Механизм изнашивания полимеров и резины
Взаимодействие полимеров и резины с металлической поверхностью может быть либо механическим, либо молекулярным. Последнее проявляется только в виде адгезии. Зацепление поверхностей играет большую роль. Смятие неровностей на поверхности полимера повышает число пятен контакта и увеличивает количество зацеплений. Это вторично стимулирует развитие пластической деформации активных слоев. В результате значительно возрастает сила трения. Если материал эластичный, например резина, то при прочих равных условиях шероховатость поверхности не оказывает такого влияния как при пластичном материале.
Если агдезия значительна, то разрушение возникающей связи возможно как по полимеру, так и по металлу. В итоге будет наблюдаться перенос материала с полимера на металл, с металла на полимер или одновременно и на металл и на полимер. Этим объясняется наблюдаемое изнашивание более твёрдого металла более мягким полимером.
На процесс трения между металлом и полимерными материалами влияет температура. С повышением температуры ухудшаются упругие и пластические свойства материала, и может начаться процесс распада органики. Если пластик обладает высокой адгезией к металлу, то это свойство усиливается, в противном случае сила трения меняется незначительно.
Высокоэластичные материалы повреждаются при трении вследствие усталостного разрушения поверхностных слоев. Разрушение происходит путем отрыва. Менее эластичные материалы повреждаются вследствие микрорезания, царапания, отслаивания и выкрашивания.
6. Лекция
4.4. Стадии изнашивания пар трения
Если отложить по оси абсцисс время работы пары трения, а по оси ординат износ, то получим кривую изнашивания детали во времени. (Рис. 4.2)
Рис. 4.2 – Кривые изнашивания
Рис. 4.3
На кривой изнашивания 1 можно выделить три участка, соответствующие трем стадиям изнашивания:
I – начальное изнашивание, наблюдаемое при приработке поверхностей деталей
II – Установившееся изнашивание, наблюдаемое при нормальной эксплуатации
III – процесс резкого возрастания скорости изнашивания, соответствующий стадии катастрофического изнашивания.
Кривая 1 на Рис. 4.2 построена в предположении непрерывности работы пары трения. Подавляющее большинство пар трения работает с перерывами вследствие остановки машин. Скорости изнашивания в периоды выбега и разбега выше, чем при установившемся режиме. В некоторых случаях износ за один пуск машины равнозначен нескольким часам ее работы в установившемся режиме. В таком случае прямая линия на Рис 4.2 становится ломаной и будет иметь вид, представленный на Рис. 4.3.
Распределение износа между деталями
Если материалы пар трения одинаковы, то при прочих равных условиях их износ должен быть одинаковым. Но эксперимент показывает, что большая поверхность теряет больше массы. На Рис. 4.4 приведена диаграмма износа образцов из стали 45 испытанных на машине трения МИ при разных условиях и постоянных внешних параметрах режима трения.
I – без смазочного материала II – смазочный материал с абразивом
III – со смазочным материалом
Рис. 4.4 – Соотношение износа стальных образцов на машине трения при разных условиях
При неодинаковых материалах пар трения при сухом трении в большей степени изнашивается мягкая составляющая пары. Однако наличие смазки вызывает значительный износ более твердой поверхности и это тем заметнее, чем выше смазывающие свойства масла.