Износостойкости материалов

Интенсивность изнашивания, а следовательно, и срок службы детали зависят от давления, скорости скольжения, коэффициента трения и износостойкости материала. Для уменьшения изнашивания широко используют смазку трущихся поверхностей и защиту от загрязнения, применяют антифрикционные материалы, специальные виды химико-термической обработки поверхностей и т. д.

Срок службы цепи по износу зависит от межосевого расстояния а, числа зубьев малой звездочки г,, нагрузки или давления р в шарнирах, условий смазки, износостойкости материала деталей шарниров, допускаемого относительного износа (см. ниже).

Если твердость повышена путем механического наклепа1 поверхности, то это практически не скажется на повышении абразивной износостойкости материала, что определяет* с точки зрения износостойкости важность не только значения, но и происхождения твердости материала — получена ли она естественным путем (без искажения кристаллической решетки за счет изменения химического, состава металла или сплава), или путем термообработки, или путем наклепа. <

пригодности данного материала из условия надежности, проводится на основе исследовательских испытаний по выявлению основ-ных закономерностей процесса. Например, при оценке износостойкости материала необходимо не только определить скорость изнашивания и класс износостойкости (см. гл. 5 п. 5), но и убедиться, что физическая сущность процесса и вид износа соответствуют принятой концепции. Для проведения исследовательских.испытаний на износ необходимо иметь как испытательный стенд и приборы для измерения величины и интенсивности износа (что достаточно для контрольных испытаний), так и аппаратуру для исследования физики процесса-.

Каждому характерному рельефу на поверхности изнашивания соответствует вполне определенный механизм формирования и отделения частицы износа. В •свою очередь, механизм отделения частицы износа обусловливает закономерности между механическими свойствами металлов и интенсивностью изнашивания, а также выбор критерия износостойкости материала при данном виде изнашивания.

Если целью исследования является определение износостойкости материала применительно к изнашиванию при ударе по абразиву, то целесообразнее применять метод испытания на изнашивание при ударе по слою незакрепленного абразива или абразивной массы, так как при этих методах изнашивание идет более интенсивно.

Анализ радиограмм образца из высокопрочного чугуна выполненный Л. И. Марковской, позволил сделать вывод, что в процессе износа содержание углерода в поверхностных слоях увеличивается, а в глубинных слоях уменьшается [44]. Исследование изменений количества Y-фазы и углерода в поверхностных слоях образца показало, что содержание углерода изменялось идентично количеству -уфазы. Было отмечено также снижение темпа износа и одновременно увеличение содержания карбидной фазы в поверхностных слоях при увеличении давления. В большинстве случаев появление аустенита в поверхностях трения приводило к увеличению износостойкости материала. Таким образом, было установлено, что в процессе трения в результате интенсивной пластической деформации при повышенных температурах происходит диффузия, приводящая к перераспределению химических компонентов сплава. Процессы фазовых превращений и изменение концентрации химических элементов существенно изменяют свойства поверхностных слоев металла, что влияет на его сопротивление изнашиванию.

На величину износа фрикционного материала и его характер оказывают существенное влияние конструктивные данные тормозного устройства. Большое значение для износостойкости материала имеет величина зазора между металлическим элементом и накладкой в разомкнутом тормозе. При недостаточных зазорах постоянное трение накладки о металл приводит к увеличению температуры и износа. Увеличение температуры, в свою очередь, приводит к изменению размеров металлического элемента и к еще большему уменьшению зазоров. Отрицательное влияние недостаточных зазоров особенно проявляется в многодисковых тормозах, где вследствие отсутствия принудительного отхода дисков при разомкнутом тормозе часто наблюдается взаимное трение дисков. Неблагоприятное влияние температурного расширения тормозного шкива весьма существенно проявляется в колодочных тормозах с наружными колодками, особенно в случаях применения в качестве привода короткоходовых электромагнитов, малый ход которых заставляет применять весьма малые установочные зазоры.

номерно, что отрицательно сказывается на износостойкости материала.

Увеличение срока службы деталей при механическом изнашивании достигается повышением износостойкости материала, которое обеспечивается главным образом путем повышения твердости поверхности металла. Для этой цели применяются: объемная закалка, поверхностная закалка токами высокой частоты, химико-термическая обработка поверхности в виде цементации, азотирования, диффузионного хромирования, алитирования и борирования. В ряде случаев достаточно электролитического хромирования поверхности.

В тех случаях, когда расчет долговечности вызывает сомнения (например, при сложнонапряженном состоянии), необходимо произвести экспериментальную проверку напряжений или износостойкости материала.

