Взаимодействия поверхности

По виду контактного взаимодействия поверхностей трения классы 0—5 соответствуют упругому деформированию (/ = 10~1Я—10"7); классы 6—7 — упруго-пластическому деформированию (/ -- 10"' —10~5); классы 8—9 — микрорезанию (/ = 10-5—Ю"3).

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).

Для каждого класса характерны определенные виды контактного взаимодействия поверхностей трения: для классов 0-VI - упругое взаимодействие (упругое и упруго-пластическое); для классов VII, VIII -пластическое; для класса IX - микрорезание. Отсюда следует, что при проектировании узла трения и выборе материала необходимо стремиться к обеспечению упругого взаимодействия поверхностей трения, при котором интенсивность изнашивания значительно меньше, чем при пластическом.

Разновысотность контактирующих выступов и величина действующей нагрузки определяют следующие виды деформации выступов: упругую, упругопластическую без упрочнения, упругопластическую с упрочнением. Чисто упругая деформация возможна только у эластичных тел, например резины. При контактировании весьма гладких металлических поверхностей также преобладает упругая деформация неровностей. Однако в большинстве случаев первичного нагружения ведущая роль в формировании площади фактического контакта принадлежит пластической деформации. Входящие в контакт выступы пластически деформируются (сплющиваются), чаще всего с внедрением в сопряженное тело. Внедряется более твердый выступ, а при одинаковой твердости тот, которому геометрическая форма придает большее сопротивление деформации. Исследования ряда ученых показали, что после однократного нагружения выступы упрочняются наклепом и при повторных нагружениях, не превышающих первоначальной нагрузки, деформируются практически упруго. При анализе контактного взаимодействия поверхностей трения твердых тел рассматривают и учитывают номинальную А„, контурную Ас и фактическую А,, площади контакта (рис. 3.1).

Наиболее общей тенденцией современных исследовний при анализе процесса фрикционного взаимодействия поверхностей с позиций физи-кохимии является рассмотрение энергетических параметров, характеризующих твердое тело и его поверхность, строение и свойства двойных электрических слоев, строение и свойства поверхностного слоя и т.п. Различия межмолеулярных взаимодействий в объемной и поверхностной фазах обусловливают избыток энергии поверхностного слоя на границе раздела фаз — поверхностную энергию, которая определяет энергетическое состояние поверхности.

В соответствии с современной гипотезой, имеющей смешанный характер, процесс трения при скольжении поверхностей является не только результатом механического взаимодействия поверхностей, но и результатом действия молекулярных сил.

Законы старения, оценивающие степень повреждения материала в функции времени, являются основой для решения задач надежности. Они позволяют прогнозировать ход процесса старения, оценивать возможные его реализации и выявлять наиболее существенные факторы, влияющие на интенсивность процесса. Типичным примером таких зависимостей являются законы износа материалов, которые на основе раскрытия физической картины взаимодействия поверхностей дают методы для расчета интенсивности процесса изнашивания или величины износа в функции времени и оценивают параметры, влияющие на ход процесса (подробнее об этом см. гл. 5). Анализируя исследования последних лет, следует отметить, что все чаще стремятся получить законы, описывающие ход'процесса старения, или разрушения как функцию времени.

Таким образом, каждому виду взаимодействия поверхностей соответствует наиболее характерный вид повреждения.

Типичным примером многостадийного процесса может служить износ сопряжения, который состоит из трех участков — периодов приработки, установившегося и катастрофического износа. В пределах каждого периода имеет место своя специфика взаимодействия поверхностей, своя физика процесса (см. гл. 5, п. 2).

Зависимость скорости или интенсивности изнашивания от режима работы сопряжения и прочностных характеристик материала наиболее желательно выразить на основании теоретических предпосылок о характере взаимодействия поверхностей.

необходимо, чтобы скорость взаимодействия поверхности с насыщающей средой dmnldr была больше скорости диффузии насыщенного элемента в глубь металла dmR/dr, т. е. необходимо соблюдение неравенства

Как ранее указывалось, коррозионный процесс, возникающий в результате взаимодействия поверхности металла с водными растворами электролитов, влажными газовыми средами или расплавами солей и щелочей, является гетерогенной электрохимической реакцией и, в зависимости от характера внешней среды, протекает различно.

Выделяют две основные зоны или стадии взаимодействия расплавленного металла с газами и шлаком: торец электрода с образующимися на нем каплями и сварочную ванну. Полнота протекания металлургических реакций зависит от температуры, времени взаимодействия, поверхности и концентрации реагирующих веществ.

