Изнашивание от абразивных частиц в потоке жидкости и газа
При допущении, что среда неагрессивная к поверхности, следует различать два случая взаимодействия абразива с материалом.
Удар прямой, угол атаки α = 900. В зависимости от массы частиц, скорости их падения, свойств абразива и физико-механических свойств материала детали возникает упругая деформация, пластическая деформация, хрупкое разрушение, перенаклеп с отделением материала в виде чешуек. Наибольшей износостойкостью при изнашивании твердыми частицами кварца и более твердыми при скорости потока около 100 м/с обладает резина и спеченные материалы, малой износостойкостью – базальт и стекло. Износостойкость углеродистых и инструментальных сталей примерно одинакова и низка.
Косой удар. 0 < α < 900. При углах атаки не выше угла трения на характер повреждения сильно влияет касательная составляющая импульса и сопротивления материала воздействию касательных сил на поверхность. У резины скорость изнашивания уменьшается при увеличении угла атаки до угла трения, а затем становиться постоянной; у других материалов скорость изнашивания может непрерывно возрастать или достигать максимума при некотором угле атаки, а затем убывать. Все зависит от свойств материала.
Влияние влажности на абразивное изнашивание
Влажность увеличивает интенсивность абразивного изнашивания. Исследование изнашиваемости различных марок стали при влажности песка от 0 до 16 % и скорости удара частиц о поверхность V = 29 м/с представлена на графике Рис 5.5.
Рис. 5.5 – Кривые изнашивания различных материалов в потоке влажного абразива
же при содержании влаги около 1% интенсивность изнашивания возрастает в 1,2…2,7 раза для всех сталей кроме наплавленного слоя СНГН на никелевой основе. Максимум изнашивания приходится для всех материалов на 10% воды. Объяснение полученных результатов находится, вероятно, в возможности наводороживания поверхностей трения, которое усиливается, если к воде добавляются слабые кислоты (уксусная, щавелевая, торфяная вытяжка). Кроме того, вода действует, как окислитель и может приводить к коррозии.
Влияние мелких абразивных частиц на износ
Настоящий вопрос рассмотрен в технической литературе применительно к случаю, когда мелкие абразивные частицы находятся в масле или другой жидкости. Экспериментально установлено, что если размер частиц не превышает 5 мкм, то интенсивность изнашивания может снижаться. Это происходит потому, что частицы имеют большую развитую поверхность и адсорбируют на себе продукты окисления масла. Кроме того, считается, что частицы способствуют перетеканию электрических зарядов с одной поверхности трения на другую, что снижает электростатическую напряженность и силу трения. Можно также предположить, что частицы интенсифицируют теплопередачу между поверхностями трения.
Частицы разделяют поверхности, в результате контакт поверхностей становится дискретным, а наиболее дисперсная часть этих частиц нивелирует поверхности. Если учесть, что высокодисперсные примеси снабжены адсорбционной оболочкой, то можно считать, что мелкие частицы выполняют функцию противоизносной и антифрикционной присадок, препятствуя непосредственному контакту трущихся поверхностей. Все сказанное относится только к размеру частиц менее 5 мкм. Частицы больших размеров приносят вред. Особую опасность частицы больших размеров представляют для гидросистем, где трущиеся детали из твердых сталей работают при малых зазорах. Появление в таких системах крупных частиц объясняется процессом коагуляции мелких частиц за счет свободных связей молекул до величины 30…40 мкм. Поэтому рекомендуется в процессе работы гидрооборудования проводить диспергирование частиц – для этого гидросмесь пропускают через диспергатор гидродинамического действия или ультразвуковой диспергатор.