Поверхностной температуре

пар на лабораторных и реальных установках могут быть получены только в том случае, если, кроме равенства скоростей скольжения, давления, объемной и поверхностной температуры, геометрического подобия испытательных систем, будут равны и температурные градиенты. Наибольшие затруднения создает воспроизведение равенства температур и температурных градиентов, оказывающих наибольшее влияние на физико-механические и фрикционные свойства трущихся материалов. Вследствие влияния температуры трение неметаллических фрикционных материалов характеризуется наличием длительной зоны низких и достаточно устойчивых значений коэффициента трения, образующихся при достижении определенных значений температур. Эта зона депрессии образуется, как правило, после снижения первоначальных высоких значений коэффициента трения. Длительность зоны депрессии зависит от скорости скольжения и от значения коэффициента взаимного перекрытия. Уменьшение коэффициента взаимного перекрытия положительно влияет на стабильность коэффициента трения, способствует увеличению среднего значения коэффициента трения и повышает износостойкость. Но эффективность пары трения с уменьшением коэффициента взаимного перекрытия, при прочих равных условиях, несколько снижается. Увеличение коэффициента взаимного перекрытия приводит к сокращению зоны депрессии. При попадании в зону депрессии скорость нарастания температуры в процессе трения резко уменьшается. На зону депрессии влияет также и увеличение давления, приводящее к увеличению площади фактического контакта и повышению коэффициента трения. Снижение коэффициента трения при увеличении температуры приводит, в свою очередь, к уменьшению интенсив-• ности теплового потока и уменьшению температуры. Таким образом, оба фактора — температура, характеризующая изменение механических свойств трущихся элементов, и коэффициент трения, характеризующий динамику торможения, — оказываются взаимосвязанными.

Критическая величина предложенного критерия Ккр в отличие от txKp и •Окр инвариантна к изменению контактных давлений, поверхностной температуры, а также к скорости скольжения и качения.

Рис. 6.4. Зависимость удельной работы выхода электронов фуд (/), общей работы выхода электронов фобщ (2), общего давления внутри канала с ядерным топливом, поверхностной температуры канала с топливом из двуокиси урана (4) и (3) от продолжительности испытания [18]

С увеличением поверхностной температуры и уменьшением температурного градиента отмечается тенденция роста износа асбофрикционных материалов при трении в паре с металлами. Как показано в работе [44], при повышенных температурах механизм износа определяется процессами деструкции связующего.

Важной конструктивной характеристикой узла трения является коэффициент взаимного перекрытия КВз [4, 9, 14, 35 и др], введенный в науку о трении и износе А. В. Чичинадзе. Этот коэффициент представляет собой отношение площадей трения трущихся элементов. Большое влияние этого показателя на трение объясняется тем, что от его значения существенно зависит тепловой режим, напряженное состояние и возможность попадания окружающей среды на поверхность трения. Неполное взаимное перекрытие обеспечивает возможность теплоотдачи с открытых участков поверхности трения; при полном перекрытии все тепло идет в глубь трущихся тел. Поэтому с уменьшением взаимного перекрытия имеется тенденция [35] к снижению поверхностной температуры $* и росту температурного градиента д&*/дг. т. е. по существующим понятиям меньшее взаимное перекрытие обеспечивает более легкий тепловой режим трения (температуру и градиент температуры).

рине 8 мм твердость поверхностного слоя в результате двойного прохода луча СО2-лазера стала в три раза выше исходной (рис. 101). Эффективность процесса закалки определяется отражательной способностью поверхности. На длине волны К = 10,6 мкм поглощение поверхности холодной стали меньше 10%, но оно резко увеличивается (см. п. 14) с увеличением поверхностной температуры. Это необходимо учитывать при закаливании поверхностного слоя. Если на обрабатываемую поверхность нанести тонкий слой графита, то тем самым можно существенно уменьшить отраженный поток и увеличить эффективность процесса закалки.

11-13. Хэнст Ф. Л. Измерения поверхностной температуры аблирующих теплозащитных материалов спутников и ракет. — В кн.: Измерения температур в объектах новой техники. М., «Мир», 1965, с. 140—151. 385

