проведения сложных теоретических и экспериментальных исследований и составляет одну из актуальных задач трибологии на ближайшие десятилетия.

Многообразие применяемых материалов и условий эксплуатации трущихся деталей предопределяет чрезвычайное многообразие видов изнашивания и разрушения поверхностей. Совокупность физико-химических процессов при трении определяет вид изнашивания и его интенсивность. Вид изнашивания и повреждения не являются характерными именно для данной пары трения, а зависят от условий работы. Изменение условий работы (вид смазки, скорость скольжения, температура) может приводить к изменению ведущего вида изнашивания поверхностей. Так, увеличение скорости скольжения вызывает повышение температуры и ускорение окислительных процессов, поэтому до некоторой скорости скольжения может наблюдаться схватывание поверхностей, а по достижении критической скорости возможен переход к окислительному изнашиванию вследствие увеличения скорости образования окисных пленок.

мирование контактных условий в процессе резания вследствие изменения адгезионной активности поверхностей инструмента. Методом электронной оже-спектроскопии установлено [113], что в процессе изнашивания поверхностей инструмента легирующая примесь мигрирует, смещаясь одновременно с поверхностью контакта. Из полученных графиков кинетики изнашивания следует, что повышение стойкости инструмента достигается в основном за счет меньшей интенсивности изнашивания на участке начального износа, которую можно связать с присутствием и миграцией внедренной примеси в его поверхностном слое. Данные работы показали перспективность использования упрочненного ионной имплантацией инструмента для обработки резанием различных материалов.

Физика изнашивания поверхностей ......................................................... 78

4.3. Физическая модель изнашивания поверхностей полимерных материалов .................................................................................. 91

Шероховатость поверхностей ухудшает качественные показатели работы деталей, механизмов и машин. В подвижных соединениях шероховатость приводит к преждевременному износу поверхностей, так как при работе деталей металлические гребешки стираются, смешиваются с маслом и ускоряют процесс изнашивания поверхностей. В неподвижных соединениях шероховатость ослабляет их прочность, так как при измерении размер у вала получается

Преимуществами топок с ТШУ являются простота конструкции, обеспечивающая меньшие затраты на изготовление и ремонт, возможность комплектации ее более простыми схемами пылепри-готовления, малая чувствительность к качеству топлива, широкий диапазон изменения нагрузок котла. К недостаткам следует отнести невозможность обеспечения нужной экономичности сжигания топлив с пониженной реакционной способностью (Vr < 20%). Более высокая концентрация золы по тракту котла приводит к увеличению абразивного изнашивания поверхностей и лопаток дымососа, гидравлического сопротивления газового тракта, количества выбросов частиц золы в атмосферу. Кроме того, возникает необходимость в золоотвалах (площадях для размещения уловленной золы), снижаются допускаемые теплонапряжения, а следовательно, возрастают размеры топки.

нием давления воздуха или смеси на входе в цилиндр). Увеличение частоты вращения лимитируется ростом изнашивания поверхностей основных движущихся деталей и различных потерь. Поэтому частоту вращения выбирают в основном в зависимости от размеров и назначения двигателя с учетом обеспечения необходимой экономичности, надежности и срока службы двигателя. В настоящее время наметилась тенденция уменьшения частоты вращения.

Преимуществами топок с ТШУ являются простота конструкции, обеспечивающая меньшие затраты на изготовление и ремонт, возможность комплектации ее более простыми схемами пылепри-готовления, малая чувствительность к качеству топлива, широкий диапазон изменения нагрузок котла. К недостаткам следует отнести невозможность обеспечения нужной экономичности сжигания топлив с пониженной реакционной способностью (V < 20%). Более высокая концентрация золы по тракту котла приводит к увеличению абразивного изнашивания поверхностей и лопаток дымососа, гидравлического сопротивления газового тракта, количества выбросов частиц золы в атмосферу. Кроме того, возникает необходимость в золоотвалах (площадях для размещения уловленной золы), снижаются допускаемые теплонапряжения, а следовательно, возрастают размеры топки.

