2.Виды физических и химических воздействий на материалы и детали автомобиля.

Раз­рушения и повреждения металлических деталей и их сопряже­нии возникают вследствие физических и химических воздейст­вий. Детали могут подвергаться только физическому или химическому воздействию, либо одновременно физиче­скому и химическому.

Двигатель

Физическое Химическое

воздействие воздействие

2.1.Физическое воздействие

При физическом воздействии возникают такие виды разру­шений и повреждений:

• деформирование

• хрупкое разрушение

• вязкое разрушение

• усталостное разрушение

• тепловое разрушения

• оплавление

Существует два вида деформаций — упругая и пластиче­ская. Пластическое деформирование происходит под действием силовых нагрузок, превышающих предел текучести (при изгибе, лучении, растяжении и смятии поверхностей). При изменении размеров и форм масса самой детали остается прежней. В процессе эксплуатации автомобилей изгибаются и скручива­ются коленчатые и распределительные валы двигателей и валы трансмиссий. Происходит смятие резьбы, шпонок, кузова, опе­рения и т. д. Если при резком возрастании нагрузок напряже­ния в деталях превышают предел прочности, детали разруша­ются.

Хрупкое разрушение происходит без предварительной дефор­мации и вызывается нормальными напряжениями, вязкое — при значительной деформации касательными напряжениями.

Усталостное разрушение рам, валов, рессор, пружин, шату­нов и других деталей имеет место при циклических нагрузках и связано с пластической деформацией. Вследствие усталостного разрушения работоспособность теряется полностью.

Тепловое разрушение таких деталей, как головки блока, поршни, выпускные коллекторы — результат значительных на­гревании. При этом разрушается созданная ранее структура материалов, и утрачиваются первоначальные эксплуатационные свойства.

Оплавление некоторых деталей (электроды свечей, контакты прерывателей и др.) появляется при электромагнитных воздей­ствиях. Вследствие искровых разрядов частицы металла пере­носятся с анода на катод.

Кроме перечисленных видов разрушений и повреждений может произойти потеря приданных эксплуатационных свойств. Например, некоторые детали приборов электрооборудования (роторы генераторов переменного тока и другие намагниченные детали) под действием электромагнитных сил теряют свои маг­нитные свойства. Рессоры, пружины, торсионные валы утрачи­вают первоначальную упругость.

2.2.Химическое воздействие

Значительные разрушения и повреждения многих деталей возникают при химических воздействиях, которые могут вызвать обратимые и необратимые изменения свойств металлов. При коррозии металлы разрушаются вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней (коррозион­ной) средой.

Существует два вида коррозии металлов (сплавов) — химическая и электрохимическая. Химическая коррозия возникает в результате взаимодействия металла со средой (кислородом, водородом, азотом), т. е. атомы металла (сплава) непосред­ственно соединяются химической связью с атомами окислителей. Коррозия наблюдается в тех случаях, когда коррозионная сре­да не является электролитом (газовая коррозия в неэлектропро­водных органических жидкостях, например смазках). Окисли­тельная реакция имеет вид:

,

где

m – число атомов металла

n – валентность металла

При окислении, например, алюминия эту реакцию запишем так:

Чаще всего наблюдается газовая коррозия при контакте ме­таллов .с кислородом, сернистым газом, сероводородом, угле­кислотой и другими газами. В условиях высоких температур и давлений азот и водород тоже вызывают газовую коррозию с образованием нитридов и гидридов. На многих деталях, напри­мер на днищах поршней, распылителях форсунок, вначале об­разуется очень тонкий слой (до 0,1 мкм) нового химического соединения. При длительной работе появляется более толстый слой кристаллического строения (окалина).

Электрохимическая коррозия возникает в водных растворах кислот, щелочей, солей и во влажной атмосфере. Образующий­ся при выходе из металлической решетки катион соединяется не с окислителем, а с другим компонентом окислительной сре­ды. Окислителю передаются электроды, освобождающиеся при образовании катиона.

Коррозия бывает сплошная и местная. Сплошную коррозию в зависимости от глубины коррозионного разрушения на раз­ных участках делят на равномерную и неравномерную. В за­висимости от степени локализации (при местной коррозии) бы­вают коррозионные пятна, язвы и точки. При точеч­ном поражении может появиться подповерхностная коррозия. Поражение также проявляется в виде межкристаллической коррозии.

Рис. 4.1. Виды коррозионных разрушений

Различают следующие типы коррозионных разрушений ста­ли (рис. 4.1): равномерная (а), коррозия пятнами (б), корро­зия язвами (в), коррозия точками (г), коррозионное растрескивание (д), подповерхностная коррозия (е). Для прочности де­талей особо опасны коррозия точками и коррозионное растрескивание, наименее опасна равномерная коррозия. От воздействия продуктов жизнедеятельности бактерий и других организмов возникает биологическая коррозия и под действием радиоактивного излучения — радиационная.

Обычно детали машин подвергаются одновременно физиче­скому и химическому воздействию. Часто одно поле способ­ствует возникновению другого. Например, при трении сталей силовое воздействие способствует образованию теплового, звуко­вого и электромагнитных воздействий, которые влияют на химическое воздействие и таким образом ускоряют процесс разрушения детали.

В результате химических и электрохимических реакций образуются отложения в системе охлаждения, деталях цилиндропоршневой группы, топливной аппаратуры, вы­пускных коллекторах, системе смазки двигателя при старении моторного масла (сажа, смола, лак, продукты окисления).

Итак, в результате различных видов воздействия на детали автомобиля происходит их износ.

