Износ материалов: природа и классификация
Износ, возникающий при трении сопряженных поверхностей, является наиболее характерным видом повреждения большинства машин и их механизмов.
Изнашивание — это процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и (или) его остаточной деформации (ГОСТ 16429—70).
Изнашивание может сопровождаться процессами коррозии и является сложным физико-химическим процессом.
При контакте двух сопряженных поверхностей и их относительном перемещении в поверхностных слоях возникают механические и молекулярные взаимодействия, которые в конечном итоге и приводят к разрушению микрообъемов поверхностей, т. е. к их износу.
Согласно современным представлениям, опирающимся на достижения в области физики твердого тела, теории вязкого и хрупкого разрушения металлов, представлений физико-химической механики, теории поверхностных явлений и специальных исследований в области износа можно оценить основные факторы, определяющие характер и интенсивность протекания процесса изнашивания.
В процессе изнашивания исходный (технологический) микрорельеф преобразуется в эксплуатационный (рисунок 10.1).
Рисунок 10.1 – Схема трансформации технологического рельефа поверхности в эксплуатационный
При этом, устанавливается та шероховатость поверхности, которая соответствует данному процессу разрушения поверхностных слоев в период нормального износа. Она может стать более грубой или более гладкой, чем исходная шероховатость.
Установление технологической шероховатости, близкой к эксплуатационной, сводит к минимуму период приработки.
При различных видах фрикционных связей износ может возникать в результате следующих причин:
1) фрикционной усталости;
2) малоцикловой фрикционной усталости;
3) микрорезания при первых актах взаимодействия. Процессов изнашивания, при которых возникает микрорезание стараются избежать, так как при этом значительно возрастает интенсивность процесса разрушения поверхностных слоев;
4) разрушения (в том числе усталостного) пленок;
5) когезионного (адгезионного) отрыва материала при первых актах взаимодействия. Адгезионное схватывание относится к недопустимым видам и является следствием нарушения нормальной эксплуатации машин или ошибок при подборе материалов.
Основные причины разрушения микрообъемов связаны с усталостными процессами.
Усталостная природа изнашивания. Последние годы все большее распространение получает усталостная (кумулятивная) теория износа, когда основная причина разрушения поверхностных слоев связывается с возникновением усталостных трещин и отделением микроскопических чешуек материала или его окислов. При этом процесс изнашивания рассматривается как кумулятивный, т. е. суммирующий действие отдельных факторов при многократном нагружении фрикционных связей, что приводит в итоге к отделению частицы износа. Как правило, наличие пленки смазки, возникновение окислов, тепловой эффект и ряд других факторов влияют на интенсивность развития усталостного процесса, не изменяя его природы.