Дослідження абразивного зношування

Багато деталей автомобільних механізмів піддаються абразивному зношуванню вільним абразивом, так як рідко вдається запобігти попадання абразивних частинок в зазор, що утворюється між поверхнями які труться або поверхнями ущільнювачів. Цей вид руйнування також у багатьох випадках обумовлений утворенням в парах тертя продуктів зносу. Абразивну дію також надають тверді структурні складові сполучених поверхонь тертя.

При електронно-мікроскопічному дослідженні деталей, схильних до абразивного зношування, встановлено дві чітко виражені форми прояву абразивних процесів, що відрізняються характером взаємодії частинок з поверхнею металу (рис. 3.8.).

а) б)

Рисунок 3.8 - Мікрофотографії поверхневих шарів деталей машин схильних до абразивного зношування: а - з переважанням механіко хімічного руйнування; б - з переважанням механічного руйнування.

На рис. 3.8, а представлена ​​мікрофотографія поверхні деталі, схильної до абразивного зношування з переважним розвитком механіко-хімічного руйнування, при якому відбувається пластичне деформування поверхневих шарів, їх окислення і подальше руйнування оксидних плівок.

Абразивне зношування з переважанням механічного руйнування деталей машин представлено на рис. 3.8б. Характер пошкодження свідчить про розвиток процесів мікрорізання, деформації та руйнування поверхневих шарів без відділення частинок основного металу.

Дослідження ерозійного зношування

Корозійний вплив робочих середовищ крім стимулювання таких процесів як кавітаційне руйнування, гідро- і газоабразівне зношування викликає ерозію робочих поверхонь. Ці процеси протікають при певних режимах течії середовищ і залежать від швидкостей потоків та перепадів тиску. Цим видам пошкоджень схильні багато деталей трибосистем машин.

Ерозійного пошкодження піддаються ущільнення елементів затворів, клапани голчастого типу, регулюючі клапани золотникового типу і багато інших.

Слід зазначити, що інтенсивність зношування в процесі розвитку ерозійних пошкоджень зростає з підвищенням агресивності корозійного середовища і швидкості потоку, який може викликати пластичне деформування поверхневих шарів деталей, зародження мікро тріщин з подальшим їх розвитком, що ініціює процеси руйнування. Механізм розвитку ерозійного зношування в результаті дії потоку корозійно-агресивного середовища представлений на рис. 3.9. Для зниження інтенсивності ерозійного зношування деталі з легованих сталей (38ХНЗМФА, 30ХНМ8 і ін.) Виготовляють з твердих сплавів на основі карбідів вольфраму і хрому.

Одним з широко поширених видів зношування деталей вузлів тертя автомобільних механізмів є фреттинг-корозія.

Рисунок 3.9 - Механізм розвитку ерозійного зношування в корозійної середовищі.

Дослідження зношування внаслідок фреттинг-корозії

Відомо, що контакт твердих тіл дискретний і складається з системи окремих ділянок безпосереднього зіткнення. В процесі фреттинг відбувається пружно-пластичне деформування мікронерівностей поверхні, яка формує хвилю деформації - напруги, що поширюється в активному шарі матеріалу. Характеристики хвильового фронту (амплітуда напружень, частота) залежать від характеру ударно-деформаційних процесів на мікроконтактах.

Механічні явища, притаманні фреттинг-корозії, супроводжуються різними хімічними процесами. Будучи пов'язаними зі змінним напругою (змінне навантаження, знакозмінні прослизання), це явище на додаток до звичайної об'ємної втоми викликає поверхневу втому. Фреттинг-корозія не тільки знижує втомну міцність, але і погіршує якість поверхонь деталей, порушує надійність контактів.

Фреттинг-корозії схильні вали автомобільних двигунів в місцях посадки підшипників, деталі кривошипно-шатунного механізму поршневих двигунів, різні шліцьові, болтові, шпонкові та інші сполуки. Зовнішній вигляд деталей машин та конструкцій, що працюють в умовах фреттінг- корозії, представлений на малюнку 3.10 - 3.12.

Рисунок 3.10 - Області фреттинг - зносу і фреттинг - корозії на посадочних поверхнях бандажа (рис. А) і осі fо (рис. Б) вала, відпрацьованого N = 5,6 х 106 циклів навантаження при максимальному натягу Δ = 0,00111

Слід зазначити, що процеси фреттинг-корозії розвиваються не тільки в сполученнях без мастильного матеріалу, але і в умовах змащення, а також не тільки в рухливих з'єднаннях, а й в непрацюючих вузлах і з'єднаннях автомобільних механізмів і конструкцій.

А В С

Рисунок 3.11 - Фреттинг-контакт кульки з площиною. Початкова амплітуда прослизання А₀ = 3 мкм, кінцева А_к = 10 мкм. А - 0,3 ∙ 10⁵, В - 10 ∙ 10⁵, С - 40 ∙ 105 циклів.

А В С

Рисунок. 3.12 - Фреттинг - разрушение отожженной стали 30ХГСА в контакте с шариком ШХ 15 диаметром 12,7 мм.

А – початок фрикційного взаємодії в зоні щеплення;

В – перехід від зони зчеплення до прослизання;

З – пластичне деформування за межами плями контакту.

РОЗДІЛ 4. ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ВІДНОВЛЮВАЛЬНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЗНОСОСТІЙКИХ ПОКРИТТІВ