Под износом понимают результат изнашивания, определяемый в установленных единицах длины, объема, массы. Различают предельный и допустимый износы. Предельный износ соответствует предельному состоянию изнашиваемого изделия или его составной части. Допустимым называется такой износ, при котором изделие сохраняет работоспособность.

Лекция 5 Виды трения и изнашивания.

1. Виды трения и изнашивания

2. Способы оценки износа трущихся деталей.

Внешнее трение (трение) есть явление сопротивления отно­сительному перемещению, возникающему между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним.

Наука о внешнем трении имеет большое прикладное значе­ние и ее содержание — это синтез отдельных разделов механи­ки, физики и химии. Трение и изнашивание рассматриваются как сложное явление, при котором необходимо учитывать ме­ханические, физические и химические процессы, возникающие на атомарно-молекулярном уровне в поверхностных слоях при нагружение их трением.

ТРЕНИЕ

Без смазочного Со смазочным Движения Покоя

материалом материалом

Сухое Граничное Жидкостное Скольжения Качения

Трение делят на трение со смазочным материалом и без него (сухое трение). В последнем случае вследствие возникновения молекулярного взаимодействия при контакте микровыступов, повышения температуры и давления в отдельных зонах изнаши­вание будет наибольшим.

В условиях граничного трения износ может возникать при локальных разрывах масляной пленки. Такой слой смазки спо­собствует более равномерному распределению контактных на­пряжений (их деконцентрации), уменьшению температурного влияния. Скорость изнашивания при граничном трении намно­го меньше, чем при сухом. В процессе работы пары масляная пленка также изнашивается и теряет свои антифрикционные свойства.

Наименьшее изнашивание наблюдается при жидкостном тре­нии или газовой смазке. Слой смазки предохраняет от непо­средственного контакта двух поверхностей, что способствует уменьшению силы трения и их износа. Каждый участок по­верхности нагрузки нагружен постоянным давлением (стати­ческой нагрузкой). Жидкостное трение может быть обеспечено двумя методами — гидродинамическим или гидростатическим (при подаче смазки под давлением).

Различают также трение движения и покоя, по характеру относительного движения деталей — трение скольжения и ка­чения. При трении скольжения скорости в точках касания твердых тел различны, при трении качения — одинаковы. Трение качения может быть с проскальзыванием — это трение движе­ния двух деталей при одновременном качении и скольжении.

В соответствии с действующим ГОСТом изнашивание де­лится на механическое, коррозионно-механическое и изнашива­ние под действием электрического тока (рис. 13). Механическое изнашивание возникает в результате механических воздейст­вий, коррозионно-механическое — под влиянием механического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) электриче­ским взаимодействием материала со средой.

ИЗНАШИВАНИЕ

Механическое

Коррозионно-механическое

При действии электрического тока

Абразивное

Гидоабразивное

(гавоабразивное)

Эрозийное

Гидроэрозионное

(газоэрозионное)

Кавитационное

Усталостное

При фреттинге

При заедании

Окислительное

При фреттинг-коррозии

Электроэрозийное

Механическое.

Абразивный износ — наиболее распространенный вид меха­нического изнашивания. При попадании абразивных частиц на трущиеся поверхности происходит резание и царапание поверх­ности с отделением стружки. Абразивные частицы могут попа­дать из окружающей атмосферы при недостаточной фильтрации смазки или образовываться при разрушении микрообъемов тру­щихся поверхностей. Абразивный износ возможен и тогда, когда твердые составляющие одного из сопряженных тел ока­зывают режущее или царапающее воздействие на другое сопря­женное тело. Разновидностью абразивного износа является гидро- и газоабразивное изнашивание, которое возникает в резуль­тате действия твердых частиц, взвешенных в жидкости (газе) и перемещающихся относительно изнашивающегося тела.

Эрозионное (гидроэрозионное, газоэрозионное) изнашива­ние материала происходит в результате воздействия потока жидкости и (или) газа.

Кавитационное изнашивание относится к гидроэрозионному изнашиванию при движении твердого тела относительно жид­кости, когда пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности. Это приводит к возникновению локальных гидравлических игл огромной силы (поток разрушающих микрогидравлических уда­ров), которые способны разрушить поверхность детали.

Усталостное изнашивание возникает в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъе­мов материала поверхностного слоя. В этом случае может про­исходить наклеп поверхностного слоя с последующим разру­шением материала и отделением его частиц. Такое изнашива­ние может возникнуть при трении качения и скольжения.

Изнашивание при фреттинге — вид механического изнаши­вания соприкасающихся тел в условиях малых колебательных относительных перемещений.

Изнашивание при заедании происходит в результате схваты­вания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неров­ностей на сопряженную поверхность.

Адгезионное ( Адгезия — взаимное сцепление контактирующих тел под действием молекулярных сил) изнашивание возникает в зонах контакта по­верхностей интенсивного молекулярного (адгезионного) взаи­модействия и связано с переносом материала и образованием прослоек. В результате может произойти заедание и отказ со­пряжения.

Коррозионно-механическое

При окислительном изнашивании вследствие окисления ма­териала кислородом образуются тонкие пленки, которые затем удаляются с поверхности трения. В случае трения качения при значительных деформациях в поверхностных слоях легче про­никает кислород и окисляет металл. Затем этот деформированный слой под действием циклических нагрузок подвергается хрупкому разрушению.

Изнашивание при фреттинг-коррозии происходит вследствие вибраций контактирующих поверхностей или периодических де­формаций деталей. При этом виде коррозионно-механического изнашивания имеет место интенсивное абразивное разрушение.

Электроэрозионное изнашивание поверхности возникает в ре­зультате воздействия разрядов при прохождении электрического тока.