Фізичні основи надійності.
Фізика відмовлень - це спеціальний розділ науки про надійність, що розглядає сутності фізико-хімічних процесів, що приводять до відмовлення виробу, і закономірності зміни властивостей матеріалу у визначених умовах експлуатації. Основна задача теорії надійності машин - вивчення і встановлення закономірностей різних видів зношування, тому що приблизно 90% усіх відмовлень, що приводять до втрати працездатності автомобілів, виникає внаслідок зносу деталей машин і пари тертя. Важливою задачею також є прогнозування надійності при роботі машин у будь-яких передбачуваних умовах експлуатації.
З табл. 6 видно, що знос є основним видом відмовлень і несправностей деталей шасі автомобіля. Однак у залежності від розумів експлуатації співвідношення між износными й іншими видами відмовлень для окремих агрегатів міняється.
Таблиця 6. Види відмовлень деталей автомобіля МАЗ-500А.
|
Характер відмовлення | Кількість відмовлень. % 1 | ||||||||
| Двигун | Зчеплення | Коробка передач | Карданна передача | Задній міст | Підвіска и передній міст | Рульове керування | Гальмова система | Кабіна, платформа | |
| Знос | 47,2 | 83,0 | 65,3 | 97,6 | 72,9 | 58,2 | 79,3 | 49,8 | 46,8 |
| Поломка, тріщини | 4,8 | 5,0 | 9,3 | 2,4 | 2,4 | 36,1 | 2,6 | 11,1 | 48,2 |
| Викрашування, задири | 1,7 | — | 21,3 | — | 22,4 | — | — | — | — |
| Зріз, зминання, зривши | — | — | 4,1 | — | 2,3 | 4,4 | 2,5 | — | — |
| Витягування, розривши | 9,1 | 11,0 | — | — | — | — | 9.1 | 35,3 | — |
| Утрата пружності | 2,8 | — | — | — | — | 1,3 | — | 1.7 | 1,5 |
| Інші | 33,4 | 1,0 | — | — | — | — | 6,5 | 2,1 | 3,5 |
 |
Приклад обробки даних про довговічність хрестовини кардана задньої через знос шипів приведений на мал.11. Дані надійшли із семи опорних автотранспортних підприємств (АТП), розташованих у різних містах країни, і були оброблені у відділі надійності ЗИЛ. З мал.11 видно, що під впливом умов експлуатації розкид середніх ресурсів перевищує десятикратний; випадкові величини наробітків хрестовин до відмовлення підкоряються різним законам розподілу.
Рис. 11 Криві убули (імовірності безвідмовної роботи) хрестовини кардана ав-лей ЗИЛ
Найбільш застосовуваної для автомобільні конструкції, розрізняють механічне, молекулярно-механічне, коррозионно-механическое, ерозійне і кавитационное зношування.
Механічне зношування визначається різанням, виломлюванням часток, пластичним деформуванням і т.п. Механічне зношування підрозділяється на абразивне, у виді пластичної деформації і при тендітному руйнуванні. Абразивним називається зношування поверхні деталі в результаті царапания твердих часток, що мають різну форму і по-різному орієнтовані своїми гострими ребрами щодо поверхні, що зношується. Одні з них роблять вплив, що ріже, а інші пластично деформують більш м'який матеріал, залишаючи сліди у виді видавлених рисок. У результаті багаторазового переміщення часток відбувається поступове руйнування поверхневого шару деталі. Абразивні частки можуть попадати на тертьові поверхні разом з повітрям, паливом, змащенням і т.п. Абразивному зношуванню в сполученні з іншими видами піддаються практично всі тертьові деталі автомобіля. Зношування внаслідок пластичного деформування характеризується тим, що при підвищених навантаженнях і температурах деталь інтенсивно деформується з утворенням пластично видавленої чи ризики зі зняттям стружки (пластичне різання). Поверхневі шари металу поступово переміщаються під дією сил тертя в напрямку ковзання. У цьому випадку зношування може відбуватися без утрати ваги, але при зміні розмірів. Цей вид зношування характерний для підшипників ковзання, утулок шатуна, боббышек поршня й інших деталей.
