Билет 26.
Виды изнашивания деталей.
Изнашивание — это процесс постепенного разрушения деталей или их покрытий (окраски, смазки), происходящий при трении или других видах контакта с внешней средой и сопровождающийся изменением размеров или физико-механических свойств (твердости, пластичности, структуры и т. д.).
Износ деталей и сборочных единиц вагона следует рассматривать как результат процесса изнашивания, проявляющегося в виде отделения материала или остаточной деформации его. Различают три группы изнашивания:
- механическое,
- молекулярно-механическое
- коррозионно-механическое.
Механическое изнашивание возникает в результате воздействия твердых частиц на трущиеся поверхности. В эту группу следует отнести такие виды изнашивания, как абразивное, гидро- и газоабразивное, усталостное, кавитационное, эрозионное.
Абразивное изнашивание — изнашивание в результате механических воздействий посредством режущего и царапающего действия твердых тел или частиц при наличии относительной скорости перемещения. Этот вид изнашивания является наиболее распространенным среди различных сопряжений в конструкции вагона. В процессе изнашивания происходят срезание с поверхности микростружек более твердыми абразивными частицами и постепенное уменьшение размеров детали.
Гидро- и газоабразивное изнашивание появляется в результате воздействия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком жидкости или газа. Усталостное изнашивание вызывает изменение поверхности трения или отдельных участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц. Явление усталости возникает в деталях под действием знакопеременных нагрузок. Происходит постепенное расшатывание кристаллической решетки металла и, как следствие, внезапное разрушение детали. Кавитационное изнашивание поверхности происходит при относительном увеличении скорости движения твердого тела в жидкости, т. е. в условиях гидродинамической кавитации — нарушения сплошности внутри жидкости. Эрозионное изнашивание возникает в результате воздействия потока жидкости или газа.
Молекулярно-механическое изнашивание получается в результате одновременного механического воздействия и воздействия молекулярных или атомных сил (схватывание с последующим разрушением металла в местах схватывания).
Коррозионно-механическое изнашивание есть изнашивание при трении металла, вступившего в химическое взаимодействие со средой. Характеризуется образованием пленок окислов, химических соединений и последующим разрушением этих образований, т. е. происходит в результате окислительного изнашивания и изнашивания при фреттинг-коррозии.
Изнашивание деталей вагонов зависит от условий их эксплуатации, вида и характера трения. Изнашивание и трение — неразрывно связанные явления, обусловленные взаимодействием двух тел, взаимно перемещающихся в зоне касания.
Трение является основной причиной изнашивания. Принято различать трение покоя двух тел при предварительном смещении, трение движения двух тел, находящихся в относительном движении, трение скольжения, качения и качения с проскальзыванием. Трение скольжения обусловлено тем, что скорости соприкасающихся деталей в точках касания различны. При трении скольжения одна и та же зона одной детали соприкасается с различными зонами другой. Трение качения характеризуется условиями, когда скорости соприкасающихся деталей в точках касания одинаковы по величине и направлению. Для трения скольжения характерно истирание деталей, а для трения качения — смятие и выкрашивание.
Изнашивание деталей, образующих неподвижные сопряжения, зависит от значения силы трения покоя. Для подвижных сопряжений изнашивание деталей будет зависеть от характера относительного перемещения трущихся поверхностей и от характера их смазывания. В сопряжениях различают трение без смазки, граничное и жидкостное трение. Трение без смазки происходит при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала всех видов, например между поверхностями фрикционных амортизаторов, тормозных колодок и колес и др.
Износ деталей при сухом трении без смазки наибольший. Граничное трение — такое, когда на трущейся поверхности находится тонкий слой смазки, имеющий свойства, отличающиеся от объемных свойств жидкостей.
Жидкостным принято называть трение скольжения, протекающее при разделении трущихся поверхностей таким слоем смазки, в котором проявляются ее объемные свойства, вследствие чего износ оказывается ничтожным.
Процесс трения является устойчивым, сопротивление движению деталей определяется вязкостью
Трение имеет двойственную молекулярно-механическую природу, обусловленную деформированием тонкого поверхностного слоя и преодолением межмолекулярных связей, возникающих между сближенными участками трущихся поверхностей.
При перемещении сопряженных поверхностей происходят соединение и разъединение контактов, а их материал значительно деформируется. Пятна касания, которые образуются, существуют и исчезают при совместном действии нормальных и тангенциальных сил, называются фрикционными связями. Различают следующие пять видов нарушения фрикционных связей:
- упругое и пластическое оттеснение металла; срезание неровностей;
- схватывание пленок и их разрушение;
- глубинное схватывание, сопровождающееся вырывом металла.
Первые три вида возникают при механическом взаимодействии поверхностей, а четвертый и пятый при молекулярном.