Изнашивание материалов

Абразинное изнашивание материала происходит в результате режущего или царапающего действия твердых тел и (или) абразивных частиц. Эти частицы попадают между контактирующими поверхностями со смазкой или из воздуха, а также могут появиться в результате развития других видов изнашивания (схватывания, выкрашивания, окисления). Абразивное изнашивание является типичным для многих детален горных, буровых, строительных, дорожных, сельскохозяйственных и других машин, работающих и технологических средах, содержащих абразивные частицы (грунта, разбгрпнаемых пород и т. д.).

абразивное изнашивание материала, происходящее в результате режущего или царапающего действия твердых частиц, попадающих в зону контакта деталей;

Изнашивание материала деталей и изменение их размеров в процессе трения определяются свойствами материалов, режимами трения (контактное давление, скорость скольжения или качения) и условиями работы узла трения (температура и свойства окружающей среды, вид смазочного материала или его отсутствие). В зависимости от названных факторов находятся и закономерности изнашивания трущихся поверхностей. Общая закономерность изнашивания характеризуется кинетическими закономерностями изнашивания, представляющими собой временные функции износа V = /(т). Они могут иметь различный вид (рис. 4.1) и дают представление о скорости изнашивания, которая определяется углом наклона касательной кривой изнашивания в любой момент времени.

Одним из механизмов массообменного процесса между слоями является ротационный. Суть его в следующем. За движущимся микровыступом возникают растягивающие напряжения. Если эти напряжения превышают предел текучести материала, появляется микротрещина. Происходит перераспределение напряжений, фрагменты деформированного слоя превращаются в "катки", и возникает как бы турбулизация материала поверхностного слоя с интенсивным массообменом. Такие "катки" называют молями. При качении они приобретают сферическую форму и, перекатываясь, разрыхляют подповерхностный слой материала (рис. 4.7). При перекатывании происходит дальнейшее диспергирование молей, часть из них выносится за пределы области контакта, т.е. происходит изнашивание материала.

Зернистость, степень связности и образование карбидного каркаса под действием лазерного облучения зависят от интенсивности термически стимулированных диффузионных процессов в области межфазных и межзеренных границ. Обеспечение плотных контактов между карбидными зернами повышает теплопроводность твердых сплавов, что предпочтительно в условиях высокотемпературного трибомеханичес-кого взаимодействия с обрабатываемым материалом. Температурно-скоростной диапазон эксплуатации инструментальных твердых сплавов в условиях резания достаточно широк. Поэтому для получения позитивных результатов повышения износостойкости модифицированных твердых сплавов, а также эффективного использования в процессах резания необходим учет превалирующего влияния физико-химических явлений, сопровождающих изнашивание материала в конкретных условиях эксплуатации.

Как видно из табл. 10, износостойкость повышается с увеличением твердости как у цементованной поверхности, так и у наплавленной твердыми сплавами. Приведенные в табл. 10 данные получены путем лабораторных испытаний на установке типа Бринеля (фиг. 39), моделирующей изнашивание материала диска пяты турбобура. Производственные испытания диска пяты турбобура дали результаты, качественно совпадающие с данными лабораторных исследований.

К группе исследовательских испытаний относятся также такие, в которых ставится задача изучения характера или закономерностей влияния на изнашивание материала определенного фактора или сочетания разных факторов. К таким задачам относится, например, выяснение следующих вопросов: влияния шероховатости поверхности твердого вала на износ сопряженного с ним подшипникового материала; влияния длительности испытания на развитие остаточных напряжений в поверхностных слоях испытуемого материала и на износ; влияния на износ формы трущихся образцов, их размеров, или соотношения трущихся поверхностей сопряженных образцов; влияния на износ свойств смазочных материалов, или способов подачи смазочных материалов; влияния на износ способов удаления с поверхности продуктов изнашивания. Непосредственное применение результатов таких испытаний к деталям машин требует осторожности, так как при других сочетаниях условий трения детали влияние изученного фактора может оказаться отличным от найденного в лабораторных опытах.

Абразивным называют изнашивание материала при воздействии на него в процессе трения более твердых веществ, чем материал сопряженной детали. Абразивное изнашивание многих деталей машин происходит при трении о горные породы, руду, минералы. Наиболее широко распространенный абразив — кварцевый песок—входит в состав грунтов, почв, пыли и является главным агентом, вызывающим износ рабочих деталей сельскохозяйственных, горных, строительных, транспортных машин, в том числе двигателей внутреннего сгорания.