Зношування при тендітному руйнуванні характеризується тим, що поверхневий шар одного з тертьових металів у результаті тертя і супутніх йому пластичних деформацій інтенсивно наклепується і стає тендітним. Порушення зв'язків поверхневого шару з основною масою металу приводить до його руйнування з утворенням сколовши. Зносу при тендітному руйнуванні піддаються кільця кулькових і роликових підшипників, зуби шестірень і інші деталі
Молекулярно-механічне зношування виявляється в схоплюванні металу і переносі його з однієї деталі на іншу, вириванні часток з поверхні однієї деталі і чи налипанні наволакивании на іншу, заїданні сполучених деталей унаслідок виникнення молекулярного зчеплення між тертьовими поверхнями. Молекулярно-механічне зношування спостерігається в підшипниках ковзання, втулках валів, поршнях і інших деталях, особливо в процесі приробляння механізмів. При інтенсивному схоплюванні металів відбувається процес наволакивания шаруючи менш міцного металу на поверхню більш міцного.
Коррозионно-механическое зношування супроводжується явищами хімічної взаємодії середовища (кисню, газів, кислот, лугів) з матеріалом тертьових деталей. Взаємодія середовища з поверхневими шарами металу приводить до утворення нових хімічних сполук, що різко змінюють властивості тертьових активних шарів металу. При цьому знос тертьових поверхонь відбувається внаслідок періодичного утворення і руйнування менш міцного шару. Коррозионно-механическому зношуванню піддаються циліндри двигуна, вкладиші підшипників, шейки колінчатого вала й інші деталі унаслідок впливу сірчаної, сірчистої й органічної кислот.
У залежності від умов роботи та сама деталь може піддаватися одночасно впливу декількох видів зношування. Наприклад, верхня частина циліндра двигуна піддається одночасно молекулярно-механічному, механічному (абразивному) і коррозионно-механическому зношуванню.
Ерозійне і кавитационное зношування викликаються взаємодією потоків чи рідин газів з поверхнями деталей.
Ерозія - процес вимивання і вырыва окремих часток матеріалу внаслідок тертя потоку чи рідини газу і їхніх ударів об поверхню. Прикладом ерозії може бути зношування паливної апаратури дизельних двигунів, жиклерів карбюратора, випускних клапанів двигуна.
Кавітація - це утворення, а потім і поглинання парогазовых пухирців у рідини, що рухається на поверхні деталі, при визначених співвідношеннях тисків і температур у перемінних перетинах потоку. Руйнування кавитационных пухирців супроводжується гідравлічними ударами по поверхні деталі й утворенням каверн (порожнин). Кавитационное руйнування іноді спостерігається у водяних насосах, на зовнішніх поверхнях мокрих гільз циліндрів двигуна й в інших деталях автомобіля.
Природа сил тертя.
Зміна експлуатаційних показників автомобіля є наслідком головним чином зносу деталей. Знос є результат зношування, що відбуває в результаті зовнішнього тертя. При переміщенні тертьових поверхонь відносно один одного виникають міжмолекулярні зв'язки, відбувається зминання і відривши дрібних часток верхнього шару металу, що і приводить до зміни розмірів і форм деталей, тобто до зносу. Зносу пропорційний питомій роботі сил тертя при непластичному контакті.
Класифікація видів тертя. У залежності від характеру розподілу теплоти при перетворенні механічних видів енергії розрізняють тертя внутрішнє, коли перетворення механічних видів енергії в теплоту відбувається у всіх крапках деякого обсягу (навіть, якщо він при наявності змащення має малу товщину), і зовнішнє, коли розвиток теплоти відбувається тільки уздовж поверхні - роздягнув двох тіл, у якій протікає процес ковзання. Зовнішнє тертя - опір відносному переміщенню, що виникає між двома тілами в зонах зіткнення поверхонь по дотичним до них, супроводжуване диссипацією енергії. Поняття внутрішнє тертя доцільне застосовувати тільки до мастильного матеріалу, що вводять на тертьові поверхні для зменшення сили тертя і (чи) інтенсивності зношування.
Відповідно до ДСТ 23.002-90 види тертя розрізняють по наявності відносного руху (тертя спокою, тертя руху), по характері відносного руху (тертя ковзання, тертя катання) і по наявності мастильного матеріалу (тертя без мастильного матеріалу, тертя з мастильним матеріалом).