жающей среды; Дгоб - превышение температуры средней объемной над температурой окружающей среды; Д?п — превышение средней поверхностной температуры над средней объемной температурой; Д/ш — превышение температуры микронеровности, вступающей в контакт, над средней поверхностной температурой; $ф— температурная вспышка в контаке, возникающая вследствие работы сил трения на фактической площади контакта. Экспериментально удается определить температуру среды-объемную, приповерхностную, среднюю поверхностную перед входом в контакт тел. Влияние микрогеометрии и контакта на его температуру разберем на следующем примере. Тела контактируют на микроплощадках, сжаты и одновременно движутся с разными скоростями. Время одного контакта мало, величина пятна касания несоизмеримо меньше размеров тел, глубина проникновения тепла за время одного контакта также незначительна, что является типичным. Источник тепла в этом случае можно рассматривать как сосредоточенный и быстродействующий. Рассматривая два случая контактирования микронеровностей, установим различие в исходных температурах перед последующим контактированием неровностей (например, через один оборот ролика, как в случае качения со скольжением двух тел). Общий тепловой источник на микронеровностях в обоих случаях будем считать одинаковым и равным. После выхода из контакта нагретые поверхности будут охлаждаться, однако темп охлаждения поверхностей в этих двух случаях будет различным. В первом рассматривается тепловая модель охлаждения точки поверхности полубесконечного тела после получения ею количества тепла Q. Во йтором случае при том же выделившемся количестве тепла на поверхности процесс охлаждения можно рассматривать происходящим в стержне. Уравнения для определения температур для первого и второго случаев следующие:

Важной конструктивной характеристикой узла трения является коэффициент взаимного перекрытия /Свз [7, 18, 23, 51], введенный А. В. Чичинад-зе. Этот коэффициент представляет собой отношение площадей трения трущихся элементов. Большое влияние этого показателя на трение объясняется тем, что от его значения существенно зависят тепловой режим, напряженное состояние и возможность попадания окружающей среды на поверхность трения. Неполное взаимное перекрытие обеспечивает возможность теплоотдачи с открытых участков поверхности трения; при полном перекрытии вся теплота идет в глубь трущихся тел. Поэтому с уменьшением взаимного перекрытия имеется тенденция [51 ] к снижению поверхностной температуры д* и росту температурного градиента dft*ldz, т. е., по существующим понятиям, меньшее взаимное перекрытие обеспечивает более легкий тепловой режим трения (тем-

УСТАНОВКА^*ЛЮМЕН» ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБРАЗЦА ПРИ ТРЕНИИ ПО ПРОЗРАЧНОМУ МАТЕРИАЛУ

Точность и быстродействие указанных методов, как правило, достаточные для производственных и лабораторных измерений, не могут быть признаны удовлетворительными для экспериментов, поставленных с целью апробирования аналитических методов определения поверхностной температуры при трении. Для подобных экспериментов может быть использован метод определения температуры по тепловому излучению тел (один из элементов пары трения должен быть изготовлен из материала, прозрачного для теплового излучения).

На рис. 8.6 представлены данные, которые показывают влияние температуры (изотермическая система) на время до перелома и на постоянные скоростей коррозии до и после перелома. Время до перелома и постоянная скорости после перелома сильно зависят от температуры. На основании результатов внереакторных испытаний оболочки тепловыделяющих элементов PWR, работающие при максимальной поверхностной температуре около 345° С, достигнут перелома за 190 дней по сравнению с вероятным временем экспозиции (не всегда при максимальной температуре) около 1000 дней. Таким образом, коррозионное

Коррозия циркалоя в реакторе BWR. Вильямсон и др. [38] опубликовали результаты 26 металлографических анализов окисных пленок на 10 топливных стержнях с оболочками из циркалоя-2 и циркалоя-4, экспонировавшихся в BWR от 200 до 365 дней при поверхностной температуре около 280° С (кипение). Содержание водорода в 23 пробах от 6 различных топливных стержней было определено с помощью горячей вакуумной экстракционной техники. Привес за счет коррозии рассчитан в предположении, что 15,6 мг/дм2 соответствует толщине окиси в 1 мкм. Наблюдаемые толщины окиси изменялись от 1 до 67,3 мкм. Все окисные пленки толще 8—10 мкм (156 мг/дм2) содержали как радиальные, так и периферические прожилки. Слишком тяжелые окисные пленки были обнаружены около дефектов или под дистанционирующими проволочками. Существенное изменение толщины пленок наблюдалось при изменении теплового потока и потока тепловых нейтронов. На рис. 8.11 показано сравнение распределения ^-излучения по стержню (выгорание) и изменение толщины окиси вдоль стержня. В нижней

условиях кипения при давлении 141 кГ/см2 и соответствующей поверхностной температуре 340° С. Концентрация бора изменялась от 300 до 1200 мг/кг. Теплоноситель содержал примерно 10~4 М LiOH и 30 см3/кг водорода. Не было отмечено влияния

Ретинакс — композиция на основе фено-лоформальдегидной смолы с асбестом, предназначен для изготовления тормозных колодок, вкладышей и других фрикционных деталей. По ГОСТу 10851—64 выпускают двух марок: А — для работы во фрикционных узлах трения при поверхностной температуре до 1100° С, скорости скольжения до 50 м/сек и удельном давлении до 25 кГ/см2 (в паре с чугуном); Б — 700° С, 10 м/сек и 15 кГ/см2.

