Дослідження схоплювання деталей

Найбільш небезпечним видом зношування деталей машин є схоплювання, яке викликає різке підвищення коефіцієнта тертя між сполученими деталями, що призводить до порушення нормального функціонування трибосистеми. Цей процес розвивається в результаті виникнення локальних металевих зв'язків, їх деформації і руйнування з відділенням частинок металу або налипанням на поверхні контакту. Виникнення металевих зв'язків відбувається при інтенсивному розвитку процесів пластичного деформування.

В результаті проведених електронно-мікроскопічних досліджень деталей, схильних до схоплювання, встановлено, що на їх робочих поверхнях внаслідок інтенсивного розвитку процесів пластичного деформування, руйнування поверхневих плівок при відносному переміщенні сполучених деталей відбувається руйнування поверхневого слова, що має вигляд чергуються надривів, вириваючи, нерегулярних вогнищ налипання і зминання металу у напрямку руху тертя (рис .3.5).

Рисунок. 3.5 - Мікрофотографії поверхонь деталей схильних до схоплюванню

Дослідження втомного зношування

У переважній більшості випадків втомне зношування піддаються деталі автомобільних механізмів, що працюють в умовах тертя кочення, які знаходяться в особливих умовах напруженого стану. Основні характеристики і розвиток втомних пошкоджень визначаються процесами повторної пластичної деформації, зміцненням і зміцненням металу поверхневих шарів, виникненням залишкових напружень та особливими явищами втоми.

Електронно-мікроскопічні дослідження деталей автомобільних механізмів, що працюють в умовах втомного зношування показали, що для зруйнованих поверхонь характерними є виникнення і розвиток мікротріщин, одиничних і групових западин.

Високі локальні циклічні навантаження, процеси зміцнення і знеміцнення і супутні їм окислювальні процеси призводять до зниження втомної міцності матеріалу. При цьому в області контакту можуть виникати втомні тріщини (рис.3.6.).

а) б)

Рис. 3.6 - Втомна тріщина в області контакту колінчастого вала (а) і її поширення в глибину основного матеріалу (б);

Р= 400 МПа; N= 1,5∙10⁶ цикл

На рис. 3.7 представлені мікроструктури ділянок деталі на глибині 90-120 мкм паралельно поверхні тертя. Навантаження 2500 і 4500 Н.

а) б)

Рис. 3.7 - Структура матриці на глибині 90-120 мкм після проходження шляху тертя: а) 1000 м; б) 2000 м при навантаженні 2500 Н, РЕМ, 550.

З наближенням до поверхні структура матриці змінюється. Зруйновані і спотворені фрагменти вихідної структури утворюють нову зернисту структуру, чому сприяють накопичені дефекти. Потім процес руйнування і відновлення повторюється знову. При цьому в напрямку до поверхні починають накопичуватися точкові дефекти. Результати експериментів дозволяють відзначити, що при мало швидкісному терті без змащення формування структури на кожній стадії обумовлено розвитком втомних процесів в умовах об'ємно-напруженого стану та стримування пластичної деформації матриці армуючими елементами. На цьому вказують: характер перерозподілу твердого розчину на основі міді та евтектичною суміші, в першу чергу, інтерметалідів; перебудова кордонів зерен і їх міграція; руйнування зерен і структурування в якісно іншому складі; зростання числа дефектів і їх спрямована міграція.

Втомні процеси при контактній взаємодії навіть в звичайних умовах мають одну особливість - відсутність межі контактної витривалості [10].

Циклічно навантажені матеріали, при роботі в корозійно-активних середовищах також не мають межі витривалості. Тому при терті в цих середовищах буде відбуватися поступове втомна руйнування зони контакту (знос не стабілізується).

При спільній дії нормальної і тангенціальної сили максимум під поверхневих контактних напружень, як і поле дотичних напружень, зсувається в бік руху (приблизно на два радіуса контакту Герца), в той же час максимальні нормальні напруги знаходяться в зоні контакту індентора і контр тіла. Таким чином, утворюється поверхневий (зовнішній) і під поверхневий (внутрішній) активні верстви. Глибина внутрішнього шару залежить в основному від відстані між повторюваними нерівностями і не перевищує полуторного відстані між ними. Максимальна область дотичних напружень розташована на глибині (0,7 - 0,8) а_н (тут а_н - радіус контакту Герца). Руйнування в під поверхневому шарі під дією знакозмінних напружень розвивається як послідовність подій, викликаних втомним процесами: зародження тріщин, зростання тріщин, їх перетин і відшаровування оточених тріщинами обсягів матеріалу. Механізм зародження, зрушування і поширення, поверхневих і під поверхневих тріщин аналогічний відомим дислокаційний механізмам для обсягу матеріалу.