Утрати на тертя залежать від виду змащення, від фізичного стану мастильного матеріалу і типу поділу поверхні тертя мастильним шаром. Змащення може бути в газовому, рідкому і твердому стані, а в залежності від типу поділу поверхонь мастильним шаром: гідродинамічна, гідростатична, газодинамічна, газостатична, еластогідродинамічна, гранична і напіврідинна. При газовому і рідинному змащенні відбувається повний поділ поверхонь шаром чи газу рідини, що зберігає об'ємні властивості. При рідинному змащенні сполучені деталі цілком розділені шаром рідини і не стосуються один одного, коефіцієнт тертя (0,01...0,001) у 50-100 разів менше, ніж при терті без мастильного матеріалу. При відносному переміщенні сполучених деталей відбувається тертя між частками рідини, що розділяє деталі.
Якщо ж робочі поверхні сполучених деталей розділені шаром рідини не скрізь, то виникаюча при відносному переміщенні деталей змащення називається напіврідинної. При цьому сила тертя буде більше, ніж при рідинному змащенні. При граничному змащенні тертя і знос між поверхнями, що знаходяться у відносному русі, визначаються властивостями поверхонь і мастильного матеріалу, відмінними від об'ємних.
Якщо мастильний матеріал відсутній чи складається з двох шарів (товщиною в одну молекулу кожний), адсорбованих (як би прилиплих за рахунок молекулярного зчеплення) до поверхні тертьових тіл (адсорбційне змащення), то закономірності тертя можуть бути охарактеризовані як стосовні до істинно зовнішнього тертя.
Залежність коефіцієнта тертя від режиму роботи. Коефіцієнти тертя при рідинному і напіврідинному змащенні залежать від в'язкості олії, швидкості відносного переміщення тертьових поверхонь сполучення, від тиску на поверхні тертя і конструктивних дані сполучення (діаметр вала, довжина підшипника, діаметральний зазор). У підшипнику заданої конструкції коефіцієнт тертя поверхонь з мастильним матеріалом залежить від в'язкості олії η, частоти обертання п і тиску р.
Коефіцієнт тертя f змінюється в залежності від режиму роботи, що характеризується груповим параметром 
(мал.12).
 |
Рис 12 Зміна коефіцієнта тертя f у залежності від
режиму роботи сполучення зі змащенням
При збільшенні параметра коефіцієнт тертя спочатку швидко лінійно зменшується, а зі значеннями 
знову починає дуже повільно збільшуватися. Коефіцієнт тертя до зменшується тому, що зі збільшенням параметра між тертьовими поверхнями збільшується кількість олії. При 
тертьові поверхні не стосуються один одного, вони розділені шаром рідини, коефіцієнт тертя залежить від величини тертя між шарами рідини. Внутрішнє тертя в однорідних фазах і рідинах (не є колоїдними розчинами) підкоряється закону Ньютона: сила тертя пропорційна градієнту швидкості. При подальшому збільшенні параметра коефіцієнт тертя між шарами рідини збільшується. Відповідно до приведеної діаграми коефіцієнт тертя при рідинному змащенні підшипника заданої конструкції
; 
,
а при напіврідинному змащенні
; 
.
При зменшенні параметра коефіцієнт fж тертя при рідинному змащенні зменшується, потім (після k1) різко збільшується. При постійних п и р зниження параметра може відбутися при падінні в'язкості олії в результаті підвищення температури
,
де i - характеристичне число (для мінеральних олій 1,8 - 2,0);
t - температура олії, ºС.
Залежність кінематичної в'язкості η від температури може бути виражена емпіричним рівнянням Вальтера:
,
де η – кінематична в'язкість, м2·10-6/з;
a, b – константи, що залежать від олії;
Т – абсолютна температура, К.
Коефіцієнт тертя без мастильного матеріалу змінюється зі зміною умов роботи, наприклад, швидкості відносного переміщення й інших факторів. Величину коефіцієнта тертя визначають емпіричним шляхом для конкретних умов роботи.
