Общая закономерность изнашивания

При трении возникает процесс изнашивания.

Изнашиванием называют процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

На основе многочисленных исследований предложен ряд классификаций видов изнашивания. Наибольшее признание получила классификация, которая устанавливает три группы изнашивания: механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое, которые, в свою очередь, делятся на определенные виды (Рис. 11).

Рис. 11 - Классификация видов изнашивания

Механическое изнашивание - изнашивание в результате механических воздействий, включает:

Абразивное изнашивание - механическое изнашивание материала в результате режущего или царапающего действия на него твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии.

Величина абразивного изнашивания прямо пропорциональна удельному давлению Р (Па), скорости скольжения v(м/с) и обратно пропорциональна твердости металла Н.

где с - коэффициент пропорциональности.

Разновидностью абразивного изнашивания являются гидроабразивное и газоабразивное изнашивание, когда изнашивание происходит в результате действия на материал деталей твердых частиц, увлекаемых потоком жидкости или газа.

Кавитационное изнашивание происходит при относительном движении твердого тела в жидкости в условиях кавитации, т. е. при образовании пузырьков газа, которые захлопываются вблизи поверхности, что создает местное повышение давления и затем происходит разрыв пузырьков. Это приводит к гидравлическому удару, вызывающему разрушение поверхности.

Эрозионное изнашивание - механическое изнашивание материала в результате воздействия потока жидкости и (или) газа.

Усталостное изнашивание - механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя. В результате этого изнашивания на поверхности появляются трещины и в дальнейшем отделяются частицы материала.

Изнашивание при заедании - изнашивание в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность. Относится к молекулярно-механическому изнашиванию.

Коррозионно-механическое изнашивание - изнашивание в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) электрическим воздействием материала со средой. Оно подразделяется на окислительное и изнашивание при фреттинг-коррозии.

•Окислительное изнашивание - коррозионно-механическое изнашивание, при котором основное влияние на изнашивание имеет химическая реакция материала с кислородом или окружающей средой.

Этот вид изнашивания характеризуется одновременным протеканием двух процессов - пластической деформации микроскопических объемов металла поверхностных слоев деталей и диффузией кислорода в деформируемые слои.

•Изнашивание при фреттинг-коррозии - изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях. При этом виде изнашивания наблюдается схватывание, абразивное изнашивание и усталостно-коррозионное явление. Этот вид изнашивания характерен для деталей неподвижных соединений, воспринимающих вибрационные нагрузки.

Основные характеристики изнашивания.

Основными количественными характеристиками изнашивания являются: износ, скорость изнашивания, интенсивность изнашивания.

Износ — результат изнашивания, определяемый в установленных единицах. Износ (абсолютный или относительный) характеризует изменение геометрических размеров (линейный износ), массы (весовой износ) или объема (объемный износ) детали вследствие изнашивания и измеряется в соответствующих единицах. Различают предельный и допустимый износ.

Скорость изнашивания (Iи)(м/ч, г/ч, м3/ч) — отношение износа ∆ h к интервалу времени ∆ t, в течение которого он возник:

Предельным называют износ, соответствующий предельному состоянию изнашивающегося изделия или его составной части.

Δ hпред; Δ mпред; Δ Vпред

Допустимым называют износ, при котором изделие сохраняет работоспособность. Допустимый износ всегда по абсолютной величине меньше предельного и соответствует предотказному состоянию объекта.

[Δ h]; [Δ m]; [Δ V].

Трибосопряжение будет сохранять работоспособность, пока допустимый для него износ не превысит установленное предельное значение. Условие работоспособности трибосопряжения имеет вид

[Δ h] < Δ hпред

С понятием допустимого износа непосредственно связано понятие ресурса трибосопряжения.

Под ресурсом трибосопряжения (Т) понимается срок его штатной эксплуатации, в течение которого параметры трибосопряжения находятся в заданных рамках. Ресурс трибосопряжений – паспортная характеристика технического устройства.

Условие долговечности трибосопряжения имеет вид

t ≥ T,

Интенсивность изнашивания - отношение значения износа к обусловленному пути, на котором происходит изнашивание, или объему выполненной работы

Износостойкость - свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.

На скорость изнашивания деталей основное влияние оказывает удельное давление Р и скорость относительного скольжения v. Эта зависимость может быть выражена формулой:

где k - коэффициент, характеризующий влияние материала детали и качества поверхности; m и n - постоянные, характеризующие вид смазки, качество смазочных слоев.

Для абразивного изнашивания М. М. Хрущевым установлено, что m=n=l и Формула примет вид

При пластическом контакте скорость изнашивания поверхности связана с физико-механическими свойствами материала трущихся поверхностей и может быть определена по формуле:

Анализируя формулу можно сделать вывод, что скорость изнашивания зависит от пластичности материала (σ ти τ ), фрикционных свойств (σ ти τ ), твердости НВ и разрывного удлинения δ; t - коэффициент усталости ( принимается 2... 3).

При упругом контакте скорость изнашивания для гладких металлических поверхностей приближенно определяется по зависимости:

где Е - модуль упругости.

Одной из важнейших характеристик металлов и сплавов, влияющих на скорость почти всех видов изнашивания, является твердость.

С увеличением твердости износостойкость материала повышается (рис.12.)

Рис. 12 - Износостойкость

углеродистых сталей при трении скольжения

Кинетика изнашивания

Жизненный цикл трибосопряжения состоит из определенных периодов, различающихся стационарностью. В общем случае их три:

•приработка;

•установившийся износ;

•катастрофический износ;

Приработка (I рис.2 ) является нестационарным режимом изнашивания с убывающей скоростью или отрицательным ускорением изнашивания

В течение приработки происходит формирование поверхности взаимодействия элементов трибосопряжения.

Установившийся износ (II рис.2 ) – стационарный период работы трибосопряжения, во время которого скорость изнашивания постоянна.

Во время установившегося износа нагрузочные параметры трибосопряжения поддерживаются на рабочем режиме.

Катастрофический износ (III) – заключительный период жизненного цикла трибосопряжения, характеризующийся нарастанием скорости изнашивания

Рис. 2. Кинетические кривые износа трибосопряжений

а - классическая форма кривой износа; б. Нет периода установившегося

износа; в. Нет периодов I и III. Весь цикл трибосопряжение работает при I_h =Sonst;

г. Нет периода приработки и установившегося износа

В процессе работы машины показатели изнашивания деталей и сопряжений не сохраняют постоянных значений. Изменения износа деталей во времени в общем случае можно представить в виде модели, предложенной В.Ф. Лоренцом (рис. 5.1).

В начальный период работы, называемый периодом приработки, наблюдается довольно быстрый износ деталей (участок I). Продолжительность этого периода обусловливается качеством поверхностей и режимом работы механизма и составляет обычно 1, 5—2 % ресурса узла трения.

Рис. 5.1. Изменения параметров сопряжения в процессе работы:

1 — износа, ∆ h; 2 —скорости изнашивания, vи; 3 — частоты m отказов; 4 — интенсивности Ihотказов; 5 — затрат С на поддержание работоспособности

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