Изнашиванию подвергаются

При вибрациях в условиях контакта металла с воздухом коррозионно-механическое изнашивание протекает в форме фреттинг-коррозии (от английского fret — подтачивать). В результате небольших циклических относительных смещений деталей разрушаются тонкие окисленные поверхностные слои

При удельной энергии удара до 5 Дж/см2 изнашивание протекает медленно, а при удельной энергии удара более 25 Дж/см2 происходит интенсивное разрушение поверхностного слоя. Выбор удельной энергии,удара в интервале 5—24 Дж/см2 необходим для сопоставления результатов испытания, полученных при ударно-абразивном изнашивании сталей.

Если принятые выше предположения о том, что между I и t имеется зависимость (39), а изнашивание протекает согласно закономерности (2), правильны, то после подстановки в уравнение (4Г) значений h и t должны получиться постоянные значения коэффициента с для разных сочетаний нагрузок Р и ha.

правильном режиме смазывания (рис. 7.9, в) изнашивание протекает медленно (участок //), что обусловлено образованием равновесной шероховатости. Этот период времени определяет срок службы детали. Катастрофическое изнашивание пары характеризуется участком ///.

При пластической деформации выступов фактическая площадь контакта почти не зависит от микрогеометрии поверхности, определяется пластическими свойствами материала и нагрузкой. Упрочнение материала влияет на формирование фактической площади контакта, которая при этом зависит от нагрузки в степени. В случае упругой деформации шероховатостей на фактическую площадь контакта существенно влияют геометрические характеристики шероховатости и упругие свойства материала. Площадь в этом случае пропорциональна нагрузке в степени ~ 0,7—0,9. В узлах трения механизмов и машин, приборов, оборудования часто встречающимися видами износа являются адгезионный, абразивный, коррозионно-механи-ческий, усталостный. При воздействии потока жидкости, газа возникает эрозионное изнашивание . Наиболее интенсивно изнашивание протекает в процессе заедания. Поверхности трения при малых колебательных перемещениях подвержены фреттинг-коррозии. В условиях кавитационных явлений возникает кавитационное изнашивание. Механизм физико-химических связей при адгезионном взаимодействии и интенсивность поверхностного разрушения непосредственно зависят от величины площади фактического контакта [4, 8-12], Значительный рост интенсивности изнашивания наблюдается при достижении контактными нормальными напряжениями величины предела текучести материала. Энергия адгезии увеличивается при физически чистом контакте материалов и совпадающих по структуре материалов. Гладкость поверхностей способствует увеличению адге-

Адгезионно-усталостное изнашивание инструмен-т а является результатом схватывания инструментального и обрабатываемого материала с последующим вырывом частиц инструментального материала. Наиболее активно адгезионное изнашивание протекает при температуре 0,35—0,5 от температуры плавления материала инструмента и невысокой разности твердостей инструментального и обрабатываемого материалов.

Авторы отмечают, что поверхностный слой трущихся деталей в процессе трения резко изменяет сво'ю структуру и переходит в активное состояние. Материал стремится немедленно перейти из термодинамически неравновесного в пассивное состояние путем адсорбционного, диффузионного или механического взаимодействия с внешней средой. Этот новый слой и становится объектом поверхностного разрушения при трении. Если процессы разрушения охватывают только новый слой, образовавшийся в процессу трения, то происходит нормальное трение, к чему и надо стремиться. Если же разрушение поверхности происходит вне зоны образовавшегося нового слоя (например, при схватывании, микрорезании, фреттинг-процессе и др.)' то изнашивание протекает ненормально — с повреждаемостью поверхности детали.

Описанный механизм отражает процессы изнашивания независимо от вида трения и режима смазки. Даже в режиме трения при жидкостной смазке, нарушаемом в отдельных участках поверхности, изнашивание протекает как при трении без смазочного материала и трении при граничной смазке. В рабочих органах машин процесс изнашивания может быть расчленен так же, как в парах трения, на те же элементарные акты разрушения. В отличие от пар трения инструмент, рабочие органы машин в каждый момент времени взаимодействуют с 'новыми поверхностями обрабатываемого материала.

