Разрушение поверхностных

Эрозионный износ. Многие среды, с которыми соприкасаются детали оборудования, содержат твердые частицы (например, соли, песок, кокс в потоках нефти и нефтепродуктов и др.). В некоторых случаях вся среда состоит из таких частиц либо из более или менее крупных кусков (например, катализатор, различные адсорбенты, готовый продукт в виде пыли или гранул и т. д.). При движении твердых веществ относительно детали в местах соприкосновения с поверхностью происходит ее абразивное истирание или стачивание. Аналогичный износ наблюдается также при сильных и продолжительных ударах о поверхность жидких и паровых струй, не содержащих абразивных включений. Разрушение поверхности детали, происходящее под действием трения и удара со стороны рабочей среды, называют эрозионным износом. Величина эрозионного износа зависит от физико-механических свойств поверхности детали и среды, удельного давления на поверхности контакта или силы удара, относительной скорости и характера взаимного движения среды и поверхности детали, а также от размера твердых частиц.

Коррозионный износ. Коррозионный износ — наиболее распространенный вид износа оборудования химических и нефтеперерабатывающих заводов. Его предотвращение или уменьшение позволяет поддер-живате стабильное состояние оборудования в условиях эксплуатации. Под коррозией понимают разрушение поверхности металла, являющееся следствием протекания химических или электрохимических процессов. Сущность этих процессов, характер и результат их протекания определяются взаимодействием металла со средой. Коррозия бывает сплошной, местной, межкристаллитной и селективной. При сплошной коррозии поверхность детали (узла, аппарата) изйашивается относительно равномерно. По степени равномерности коррозионного разрушения поверхностного слоя различают сплошную равномерную и сплошную неравномерную коррозии. Равномерная коррозия протекает в слабокислых растворах солей и кислот, а также в тех случаях, когда контакт среды с поверхностью детали происходит без завихрений. При местной коррозии разрушение распространяется не по всей поверхности контакта со средой, а охватывает только отдельные участки поверхности и локализуется на них. При этом образуются кратеры и углубления, развитие которых может привести к появлению сквозных отверстий. Разновидностями местной коррозии являются коррозия отдельными пятнами, язвенная и точечная. Межкристаллшпная, или интеркри-сталтапная, коррозия — разрушение металлов по границам зерен. Этот вид коррозии характерен для деталей, изготовленных из хромоникелевых аустешггных сталей, широко применяемых в химическом машиностроении, а также из медноалюминиевых (дюралюминий), магниевоалюминие-вых и некоторых других сплавов. Глубоко проникшую межкристаллитную коррозию называют транскристаллитной. Селективная, или структурно-избирательная, коррозия заключается в разрушении одной или одновременно нескольких структурных составляющих металла.

материалов при изготовлении световодов, фотоприёмников и др. ИОННОЕ пятно - участок поверхности экрана, мишени или фотокатода электроннолучевого прибора, изменивший свои св-ва в результате ионной бомбардировки. Внешне проявляется, напр., в виде тёмной области в средней части люминесцентного экрана нек-рых типов ЭЛП с электромагн. отклонением. Чтобы предотвратить появление И.п., применяют, напр., алюминиров. экраны. ибннОЕ РАСПЫЛЕНИЕ - разрушение поверхности твёрдых тел в результате бомбардировки их ионами в вакууме. Используется в технологии электронных приборов гл. обр. для травления (очистки) поверхности подложки (мишени), а также для получения тонких плёнок (слоев толщиной до неск. мкм) путём осаждения на подложку распылённого в-ва. Для И.р., как правило, используются ионы инертных газов (Не+, Ne+, Ar+, Kr+ и др.) с энергией 0,1-10 кэВ. ИОННЫЕ ПРИБОРЫ - то же, что газоразрядные приборы. ионный МИКРОСКОП - прибор для получения увеличенного изображения исследуемого объекта с помощью пучков ионов. По принципу действия аналогичен электронному микроскопу, по сравнению с к-рым имеет более высокие разрешающую способность и контраст изображения. Однако из-за ряда недостатков (заметной потери энергии ионов даже при прохождении через очень тонкие объекты, большой хроматич. аберрации, разрушения ионами люминофора экрана, слабого фотогр. действия ионов) И.м. имеет огранич. применение. См. также Ионный проектор. ИОННЫЙ ОБМЕН - обратимая хим. реакция, при к-рой происходит обмен ионами между разл. электролитами, находящимися в р-ре (гомогенный И.о.) либо между тв. в-вом (ионитом) и р-ром электролита (гетерогенный И.о.). И.о. применяют для обессоливания воды в паровых котлах, а также в гидрометаллургии, хроматографии, хим. и фармацевтич. пром-сти.

ЭРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ (от лат. erosio -разъедание) - постепенное послойное разрушение поверхности метал-лич. изделий в потоке газа или жидкости, а также под влиянием окружающей среды, механич. воздействий или электрич. разрядов (электроэрозия). Э.м.- комплексный физ. и физ.-хим. процесс, протекающий в результате окисления, наклёпа, остаточных напряжений, хрупкого и усталостного разрушения и др. Эрозионные процессы лежат в основе мн. видов обработки металлов (пескоструйная, электроэрозионная, УЗ), они же приводят к разрушению ме-таллич. изделий в условиях службы (при кавитации, трении). Повышение эрозионной стойкости деталей обеспечивается, в частности, выбором материала и его термич. обработки. ЭРСТЕД [по имени датского физика Х.К. Эрстеда (H.Ch. Oersted; 1777-1851)] - ед. напряжённости магн. поля в системе единиц СГС. Обозначение- Э. 1 Э=103/4л А/м = = 79,5775 А/м.

При изнашивании в струе абразивных частиц происходят следующие процессы: а) разупрочнение поверхностного слоя детали; б) разрушение поверхности в результате высоких контактных напряжений; в) резание микростружек абразивной частицей; г) контактная усталость; д) выплавление микрообъемов материала детали в результате высокой локальной температуры.

В агрессивных средах разрушение поверхности твердого тела происходит под влиянием двух одновременно протекающих процессов — коррозии (в результате химического и электрохимического взаимодействия материала со средой) и механического изнашивания. Химическое взаимодействие реализуется при контакте материалов с сухими газами или неэлектропроводными агрессивными жидкостями; электрохимическая коррозия — при контакте металлов с электролитами (водные растворы кислот, щелочей, солей и т.д.). При этом наблюдаются два процесса - анодный (непосредственный переход атомов металла в раствор в виде ионов) и катодный (ассимиляция избыточных электронов атомами или ионами раствора). В результате в зоне трения возникает электрический ток.

Изучение процесса самоорганизации в узле трения компрессора домашнего холодильника показало, что трение может сопровождаться эволюционными процессами, в результате которых разрушение поверхности становится второстепенным. Главным выступает созидательный характер трения, который обусловлен обменом узла трения (трибо-системы) с внешней средой энергией и веществом, а также кооперативным поведением ионов меди, из которых формируется тонкая медная пленка, защищающая поверхность трения от изнашивания. Металлическую защитную пленку, образующуюся в процессе трения, называют "сервовитной" (от лат. serv wine - спасать жизнь). Она представляет собой вещество (в данном случае металл), сформированное

Несмотря на то, что толщина метастабильного поверхностного сплава Fe-Ta составляет около 7' нм, благоприятное воздействие тантала на коррозионное поведение железа оказывается весьма стойким. Эту стойкость объясняют тем, что растворение и разрушение поверхности сплава Fe-Ta происходит локально и неоднородно и связано с избирательным растворением железа из поверхностного слоя сплава. После девяти полных разверток потенциокинетической поляризации общее содержание тантала в поверхностном слое сплава составляет около 90 % от начального содержания тантала после имплантации.