Поки ще немає способу аналітичного визначення коефіцієнта тертя, тому що не встановлений зв'язок коефіцієнта тертя з молекулярною будівлею і силами молекулярної взаємодії. При необхідності обмежуються більш скромною задачею: теоретично описують загальний характер явища і залежність відповідної величини від основних, що впливають на неї факторів. Так, звичайно процес ковзання супроводжується нагріванням поверхні, окислюванням, руйнуванням поверхневих шарів, у тому числі мастильних (якщо вони є), механічним ушкодженням (зносом поверхні) і ін. Тому не дивно, що зміна швидкості руху впливає на інтенсивність зазначених процесів, а отже, ч на опір руху. Основні труднощі одержання розрахункової формули для коефіцієнта тертя в залежності від швидкості ковзання полягають у тім, що при ковзанні в результаті зміни температури в зоні контакту змінюються фізико-механічні властивості матеріалів. Температура в зоні контакту, у свою чергу, залежить від конструкції пари тертя й умові тепловіддачі. Прямі виміри показують, що на роботу руйнування твердих тіл, навіть тендітних, витрачається надзвичайно мала частина роботи сил тертя. В основному вона йде на розвиток теплоти, тобто переходить в енергію молекулярного руху.
Наявність плівок не дозволяє судити про щиру величину коефіцієнта тертя для даної тертьової пари металів, що приводить до невдалих результатів при встановленні залежності коефіцієнта тертя від природи тертьових тіл і є причиною поганої відтворюваності коефіцієнтів тертя, отриманих різними дослідниками.
Коефіцієнт тертя змінюється в кілька разів від незначних забруднень, що порівняно мало впливають на інші поверхневі явища. Величина коефіцієнта тертя залежить від геометрії поверхні, механічних, фізичних, хімічних властивостей тонких поверхневих шарів і напруги в них.
Механізми пластичної деформації найбільше повно описуються за допомогою теорії недосконалих кристалів (теорії дислокацій). Цю теорію широко застосовують для пояснення основних питань зовнішнього тертя металів і формулювання основних гіпотез про взаємодію поверхонь, фізичному рельєфі, найважливіших виробничих явищах зміцнення, окислювання і схоплюванні. Вивчення ролі пластичної деформації в зв'язку з процесами зовнішнього тертя дає можливість зв'язати тертя з явищами зносу.
Питання про утворення поверхневих зв'язків, що формують опір руху, чи сили тертя, є центральним для всіх теорій зовнішнього тертя. У загальному випадку зовнішнього тертя існує чотири типи зв'язків:
1. Механічні зв'язки при взаємодії шорсткостей поверхні технологічного походження.
2. Механічні зв'язки, що виникають у процесі пластичної деформації, утворення субмікронерівностей при терті.
3. Фізико-хімічні зв'язки при пластичній деформації і розвитку дифузійних явищ у зоні контактів, у виді металевих зв'язків між сполученими поверхнями.
4. Фізичні зв'язки, обумовлені силами Ван-дер-Ваальса, неминуче супутньому будь-якому сполученню твердих тел.
При збільшенні навантаження ростуть висота субмікрорельєфу до визначеної величини насичення (мал.13, крива 1) і коефіцієнт дифузії по експонентному законі (крива 2).
Рис. 13 Розвиток поверхневих зв'язків F у процесі роботи під навантаженням P
При максимальному навантаженні через посилення дифузійних явищ і деформації зовнішнє тертя переходить у внутрішнє. Адгезійні зв'язки, обумовлені силами Ван-дер-Ваальса, не залежать від навантаження (пряма 3). Тому при найменших навантаженнях переважне значення мають адгезійні зв'язки, при середніх – зв'язку, обумовлені дією субмікрорельєфу, при великих – природні металеві зв'язки, що утворилися в результаті розвитку дифузійних явищ.
Отже, необхідно враховувати динаміку зміни стану і властивостей матеріалу тертьових поверхонь у самому процесі тертя. Схематично поверхневий шар на глибину до 10 мкм можна представити у виді зон адсорбційної плівки, окисленого металу, потім деформованого і, нарешті, зони первинної структури металу.
