Виды водородного изнашивания

Как установлено, имеются два основных вида водородного изнашивания: изнашивание диспергированием (ВИДИС) и изнашивание разрушением (ВИРАЗ).

Рис. 5.1

Рис. 5.2

ВИДИС. При этом виде изнашивания каких либо видимых изменений в поверхностном слое детали не наблюдается. Водород усиливает диспергирование стали или чугуна. На поверхностях трения нет вырывов, задиров, заметного переноса материала с одной поверхности на другую.

Установлено, что при незначительном наводороживании износостойкость образцов из стали 45 несколько увеличивается, а при дальнейшем наводороживании падает. Это объясняется тем, что в начальный момент, когда происходит процесс насыщения стали водородом, повышается ее микротвердость, т.е. она упрочняется. В дальнейшем микротвердость падает и становится меньше исходной из-за разрыхления поверхностного слоя. Это приводит к снижению износостойкости. Изменение относительной микротвердости в зависимости от времени выдержки в наводораживающей среде выглядит как показано на графике Рис. 5.1.

Установлено также, что при наводороживании значительно уменьшается нагрузка до заедания стальных образцов при трении с бронзой (Рис. 5.2).

Из приведенного графика видно, что наибольшее падение нагрузок до заедания происходит после 4…5 часов наводороживания.

ВИРАЗ. Этот вид разрушения имеет специфическую особенность: поверхностный слой стали или чугуна разрушается мгновенно на глубину до 1…2 мкм. Это происходит, когда поверхностный слой накапливает большое количество водорода. Благодаря трению, смазка оттесняется от адсорбционных центров, и водород получает возможность занять освободившиеся центры. Из-за этого концентрация водорода в стали непрерывно возрастает. Водород попадает в зародышевые трещины, полости, на границы кристаллов и др. При трении происходит периодическое деформирование поверхностного слоя и объем дефектных мест (полостей) изменяется. Поступающий в полости водород молизуется и, не имея возможности выйти обратно при уменьшении объема, стремится расширить полость, создавая высокие напряжения. Повторение цикла вызывает эффект накопления, продолжающийся до тех пор, пока внутреннее давление в полостях не вызовет разрушение стали по всем развивавшимся и соединившимся трещинам. Подобное разрушение наблюдается при работе стальных подпятников керосиновых насосов, пластмассовых тормозных колодок авиаколес, пластмассовых тормозных элементов автомобилей, коленчатых валов компрессоров и др.

Влияние влажности воздуха на изнашивание

Влажность воздуха оказывает сильное воздействие на интенсивность изнашивания металлов. Н. Уетц изучал влияние влажности на машине Зибеля и Кейля. Суть испытаний заключалась в следующем. Две торцевые поверхности трубчатых образцов скользили одна по другой без смазки со скоростями 0,05 и 0,02 м/с при различных давлениях. Эксперименты проводили на воздухе с различной влажностью. Перед испытанием образцы шлифовали, обезжиривали и высушивали. Результаты испытаний по изнашиванию пары сталь малоуглеродистая – сталь малоуглеродистая при давлении 1 МПа и скорости скольжения 0,05 м/с приведены на графике Рис. 5.3.

Рис. 5.3 – Зависимость интенсивности изнашивания пары: малоуглеродистая сталь – малоуглеродистая сталь от относительной влажности

Из анализа графика установлено, что с ростом относительной влажности до 50 % износ линейно возрастает, а затем замедляется. В области относительной влажности 50 % поверхность трения полностью покрывается мономолекулярным слоем воды. Влияние влажности особенно резко проявляется при трении малоуглеродистой стали. При увеличении влажности с 5 до 90 % износ её возрастает в 150 раз.

Значительно меньше влияние влажности на другие пары трения, особенно пары латунь по латуни (1,6 раз) и бронза по бронзе (3,5 раза). Эти данные были получены в 1968 году, когда о водородном изнашивании еще не было известно. В настоящее время полученные зависимости можно объяснить образованием в зоне контакта водорода в результате разложения воды. Бронза и латунь в меньшей степени охрупчиваются и насыщаются водородом.