Адгезионное (молекулярно-механическое) изнашивание.
Адгезионное изнашивание возникает в результате взаимодействия поверхностей трения, с образованием адгезионных связей между ними. В локальных зонах фактического контакта под действием нормальных, тангенциальных сил и температуры разрушаются смазочные слои, пленки адсорбированных на поверхности веществ и оксидов. Молекулярное (адгезионное) взаимодействие на локальных участках чистых поверхностей превосходит прочность связи между отдельными элементами материала. Образовавшееся адгезионное соединение прочнее менее прочного материала пары и происходит когезионное разрушение его поверхностного слоя.
Результатом адгезионного взаимодействия трущихся тел является разрушение подповерхностных слоев материалов, фрикционный перенос частиц износа. При некоторой интенсивности адгезионного взаимодействия возможно заедание, возникновение "холодной сварки".
Величина адгезионного взаимодействия зависит от особенностей электронного строения контактирующих тел, концентрации валентных электронов, плотности свободных электронов на поверхности раздела, количества дефектов кристаллической решетки, наличия полярных групп в полимерных материалах и других факторов.
В настоящее время не существует теории адгезии, позволяющей расчетным путем с достаточной точностью прогнозировать силу адгезионного взаимодействия. Поэтому для оценки величины адгезионного износа пользуются приближенными расчетными зависимостями.
Согласно модели Арчарда величина адгезионного износа V зависит от нормальной нагрузки N, определяющей площадь фактического контакта, на которую действуют упругие напряжения и деформации:
, (10.1)
где К - коэффициент адгезионного износа; Н - твердость более мягкого материала; S - путь трения; N - нормальная нагрузка.
Величина износа зависит не только от нагрузки, твердости материалов и пути трения, но и от топографии поверхности, действующих температур, физико-механических свойств приповерхностных слоев, состава смазочных материалов и окружающей среды.
Изнашивание при фреттинг-коррозии.
Изнашивание при фреттинге возникает в результате малых колебательных, возвратно-поступательных перемещениий с амплитудами от нескольких единиц до сотни микрометров.
Повреждения поверхностей трения в этом случае напоминают точечную коррозию и концентрируются на небольших участках.
Трибосопряжения, подверженные фреттингу в коррозионно-активной среде, изнашиваются наиболее интенсивно в результате фреттинг-коррозии.
Изнашивание в результате фреттинг-коррозии имеет двухстадийный характер.
На первой стадии трение упрочняет микровыступы взаимодействующих поверхностей в местах их фактического контакта. Одновременно разрушаются оксидные пленки, и увеличивается межатомное взаимодействие ювенильных поверхностей. Вследствие разрушения узлов схватывания и усталостного повреждения неровностей образуются продукты изнашивания, и формируется коррозионно-активная среда.
На второй стадии изнашивания преобладают коррозионно-усталостные разрушения, приводящие к увеличению интенсивности изнашивания.
На фреттинг-коррозию существенное влияние оказывают амплитуда относительного скольжения, величина контактного давления, частота колебаний, число циклов нагружений, состав внешней среды, температура. Интенсивность разрушения поверхностей также зависит от склонности к разупрочнению поверхностных слоев и их разрыхлению вследствие электрохимического, коррозионно-усталостного, знакопеременного, циклического деформирования.
На интенсивность изнашивания существенно влияет и коррозионная активность окружающей среды. Например, износ в воздушной среде и в среде кислорода выше, чем в вакууме, азоте и других газах. Разрушение открытых поверхностей идет более интенсивно в зимнее время. По мере снижения температуры скорость изнашивания увеличивается.
Изнашивание при фреттинг-коррозии, как правило, возникает в заклепочных, болтовых, шлицевых, шпоночных, штифтовых соединениях, при прессовых посадках деталей, в стальных канатах, шарнирах, соединениях муфт, рессорах, клапанах, регуляторах электрических контактов, несущих элементах вертолетов и самолетов, деталях газотурбинных двигателей.