Кавитационное разрушение — это повреждение металла, связанное с гидравлическим ударом жидкости в местах «схлопывания» пузырьков газа на границе жидкости с твердым телом. При попадании потока жидкости в область пониженного давления (ниже давления насыщенного пара этой жидкости при данной температуре) пузырьки газа в жидкости расширяются, а при переходе жидкости в зону повышенного давления они сжимаются с большой скоростью, «схлопываются», что сопровождается гидравлическим ударом. Области пониженного давления образуются при расширении потока, вращении жидкости, наличии препятствий на пути потока или вследствие вибрации. Многократное «схлопывание» пузырьков газа на поверхности металла вызывает повреждение защитных пленок, деформацию и разрушение поверхности металла. Кавитацион-ному разрушению подвержены всасывающие патрубки и рабочие колеса насосов, трубы в местах сужений и резких поворотов направления потока, гидротехнические сооружения и др.

Влияние взвешенных частиц на разрушение поверхности оборудования проявляется при больших скоростях потока и их содержании, превышающем критическую концентрацию (рис. 62).

Эрозионный износ. Многие среды, с которыми соприкасаются детали оборудования, содержат твердые частицы (например, соли, песок, кокс в потоках нефти и нефтепродуктов и др.). В некоторых случаях вся среда состоит из таких частиц либо из более или менее крупных кусков (например, катализатор, различные адсорбенты, готовый продукт в виде пыли или гранул и т. д.). При движении твердых веществ относительно детали в местах соприкосновения с поверхностью происходит ее абразивное истирание или стачивание. Аналогичный износ наблюдается также при сильных и продолжительных ударах о поверхность жидких и паровых струй, не содержащих абразивных включений. Разрушение поверхности детали, происходящее под действием трения и удара со стороны рабочей среды, называют эрозионным износом. Величина эрозионного износа зависит от физико-механических свойств поверхности дегали и среды, удельного давления на поверхности контакта или силы удара, относительной скорости и характера взаимного движения среды и поверхности детали, а также от размера твердых частиц.

Трение между стружкой и передней поверхностью инструмента и между его главной задней поверхностью и поверхностью резания заготовки вызывает износ режущего инструмента. В условиях сухого и полусухого трения преобладает абразивное изнашивание инструмента. Высокие температуры и контактные давления вызывают следующие виды изнашивания: окислительное — разрушение поверхностных оксидных пленок; адгезионное — вырывания частиц материала инструмента стружкой или материалом заготовки вследствие их молекулярного сцепления; термическое — структурные превращения в материале инструмента.

ЭЛЕКТРОКОНТАКТНАЯ ОБРАБОТКА — разновидность электроэрозионной обработки, при к-рой происходит размерное разрушение поверхностных слоев металла вследствие его оплавления. Источник тепла в зоне обработки — импульсные дуговые разряды и контактный нагрев. Электрод-инструмент (катод) — металлич. диск, второй электрод (анод) — обрабатываемая заготовка. Используется пост, и перем. ток. Э. о. применяют для очистки чуг. и стальных отливок, обдирки слитков, разрезки проката, грубой обработки поверхностей, а также для наплавки деталей с целью их поверхностного упрочнения.

53; 82; 149]. Водород не распределяется при этом равномерно по всей толще металла, а скапливается преимущественно в приповерхностных слоях [61; 84; 147] относительно небольшой толщины (десятки и сотни мкм). Другой причиной потери прочности следует считать неравномерное коррозионное разрушение поверхностных слоев металла с образованием концентраторов напряжений, а также локальную коррозию — межкристаллитную, коррозионное растрескивание и т. д., разрушающие не только поверхность, но и толщу металла. Во всех этих случаях, подбирая соответствующие ингибиторы, удается существенно снизить вредные проявления и последствия коррозии. Однако многие ингибиторы коррозии, уменьшаю-

Ученые Запорожского машиностроительного института В. С. Попов, Н. Н. Брыков и Н. С. Дмитриченко на основании экспериментальных данных утверждают, что разрушение металлов при абразивном изнашивании происходит в две стадии, на каждой из которых сопротивляемость разрушающему действию абразива определяется принципиально разными свойствами [52]. Поведение металла на первой стадии — проникновение абразива в поверхность детали — характеризуется явлениями, соответствующими испытаниям на твердость. Вторая стадия изнашивания происходит в процессе взаимного перемещения детали и внедрившегося в ее поверхность абразива. Она включает разрушение поверхностных участков металла и их отрыв.

