4.3.1.2 Усталостное изнашивание

Усталостное изнашивание под действием знакопеременных напряжений, могут не превышать предела текучести металла. Ему подвержены зубчатые передачи, подшипники качения и скольжения, кулачковые рельсы и бандажи подвижного состава железнодорожного транспорта и др.

Процесс усталостного изнашивания протекает в следующей последовательности:

а) на трущейся поверхности образуются усталостные микротрещины, распространяющиеся наклонно к поверхности;

б) масло попадает в микротрещины и когда наружный конец трещины вступает в контакт с сопряженной поверхностью, выход для масла закрывается, и внутри возникает высокое давление расклинивающее трещину;

в) при повторных погружениях трещина углубляется, а затем оттесняется к поверхности, при этом отделяется некоторый объем выкрашивающегося металла и образуются мелкие оспины - питтинг;

г) увеличение числа оспин приводит к увеличению контактного давления, пластической деформации остальных неровностей и интенсивному изнашиванию поверхности.

Под действием контактных переменных напряжений может произойти и другой вид повреждений – отслаивание, т.е. отделение чешуек металла в том случае, когда трещина, развивающаяся в глубине металла, выходит на поверхность, Отслаивание твердого слоя наблюдается на цементованных, цианированных, азотированных стенных поверхностях. Отслаивание иногда удается ликвидировать увеличением толщины упрочненного слоя. На процесс отслаивания влияют остаточные напряжения от термообработки и напряжения, возникающие при деформации детали.

Усталостное изнашивание имеет внешние проявления в виде увеличения шума и вибраций.

Условия возникновения и кинетика развития усталостного изнашивания зависят от напряженно-деформированного состояния поверхностных и приповерхностных слоев материала, физико-механических свойств материала, физико-химических свойств смазочных материалов и окружающей среды, толщины смазочного слоя, формы и размеров сопрягающихся деталей. Повышенные значения пределов упругости, текучести, вязкости смазочного материала, твердости несущей области материала снижают выкрашивание.

Эмпирическое соотношение для времени t работы сопряжения при усталостном изнашивании определяется выражением

(85)

где А – постоянная, характеризующая физико-механические свойства материала и режим работы сопряжения;

- максимальное упругое напряжение в поверхностном слое;

m – параметр кривой усталости.

4.3.1.3 Адгезионное изнашивание

Адгезионное изнашивание (изнашивание при заедании) происходит при схватывании металлов в процессе трения с образованием прочных металлических связей в зонах непосредственного контакта поверхностей. Необходимым условием для образования узла схватывания является разрушение масляной пленки. Площадь схватывания зависит от площади сцепления. При наличии смазки интенсивность изнашивания зависит от вязкости, температуры масла и его дисперсности, наличия и толщины окисных пленок.

При адгезии возможны следующие три вида разрушения узлов схватывания:

• срез по самому соединению, происходящий в случае, когда прочность связи меньше прочности металлов пары трения. При этом с обеих поверхностей трения удаляется сравнительно мало металла, хотя коэффициент трения может достигать большой величины;

• срез в толще менее прочного металла, наблюдаемый тогда, когда соединение прочнее одного из металлов. При этом частицы металла налипают на более твердую поверхность;

• срез в толще менее прочного металла с вырыванием частиц из более прочного металла - в том случае, если соединение прочнее обоих металлов.

Наиболее сильная форма схватывания ведет к задирам или к заеданию, вследствие чего на поверхностях трения остаются широкие и глубокие борозды с неровными краями, наблюдаются вырывания металла, образуются наросты. В результате может наступить полное заклинивание деталей.

Заедания происходят в сильно нагруженных подшипниках, в зубчатых зацеплениях, в цилиндро-поршневой группе двигателей. В подшипниках качения задиры могут возникать в результате скольжения тел качения по дорожкам качения и по бортам колец. В зубчатых передачах задиры образуются при разрыве масляной пленки вследствие чрезмерно высокой нагрузки или в том случае, когда температура достигает критической величины для смазки данного сорта. Задиры на рабочей

поверхности цилиндров и на поршнях двигателей внутреннего сгорания могут происходить в результате искажения геометрической формы зеркала цилиндров, перегрева поршня, неудовлетворительной смазки, повышенного нагарообразования и т.п.