Коэффициент износа по Рабиновичу

Условия	Металл по металлу		Неметалл по неметаллу
	Одноименные	Разноименные
Сухие поверхности	5 10-3	1 10-4	5 10-6
Бедная смазка	2 10-4	1 10-4	5 10-6
Средняя смазка	1 10-5	1 10-5	5 10-6
Обильная смазка	1 10-6	1 10-6	1 10-6

Интенсивность износа возрастает по мере увеличения давления, зачем падает и далее вновь несколько увеличивается.

Изучая продукты износа, Дис показывает, что снижение износа связано с образованием окиси Fе₂0з, которая предохраняет поверхность от повреждения.

О том, что а-Fe₂O₃ может являться смазкой, известно давно. Специалисты по синтетическим фрикционным материалам охотно применяют сурик в качестве ингредиента при изготовлении тормозных накладок.

Исследованиями английских ученых установлено, что Fe₃O₄ является весьма эффективным смазочным веществом. Уменьшение износа может происходить не только потому, что пленка является смазкой, но и потому, что образующаяся хрупкая пленка, разрушаясь при скольжении, блокирует разрушение в тонком поверхностном слое.

Влияние скорости скольжения в большей мере может быть учтено изменением механических свойств материалов с температурой: модуля упругости – для упругого контакта и соответственно твердости для пластического контакта, которые влияют на величину сближения и площадь касания и соответственным образом изменяют износостойкость.

3. Усталостная теория износа

В настоящее время мы располагаем большим количеством работ, посвященных влиянию отдельных факторов на износ. В связи с этим назрела необходимость сформулировать некоторые общие концепции, раскрывающие природу износа, и на их основе построить расчетные зависимости, позволяющие управлять процессом износа. Одной из таких концепций является усталостная теория износа. Дадим краткое ее изложение. Более подробные сведения можно найти в работах /42-49/.

Две прижатые одна к другой поверхности скользят. Мы знаем, что контакт дискретен — взаимодействуют отдельные точки, расположенные в зонах контурных площадей. В зависимости от глубины внедрения и состояния поверхностей могут иметь место все описанные выше пять видов нарушения фрикционных связей. Однако если скольжение осуществляется без задиров и непосредственного резания поверхностей, то 5-й и 3-й случаи нарушения фрикционных связей можно не рассматривать.

Для нормального скольжения необходимо обеспечить положительный градиент механических свойств по глубине. Это возможно только при образовании на поверхностях пленок, которые предохраняют основной материал от прямого соприкосновения. Пленка, разделяющая поверхности, является совершенно обязательным условием скольжения. Если ее нет, неминуемо глубинное вырывание.

В условиях сухого трения пленка окисла, которая возникает на поверхности, увеличивается по толщине до определенной величины, отшелушивается, растет снова и т. д. Эта пленка вступает в молекулярное взаимодействие с пленкой другой поверхности. Пленки защищают основной материал от глубинного вырывания, однако не защищают основной материал от деформации, которую он испытывает при скольжении по нему внедрившегося выступа. Каждый выступ гонит перед собой волну, деформируя материал. Он сжимает его перед индентором, растягивая его на некотором расстоянии впереди индентора (гребень волны) и значительно его растягивая за индентором (за счет силы трения). Таким образом, каждое сечение истираемого тела последовательно подвергается сжимающим и растягивающим напряжениям. Этот эффект был впервые детально описан и экспериментально зафиксирован А.С. Радчиком и В.С. Радчиком /50/, констатировавшими изменение знака деформации истираемого образца в контактной зоне.

Повторно действующая нагрузка на поверхность, если она даже достаточно мала, может привести к усталостному разрушению поверхности. Металл (да и любые другие твердые тела) никогда не бывает однороден. Усталостные трещины возникают на дефектах, всегда имеющихся в твердом теле. Они связаны как со структурой металла (вакансии в кристаллической решетке, границы блоков), так и со следами обработки — царапинами и, наконец, с металлургическими дефектами — усадочными порами, газовыми пузырями, включениями шлака, резкой неоднородностью размеров кристаллов, различием в твердости и др. Трещины, постепенно смыкаясь, могут привести к образованию частицы износа и, наконец, если индентор погрузится на глубину, превышающую порог внешнего трения, то будет наблюдаться процесс микрорезания, съем стружки.

