6. Зношування металів
При терті сполучених поверхонь має місце зношування (знос), під яким розуміють процес руйнування і відділення матеріалу з поверхні твердого тіла і (або) нагромадження його залишкової деформації при терті, що виявляється в поступовій зміні розмірів і (або) форми тіла (ДСТ 23.002–78, ДСТ 27674–88). Властивості матеріалу чинити опір зношуванню оцінюються величиною, зворотної інтенсивності зношування, прийнято називати зносостійкістю. У результаті зносу змінюються розміри деталі, збільшуються зазори між тертьовими поверхнями, що викликають биття і стукіт. Усе це викликає відмовлення машин.
Зношування є складним фізико-хімічним процесом і нерідко супроводжується корозією. Реальні поверхні мають складний рельєф, що характеризується шорсткістю і хвилястістю. При терті існує дискретне торкання шорсткуватих тіл і, як наслідок цього, виникнення окремих фрикційних зв'язків, що визначають процес зношування. Знос може виникнути унаслідок фрикційної утоми, тендітного і грузлого руйнування, мікро різання при початковій взаємодії руйнування оксидних плівок, глибинного виривання металу і т.д.).
Окисне зношування спостерігається в підшипниках ковзання, валах, втулках, поршневих кільцях і т.д. Розрізняють тертя без змащення – сухе тертя (без мастильного матеріалу) і тертя з мастильним матеріалом. Сухе тертя спостерігається у функціональних передачах, гальмових парах і т.д. Широко застосовується граничне змащення, коли масляна плівка товщиною від сотих до десятих часток міліметра адсорбують на поверхні деталі. Коефіцієнт тертя для цього випадку складає 0,1 – 0,3. При рідинному змащенні тертьові поверхні розділені шаром, що знаходиться під тиском, змащення, що є несущої, тому що врівноважує зовнішнє навантаження. У цьому випадку шар змащення має значну товщину, тертя відбувається усередині масляного шару, що приводить до зниження коефіцієнта тертя (0,001). В інших видах зношування руйнування торкається поверхневих шарів більшої товщини.
Рис. 9. Крива зносу
За ДСТ 23.002–78 і ДСТ27674–88 розрізняють три види зношування: механічне, корозійно-механічне і зношування при дії електричного струму (електроерозійне зношування). До механічного зношування відносять абразивне, гідро абразивне, ерозійне, кавітаційне зношування при фретінге і зношування при заїданні. Абразивне зношування матеріалу відбувається в результаті що ріже або дряпає дії твердих тіл і (або) абразивних часток. Ці частки попадають між контактуючими поверхнями зі змащенням або з повітря, а також можуть з'явитися в результаті розвитку інших видів зношування (схоплювання, викрашування, окислювання). Абразивне зношування може мати місце з перевагою процесів окислювання (окислювання і наступне руйнування плівок) і з перевагою механічного руйнування (впровадження абразивних часток) і руйнування поверхні. При окисній формі абразивного зношування коефіцієнт тертя 0,05–0,30 і товщина шару, що руйнується, до 0,1 мм. Абразивне зношування є типовим для багатьох деталей гірських, бурових, будівельних, дорожніх, сільськогосподарських і інших машин, що працюють у технологічних середовищах, що містять абразивні частки (ґрунту і т.д.). Зношування, що відбувається в результаті впливу твердих часток, що захоплюються потоком рідини, називають гідро абразивним зношуванням. Воно має місце, наприклад, у мішалках і пропелерах реакторів, у колесах і корпусах насосів, у шнеках і т.д. Якщо абразивні частки захоплюються потоком газу (наприклад, у димоходах і повітродувках), то викликуване ними зношування називають газо абразивним зношуванням. Ерозійне зношування відбувається в результаті впливу потоку рідини або газу на поверхню.
Під навігаційним зношуванням розуміють зношування поверхні при відносному русі твердого тіла в рідині. В умовах кавітації працюють гребні гвинти, гідротурбіни, деталі машин, що піддаються примусовому водяникові охолодженню, трубопроводи.
Втомлене зношування (контактна утома). Цей вид зношування відбувається в результаті нагромадження ушкоджень і руйнувань поверхні під впливом циклічних контактних навантажень, що викликають появу «ямок» викрашування.
Так, контактну утому можна спостерігати в навантажених зубцюватих і черв'ячних передачах, підшипниках каченя, рейках і бандажах рухливого складу залізничного транспорту і т.д.
Зношування при фретінг-корозії відбувається в болтових і заклепувальних з'єднаннях, посадкових поверхнях підшипників каченя, шестірень, муфт і інших деталей, що знаходяться в рухливому контакті. Достатні для утворення фретінг-корозії навіть досить малі відносні переміщення з амплітудою 0,025 мкм.
Причиною зношування є безперервне руйнування захисної окісної плівки в крапках рухливого контакту.
Зношування при заїданні, при якому має місце явище схоплювання – холодної зварюваності, що супроводжується задирой, що приводить до катастрофічних видів зносу. При цьому відбувається руйнування поверхні і тертьові деталі виходять з ладу. Розрізняють схоплювання I роду і II роду. Холодний задир відбувається при терті з невеликими швидкостями відносного переміщення (до 0,5–0,6 м/с) і питомими навантаженнями, що перевищують σт. при відсутності змащення і захисної плівки окислів. Гарячий задир, навпаки, має місце при терті ковзання з великими швидкостями (>0,6м/с) і навантаженнями, коли в зоні контакту температура різко підвищується (до 500-1500 °С). При схоплюванні I роду коефіцієнт тертя 0,4–0,5 і товщина шару, що руйнується, до 3-4 мм, а при схоплюванні II роду відповідно 0,10-1,0 і до 1,0 м.
Електроерозійне зношування відбувається в результаті впливу, розрядів при проходженні електричного струму. Припустимі види зношування: нормальне окисне й окисна форма абразивного зношування. Неприпустиме руйнування три тертя: схоплювання I і II роду, фретінг-процес, різання (механічна форма абразивного зношування), утома при качанні й інші види ушкодження (корозія, кавітація, ерозія й ін.). Іспит на знос проводять самими різними методами. Випливає при цьому мати на увазі, що іспиту, проведені різними методами, непорівнянні.