Коррозионно-механическое изнашивание
К коррозионно-механическому изнашиванию относят окислительное изнашивание и изнашивание при фреттинг-коррозии.
Окислительное изнашивание называют изнашивание, при котором основное влияние на разрушение поверхности имеет химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой.
Окислительное изнашивание возникает при трении качения без смазочного материала, а также при трении со смазочным материалом.
Скорость окислительного изнашивания невелика и составляет 0,05—0,1 мкм/ч. Процесс окислительного изнашивания активизируется с повышением температуры, особенно во влажной среде
Изнашивание при фреттинг-коррозии называется коррозионно-механическое изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях.
Изнашивание при фреттинг-коррозии отличается от изнашивания при фреттинге.
Основное отличие заключается в том, что изнашивание при фреттинге происходит в отсутствии окисляющей окружающей среды без проявления химической реакции материалов деталей и продуктов износа с кислородом.
Необходимым условием возникновения фреттинг-коррозии является относительное проскальзывание сопряженных поверхностей, которое может быть вызвано вибрацией, возвратно-поступательным перемещением, периодическим изгибом или скручиванием сопряженных деталей.
Изнашивание при фреттинг-коррозии влечет за собой
–нарушение размерной точности соединения (если часть продуктов износа находит выход из зоны контакта)
–либо заедание и заклинивание разъемных соединений (если продукты износа остаются в зоне трения).
Для фреттинг-коррозии характерно следующее:
–малые скорости (около 3 мм/с) относительного перемещения поверхностей и путь (0,025 мм) трения, эквивалентный амплитуде колебаний, при частоте колебаний до 30 Гц и выше;
–локализация повреждений поверхности на площадках действительного контакта вследствие малых относительных смещений; активное окисление и интенсификация разрушения поверхностей под действием кислорода воздуха.
В условиях трения без смазочного материала процесс изнашивания при фреттинг-коррозии можно разделить на три этапа.
Первый этап, когда вследствие циклически повторяющихся колебательных относительных перемещений контактирующих поверхностей под действием высоких нагрузок происходит разрушение выступов и окисных пленок.
Идет процесс упрочнения материалов и пластического деформирования выступов микронеровностей, вызывающего сближение поверхностей.
Разрушение вследствие усталости выступов и узлов схватывания порождает продукты износа, часть которых окисляется.
Для этого этапа характерен повышенный износ с монотонно убывающей скоростью изнашивания.
Второй этап, когда в поверхностных слоях накапливаются усталостные повреждения. В зоне трения формируется коррозионно-активная среда под действием кислорода воздуха и влаги.
Между поверхностями создается электролитическая среда, интенсифицирующая процесс окисления металлических поверхностей, а также процесс коррозионного разрушения.
Для этого этапа характерна стабилизация процесса изнашивания, уменьшение скорости изнашивания по сравнению со скоростью изнашивания на первом этапе.
Третий этап, когда вследствие усталостных коррозионных процессов разупрочненные поверхностные слои металлов начинают интенсивно разрушаться с постепенно возрастающей скоростью. Процесс имеет коррозионно-усталостный характер разрушения.
Интенсивность разрушения поверхностей при фреттинг-коррозии зависит от амплитуды и частоты колебаний, нагрузки, свойств материалов деталей и окружающей среды.
Для возникновения фреттинг-коррозии достаточно колебательных перемещений поверхностей с амплитудой скольжения а = 8 • 10-7 мм.
С увеличением амплитуды скольжения износ поверхностей возрастает прямо пропорционально (рис. 5.16).
Рис. 5.16. Зависимость объемного износа Иν при фреттинг-коррозии от амплитуды скольжения а поверхностей из низкоуглеродистой стали по дюралюминию при нагрузке N = 190 Н и числе циклов нагружения nц = 106.
Рис. 5.17. Типичная зависимость износа при фреттинг-коррозии от номинального давления ра
С повышением частоты колебаний поверхности трения фреттинг-износ деталей, работающих в воздушной среде, убывает. Это связано с тем, что при уменьшении периодичности нагружения увеличивается усталостная долговечность металлов.
При определенном значении частоты колебаний износ стабилизируется.
С возрастанием давления до определенной величины износ при фреттинг-коррозии увеличивается (зона Ι) , а затем уменьшается (зона ΙΙ) по экспоненциальной зависимости (рис. 5.17).
В воздушной среде износ больше, чем в жидких средах.
С уменьшением чистоты обработки поверхности ее износостойкость в условиях фреттинг-коррозии в присутствии смазочного материала повышается. Это объясняется тем, что микронеровности поверхности образуют естественные резервуары, служащие для накопления и сохранения смазочного материала в процессе работы.
Для снижения интенсивности разрушения поверхностей при фреттинг-коррозии рекомендуется применять смазочные материалы. Для этой цели чаще применяют пластичные смазочные материалы.
Широкие возможности для предотвращения изнашивания при фреттинг-коррозии дает подбор пар коррозионно-стойких материалов контактирующих деталей.