Стандартизация в области трения и изнашивания не имеет каких-либо принципиальных отличий от стандартизации в области прочности материалов. Напротив, обе эти области имеют много общего, хотя бы потому, что изнашивание материала является по существу процессом разрушения поверхностного слоя при трении. При большом практическом значении стандартизации испытаний на трение и изнашивание в настоящее время имеется лишь несколько стандартов по методике испытаний некоторых неметаллических материалов.

Абразивное изнашивание материала происходит в результате режущего или царапающего действия твердых тел и (или) абразивных частиц. Эти частицы попадают между контактирующими поверхностями со смазочным материалом или из воздуха, а также могут появиться в результате развития других видов изнашивания (схватывания, выкрашивания, окисления). Абразивное изнашивание может иметь место о преобладанием процессов окисления (окисление и последующее разрушение оксидных пленок) и g преобладанием механического разрушения (внедрения абразивных частиц) и разрушения поверхности. При окислительной форме абразивного изнашивания коэффициент трения 0,05—0,30 и толщина разрушающегося слоя до 0,1 мм. 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 и т. д.).

Притиры выполняют в виде зубчатых колес. В зацеплении в результате давления между зубьями притира и обрабатываемого колеса мелкозернистый абразив в смеси с маслом внедряется в более мягкую поверхность притира. Благодаря скольжению, возникающему между зубьями при вращении пары, зерна абразива снимают мельчайшие стружки с обрабатываемого колеса. При зубопритирке происходит искусственное изнашивание материала колеса в соответствии с профилем зуба притира.

На образцах производят сравнительные испытания на абразивное изнашивание материалов, защитные устройств и т.д. в условиях трения ofi абразивную шкурку, шлифовальный круг или напильник. На образцах при разных соотношениях скоростей скольжения и качения, разных углах расположения контактных линий и т.д. эффективно испытывают сопротивление заеданию.

Приведенный анализ различных теорий и гипотез, концепций и подходов к описанию процессов, сопровождающих трение и изнашивание материалов (твердых тел), позволяет сделать следующие выводы.

216. Хрущев М. М. Лабораторные методы испытания на изнашивание материалов зубчатых колес. М., «Машиностроение», 1966. 152 с.

В исследованиях на изнашивание материалов при трении об абразивную шкурку выбор образцов обычно осуществлялся из конструктивных соображений, что недостаточно правомерно. Для выяснения :влияния площади контакта образца

О влиянии размера зерна абразива на изнашивание материалов исследователи высказывают противоречивые точки зрения. Хрущев и Бабичев [114, 115] указывают на наличие некоторого «критического» размера абразивных частиц, например для сталей — 100 мкм, для цветных металлов — 120—150 мкм. По данным М. Гюрлеюка [122], исследовавшего ряд цветных металлов, этот размер не превышает 70 мкм. Английские исследователи Г. Натан и И. Джонс [115] называют величину до 150 мкм. Такой размер, по их данным, характерен только для алюминия и латуни, а для других материалов (медь, бронза, железо и сталь) он ограничен — 80 мкм.

Учение о трении и изнашивании машин состоит из следующих разделов [257]: 1) трение и изнашивание материалов, 2) жидкостная и газовая смазка подвижных сопряжений деталей машин, 3) трение, изнашивание и смазка машин, 4) оценка, выбор и применение смазочных материалов.

175. Рабинович И. П. и Розенбаум А. Н. Лабораторные испытания на изнашивание материалов для лемехов, Сб. «Повышение износостойкости лемехов», Машгиз, 1956, с. 27—45.

кривых на рис. 19 показывает, что существуют такие давления рв и рм, при которых изнашивание материалов происходит с одинаковой интенсивностью J.

трение и изнашивание материалов (в том числе свойства поверхностей контакта твердых тел — их геометрия, физико-химические и механические свойства. Смазка поверхностей) [4, 15, 18, 32, 33, 36];

36. X р у щ о в М. М. Лабораторные методы испытания на изнашивание материалов зубчатых колес. М., «Машиностроение», 1966.

Подразделение испытаний на изнашивание. Испытания на изнашивание материалов или деталей машины можно подразделить по использованию результатов на три группы: