Лабораторная работа№ 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИДОВ ИЗНАШИВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ПТМИ РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ

1. Цель работы:

- ознакомление с основными видами изнашиванияк разрушения деталей ПТМ;

- изучение характерных признаков каждого вида изнашивания и разрушения;

- разработка мероприятий по повышению сопротивления деталей ПТМ каждому виду износа в разрушения.

2. Теоретическая часть

2.1. Характеристика видов изнашивания деталей ПТМ

Основными вицами изнашивания деталей ПТМ считаются:

- абразивное изнашивание;

- изнашивание вследствие пластического деформирования металла рабочих поверхностей;

- изнашивание вследствие хрупкого разрушения металла рабочих поверхностей;

- изнашивание при заедании.

Абразивное изнашивание происходит при сухом и полусухом трении, при попадании абразивных частиц (песок, пыль и др.) в зону контакта. При этом твёрдые абразивные частицы или зёрна производят микровыцарапывание на более мягкой поверхности контактирующей детали. Это микровыцарапывание может носить различный характер - от шифующего до весьма грубого. При абразивном изнашивании его про­дукты сами удаляются с деталей.

Изнашивание вследствие пластического деформирования рабочих поверхностей возникает при весьма больших контактных напряжениях, вызывающих пластические деформации микрообъёмов металла. При этом металл вытесняется из зоны контакта и может образовывать наплывы «нажаты» за пределами рабочей поверхности или при многократном передеформировании может удаляться в виде отдельных участков (на оттеснённом металле).

Изнашивание вследствие хрупкого разрушения металла рабочих поверхностей возникает вследствие хрупких или усталостных трещим на рабочих поверхностях деталей. При блокировании отдельных участков рабочих поверхностей происходит выкрашивание этих участков, на поверхности остаются «язвочки» («осповидный» износ).

Изнашивание при заедании возникает вследствие молекулярного взаимодействия (схватывание) металла двух контактирующих поверхностей. Такое молекулярное схватывание возникает при весьма боль­ших удельных давлениях на площадках фактического контакта и при отсутствии масляной плёнки между контактирующими площадками. Такие большие удельные давления наиболее часто возникают при малых (недостаточных) площадях мест фактического контакта, то есть в началь­ный период работ.

В результате схватывания происходит перенос отдельных объёмов металла с одной детали на другую; на поверхности одной деталиобразуется грубые вырывы и задиры, а на другой –«накатывание» металла контактирующей детали.

Рассмотренные виды изнашивания реальных деталей могут встре­чаться как в «чистом» виде, так и (что встречается чаще) в сочета­нии друг с другом. При этом всегда можно определить ведущий (основ­ной) вид изнашивания.

2.2. Краткая характеристика видов разрушения деталей ПТМ

Все разрушения деталей ПТМ можно разделить на следующие три основных вида:

- вязкие разрушения;

- хрупкие разрушения;

- разрушения усталостного характера.

Вязкому разрушению детали предшествует пластическая дефор­мация, следы которой могут быть заметны на наружной поверхности детали или на самом изломе. Излом в этом случае имеет волокнистое строение со следами сдвига материала. Вязкое разрушение наблюдается на деталях из относительно пластического материала при переходе рабочих напряжений за предел прочности материала. Основными при­чинами вязкого разрушения являются ошибки в расчётах конструктора и разовые перегрузки детали в процессе эксплуатации машины.

При хрупком разрушении деталей не имеется заметных следов предшествующей пластической деформации, поверхность излома имеет кристаллическое строение. Величина зерна в изломе зависит от терми­ческой обработки материала. При неоднородной закалке по всему се­чению детали излом по своему виду также неоднороден. Так, например, при поверхностной закалке детали излом в зоне поверхностного слоя может быть мелкозернистым, а в сердцевине - крупнозернистым.

Хрупкое разрушение начинается с появления трещин, развитие которых приводит к разрушению детали.

Хрупкое разрушение (чаще всего) имеет место у деталей из материалов с относительно малой пластичностью при переходе рабочих напряжений за предел сопротивления разрыву материала. Однако при определённых условиях хрупкому разрушению могут быть подвержены детали из относительно пластичных материалов при рабочих напряже­ниях значительно ниже предела текучести. Возникновению таких условий способствуют:

• концентрация напряжений;

• остаточные напряжения после сварки или термической обработки;

• местное или общее снижение пластичности металла вследствие старения или наклёпа;

• динамическое приложение нагрузки;

• отрицательная температура окружающей среды.

Усталостным разрушением называется разрушение металла под действием циклических напряжений. Известно, что циклическая наг­рузка вызывает разрушение металлов при напряжениях, не только меньших предела прочности, но и меньших предела текучести. Макси­мальное напряжение, не вызывающее разрушения образца при очень большом числе циклов нагружения, называется пределом усталости. При напряжениях, превышающих предел усталости, т.е. при перегруз­ках, выносливость металла снижается.

Разрушение от усталости носит, как правило, местный характер. Усталостная трещина зарождается в микроскопическом объёме, назы­ваемом очагом, и от него распространяется по всему сечению детали. Развитие трещины идёт до тех пор, пока в остающемся сечении не будет превышен предел прочности и не произойдёт внезапная поломка детали.

Усталостные изломы имеют весьма характерный вид, что зачастую позволяет точно установить причины поломки детали.

В характерном усталостном изломе различают две зоны: первая (зона постепенного усталостного разрушения) - с мелкозернистым фарфоровидным строением, иногда и с блестящей поверхностью; вторая (зона единовременного разрушения) - с волокнистым или крупнокрис­таллическим строением.

Различное строение изломов зоны усталостного и зоны единовременного разрушения объясняется тем, что при изменении напряжения усталостная трещина периодически сжимается и её поверхности давят друг на друга, что приводит к сжиманию и истиранию. Чем больше число контактов, тем глаже будут поверхности трещины. Зона едино­временного разрушения образуется быстро и в ней сохраняется строе­ние, характерное для разрушения данного материала.

Соотношение площадей зон усталостного и единовременного раз­рушения зависит от степени циклической нагрузки. При значительной перегрузке зона усталостного разрушения по сравнению с зоной единовременного разрушения невелика.

2.3. Методы снижения скоростей изнашивания и повышения, прочностной надёжностидеталей ПТМ

Конструктивные методы

Срок службы деталей ПТМ, а также их прочностная надёжность могут быть повышены путём соответствующего изменения конструкции узла или детали, а также путём замены материала.

При этом стремятся добиться следующего:

• снижения концентрации напряжения;

• снижения общего уровня рабочих напряжений;

• перевода сухого и полужидкостного трения на жидкостное или трение качения;

• уменьшения удельных давлений в зонах контакта деталей.

Технологические методы

Повышению надёжности и долговечности деталей ПТМ способствуют следующие основные технологические факторы:

• получение заготовок ковкой, штамповкой или прокаткой взаменлитья;

• улучшение чистоты поверхности;

• соответствующая термическая обработка;

• поверхностное упрочнение наклёпом илинакаткой.

Эксплуатационные методы

Под эксплуатационными методами повышения надёжности и долго­вечности деталей ПТМ понимаю организационные технические мероприя­тия, исключающие нарушения норм эксплуатации и смазки, а также улучшающие техническое обслуживание и надзор.