Аналогичная картина наблюдается и в условиях анодной поляризации с той лишь разницей, что вместо катодных участков играют роль неактивируемые деформацией участки, которые поддерживают смешанный потенциал неизменным. Естественно, что для образцов с рабочей длиной 10 мм величина Аф на всех ступенях деформации значительно меньше, чем для образцов с меньшей рабочей площадью, и имеет тенденцию к уменьшению .с ростом степени деформации. Именно поэтому заметное (до 100 мВ) разблагораживание потенциала при деформации впервые удалось наблюдать при помощи микроэлектрохимического зонда в вершине искусственного концентратора напряжения [124], причем для получения измеримого эффекта неважно, активируется ли металл в вершине концентратора, или там происходит разрушение поверхностных пленок, или оба эти фактора действуют совместно.

Аналогичная картина наблюдается и в условиях анодной поляризации стой лишь разницей, что вместо катодных участков играют роль неактивируемые деформацией участки, которые поддерживают смешанный потенциал неизменным. Естественно, что для образцов с рабочей длиной 10 мм величина Аф на всех ступенях деформации значительно меньше, чем для образцов с меньшей рабочей площадью, и имеет тенденцию к уменьшению с ростом степени деформации. Именно поэтому заметное (до 100 мВ) разбла-гораживание потенциала при деформации впервые удалось наблюдать при помощи микроэлектрохимического зонда в вершине искусственного концентратора напряжения [141], причем для получения измеримого эффекта было неважно, активируется ли металл в вершине концентратора, или там происходит разрушение поверхностных пленок, или оба эти фактора действуют совместно.

В зубчатых передачах, подшипниках качения и других деталях, работающих в условиях качения или качения со скольжением и подверженных воздействию контактных давлений, контактирующиеся поверхности разделяются слоем смазки. Масляной слой несет всю нагрузку, приходящуюся на зону контакта, предотвращает непосредственный контакт поверхностей и этим предупреждает разрушение поверхностных слоев деталей.

ЭРОЗИЯ — последовательное разрушение поверхностных слоев изделий (деталей) в потоке газа или жидкости. Под Э. понимают и более широкий круг явлений разрушения поверхностных слоев под влиянием различных механич., термич. и элект-рич. воздействий.

Исследованию прочности композитов с наполнителем посвящен ряд работ. В работе [7.28] приведены результаты исследования предела прочности при статическом растяжении, а в работах [7.29, 7.30]—результаты исследования на усталостную прочность при изгибе. В рассматриваемом случае происходят различные виды разрушения, среди которых имеют место разрушение поверхностных слоев, разрушение наполнителя, разрушение на границах, отделяющих поверхностные слои от наполнителя. Это обстоятельство необходимо учитывать при рассмотрении прочностных характеристик.

Этот процесс осложняется также при попадании в место контакта деталей отдельных твердых частиц. Разрушение поверхностных слоев большинства изнашивающихся деталей машин связано именно с действием твердых частиц, находящихся в различных агрегатных состояниях. Изнашивание деталей в таких условиях называют абразивным. Эти два способа (абразивный и контактный) внешнего силового воздействия на поверхностный слой встречаются в большинстве изнашивающихся сопряжений.

Однако использование благородных металлов для скользящих контактов не всегда обеспечивает их надежную работу [29]. Имеет место молекулярное сцепление поверхностей, взаимное внедрение их шероховатостей, механическое разрушение поверхностных слоев, и, как следствие этого, нарушение качества контактирования и изменение общего сопротивления контактного устройства.