5. Фреттинг

Потеря работоспособ­ности деталей машин вследствие фреттинг-усталости является одним из опаснейших видов разрушения как по причине частоты ее появления, так из-за серьезности последствий. Фреттинг-износ в некоторых приложениях также представляет собой серьезную проблему. И фреттинг-усталость, и фреттинг-износ, равно как и фреттинг-коррозия, характеризуются явлением фреттинга. В те­чение многих лет фреттинг определялся как механический и хи­мический процесс, происходящий в условиях, когда прижатые нормальной силой поверхности скользят друг по другу, совершая колебательное движение. При этом нормальная сила достаточно велика, а амплитуда колебательных скользящих движений мала настолько, что возможность удаления выкрашивающихся частиц сильно ограничена. В последнее время используются более широкие определения, включающие в себя случаи, когда контак­тирующие поверхности периодически разъединяются и вновь соединяются, а также случаи, когда осциллирующие поверхност­ные усилия трения вызывают поля напряжений, приводящие к разрушению.

Разрушение деталей машин вследствие фреттинга может про­являться в виде коррозионного разрушения поверхности при фрет­тинг-коррозии, образования недопустимых зазоров в местах сое­динений или изменения размеров деталей при фреттинг-износе и в виде ускорения процесса усталостного разрушения при фреттинг-усталости. Типичные места, где обычно наблюдаются вызванные фреттингом повреждения,— это соединения с натягом; резьбовые, шпоночные и заклепочные соединения, и т.д.

Фреттинг-усталость представляет собой усталостное разрушение, вызванное фреттингом. Предполагается, что причинами прежде­временного возникновения зародышей усталостных повреждений могут быть либо (1) абразивное действие шероховатостей и образо­вание микротрещин около них, либо (2) приводящие к образо­ванию микротрещин циклические напряжения в зоне контакта поверхностей, (3) либо возникающие вблизи поверхности на не­большой глубине и вызывающие расслоение поверхности в зоне фреттинга циклические касательные напряжения.

(1)

(3)

(2)

Рис. 25 Механизмы фреттинга

Факты свидетельствуют о том, что в различных обстоятельствах проявляются все эти механизмы, и каждый из них может явиться основной причиной разрушения вследствие фреттинга.

Известен ряд основных принципов, которыми це­лесообразно руководствоваться для минимизации или предотвра­щения фреттинга. Они включают в себя:

1. Полное разделение контактирующих поверхностей.

2. Исключение возможности относительного движения контак­тирующих поверхностей.

3. Если относительное движение исключить невозможно, иногда эффективным средством оказывается наложение больших одно­направленных движений, создающих благоприятные условия для смазки. Например, эффективным с точки зрения исключения фрет­тинга может оказаться устройство подвижной внутренней или внешней обоймы поворотного подшипника.

4. Создание остаточных сжимающих напряжений на поверх­ности, где может возникнуть фреттинг, путем дробеструйной об­работки, холодной прокатки или посадки с натягом.

5. Обоснованный подбор пары контактирующих материалов.

6. Применение прослоек или покрытий из материалов с малыми модулями сдвига, таких, как свинец, резина или серебро.

7. Обработка поверхностей и использование покрытий в каче­стве твердой смазки.

8. Нарезка канавок на поверхности или придание ей шерохо­ватости с целью дать возможность удаления осколков и подгонка за счет деформирования в упругой области.

Лишь первые два из указанных принципов позволяют полно­стью предотвратить фреттинг. Остальные же с успехом могут применяться с целью минимизации фреттинга и достижения при­емлемых конструктивных решений.