2.2. Виды изнашивания

Изнашивание материалов – это процесс разрушения поверхностных слоёв при трении, который приводит к постепенному изменению размеров тел в направлении, перпендикулярном к поверхности трения. Интенсивность изнашивания пар трения зависит от свойств материалов деталей, технологической подготовки поверхностей и их качества, а также от условий службы – нагрузки, температуры, смазки и др.

Износ – результат процесса изнашивания. Все виды изнашивания делятся на три группы:

- механическое изнашивание (абразивное, усталостное) – происходит в результате только механических взаимодействий материалов изделия;

- молекулярно-механическое изнашивание (адгезионное, избирательный перенос) – сопровождается также воздействием молекулярных или атомарных сил;

- коррозионно-механическое изнашивание (окислительное, фреттинг-коррозия) – происходит при трении материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой.

Виды износа и повреждаемости при трении деталей машин можно классифицировать следующим образом:

1) Допустимые (износ):

- механический нормальный окислительный износ;

- механический нормальный неокислительный износ;

- механический абразивный износ.

2) Недопустимые (повреждаемость):

- схватывание I рода;

- схватывание II рода;

- фреттинг-коррозия (схватывание, динамическое окисление);

- механический абразивный износ (резание, царапание, прихватывание);

- усталость при качении;

- другие виды повреждений (коррозия, кавитация, эрозия, смятие).

Причиной выхода из строя подавляющего числа машин и их механизмов (80…90 %) является износ. В случае отсутствия масляного слоя между трущимися деталями процесс изнашивания происходит непрерывно. Износ ограничивает долговечность машин по разным условиям работоспособности:

- потере прочности (детали и узлы машин, определяющие формообразование изделий, измерительный инструмент, приборы);

- понижению К.П.Д., ухудшению использования топлива, увеличению утечек (узел цилиндр-поршень и др.);

- понижению прочности вследствие уменьшения сечения, увеличения динамических нагрузок (зубья зубчатых и червячных колёс, оси подвижного состава на подшипниках скольжения);

- повышению шума (передачи машин);

- полному исчерпанию работоспособности – истиранию (тормозные колодки, тракты транспортных систем и т.д.).

Одним из видов изнашивания является механическая форма износа, преобладает абразивный износ. К нему также относится изнашивание выступающими неровностями тел более высокой твёрдости, твёрдыми структурными составляющими. Абразивное изнашивание проявляется в виде:

- микрорезания (при глубоком внедрении неровностей);

- малоцикловой усталости при повторном пластическом деформировании микронеровностей (со средней глубиной внедрения);

- усталости при многократном упругом деформировании (с малой глубиной внедрения).

К механическому износу относится гидро- и газообразное изнашивание поверхности частицами в потоке, носящее название эрозионного и кавитационного изнашивания.

Эрозия, вызываемая механическим (динамическим) воздействием высокоскоростного потока жидкости или газа и приводящая к усталости – расшатыванию, вымыванию отдельных частиц материала у поверхности, наблюдается в гидроприводах машин (разрушаются кромки золотников).

Кавитация связана с образованием в высокоскоростном потоке жидкости у поверхности твёрдого тела газовых пузырей и последующим восстановлением сплошности и интенсивными гидравлическими ударами. Механическое разрушение сопровождается коррозионными явлениями. Кавитация возможна во всех случаях появления турбулентного движения.

К механическим видам изнашивания относят также поверхностное пластическое деформирование, т.е. течение поверхностного слоя и изнашивание при хрупком разрушении, связанное с постепенным наклёпом.

Молекулярно-механическое изнашивание при схватывании и заедании наблюдается:

а) при режимах, характеризуемых высокими скоростями скольжения или давлениями вследствие недостаточной несущей способности масляной плёнки или её выдавливания;

б) при материалах с низкой и средней твёрдостью – незакалённых;

в) при местных отклонениях от правильной геометрической формы, забоинах, заусенцах;

г) при попадании продуктов износа в зону трущихся тел.

Коррозионно-механическое изнашивание проявляется при отрыве механическим воздействием продуктов коррозии и защитных оксидных плёнок. Разновидность – фреттинг-коррозия, т.е. разрушение постоянно контактирующих поверхностей в условиях тангенциальных микроскопических смещений без удаления продуктов износа.

Преобладающим в машиностроении является совместное действие механических и молекулярно-механических видов изнашивания.