Закономерностей изнашивания

Процесс действия нагрузок на аппараты является основной причиной их отказов, поэтому анализ причин отказов невозможен без учета вида воздействующих нагрузок, длительности воздействия и закономерностей изменения нагрузок во времени.

Особенностью напряженно-деформированного состояния твердых прослоек является реализация в них эффекта контактного разупрочнения, заключающегося в возникновении благоприятной "мягкой" схемы напряженного состояния и приводящей к улучшению деформационных характеристик сварного соединения (удлинения, сужения, трещиностойко-сти и др.)- На основе установленных закономерностей изменения касательных напряжений на контактной плоскости твердой прослойки, при которой ее металл полностью перейдет в пластическое состояние, получены уточненные формулы.

Кроме рассмотренных закономерностей изменения механических свойств мягких прослоек в виде симметричной параболы и симметричной линейной неоднородности (соответственно кривые 2.3, см. рис 2.6,я) на практике также встречаются распределения свойств поперек сварного шва, представляющие собой комбинацию данных изменений с несимметричной неоднородностью сварного стыка (на рис. 2.6,6 кривые 5. 6). Нетрудно заметить, что разработанные в настоящей работе расчетные методики, позволяющие по отдельности оценить влияние как несимметричной неоднородности сварного стыка, так и неоднородность свойств мягких прослоек, моглт быть использованы и при анашизе несущей способности соединений с рассматриваемой комбинацией изменений механических свойств. Так, например, для соединений, изменение механических свойств в которых описывается кривой 5, на первом этапе необходимо определить в соответствии с рекомендациями (3 76) эквивалентное значение степени механической неоднородности соединения Кв^. а затем, принимая А'В1 = А'", в соответствии с процедурой расчета оценить прочность рассматриваемого соединения по (3.74) с учетом коррекции по к в виде кпр = к/пр при определении Кк. Аналогичным образом расчет ведется и для случая, когда изменение свойств поперек сварного соединения, описывается кривой 6 (см. рис. 2.6,6).

Содержание работы. Изучение закономерностей изменения термодинамического состояния реальных веществ в области до-и закритических температурка примере изотермического сжатия углекислого газа, или диоксида углерода (СО2). Определение ви-риальных коэффициентов уравнения состояния и расчет калорических свойств СО2.

Изучение физических закономерностей изменения структурно-фазового и напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя деталей при трении, накопление и обобщение результатов экспериментальных исследований и опыта эксплуатации трибосистем различного вида и назначения позволили определить физические основы структурной модификации материалов трибосистем. В главе 6 показано, что в качестве физической основы структурной модификации выступают закономерности фазовых переходов, определяемые уровнем потенциала Гиббса или свободной энергией системы. А переход из одного фазового состояния в другое сопровождается существенным изменением внутреннего строения и физических свойств системы. Фазы выступают в качестве элементов структуры любого материала (сплава,

Изучение закономерностей изменения электропроводности и других физических свойств после МТО имеет не только чисто прикладное значение. Оно также 'Представляет существенный интерес для исследования механизма упрочнения, вызывающего повышение жаропрочности.

Знание закономерностей изменения выходных параметров во времени (с учетом их стохастической природы) необходимо для построения модели, оценивающей возможность возникновения отказа.

Кроме рассмотренных закономерностей изменения механических свойств мягких прослоек в виде симметричной параболы и симметричной линейной неоднородности (соответственно кривые 2,3, см. рис. 2.6,а) на практике также встречаются распределения свойств поперек сварного шва, представляющие собой комбинацию данных изменений с несимметричной неоднородностью сварного стыка (на рис. 2.6,6 кривые 5, 6). Нетрудно заметить, что разработанные в настоящей работе расчетные методики, позволяющие по отдельности оценить влияние как несимметричной неоднородности сварного стыка, так и неоднородность свойств мягких прослоек, могут быть использованы и при анализе несущей способности соединений с рассматриваемой комбинацией изменений механических свойств. Так, например, для соединений, изменение механических свойств в которых описывается кривой 5, на первом этапе необходимо определить в соответствии с рекомендациями (3 76) эквивалентное значение степени механической неоднородности соединения ^вэ, а затем, принимая Квэ = К™, в соответствии с процедурой расчета оценить прочность рассматриваемого соединения по (3.74) с учетом коррекции по к в виде кпр = к/^р при определении ^к. Аналогичным образом расчет ведется и для случая, когда изменение свойств поперек сварного соединения, описывается кривой 6 (см. рис. 2.6,6).

Рис. 3.15. Сравнение закономерностей изменения осевой скорости в пристенной области при вдуве и без

Очевидно -также, что конкретные машины обладает разной эксплуатационной эффективностью, количественной мерой С критерием) которой является соотношение показателя затрат и достигнутых при этом показателей производительности и надежности. В настоящее время планирование показателей производительности, надежности в затрат проводится без количественного учета их взаимного влияния, вследствие- отсутствия математических моделей процессов эксплуатации машин я закономерностей изменения во времени целевой функции в переменных параметров управления. '

. • Установление закономерностей изменения во времени эксплуатационных свойств (производительность, надежность) в их взаимосвязи, разработка методов оптимизации целевой функции эффективности, создаст научнув базу управления интенсивным и. экстенсивным способами увеличения выпуска продукции в условиях ограничения затрат. " .