З практичної точки зору ціль теорії зовнішнього тертя – не тільки обґрунтування розрахункових формул для визначення сил і коефіцієнтів тертя, а головним чином – можливість керування процесами тертя. Таким чином, коефіцієнт тертя залежить від умов роботи, зокрема, від навантаження (тиску на поверхні тертя), швидкості відносного переміщення і температури на поверхні тертя, стану поверхні, наявності і властивостей олії, абразивних часток. Знос повинний залежати від режиму роботи сполучених деталей, наприклад, від тиску на поверхні тертя, від якості поверхні, параметрів олії.
Абразивне зношування
Процес наростання зносу поверхні шарів має визначені закономірності (мал.14). Величина зносу про підвищується протягом усього пробігу L автомобіля до граничного стану деталі, але інтенсивність зношування різна на різних етапах роботи.
 |
Рис 14 Залежність зносу й інтенсивності зношування деталі автомобіля
від його пробігу
У початковий період роботи (приробітки) зношування деталей протікає дуже інтенсивно (ділянку ОА) до деякої величини, характерної для даних умов роботи. Потім переходить у зону сталого зношування (ділянка АБ), різко зростає і переходить в аварійне зношування. Інтенсивне зношування деталей на ділянці ОА є результатом того, що мікропрофіль поверхонь стає оптимальним для даних умов роботи і все навантаження сприймається виступами і шорсткостями поверхонь. В міру приробляння знижується інтенсивність зношування внаслідок збільшення площі поверхонь за рахунок зносу, а також зміни мікрогеометрії тертьових поверхонь деталей і питомого тиску.
Знос на ділянці АВ називається нормальним (природним). Він характеризується сталістю умов роботи тертя і швидкості зношування даного сполучення. Після крапки Б зношування різке збільшується за рахунок збільшення зазору між тертьовими поверхнями, росту динамічних навантажень, погіршення режиму змащення й ін. Отже, збільшення зазорів між деталями повинне бути обмежено.
Якщо працююче сполучення розібрати, то після зборки інтенсивність зношування збільшиться в порівнянні з первісної за рахунок нового приробляння його деталей. Таким чином, розбирання автомобіля і його елементів повинні вироблятися тільки у випадку крайньої необхідності.
Знос відбувається з утворенням і руйнуванням вторинних структур на поверхні деталей у випадку навантаження їх тертям. Він включає такі фази: утворення рівномірного шару деформованого (активованого) металу, хімічна взаємодія цього шару з активними компонентами середовища й утворення ослаблених вторинних структур товщиною 0,01–0,02 мкм, руйнування вторинних структур наступними механічними впливами. Плівки вторинних структур мають обмежену міцність, а умови при навантаженні деталі тертям перевершують міцність цих плівок, тому ці плівки легко руйнуються. Замість зруйнованої вторинної структури протягом декількох наносекунд утворяться вторинні структури, що знову руйнуються (мал. 14).
Якщо у випадку інтенсивного утворення вторинних структур позначити середню товщину плівки через Jср. а граничний знос деталі позначити через Jпр, кількість циклів руйнування плівки можна підрахувати по рівнянню 
. Наприклад, при Jпр=0,3 мм і Jср=10-6 мкм — хц=3·108.
Для керування процесами зношування, розрахунку і прогнозування надійності деталей і вузлів необхідно знати закономірності протікання зносу матеріалів і його чисельні показники. Існує три основних показники зносу: лінійний знос (J мкм), швидкість зношування (
мкм/ч) і інтенсивність зношування (безрозмірна величина 
).
У загальному виді зношування матеріалу є функцією тиску на поверхні тертя Р, швидкості відносного ковзання V, механічних властивостей матеріалу (твердість Н, границя текучості σs, модуль пружності Е и ін.), властивостей поверхневого шару (шорсткість, твердість), виду тертя і змащення, зовнішніх умов (температура, тиск повітря, вакуум, вібрації).
Замість складних аналітичних залежностей можна застосовувати спрощені (емпіричні) формули. Так, у деяких випадках при зносі матеріалу в умовах граничного тертя і тертя без змащення швидкість зношування можна визначати по формулі
,
де k – коефіцієнт зносу, що залежить від матеріалу тертьової пари й умов зношування;
Р – тиск на поверхні тертя;
V – швидкість відносного ковзання;
m, n – показники ступеня, обумовлені досвідченим шляхом (0,5–3).