Исследование деталей шнек-прессов, использовавшихся для получения из подсолнечных семян масла, показало, что рабочие поверхности деталей, соприкасающиеся только с мезгой и маслом, становятся полированными, хотя их износ значителен. Шероховатость поверхностей понижается с Rz = 20 ... 10 мкм до Ra — 0,32 ... ... 0,16 мкм. Изнашивание протекает в виде диспергирования.

Если изнашивание протекает в виде диспергирования, то оно не создает условий для снижения сопротивления усталости. Абразивное изнашивание может увеличить шероховатость поверхности. Независимо от того, какой вид изнашивания является ведущим, царапины (в особенности одиночные), нанесенные абразивными частицами, представляют опасность как сильные концентраторы напряжений, причем тем большую, чем прочнее сталь. Однако достаточно иметь представление о действии концентраторов напряжений, чтобы схватывание при наличии глубинного вырывания отнести к неблагоприятным для циклической прочности факторам. Изнашивание, приводящее к уменьшению линейных размеров с образованием уступов, создает значительный геометрический концентратор напряжений. Такой случай может быть, например, в зубьях колес, сферических цапфах и цапфах валов и осей.

Бочкообразная шейка (рис. 17.2, б) начинает изнашивать подшипник с середины. Если бочкообразность мала и контакт происходит по всей длине шейки при большей деформации посередине, то изнашивание протекает по всей длине, но с большей интенсивностью посередине. Бочкообразность вала уменьшается с ростом пути трения, а подшипник в зоне нагружения приобретает вогнутость по длине. Нетрудно

/ — начальный, или период приработки, когда изнашивание протекает с постоянно замедляющейся скоростью;

Абразивному изнашиванию подвергаются детали сельскохозяйственных, дорожно-строительных, горных, транспортных машин и транспортирующих устройств, узлы шасси самолетов, металлорежущих станков, рабочие колеса и направляющие аппараты гидравлических турбин, лопатки газовых турбин, трубы и насосы землеснарядов, бурильное оборудование нефтяной и газовой промышленности и т.п.

Попавшие в зазоры пар трения абразивные частицы участвуют в восприятии приложенной нагрузки и могут в зависимости от условий впрессовываться (шаржироваться) в поверхности трения, раздавливаться на более мелкие фракции или перекатываться вдоль поверхностей. Большую роль играет шаржируемость, характеризующая способность поверхностного слоя детали закреплять в себе попавшие в зазор сопряжения абразивные частицы. Шаржируемость поверхностей трения зависит от их физико-механических свойств, микро-геометрии, наличия пленок окислов, смазки и т.д. Материалы с меньшей твердостью, как правило, сильнее шаржируются абразивными частицами. К хорошо шаржируемым материалам относятся серый и ковкий чугун, бронза, пластмассы. Воздушные фильтры двигателей автомобилей и других машин задерживают только относительно крупные частицы пыли. Мелкие частицы проникают в двигатель вместе с засасываемым в цилиндры воздухом, так как очищающая способность фильтров 98-99% и с каждым кубометром воздуха в цилиндры засасывается 5-20 мг пыли. Значительная часть поступивших абразивных частиц удаляется вместе с отработавшими газами; оставшаяся часть, осаждаясь на стенки цилиндров, участвует в их изнашивании, незначительно изменяясь в размерах, проникает далее в картер и, распространяясь по всей смазочной системе, изнашивает детали других пар трения, особенно шейки коленчатого вала. Наибольшему абразивному изнашиванию подвергаются цилиндры и поршневые кольца. Интенсивность изнашивания деталей двигателя при загрязненном воздухе в несколько раз выше, чем при чистом воздухе. Например, двигатель автомобиля, эксплуатирующегося в районах с песчаным грунтом, требует капитального ремонта после пробега в 15 тыс. км, тогда как в условиях незапыленного воздуха он проходит без ремонта 150 тыс. км и более. Абразивное изнашивание может происходить весьма интенсивно и при достаточно смазанных поверхностях, когда приложенная нагрузка передается от одной детали к другой не только через слой смазочного материала, но и через абразивные частицы. Даже такие хорошо защищенные детали, как прецизионные пары топливной аппаратуры дизелей, изнашиваются от воздействия абразивных частиц, попадающих вместе с топливом. Наибольшему изнашиванию подвергаются кромки впускных окон и торцы плунжеров, при этом образуются продольные риски на плунжерах и стенках гильз насоса.

