Условий работы
Условия работы |
Примеры деталей |
Оптималь- ные типы сплавов |
Абразивный износ без ударов |
Поводки текстильных и обмоточных ма-шин, лопатки тягодутьевых машин, стволы пескометов, мукомольные вальцы |
28, 29, 30, 64, 9 |
Абразивный износ, слабые удары |
Била углеразмольных мельниц, шнеки кир-пичных прессов, формы для прессования огнеупоров и кирпича, лемехи плугов в песчаных почвах, детали грязевых насосов |
27, 9, 28, 64 |
Абразивный износ, умеренные удары |
Опорные катки гусеничных машин, ножи тряпкорубок, рабочие органы почвообраба-тывающих машин, шарошки буровых долот |
19, 21, 23, 24, 27 |
Абразивный износ, силь –ные удары |
Била молотковых дробилок, долота ударно-го бурения, броня шаровых мельниц, черпа-ки драг |
8, 26, 19 |
Абразивный износ, очень сильные удары |
Щеки дробилок, зубья ковшей экскаваторов, черпаки драг |
10, 11 |
Адгезионное изнашивание
Основным видом молекулярно-механического изнашивания является адгезионное изнашивание, заключающееся в «схватывании» металлов при трении в результате переноса металла с одной поверхности на другую и вырывания частиц с поверхности одной детали и налипания или наволакивания их на сопряженную. Это обычно приводит к появлению на поверхности рисок и задиров, заедания сопряженных деталей, сопровождаемого резким повреждением поверхности. В этих случаях проявляется молекулярное взаимодействие между тесно сближенными поверхностями деталей. Необходимое условие для схватывания – это приведение в непосредственное соприкосновение «ювенильных», то есть свободных от оксидов поверхностей, которые возникают в процессе совместного пластического деформирования.
Реальная поверхность металла всегда имеет некоторую волнистость и многочисленные микровыступы, поэтому контактирование двух поверх-ностей происходит лишь в отдельных выступающих точках (рис. 2.17).
Рисунок 2.17 – Модель фактического контакта металлических
поверхностей
Истирание металла при сухом или полусухом трении – основная причина выхода из строя деталей машин. В зависимости от величины удельного давления и скоростей относительного перемещения трущихся поверхностей различают виды износа: окислительный, схватыванием.
При окислительном износе происходит пластическая деформация микроскопических поверхностных слоев и одновременно диффузия кисло-рода в металл, и на поверхности металла образуются хрупкие слои окислов в виде оксидной пленки, которая при достаточно высокой прочности спо-собствует повышению изностойкости, если под ней находится металл вы-сокой твердости. В случае низкой твердости металла оксидная пленка, да-же достаточно прочная, легко разрушается, создавая благоприятные усло-вия для возникновения и развития изнашивания, но интенсивность окисли-тельного процесса сравнительно невелика.
Износ схватыванием происходит быстрее. Трение двух металличес-ких поверхностей под нагрузкой происходит в условиях пластической де-формации металла в точках фактического контакта, развитие которой соп-ровождается сближением поверхностей вплоть до активизации сил сцепле-ния между атомами металлов сопряженных поверхностей и возникновение адгезии на ограниченных участках, схема возникновения которой показана на рис. 2.18.
1 – направление движения металла низкой твердости;
2 – то же, высокой твердости
Рисунок 2.18 – Схема возникновения точечной адгезии
В результате пластической деформации металла двух поверхностей происходит их сцепление по линии АА/, однако в условиях действия нап-ряжений сдвига это сцепление разрушается. Разрушение зарождается в местах наличия наименьших сил сцепления – на границе раздела между двумя поверхностями, а в случае возникновения прочного сцепления – схватывания разрушение сдвигом происходит внутри одного из материалов на менее прочном участке по линии BB/. Многократность этого процесса сопровождается задиранием и истиранием менее твердого материала и представляет сущность адгезионного изнашивания. Часть металла низкой твердости, остающаяся после среза на сопряженной поверхности металла высокой твердости, нарастает на этой поверхности, а затем, превращаясь в порошок, становится причиной абразивного изнашивания.
