Область существования процесса старения

Любой процесс старения возникает и развивается лишь при определенных внешних условиях. Для оценки возможных видов повреждения материалов деталей машин необходимо установить область существования процесса старения и в первую очередь условия его возникновения. Для возникновения процесса обычно должен быть превзойден определенный уровень нагрузок, скоростей, температур или других параметров, определяющих его протекание. Этот начальный уровень или порог чувствительности особенно важно знать для быстропротекающих процессов старения, когда после возникновения процесса идет его интенсивное лавинообразное развитие. Часто порог чувствительности связывают с некоторым энергетическим уровнем, который определяет начало данного процесса. Например, упомянутая выше энергия активации определяет энергетический уровень, начиная с которого может идти процесс изменения свойств материала.

Классификация процессов старения

Классификация процессов старения по их внешнему проявлению. Поскольку процессы старения характеризуются сложными и разнообразными явлениями, происходящими в материалах деталей машины, их классификацию целесообразно провести в зависимости от того внешнего проявления, к которому привел данный процесс. По внешнему проявлению процесса, т. е. по деформации детали, ее износу, изменению свойств и другим показателям можно судить о степени повреждения материала детали и, следовательно. Оценить близость изделия к предельному состоянию.

Классифицируя необратимые процессы старения, следует также определить ту область, в которой проявляется данный процесс, т. е. затрагивает ли он весь объем материала детали, проявляется лишь в поверхностных слоях или протекает при контакте двух сопряженных поверхностей.

В таблице 9.2 приведена классификация процессов старения по их внешнему проявлению и указаны основные разновидности каждого процесса.

Тело детали может подвергаться разрушению, которое является наиболее опасным проявлением процессов старения, деформироваться или изменять свойства материала - его пластичность, электропроводность, магнитные свойства и т. п.

Наиболее часто процессы старения протекают в поверхностных слоях. При этом поверхность детали может подвергаться температурным, химическим, механическим и иным воздействиям внешней среды. В результате могут происходить, явления, связанные с потерей материала поверхности, в результате коррозии, эрозии, кавитации и других процессов, которые объединены одним термином - разъедание поверхности.

На поверхности могут протекать и такие процессы, как адгезия, абсорбция, нагар и другие, которые связаны с присоединением, к поверхности других материалов. Эти процессы будем называть наростом. В результате внешних воздействий возможно также изменение свойств поверхностного слоя - его микрогеометрии, твердости, отражательной способности и др.

Специфические процессы протекают при контакте двух сопряженных поверхностей, что наиболее характерно для механизмов и элементов машин.

В этом случае в подвижных соединениях протекают разнообразные процессы износа, которые включают как истирание поверхности, так и усталость поверхностных слоев и ее пластическое деформирование (смятие).

Для подвижных и неподвижных соединений может произойти изменение условий контакта, что приводит, как правило, к изменению жесткости, коэффициента трения и других параметров сопряжения.

Таблица 9.2 – Классификация процессов старения по внешним признакам

Объект		Внешнее проявление процесса (вид повреждения)	Разновидности процесса
Тело детали (объемные явления)		Разрушение	Хрупкое разрушение, вязкое разрушение
		Деформация	Пластическая деформация, ползучесть, коробление
		Изменение свойств материала	Изменение: структуры материала, механических свойств (пластичность), химического состава, магнитных свойств, газопроницаемости, загрязнение жидкостей (смазки, топлива)
Поверхность (поверхностные явления)	Детали	Разъедание	Коррозия, эрозия, кавитация, прогар, трещинообразование
		Нарост	Налипание (адгезия, когезия, адсорбция, диффузия), нагар, облитерация (заращивание)
		Изменение свойств поверхностного слоя	Изменение: шероховатости, твердости, отражательной способности, напряженного состояния
	Пары	Износ	Износ (истирание), усталость поверхностных слоев, смятие, перенос материала
		Изменение условий контакта	Изменение: площади контакта, глубины внедрения микровыступов, сплошности смазки

Рисунок 9.2 – Примеры разрушения деталей машин: а – скол; б – усталостная поломка вала; в – усталостная поломка зуба шестерни; г – трещина в корпусе; д – разрушение трубопровода; е – разрушение стенки кожуха камеры сгорания

Рисунок 9.3 – Примеры разъедания поверхностей: а – щелевая коррозия цилиндра, возникающая под резиновым уплотнительным манжетом; б – участок корпуса центрифуги с интенсивным эрозионным износом; в – кавитация золотника плунжерного насоса; г – прогар

Рисунок 9.4 – Классификация локальных видов повреждения поверхностей

Лекция 10. Износ материалов: природа и классификация. Основные закономерности процесса изнашивания