Окислительному изнашиванию подвергаются детали узлов трения машин и технологического оборудования, работающих в условиях граничной смазки или без смазочных материалов. Определяющее влияние на характер процесса окислительного изнашивания и его интенсивность оказывают процессы образования и разрушения окисных пленок на трущихся поверхностях. Рассмотрим эти процессы.

Ударно-абразивное изнашивание — это механическое изнашивание в результате динамического контакта взаимодействующих поверхностей при наличии между ними частиц, превосходящих по твердости поверхности индентора и покрытия. Такому изнашиванию подвергаются рабочие органы многих машин в нефтяной и горной промышленности (при бурении шпуров, скважин, при ударном и виброударном способе измельчения пород, при вибропогрузке и т. д.), в машиностроении (при клепке, штамповке, виброударной очистке, обрубке, насечке и т. д.), в строительстве (при разрушении бетона,: вскрытии мерзлого грунта, забивке свай и т. д.).

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.

Интенсивному изнашиванию подвергаются материалы при контакте с движущейся абразивной массой. Изнашивание в потоке абразива характерно для рабочих органов горных, сельскохозяйственных, строительных машин, многих деталей металлургического оборудования, трубопроводов для перемещения сыпучих тел и т. д.

Башмак бульдозера Д-271 изнашивается относительно, равномерно по всей поверхности контакта с абразивом^ (см. рис. 67). Наиболее интенсивно изнашиваемой его частью являете» гребень. Это объясняется тем, что гребень, воспринимая нагрузку от веса трактора, передает -ее грунту на относительно небольшой площадке контакта по сравнению >е общей поверхностью башмака. Кроме того, интенсивному изнашиванию., подвергаются также те грани башмака, которые перекрывав ются друг другом. В этом случае наблюдается типичный вид износа, возникающий в результате воздействия абразивной прослойки.

К ряду важнейших задач в области повышения износостойкости машин и их деталей относится борьба с так называемым абразивным изнашиванием. В различной мере абразивному изнашиванию подвергаются многие детали почти всякой машины.

Испытания на изнашивание в лаборатории проводятся нэ специальных лабораторных установках. Изнашиванию подвергаются образцы, которые могут иметь различную геометрическую форму: цилиндр, шар, куб, призму, пластину, втулку, частичный вкладыш и т. д.

Эрозионному изнашиванию подвергаются детали арматуры, осуществляющие дросселирование жидкости: плунжеры и седла дросселирующих и регулирующих клапанов. Износ при эрозионном изнашивании зависит от режима дросселирования жидкости, продолжительности его воздействия на деталь и свойств материала детали. Различают процессы щелевой или ударной эрозии и кавитацио-ного разрушения металла. При щелевой эрозии поверхности деталей размываются действием струи влажного пара, проходящего с большой скоростью через щель, образуемую седлом и плунжером. При ударной эрозии материал разрушается под действием ударов капель воды о поверхность детали.При кавитационном режиме движения в потоке быстро движущейся среды и соответствующих гидродинамических условиях образуются пузырьки (пустоты) в результате нарушения ее сплошности. Схлопываясь, они создают местные гидравлические удары, которые, действуя на металлическую поверхность, разрушают ее. Увеличение срока службы деталей при эрозионном изнашивании достигается изменением режимов работы арматуры: уменьшением скорости среды в дросселирующем сечении путем снижения перепада давлений, применением ступенчатого (каскадного) дросселирования, увеличением сечения отверстий для прохода среды, применением эрозионно-стойких материалов.

При повышенной загрязненности окружающей среды и недостаточно эффективных уплотнениях возможно попадание в зону трения частиц, твердость которых выше твердости контактирующих поверхностей. В результате их царапающего действия происходит абразивное изнашивание. Абразивными частицами могут служить также продукты изнашивания. Интенсивному абразивному изнашиванию подвержены рабочие органы и передачи горных, строительных, дорожных, сельскохозяйственных и т. п. машин, а также открытые узлы трения. В меньшей мере абразивному изнашиванию подвергаются закрытые передаточные механизмы, оснащенные эффективными уплотнениями и проточной (циркуляционной) системой смазывания с полнопоточной фильтрацией. Как показывает практика, увеличение твердости трущихся поверхностей повышает их износостойкость.