Для абразивного зношування m≈n≈1, тоді 
. Тому що для сталого зносу 
, то 
, де S – шлях тертя (Vt).
Знос двигуна в залежності від оборотів колінчатого вала і навантаження можна апроксимувати наступним вираженням:
.
Якщо знос γ (у міліграмах на хвилину) помножити на 60 і розділити на швидкість руху автомобіля (Vа км/ч), одержимо знос γ1 (у міліграмах на 1 км).
Найбільший знос спостерігається при русі автомобіля на першій передачі і найменший – на прямій передачі. Кожній передачі відповідає визначена швидкість, при якій знос двигуна буде мінімальним (на першій передачі 7–8 км/год, на другий 10–13 км/год, на третьої 20–25 км/год, на четвертої 30–35 км/год, на п'ятої 50–60 км/ч).
Щоб визначити термін служби двигуна до капітального ремонту (Lкр, км), необхідно сумарний припустимий знос двигуна (Рдв, мг) розділити на знос двигуна γ1:
.
Середній ефективний тиск двигуна (Ре, кПа) визначимо по відомій формулі
,
де rк – радіус качіння колеса, м;
Vh – робітник обсяг циліндрів двигуна, л;
i0, iк – передаточні числа головної передачі і коробки передач;
ηтр – ККД трансмісії автомобіля;
Gа – вага автомобіля, Н;
ψ – коефіцієнт сумарного дорожнього опору;
k – фактор обтічності автомобіля, Н·c2/м2;
Значення Ре, у залежності від ваги автомобіля Gа, дорожніх умов ψ, швидкості автомобіля Vа і передаточного числа коробки передач iк змінюється від 100 до 700 кПа..
Якщо прийняти загальний знос двигуна за 100%, знос цилиндропоршневой групи складе 70–80% і підшипників 8–10%. Циліндри можна вважати основними деталями-індикаторами, по зносі яких можна судити про термін служби всього двигуна. Найбільший знос спостерігається в області тертя верхнього компресійного кільця. Це порозумівається тим, що в зоні ВМТ у момент запалення і при такті розширення значно підвищуються температура і тиск газів. При цьому згоряє масляна плівка, утвориться нагар і виникає сухе тертя кілець об стінки циліндрів у присутності абразивів. Знос циліндрів у зоні НМТ у багато разів менше, ніж у верхній. Гранично припустимий радіальний знос циліндра досягає 0,3–0,4 мм, овальність 0,075–0,125 мм, конусність 0,25–0,4 мм.
Знос усього двигуна можна одержати, якщо помножити знос одного циліндра на число циліндрів Хц. Якщо прийняти знос стінки циліндра у виді трикутного кільця з максимальною глибиною зносу, розташованої на відстані приблизно 0,1 ходу поршня Sп від верхньої мертвої крапки (ВМТ), тоді вираження для визначення зносу циліндрів двигуна запишемо у виді
,
де Sп, Dц – відповідно хід поршня і діаметр циліндра, мм;
ρ – щільність металу, мг/мм3;
Хц – число циліндрів двигуна;
δmax – максимальний знос циліндрів двигуна, δmax≈0,3 мм.
Наприклад, для ЗИЛ-130 Fдв=0,523·100·95·7,8·8·0,3≈93 000 мг.
Найбільший термін служби двигуна ЗИЛ-130 до капітального ремонту спостерігається при русі на прямій передачі зі швидкістю 50–60 км/ч. Зі зменшенням середнього ефективного тиску (навантаження) термін служби двигуна збільшується.
Механохімічна модель абразивного зношування містить у собі механічний контакт і пружнопластичну деформацію, активацію – утворення шаруючи деформованого активованого металу, миттєве пасивування – взаємодія активованого металу з хімічно активними компонентами середовища (утворення ослаблених вторинних структур), руйнування вторинних структур механічними впливами.
Неприпустимі патологічні процеси руйнування поверхонь, безпосередньо і побічно зв'язані з тертям (зминання, електроерозійні ушкодження, корозія, кавітація), виникають при критичних значеннях зовнішніх механічних впливів, температури і середовища.