Аналогично, для расчета на износ поверхностей деталей машин на основе исходных закономерностей изнашивания материалов были разработаны методы, учитывающие различные условия контакта и конструктивные особенности сопряженных деталей [146]. Типичным построением инженерных методов расчета деталей машин на прочность и деформацию, на износ, на ползучесть и т. д. следует считать такое, при котором на основе физической картины процесса на микроучастке объема рассматриваются процессы с учетом размеров, конфигурации и условий работы всей детали.

Во многих случаях влияние конструктивных факторов на форму изношенной поверхности проявляется в большей степени, чем влияние закономерностей изнашивания материалов. При проектировании машин конструктор должен располагать методами расчета на износ различных сопряжений, характерных для данной машины, чтобы обосновать выбор той или иной конструкции. На рис. 85 приведена классификация сопряжений по условиям их изнашивания. В зависимости от характера возможного сближения деталей при износе их поверхностей все сопряжения подразделяются на два типа. У сопряжений / типа имеются дополнительные неизнашивающиеся или малоизнашивающиеся направляющие, которые обеспечивают сближение деталей при износе только в заданном направлении х—х. В сопряжениях // типа происходит самоустановка изношенных деталей, а их взаимное положение зависит от формы изношенной поверхности. В таких сопряжениях износ обычно более сильно сказывается на функциональных свойствах пары.

Без знания физических законов разрушения материалов при износе нельзя ставить вопрос о расчете всего сопряжения, подобно тому, как нельзя рассчитывать балку на прочность и жесткость, не используя закон Гука и не зная модуля упругости материале. Однако знание только закона изнашивания недостаточно для расчета сопряжения. Необходимо иметь методы таких расчетов, которые учитывают специфику распространения закономерностей изнашивания на всю поверхность трения.

Рассмотрим методику оценки износа профиля на примере кулачкового механизма с поступательным толкателем и башмаком "в виде острия (рис. 98). Данная пара относится к 4-й группе и / типу сопряжений, так как направляющие толкателя определяют направление х—х возможного сближения деталей при износе и для данного случая соблюдается условие касания (1). Износ толкателя мало влияет на изменение закона его движения и основную роль будет играть искажение начального профиля кулачка при его износе. Для расчета формы изношенной поверхности кулачка также следует исходить из закономерностей изнашивания материалов, например вида (11), применяя их для каждого участка поверхности. Однако в этом случае должны учитываться следующие особенности расчета.

Как было показано выше (см. гл. 6, п. 2), при использовании условия касания эпюра давлений на сопряженных поверхностях является следствием исходных закономерностей изнашивания. Аналогично при учете контактных деформаций она зависит от законов контактной деформации, т. е. от жесткости стыка. Такую эпюру давлений, которая определяется условиями контактной жесткости, будем называть статической, а эпюру, зависящую от закономерностей изнашивания, — динамической.

Твердость оценивается сопротивлением, которое одно тело оказывает проникновению в него другого, более твердого тела. Эта характеристика отражает в себе целый комплекс механических свойств. Испытания на твердость материалов с покрытиями могут проводиться для контроля качества нанесенного слоя, выявления изменений в поверхностных участках основного металла, для оценки структурной неоднородности по сечению покрытия, с целью исследования закономерностей изнашивания покрытий, определения прочности соединения покрытия с основным металлом и т. д. Данные о твердости широко используются благодаря ряду достоинств этого метода: возможность 100%-ного контроля деталей после нанесения покрытий; испытания не являются разрушающими, замеры можно производить непосредственно на детали; серийные приборы не сложны по устройству, производительны и удобны в эксплуатации.

Выбор методики испытаний покрытий на изнашивание определяется прежде всего целью исследования. При этом могут решаться следующие задачи: рассмотрение процесса разрушения с целью выявления общих закономерностей изнашивания покрытий; определение влияний технологических параметров нанесения покрытий, состава и свойств порошков на износостойкость; оценка влияния структуры и свойств покрытий на износостойкость при данных условиях внеш-

: Рассмотрение основных закономерностей изнашивания с одновременным анализом структурных изменений позволило сделать вывод: сопротивляемость материалов прямому воздействию абразивных зерен в условиях удара имеет явную зависимость только от сопротивления срезу, с ростом которого износ уменьшается [183, 185].

ский подход. Таким образом, с помощью современной теории удара нельзя аналитически решить задачу расчета контактной прочности и износа поверхностей при их соударении. Поэтому при исследовании механизма и основных закономерностей изнашивания при ударе необходимо базироваться прежде всего на экспериментальной основе.

По классификации, разработанной на основании анализа макро- и микрорельефа и основных закономерностей изнашивания, основными видами изнашивания, вызванного ударом, являются: ударно-абразивное," ударно-гидроабразивное, ударно-усталостное и ударно-тепловое.

Учет количественных зависимостей износостойкости стали от ее механических характеристик возможен только при раздельной обработке данных, полученных для хрупкой и вязкой областей разрушения стали. Выявлено четкое различие механизмов и закономерностей изнашивания стали в хрупкой и вязкой областях ра«-рушения. При изнашивании стали в хрупкой области разрушения в микрорельефе хорошо прослеживается, выкрашивание микрообъемов металла, поэтому увеличение показателей пластичности способствует увеличению износостойкости, так как при этом снижается склонность стали к хрупкому выкрашиванию. При изнашивании стали в вязкой области разрушения образованию частиц износа и их отделению предшествует многократная пластическая деформация. В этом случае с увеличением показателей пластичности износостойкость уменьшается, а с увеличением прочностных характеристик — увеличивается.