Предложено круговинтовое зацепление высокой несущей способности (М. Л. Новиков), созданы основы контактно-гидродинамической теории смазки (А. И. Петруеевич и др.); разработан избирательный перенос в парах трения, обеспечивающий в определенных условиях почти безызносную работу (Д. Н. Гаркунов, И. В. Крагельский); установлена прямая пропорциональность износостойкости материалов в естественном состоянии от твердости (М. М. Хрущов); разработан расчет на изнашивание как усталостный процесс и расчет сил трения (И. В. Крагельский и др.).

По величине у* различают 10 классов износостойкости материалов, которые можно разделить на 3 основные группы в зависимости от вида контактного взаимодействия поверхностей трения: О — V классы (YS = Ю~12...10 ') — высокая износостойкость вследствие упругого деформирования); VI — VII 'классы (Ys=10 (>... ...10~5) — средняя износостойкость при упругопластическом деформировании); VIII — IX классы (Ys=10 ...10~3 — весьма низкая износостойкость при микрорезании).

По величине ys различают 10 классов износостойкости материалов, которые можно разделить на 3 основные группы в зависимости от вида контактного взаимодействия поверхностей трения: О — V классы (YS = 10~12...10~7) — высокая износостойкость вследствие упругого деформирования); VI — VII "классы (Ys=10 6... ...10~5) — средняя износостойкость при упругопластическом деформировании); VIII — IX классы (Ys=10 ...10~3 — весьма низкая износостойкость при микрорезании).

Повышение экономически целесообразной долговечности машин, приборов, агрегатов, технологического оборудования и инструментов возможно главным образом за счет повышения износостойкости материалов, участвующих в трибомеханическом взаимодействии. Решение этой актуальной научно-технической задачи базируется на результатах глубоких научных исследований и обоснованных решениях. В этой связи исключительное значение приобретают работы в области трибо-материаловедения (сплавы, полимеры, композиционные материалы), трибофизики (физикохимия процессов трения и изнашивания) и трибо-технологии (модификация структуры, упрочнение), а также теоретические и экспериментальные исследования в области трибомеханики с использованием новейших технических средств испытания материалов и измерительной техники. Они помогут раскрыть и изыскать новые способы снижения потерь мощности на трение и повышения износостойкости деталей машин, приборов и технологического оборудования.

Использование технологий модификации первого поколения [165, 166], основанных на однократном или многократном однотипном внешнем воздействии потоками тепла, массы, ионов и т.д., не всегда обеспечивает требуемые показатели износостойкости материалов при высоких температурах, контактных давлениях и действии агрессивных сред. Поэтому расширение области применения и эффективности методов модификации металлов и сплавов для их использования в экстремальных условиях эксплуатации связано с созданием комбинированных и комплексных способов упрочнения, сочетающих достоинства различных технологических приемов. Существует несколько базовых способов упрочнения, эффективность которых в сочетании с другими методами подтверждена производственной практикой [165, 166]. К таким методам относятся ионно-плазменное напыление, электроэрозионное упрочнение, поверхностное пластическое деформирование, а также термическая обработка. Модификация структуры и свойств материалов при этом происходит за счет сочетания различных механизмов, отличающихся физико-химической природой. На этой основе разрабатываются новые варианты технологий второго поколения, включающие двойные, совмещенные и комбинированные процессы [166-169], в которых применяются потоки ионов, плазмы и лазерного излучения. К данному направлению относятся обработка нанесенных

56. Погодине Л.И., Яцына И.В., Иванченко Ф.К. Энергетические принципы оценки прочности и износостойкости материалов с гетерогенной структурой. М., 1981. 14с. Деп. в ВИНИТИ, №2(112). 15с.

Классы износостойкости материалов но скорости изнашивания

В общем виде скорости изнашивания и соответственно линейные износы поверхностей трения будут являться функцией р, геометрических параметров сопряжения, характеристик износостойкости материалов и режимов работы сопряжения. Если р в этих зависимостях не фигурирует, то это означает, что износ будет равномерно распределен по поверхности трения.

основной характеристикой износостойкости всего сопряжения, оценить влияние режимов работы, износостойкости материалов, размеров и схемы сопряжения на значение 71.2 и указать пути его уменьшения.

Рис, 90. Износ подшипника и вала при различных соотношениях износостойкости материалов пары

Наиболее желательно было бы определение значений коэффициентов износа из закономерностей, полученных на основе изучения физики процесса изнашивания.^Однако такие расчеты износостойкости материалов только начинают развиваться, и конструктор, как правило, не имеет значения коэффициентов износа для типовых пар трения или такие данные относятся к ограниченному числу случаев.