4.2 Виды фрикционных связей
Взаимодействие поверхностей трения имеет двойственную молекулярно-механическую природу. Механическое взаимодействие сопровождается зацеплением, соударением, взаимным внедрением микронеровностей. При относительном перемещении поверхностей трения происходит смятие, выглаживание и срезание выступов микронеровностей. Кроме того, разрушаются окисные пленки и в контакте оказываются незащищенные поверхности соприкасающихся металлов, что создает благоприятные условия для молекулярного взаимодействия. Последнее проявляется в виде адгезии и схватывания вследствие взаимной диффузии атомов в кристаллические решетки металлов в местах контакта при трении.
Различают пять видов фрикционных связей, под которыми понимают пятна касания, которые существуют некоторое время, а затем меняют свои места. Виды фрикционных связей показаны на рисунке 18. Связи а, б и в получаются при механическом взаимодействии, а г и д – при молекулярном. В зависимости от степени адгезии и отношения глубины внедрения к радиусу внедряющейся неровности происходит:
упругое оттеснение металла (а);
пластическое оттеснение металл (б);
срез внедрившимся материалом (в);
схватывание пленок и их разрушение (г);
схватывание поверхностей, сопровождающееся глубинным вырыванием металла (д)
Рисунок 18 – Виды фрикционных связей
Переход от одного вида фрикционных связей к другому зависит от температуры поверхностей трения, молекулярного взаимодействия, а также от глубины взаимного внедрения неровностей, влияющего на характер механического взаимодействия поверхностей, физико-механических свойств металлов и микрорельефа поверхностей трения.
Упругое оттеснение металла происходит в результате упругой деформации отдельных микронеровностей на поверхности трения, когда нагрузка воспринимается этими микровыступами. Сначала они деформируются упруго, а при дальнейшем увеличении нагрузки - пластически, вызывая пластическое оттеснение металла.
Поверхностные слои металла при таком деформировании упрочняются, микронеровности выглаживаются. Повторное нагружение поверхности вызывает пластическую деформацию этих выступов уже при большей нагрузке. В результате многократного повторного деформирования в поверхностном слое металла сначала образуется строчечная структура, а затем после использования всех плоскостей скольжения металл в этом слое приходит в состояние перенаклепа и делается хрупким. Многократные растягивающие напряжения, возникающие в поверхностном слое под действием сил трения, приводят к образованию микротрещин на поверхности, которые разрастаются и вызывают отделение кусочков с тонкого упрочненного хрупкого слоя, образуя частицы износа.
Микрорезание происходит в том случае, если на поверхности трения имеется твердая частица износа либо контактирующий выступ, который внедряется на глубину от 0,2 до 0,3 R. Микрорезание наблюдается редко, так как при допустимых нагрузках на трущиеся пары глубина внедрения частиц
для этого недостаточна.
Состояние фрикционных связей г и д зависит от соотношения прочности пленки и прочности основного металла, а также от напряженного состояния поверхностного слоя металла.