К разновидности такого вида изнашивания относят и схватывание при нагреве поверхностных участков трущихся тел, что происходит в процессе трения скольжения с большими скоростями и значительными удельными давлениями. В точках дискретного контакта в результате превращения рабо-ты трения в теплоту температура резко повышается. На поверхности трения температура может достигнуть температуры плавления. Вследствие нагрева и размягчения поверхностных слоев во многих микроскопических участках происходит сварка и последующий разрыв связей с диспергированием ме-талла. Износ протекает интенсивно, если в результате размягчения поверх-ностного слоя возникает налипание частиц менее прочного металла на ме-талл, сильнее сопротивляющийся пластической деформации. При этом из-нашивание осуществляется за счет образования металлических связей между трущимися деталями, приведенными в достаточно тесное соприкосновение до сферы действия межатомных сил. Для этого участки поверхности долж-ны быть, как и в случае «чисто адгезионного» изнашивания, свободны от разного рода пленок, оксидов и адсорбированных веществ.
Типичными представителями изделий, работающих в условиях адге-зионного изнашивания являются ходовые колеса мостовых кранов и под-вижного железнодорожного состава, а также детали ходовой части автомо-билей и тракторов.
Под действием повторных ударов при недостаточной твердости происходит смятие. Такой износ наблюдается на стыках рельсов, на деталях подвижного состава железнодорожного транспорта. На рис. 2.19 показаны форма и размеры образцов для ускоренного испытания на износ, преобладающим компонентом которого является адгезионный износ (схватывание).
1 – пластинчатый образец; 2 – вращающийся диск
Рисунок 2.19 – Эскиз образцов для испытаний на изнашивание при трении
Испытывается пластинчатый образец, прижатый к наружной поверхности вращающегося диска. Износ определяется расчетом объема изношенного материала. При испытаниях развитие износа сопровождается увеличением длины линии контакта сопряженных поверхностей (b).
Соответствующее увеличение нагрузки осуществляют с помощью эксцентрикового механизма пропорционально увеличению пути трения ℓ, что обеспечивает испытание в условиях постоянного контакта давления, независящего от пути трения. Суммарный объем износа W(мм3) и его интенсивность WS (мм3/Нмм) рассчитываются по уравнениям:
W = В b3/12 r ,
где В – толщина пластинчатого образца;
r – радиус вращающегося диска;
WS = W/p s ℓ,,
где р – контактное давление;
s – площадь контакта;
Износостойкость металла значительно зависит от его твердости: при низких ее значениях износ развивается до больших значений даже при сравнительно малой нагрузке. При высокой твердости повышение нагрузки почти не вызывает увеличения износа. В начальный период испытаний происходит быстрое нарастание износа, степень которого зависит от твердости и нагрузки, но в дальнейшем испытание идет в условиях умеренного развития износа, что связано с механическим упрочнением трущихся поверхностей и образованием за счет теплоты поверхностной оксидной пленки.
Изнашивание при резании (задире, царапании)
Процесс состоит в том, что выступающие части поверхности металла высокой твердости при трении вызывают пластическое оттеснение и локальный срез (микрорезание) сопряженного поверхностного слоя металла с низкой твердостью (рис. 2.20).
Этот вид изнашивания, как и абразивное изнашивание, в равной мере выражается в образовании задира и царапин на трущихся поверхностях. Однако при абразивном изнашивании повреждение поверхности вызывает-ся инородными твердыми телами (песком, стружкой и т.д.), попадающими в зазор между трущимися поверхностями извне, тогда как изнашивание при микрорезании, задирах и царапании вызывается поверхностями самих трущихся тел.
1 – направление движения металла высокой твердости;
2 – то же, низкой твердости
Рисунок 2.20 – Модель задирания (заедания)