Федеральное агентство по образованию

_ _________________________________________________________________ Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МАТИ» - Российский государственный

технологический Университет им. К.Э.Циолковского

__________________________________________________________________

Кафедра «Технология производства двигателей летательных аппаратов» испытания на фреттинг – коррозию

Методические указания к лабораторной работе № 3

по курсу "Триботехника"

Составители: А.Г. Бойцов

П.Н. Хопин

Москва 2007

Включение установки без разрешения преподавателя, проводящего занятия,

ЗАПРЕЩЕНО!!!

ВВЕДЕНИЕ

Данные методические указания предназначены для проведения лабораторных занятий по курсу «Триботехника» для студентов дневной и вечерней форм обучения.

ЗАДАНИЕ

1. Изучить особенности конструкции установки для испытаний на фреттинг-коррозию.

2. Освоить методики проведения испытаний.

3. Произвести испытания на фреттинг-коррозию образцов при заданных преподавателем условиях.

4. Выполнить измерения величины фреттинг-износа.

5. Сделать выводы по результатам испытаний

6. Ответить на контрольные вопросы.

1. Общие положения

Фреттинг-коррозия (от английского fret –разъедать, подтачивать) по ГОСТ 5272-68 – коррозия при колебательном перемещении одной поверхности относительно другой в условиях воздействия коррозионной среды.

Изнашивание при фреттинг-коррозии по ГОСТ 16429-70 это коррозионно-механическое изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных перемещениях. В случаях, когда коррозионное разрушение явно не проявляется (процесс протекает в контакте неметаллических материалов, в вакууме или инертных средах, при обильной смазке, предотвращающей доступ окислительной среды), используют термины фреттинг и фреттинг-износ. Усталостное разрушение деталей, инициированное фреттинг-коррозией, называют фреттинг-усталость.

Колебательное перемещение поверхностей может быть вызвано вибрациями и возвратно-поступательным движением. Наличие проскальзывания поверхностей является необходимым условием возникновения фреттинг-коррозии. Вследствие фреттинг-коррозии детали теряют конструктивные размеры и допуски, ухудшается состояние контактирующих поверхностей, возникшие повреждения могут приводить к образованию трещин с последующим объемным усталостным или статическим разрушением.

Динамический характер нагружения деталей и узлов силовых установок и агрегатов летательной техники определяет высокую вероятность возникновения фреттинг-процесса. В практике эксплуатации и при доводке изделий он может возникать во всех видах сопряжении, в том числе номинально неподвижных, и сопровождается протеканием в зоне контакта сложных физико-химических процессов, связанных с взаимодействием между контактирующими материалами и средой, развитием схватывания, усталостного, коррозионного и абразивного разрушения. При фреттинге несмазанных стыков поверхностей и в условиях ограниченного поступления масла, наблюдается интенсивное окисление контактирующих поверхностей, получившее название фреттинг-коррозия. Работа вибронагруженного стыка в масле, когда затруднен доступ кислорода в контакт, сопровождается схватыванием и образованием задиров, переносом материала с одной поверхности на другую с формированием характерных наростов.

К сопряжениям, для которых развитие фреттинговых повреждений может приводить к возникновению отказов, относятся шлицевые соединения современных высокоскоростных установок, таких как приводы, генераторы, насосы. Распространенным является повреждение беговых дорожек подшипников качения, выполняющих свои функции периодически (ложное бринеллирование). Разрушения от фреттинга наблюдаются также на посадочных поверхностях и по торцам подшипников, что может привести к перекосам и развитию усталостных трещин в кольцах, часто встречается фреттинг-коррозия таких высоконапряженных, элементов, как трубопроводы топливных систем гидро- и пневмоагрегатов (соединения трубопроводов, места их крепления к корпусу). Большую опасность представляет фреттинг в прецизионных парах трения аппаратуры управления гидросистем, в частности, он является одной из основных причин возникновения схватывания и заклинивания золотников, плунжеров, клапанов и других деталей.

Для номинально неподвижных соединений наибольшую опасность фретгинг представляет с точки зрения снижения усталостной прочности. Нарушение плотности посадки и перекосы наблюдаются реже. В соединениях с допускаемым проскальзыванием вопросы обеспечения усталостной прочности также являются наиболее важными. Для подвижных сопряжении опасным является заклинивание вследствие накопления продуктов разрушения, образования задиров и наростов, а также интенсификация изнашивания, вызванная абразивным действием продуктов фреттинг-коррозии и наростов.

Многообразие и сложность проявлений фреттинга, процессов имеющих место в вибронагруженном контакте, определяет многоплановость борьбы с его последствиями, в направлении, которой в настоящее время накоплен определенный опыт. Упрочнение поверхностей контакта является одним из наиболее эффективных и распространенных методов борьбы с повреждаемостью при фреттинге.

О бщей характерной особенностью фреттинговых повреждений является их локализация на отдельных участках поверхности, составляющих обычно не более 10 - 15%. от номинальной площади контакта. Этот факт важно учитывать при оценке повреждаемости. Характерно также, что следы от фреттинга можно разделить на три отдельные зоны: номинально гладкую со слабыми следами окисления 1, волнистую, прилегающую к зоне схватывания 2, и непосредственно зону схватывания и наростообразования 3. Интересно отметить, что размеры отдельных задиров и наростов в десятки раз превышают амплитуду фреттинга. Это указывает на наличие сложного течения материала при образовании задиров и наростов. Образование задиров и наростов приводит к перераспределению контактных нагрузок, их сосредоточению в месте задира и дальнейшему прогрессированию повреждения. Описываемыми процессами объясняется слабое влияние твердости контактирующих поверхностей на стойкость к задирообразованию при фреттинге, поскольку, возникающие, в зонах задирообразования контактные напряжения обеспечивают пластическое течение и разрушение самых твердые материалов. Очевидно, что технология поверхностного упрочнения, направленного на снижение или устранение фреттинг-повреждаемости, должна иметь основной целью не повышение твердости, а предотвращение схватывания и задирообразования.

Интенсивность разрушения контактирующих поверхностей при фреттинге зависит от:

• условий контактного взаимодействия поверхностей (величина амплитуды относительного проскальзывания _, контактное давление p_a , частота колебаний f, состав внешней среды, температура и др.);

• природы материалов сопряженных деталей и состояния контактирующих поверхностей (шероховатость, твердость, степень деформации, остаточные напряжения и т.д.).

Характерные зависимости величины фреттинг-износа U от _, p_a и f приведены на рис. 2.

U

U

U

1

2

_

f

p_a

Рис. 2. Влияние условий контактного взаимодействия поверхностей при фреттинг-коррозии на величину износа. 1 – жесткий фреттинг; 2 – "мягкий" фреттинг.