Характеристика механического, молекулярно-механического и коррозионно-механического износа.

где τ — касательное напряжение; σ т — предел текучести материала.

Интенсивность абразивного износа прямо пропорциональна твердости На абразивных частиц (рис. 5.7) и обратно пропорциональна твердости Нметповерхности трения.

Поверхности большой твердости обладают большей абразивной износостойкостью.

Рис. 5.7. Зависимость износа поверхности от твердости абразивных частиц:

Абразивное изнашивание является одним из наиболее быстро протекающих процессов разрушения рабочих поверхностей деталей при трении.

Гидро- и газоабразивным изнашиванием называется абразивное изнашивание в результате действия твердых частиц, взвешенных в жидкости (или газе) и перемещающихся относительно изнашивающегося тела.

Гидроабразивное изнашивание характерно для элементов топливной аппаратуры, двигателей внутреннего сгорания, объемного гидропривода, а также для деталей гидродинамических передач.

В роли жидкости — носителя частиц, как правило, выступают смазочные материалы, топлива, тормозные и рабочие жидкости.

Интенсивность гидро- и газоабразивного изнашивания:

где – К — коэффициент, зависящий от свойств абразива и параметров потока жидкости или газа; v— скорость потока, м/с; m — показатель степени, зависящий от материала детали (для СтЗ m = 2, 3, для закаленной стали 45 m = 2, 5, для белого чугуна m = 2, 8).

•С увеличением размера абразивных частиц до 150 мкм интенсивность изнашивания монотонно возрастает.

•Присутствие влаги резко увеличивает интенивность изнашивания, особенно при повышении температуры.

•Интенсивность гидрогазоабразивного изнашивания в значительной степени обусловлена направлением скорости абразивных частиц, которое характеризуется углом атаки α а, т. е. углом между образующей профиля поверхности детали и вектором скорости потока жидкости (или газа), несущего абразивные частицы.

При нормальном ударе, когда вектор скорости потока направлен перпендикулярно к поверхности детали, износостойкость материала определяется сопротивлением его микрообъемов усталостному, деформационному и хрупкому разрушению.

При малых углах атаки абразивных частиц их ударный импульс уменьшается, и повреждение материала происходит вследствие среза и отрыва частиц с образованием коротких царапин.

При углах атаки α а= 5-15° поток жидкости (или газа) свободно обтекает выступы микронеровностей, динамические воздействия, воспринимаемые поверхностью, незначительны, и поэтому интенсивность изнашивания невелика.

•У пластичных материалов с небольшой твердостью поверхности в этих условиях интенсивность изнашивания значительно выше, чем у высокопрочных хрупких материалов.

С ростом угла атаки абразивных частиц до 20—30° интенсивность изнашивания пластичныхматериалов возрастает.

Дальнейшее увеличение угла атаки приведет к увеличению вертикальной составляющей силы удара частиц и у пластичных ковких материалов вызовет эффект упрочнения поверхности, аналогичный наклепу.

•Хрупкие материалы, обладающие высокими прочностными свойствами, выдерживают воздействие абразивных частиц при углах атаки до 40—50°. Однако с увеличением угла атаки до 60—90° вертикальная составляющая силы удара частиц достигает значений, при которых происходит хрупкий излом выступов микронеровностей.

Интенсивность гидро- и газоабразивного изнашивания твердых поверхностей значительно зависит от высоты микронеровностей, угла их наклона, а также ориентации выступов шероховатости поверхности по отношению к направлению воздействия потока жидкости или газа.

Эрозионным называется механическое изнашивание поверхности в результате воздействия потока жидкости и (или) газа.

•Гидроэрозионным (газоэрозионным) изнашиванием называется эрозионное изнашивание в результате воздействия потока жидкости (газа).

•Кавитационным называется гидроэрозионное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, что создает местное повышение давления или температуры.

Изнашивание этого вида наиболее часто встречается в элементах трубопроводов и в коллекторах при отсутствии абразивных частиц в рабочей жидкости или газе.

Для дорожно-строительных и транспортных машин эрозионные виды изнашивания не характерны.

Усталостным называется механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя. Усталостное изнашивание наблюдается в большинстве сопряжений машин в качестве сопутствующего вида изнашивания.

В процессе взаимодействия поверхностей в их верхних слоях возникают поля напряжений.

Схема распределения напряжений при контакте цилиндра с плоскостью, при-ведена на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Схема распределения касательных напряжений, возникающих при качении цилиндра по плоскости

В процессе трения на рабочей поверхности деталей возникают максимальные напряжения сжатия, а по глубине материала детали распространяются направленные касательные напряжения, максимум которых концентрируется на некотором расстоянии от точки контакта.

Интенсивность усталостного изнашивания определяется следующими факторами: •наличием остаточных напряжений и поверхностных концентраторов напряжений;

•качеством поверхности (микропрофиль, загрязнения, вмятины, царапины, задиры, канавки, риски);

•распределением нагрузки в сопряжении (упругими деформациями, перекосом деталей, зазором);

•видом трения (качения, скольжения или качения с проскальзыванием); •наличием и типом смазочного материала.

Механизм усталостного изнашивания материала объясняют по-разному.

Изнашивание может происходить вследствие усталости микрообъемов материала, возникающей под действием многократных сжимающих и растягивающих усилий, не превышающих критических Р.