Быстро протекающие процессы разрушения микрообъемов, когда при первых же актах взаимодействия происходит отделение продуктов изнашивания, Эти явления приводят к большой интенсивности процесса и износ, как результат этих процессов, относится, как правило, к недопустимым, видам повреждения. Исключение может составлять такой случай абразивного износа, когда за счет малой концентрации абразивных частиц на поверхности трения суммарная интенсивность изнашивания поверхности трения невелика.

Следует иметь в виду, что между силой или работой трения и скоростью изнашивания поверхности нет непосредственной зависимости, поскольку работа, расходуемая на изнашивание, как правило, составляет небольшую часть всей работы трения. Поэтому возможны значительные изменения интенсивности изнашивания материалов, особенно при сухом трении, при сравнительно небольшом колебании коэффициента трения. Возникновение сил трения и износ поверхностей — это различные проявления процесса контактирования шероховатых поверхностей при их трении.

Эпюра давлений на поверхности трения зависит от законов изнашивания. Если начальная эпюра давлений (в статическом состоянии или в период приработки) имела другой характер, то при изнашивании произойдет ее перераспределение в соответствии с полученными закономерностями. Поэтому эпюра давлений непосредственно не. определяет процесса изнашивания поверхности сопряжений, так как сама является функцией законов изнашивания.

Проблема эрозионного изнашивания, а следовательно, и защичы деталей приобретает в настоящее время особую актуальность. При движении жидких и газообразных потоков в таких распространенных машинах, как компрессоры, двигатели внутреннего сгорания, турбореактивные и р.еактивные двигатели и другие происходит эрозионное разрушение различных деталей. Эрозия материала — вид изнашивания поверхности деталей машин и аппаратов, включающий собственно эрозионное разрушение, а также элементы трения и коррозии и подчиняющийся закономерностям физики твердого тела и учения о поверхностных явлениях под действием внешних сил (рис. 35).

Автоколебательный режим является нежелательным, поскольку средняя интенсивность изнашивания поверхности Уср здесь выше, чем в равновесном режиме, на величину

С увеличением температуры в трущихся поверхностных слоях до начала плавления металлов происходит увеличение интенсивности изнашивания поверхности трения, увеличение интенсивности развития процессов схватывания второго рода.

Характер разрушения неровностей поверхности определяется условиями изнашивания. Поверхности с одной и той же шероховатостью изнашиваются различно при изменении материала трущихся пар, удельного давления, температуры на поверхностях трения, условий смазывания, скорости скольжения, загрязнений в смазке и т. д.

Экспериментами установлено, что в процессе изнашивания обычно более грубые поверхности становятся более чистыми, а более чистые — более грубыми. При одних и тех же условиях: изнашивания, при любой шероховатости в конце приработки обе трущиеся поверхности приобретают одинаковую шероховатость. На фиг. 98 показана схема изменения шероховатости (величины Нск) с изменением времени изнашивания Т. Чем ближе исходная шеро-

при непрерывном удалении продуктов изнашивания поверхности трения становятся гладкими, элементы пары изнашиваются вследствие усталостного разрушения контактирующих поверхностей, интенсивность изнашивания резко снижается.

Низкоуглеродистые (менее 0,25% С) качественные конструкционные стали обладают невысокой прочностью (ов=330...4бО МПа, а02 = 200... 280 МПа) и высокой пластичностью (5 = 33...23%). Стали 05кп, 08кп, 08, 10 идут на изготовление деталей сложной конфигурации методом холодной штамповки. Из сталей 15кп, 15, 20 изготавливают болты, гайки, винты, пальцы, валки, оси, крюки, шпильки и другие детали неответственного назначения. Если детали из этих сталей эксплуатируются в условиях изнашивания поверхности, то их подвергают поверхностному упрочнению цементацией или нитроцементацией.

стали повышенной вязкости, ио пониженной твердости (HRC 40^-55) Износостойкость инструментальной стали, т е способность ее со-ротивляться различным видам изнашивания поверхности, является ха актеристикои долговечности работы инструмента Она определяется оставом, структурой и свойствами стали, а также свойствами обраба ываемого изделия условиями эксплуатации инструмента и т п По ледние определяют характер износа абразивный, эрозяонный адгезион ыи диффузионный и др Сталь одной и той же марки может обладать азличиои износостойкостью в зависимости от технологии ее обработ и и условии эксплуатации Износостойкость инструмента при абра