Повреждение наружной поверхности металла в результате однократного динамического взаимодействия поверхности с перемещающимся относительно нее твердым телом ("индентором"), имеющим острые края. При образовании царапины контактные напряжения достигают разрушающих значений. Форма поперечного сечения царапины близка к треугольной или трапециевидной и может изменяться по длине. Направление относительно продольной оси аппарата (трубы) -произвольное. Форма царапины на поверхности обечаек корпуса аппарата (трубопровода) может быть прямолинейной, криволинейной и полигональной

Повреждение с теми же характеристиками, что и у царапины. В отличие от царапины задир имеет зазубренные края. Задир характеризуется когезионным отрыве • при котором прочность фрикционных связей между понерхностью металла и царапающим телом выше прочности основного материала стенки аппарата Повреждение, проявляющееся в результате динамического взаимодействия поверхности аппарата (трубы) с твердым телом, имеющим острые края, без тангенциального перемещения. В зависимости от характера и силы удара забоина может иметь различную форму, площадь и глубину (до 4 мм). В стенке обечайки аппарата в момент удара возникают значительные напряжения изгиба. Площадь забоины условно равна произведению ее длины (максимального линейного размера забоины в плане) на ширину (наибольший размер, перпендикулярный длине забоины)

Повреждение в результате статического или динамического взаимодействия поверхности аппарата (трубопровода) с твердым телом, не имеющим острых кромок. Вмятина характеризуется плавным сопряжением поверхностей, образующих углубление, с поверхностью обечайки. Характерным параметром вмятины является ее глубина, определяемая как максимальное радиальное смещение поверхности вмятины от своего первоначального (номинального) положения

В результате проведенного теоретического анализа взаимодействия поверхности типовых элементов конструкций, защищенных различными типами известных защитных покрытий с высокоскоростными потоком окислительного газа были выявлены основные причины разрушения покрытий и сформулированы требования, обеспечение которых необходимо для надежной работы поверхностных слоев. Для реализации этих требований была предложена физико-химическая модель работы конструкционной стенки с сйнергетическим покрытием, нивелирующим основные источники разрушения на стадии фор-, мирования покрытия и возможные случайные дефекты в процессе эксплуатации. В качестве самоорганизующегося материала наносимого слоя предложен специальный гетерофазный сплав на основе системы Si-Ti-Mo-B, отличительной особенностью которого является способность к ускоренному самоиалечивинию технологических дефектов за счет наличия относительно легкоплавкой эвтектики я эксплуатационных дефектов за счет симовосстаиавливающвйея оксидной пленки легированного кремнезема.

структурой, энергетическим состоянием и характером взаимодействия поверхности с окружающей средой. Поверхностные микрочастицы твердого тела не имеют симметричного окружения другими частицами со всех сторон, как внутренние частицы. Поэтому равнодействующая всех взаимодействий с соседними частицами не равна нулю при не изменяющемся строении кристаллической структуры. Окружающие частицы твердого тела дают равнодействующую сил притяжения, направленную перпендикулярно поверхности внутрь тела. Для того чтобы в несимметричном силовом поле атом, молекула или ион оставались в равновесии, необходима перестройка частиц кристалла вблизи поверхности, их расположение должно отличаться от взаимного расположения частиц во внутренних областях кристалла. Под влиянием рассмотренных силовых взаимодействий формируется особый поверхностный слой, толщина которого может быть примерно равной радиусу взаимодействия частиц— 10—100 нм.

Развитие ветвления трещины определяется структурой сплава, составом и концентрацией среды. Ветвление трещины и кинетика ее развития во многом зависят от наличия в стали неметаллических включений. Возникающее вокруг неметаллических включений объемно-напряженное состояние вызывает диффузию компонентов жидкой среды в данную зону металла. Поэтому воздействие агрессивных сред на загрязненную, нерафинированную сталь сильнее, чем на чистый металл. Характерно, что граница металл-включение служит местом скопления дислокации, вакансий, примесей атомов и тому подобных дефектов, что увеличивает активность центров взаимодействия поверхности металла со средой [30]. 46

Детали большого числа машин работают в условиях абразивного изнашивания, характеризуемого механическим воздействием твердых тел или частиц с режущими краями на изнашиваемый материал [1]. Абразивным называют также результат взаимодействия поверхности твердого тела с мягким материалом при определенных условиях трения со смазкой, например стальной цапфы и подшипника.

coca. Силы, действующие на лопастное колесо, разделяют на: 1) внешние — взаимодействия поверхности колеса с потоком жидкости и реакции в месте крепления колеса на валу и 2) массовые: веса и инерции — центробежной силы.