Коефіцієнт тертя при абразивному зношуванні знаходиться в інтервалі 0,2–0,6, геометричний стан поверхонь — від 3 до 7–8 класу шорсткості, а іноді навіть до 9–10 класу. При, терті ковзання з малими швидкостями відносного переміщення поверхонь деталей і питомих тисків, що перевищують границя текучості на ділянках фактичного контакту, при відсутності поділяючого шару мастильного матеріалу і захисної плівки окислів виникає неприпустимий вид зношування – схоплювання I роду. Розвивається воно в результаті виникнення локальних металевих зв'язків, їхньої деформації і руйнування з відділенням часток чи металу налипанням їх на поверхню контакту. У вакуумі цей тиск може виникнути при терті катання. Особливо небезпечні прояви атермічного схоплювання виникають при динамічному навантаженні поверхонь і розвитку фреттінг-процеса. Для керування процесом схоплювання I роду необхідно визначити критичні умови його виникнення, розкрити причини і механізм його протікання.
Сили тертя, що формуються при схоплюванні I роду, відрізняються великою нерівномірністю. Коефіцієнт тертя може знаходитися в межах від 0,5–0,6 до 4–10. Геометричний стан поверхонь, що випробували схоплювання I роду, дуже умовно може бути віднесене до 1–3 класам шорсткості.
При схоплюванні II роду утворяться місцеві металеві зв'язки, відбувається деформація і руйнування у виді тріщин, намазування, перенос металу і відділення його часток з поверхні тертя. Металеві зв'язки обумовлені нагріванням, розм'якшенням матеріалу. Виникають вони при терті ковзання з великими швидкостями відносного переміщення деталей і значних питомих тисків. При цьому температура поверхневих шарів тертьових металів висока, ювенільні ділянки виходять на поверхню і зближаються на відстань порядку міжатомних радіусів. В умовах граничного тертя схоплювання II роду виникає при більш високих швидкостях і тисках з попередніми процесами десорбції змащення.
Термічний режим тертя деталей при схоплюванні II роду наступний:
- миттєве нагрівання тонких поверхневих шарів металу при терті, що створює в них велику концентрацію теплоти (іноді сягаючої температури плавлення тертьових металів);
- дія високих температур продовжується протягом часу контакту тертьових поверхонь;
- охолодження поверхневих шарів тертьових металів, в основному, унаслідок теплопровідності в глиб металу. При цьому швидкість охолодження завжди вище критичної швидкості загартування.
Коефіцієнт тертя при схоплюванні II роду знаходиться в межах 0,3–1,0. Геометричний стан поверхонь, що працюють при схоплюванні II роду, дуже специфічно й умовно може бути віднесене до 3–6 класу шорсткості.
У процесі тертя катання, при досягненні критичної величини навантаження, окисне зношування змінюється руйнуванням від втоми, що також монотонно змінюється у визначеному інтервалі. Основні характеристики і розвиток ушкодженнь від втоми залежать від процесів повторної пластичної деформації, зміцнення і дезміцнення металу поверхневих шарів, виникнення залишкових напруг і особливих явищ утоми. На поверхні тертя утворяться мікротріщини, тріщини, одиничні і групові западини. Зношування втоми виникає при терті катання без мастильного матеріалу і зі змащенням при питомих тисках, що перевищують границю текучості металу поверхневих шарів. Окисні процеси при терті катання завжди супроводжують зношування втоми.
У випадку динамічного характеру навантаження, різкого збільшення градієнта деформацій і температури інтенсифікується окислювання і схоплювання при відносно малих нормальних тисках і при контактуванні багатьох матеріалів. Цей вид руйнування поверхні називається фреттінг-процесом. Виникає він при терті ковзання з дуже малими зворотно-поступальними переміщеннями і динамічним додатком навантажень при терті без і при наявності мастильного матеріалу і швидкості ковзання вище критичної.
При навантаженнях вище границі текучості, зміні форми деталі і її постійній масі відбувається процес зминання, мікроскопічна об'ємна пластична деформація металу деталей. Однак, зминання і пластична деформація в тонких шарах поверхонь тертя – зовсім різні процеси.
Для керування процесами зношування потрібно знати закономірності зношування матеріалів тертьових пар у залежності від зовнішніх механічних впливів (тиску, швидкостей, переміщення), складу середовища, температури, масштабного фактора і часу.