Таким образом, использование этих показателей позволяет иметь в реальной конструкции определенный коэффициент запаса и по тормозному моменту и по сроку службы из-за износа. По данным эксплуатации, наибольшей фрикционной теплостойкостью отличаются материалы Ретинакс А и Ретинакс Б. Согласно ГОСТ 10851—73 материал Ретинакс А можно успешно эксплуатировать в тормозах и муфтах при кратковременной поверхностной температуре до 1100° С, а Ретинакс Б — при поверхностной температуре до 700° С. Длительно действующая объемная температура для обоих материалов не должна превышать 300° С. Накладка дисковых тормозов из материала 145-40 выдерживает поверхностную температуру до 450—500° С и объемную до 200—250° С. Эластичные материалы ЭМ-1 и ЭМ-2 (ГОСТ 15960—79) применяют в узлах трения с поверхностной температурой до 200° С. Остальные материалы эксплуатируют при максимальных температурах поверхности трения в пределах 250—350° С.

Фрикционно-износные характеристики материалов в натурном узле трения, которые определяются комплексом параметров, зависящих от режима работы и конструкции тормоза или муфты, могут несколько различаться. При этом обычно в натурном узле коэффициент трения и интенсивность изнашивания несколько меньше, чем показанные в табл. 4.10 и 4.11. Таким образом, использование этих показателей позволит иметь в реальной конструкции определенный коэффициент запаса по тормозному моменту и по сроку службы. По данным эксплуатации наибольшей фрикционной теплостойкостью отличаются материалы ретинакс А (код 06) и ретинакс Б (код 07). Согласно ГОСТ 10851—73 материал ретинакс А можно успешно эксплуатировать при кратковременной поверхностной температуре до 1100°С, а ретинакс Б — до 700 °С. Длительно действующая объемная температура для обоих материалов не должна превышать 300 °С. Накладки дисковых тормозов из материалов Т-266 (код 14), 145-40 (66), 358-40 (94) выдерживают поверхностную температуру до 450—500 °С и длительно действующую объемную температуру до 200—250 °С. Эластичные материалы (коды 26, 27, 28, 44) применяют в узлах трения с поверхностной температурой до 200 °С. Прочие материалы применя-

Наибольшей фрикционной теплостойкостью обладают материалы Ре-тинакс А (ФК-16Л, код 06) и Рети-накс Б (ФК-24А, код 07). В соответствии с ГОСТ 10851—73 первый из них можно успешно применять в тормозах и муфтах при кратковременной поверхностной температуре до 1100 °С, второй — при температуре до 700 °Сг-Длительно действующая объемная температура для этих материалов не должна превышать 300 °С. Накладки дисковых тормозов из материалов 145-40 (код 66); Т-266 (код 4); 358-40 (код 94) выдерживают поверхностную температуру до 450—500 °С и объемную до 200—250 °С. Эластичные материалы (коды 26, 27, 28, 44, 52) применяют в узлах трения с поверхностной температурой до 200 °С. Остальные фрикционные асбополимерные материалы работоспособны при максимальных температурах поверхностей трения в пределах 250—350 °С.

Уравнение (2.34) часто строят в координатах LnT = f(Lnx), где оно выражается прямой линией. В идеальном случае для любого момента времени т * тепловую инерцию тела можно определить по поверхностной температуре тела и измеренной поглощенной энергии:

Наибольшей фрикционной теплостойкостью обладают материалы Ре-тииакс А (ФК-16Л, код 06) и Рети-накс Б (ФК-24А, код 07). В соответствии с ГОСТ 10851—73 первый из них можно успешно применять в тормозах и муфтах при кратковременной поверхностной температуре до 1100 °С, второй — при температуре до 700 °С. Длительно действующая объемная температура для этих материалов не должна превышать 300 °С. Накладки дисковых тормозов из материалов 145-40 (код 66); Т-266 (код 4); 358-40 (код 94) выдерживают поверхностную температуру до 450—500 °С и объемную до 200—250 °С. Эластичные материалы (коды 26, 27, 28, 44, 52) применяют в узлах трения с поверхностной температурой до 2QO °С. Остальные фрикционные асбополимерные материалы работоспособны при максимальных температурах поверхностей трения в пределах 250 —850 °С.

Фрикционные материалы применяют в тормозных устройствах и механизмах, передающих крутящий момент; они работают в тяжелых условиях изнашивания — при высоких давлениях (до 6 МПа), скоростях скольжения (до 40 м/с) и температуре, мгновенно возрастающей до 1000 °С. Для выполнения своих функций фрикционные материалы должны иметь высокий и стабильный в широком интервале температур коэффициент трения, минимальный износ, высокие теплопроводность и теплостойкость, хорошую прирабатываемость и достаточную прочность. Этим требованиям удовлетворяют многокомпонентные неметаллические и металлические спеченные материалы. Их производят в виде пластин или накладок, которые прикрепляют к стальным деталям, например дискам трения. Материал выбирают по предельной поверхностной температуре нагрева и максимальному давлению, которые он выдерживает. Неметаллические материалы применяют при легких (2Пред <• 200 °С, ртах < 0,8 МПа) и