Виды изнашивания
На основании экспериментальных исследований получено, что на износостойкость материала оказывают влияние внешняя нагрузка, поверхностная твердость деталей, образующих пару трения, упругие свойства материала, режим работы, внешние условия и конструктивные особенности фрикционного узла. Физическую модель износа приближенно можно представить в следующем виде. При скольжении микронеровности по контртелу перед ней возникает лобовой валик деформированного материала, который находится под воздействием сжимающих напряжений. За микронеровностью, вследствие сил трения, материал растягивается. Таким образом, множество зон на поверхности испытывает при трении знакопеременное деформирование. Многократные повторные деформации приводят к физическим и химическим изменениям поверхностного слоя и накоплению в нем повреждений, приводящих к отделению частиц износа.
Виды изнашивания сопряженных поверхностей деталей при работе машин весьма разнообразны. Это связано с комплексным воздействием механических, физико-химических и электрохимических процессов при контакте поверхностей трения, а также, внешних факторов окружающей среды, таких, как температура, влажность, агрессивность рабочей среды и т. п. Совокупность явлений в процессе трения определяет вид изнашивания и его интенсивность.
Вследствие разнообразия исходных материалов деталей пар трения и условий их эксплуатации, виды изнашивания классифицированы следующим образом (по ГОСТ 16429–70):
· механическое изнашивание (абразивное, эрозионное, кавитационное, усталостное, гидроабразивное, газоабразивное);
· молекулярно-механическое изнашивание (диффузионное, адгезионное (износ при заедании);
· коррозионно-механическое изнашивание (окислительное, фреттинг-коррозия).
Абразивное изнашивание возникает вследствие пластической деформации, царапания и резания поверхности контакта твердыми частицами при наличии относительной скорости. Абразивные частицы могут быть минерального происхождения и металлическими, появляющимися вследствие срезания микронеровностей, или отделяющимися от поверхности частицами, образовавшимися в результате усталостного выкрашивания.
На процесс абразивного изнашивания может влиять тип абразивных частиц, характер их закрепления, агрессивность среды, свойства трущихся поверхностей, ударное взаимодействие, нагрев и другие факторы. Общим для абразивного изнашивания является механический характер разрушения поверхности.
Эрозионное изнашивание поверхностей деталей возникает из-за механического воздействия высокоскоростного потока жидкости, газа или пара, а также действия электрических зарядов. Большие скорости потока или струи вызывают динамическое их воздействие на поверхность детали. В зависимости от свойств материала возможны вырывы отдельных ее микрообъемов, которые удаляются затем с поверхности детали.
Кавитационное изнашивание возникает в случае, когда на поверхности тела при определенных условиях образуются мельчайшие пузырьки газа, которые при исчезновении производят гидравлический удар, сопровождающийся микроразрушениями поверхностного слоя. Под кавитацией понимают явление образования в движущемся по поверхности твердого тела турбулентном потоке жидкости полостей в виде пузырьков, наполненных парами, воздухом или газами, растворенными в жидкости и выделившимися из нее.
Усталостное изнашивание характеризуется многократным нагружением локальных микрообъемов поверхности знакопеременными упругими и пластическими деформациями. Многократные повторения деформирования приводят к накоплению повреждений на поверхности и непосредственно под поверхностью металла (трещины, поры) с последующим отслоением частиц материала.
Изнашивание вследствие пластической деформации заключается в смятии микрообъемов, в результате чего изменяются размеры или форма деталей. Кроме того, в процессе трения происходит измельчение (диспергирование) отдельных участков контакта сопряженных поверхностей за счет разрыхления материала поверхностных слоев.
Изнашивание при заедании (износ от схватывания) характеризуется
привариванием или сцеплением отдельных зон на поверхности трения при
непосредственном контакте за счет сил молекулярного сцепления,
сопровождающегося отрывом частичек материала и удалением их с
поверхности трения. Частички могут не удаляться, а намазываться на
другую поверхность, если они оторвались от более мягкого материала,
например, латунь-сталь. Заедание появляется при больших
относительных давлениях и скоростях сопряженных поверхностей, на
которых образуются широкие и глубокие борозды с крупными наростами
и возможным оплавлением поверхности.
Коррознонно-механическое изнашивание происходит на сопряженных поверхностях при трении, когда коррозионная пленка разрушается и удаляется из зоны трения, при этом частицы окислов могут разрушать поверхность. Повышение температуры способствует росту окисных пленок, а вибрация разрушает их.
Изнашивание при фреттинг-коррозии характеризуется разрушением плотно контактирующих поверхностей деталей при их колебательных движениях с малой амплитудой (вибрации). Фреттинг-коррозия возникает на несмазанных поверхностях в атмосфере воздуха, в среде других газов или в вакууме. При этом, продукты фреттинг-коррозии накапливаются в виде металлического порошка, который не удаляется из зоны трения.
К виду изнашивания, которое не вошло в классификацию по ГОСТ 16429–70, можно отнести водородное изнашивание, которое характеризуется тем, что поверхностные слои пар трения, насыщаясь водородом, охрупчиваются, и сопротивление материала изнашиванию сильно снижается. Кроме этого, водород попадает в микротрещины, поверхностные поры, способствуя разрушению. Водород выделяется из материалов сопряженных деталей, а также из окружающей среды (смазочного материала, воды, топлива и др.).