В общем случае износ может возникать в результате усталости основного материала отшелушивания пленки окисла (тоже по существу усталостного процесса). К сожалению, мы не располагаем достаточными данными о способности пленок окислов противостоять повторным воздействием.

Если имеется пленка смазки, то усталостное разрушение все равно может иметь место, так как смазка не устраняет нагрузку на поверхность, а лишь выравнивает ее. Весьма важным является то обстоятельство, что при смазке снижается сила трения, а следовательно, растягивающее напряжение, от которого в основном зависит усталостное разрушение.

Для подтверждения возможности чисто усталостного износа без режущего действия неровностей контртела были поставлены Г. М; Харачем следующие два эксперимента. На фрикционном циклометре осуществлялся износ кадмиевого покрытия, нанесенного на металлическую пластинку стальным шариком диаметром 2 мм, при контактном давлении по Герцу 7000 кГ/см². В первом случае обеспечивался непосредственный контакт шарика с покрытием; при этом частицы износа появлялись на 140—160-м цикле. Во втором случае между индентором и покрытием прокладывалась бумажная калька и число циклов возросло примерно в 10 раз и составило 1200-1400 циклов. Естественно, что число циклов возросло, так как величина растягивающих напряжений, действующих на кадмий, вследствие наличия бумажной кальки уменьшилось. Если бы кальку смазать со стороны индентора каким-либо маслом, то, вероятно, число циклов возросло бы еще более. Прямые наблюдения по разрушению материала в результате передеформирования были осуществлены С.Л. Наумовым /51/ и И.В. Южаковым /52/.

Наумов исследовал воздействие отдельной частицы на изнашиваемую поверхность. Он широко варьировал отношения твердостей поверхности и абразивной частицы. Это отношение (К₁) изменялось от 0,1 до 60. При К₁<1 имеет место абразивный износ, который, как он выяснил, происходит в основном из-за усталостного разрушения поверхностного слоя. При К₁>1 износ происходит в основном в результате сдирания пленки, образующейся на поверхности. Проводя испытания в водных растворах различного состава, оцениваемых им по концентрации водородных ионов рН, изменяемой от 1 до 13, Наумов при трении текстолита о металл (К₁ > 10) получил данные.

Как видим, наибольшую износостойкость в кислых средах (концентрация менее 7) имеет хромированная сталь, наименьшую — сталь 45. В щелочных средах это различие сглаживается, поскольку там отсутствует легко сдирающаяся пленка окисла.

И.В. Южаков отчетливо показал, что при царапании абразивом металла имеет место не только образование микростружек, но и наличие пластически деформированных микрообъемов, образование трещин и разрывов, т. е. образование зоны предразрушения, которая при повторных воздействиях приводит к отделению материала.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. С.С. Воюцкий. О роли диффузии в явлениях адгезии высокополимеров друг к другу / С.С. Воюцкий, А.И. Шаповалов, А.П. Писаренко. М.: ДАН СССР, 1955. Т. 105. № 5.

С. 1000-1002.

2. Адгезия: сб. науч. тр. /под. ред. Н. Дейбрена и Р. Гувиника. М.: Изд-во иностр. лит., 1954. 584 с.

3. Афанасьев Н.Н. Статистическая теория усталостной прочности металлов / Н.Н. Афанасьев. Киев: Изд-во АН УССР, 1965.

4. Айнбиндер С.Б. О возникновении сцепления металлов при совместной пластической деформации / С.Б. Айнбиндер, Э.Ф. Клокова // ЖТФ. 1955. Т. 25. Вып. 13.

С. 2356-2364.

5. Семенов А.П. Исследование схватывания металлов при совместном пластическом течении / А.П. Семенов. М.: Изд-во АН СССР, 1953. 120 с.

6. Упит Г.П. Сцепление металлических поверхностей при совместной пластической деформации / Г.П. Упит. // Изв. АН Латв. ССР. сер. Физика, 1958. № 1 (126). С. 95-106.

7. В.Ф. Лоренц. Износ деталей сельскохозяйственных машин / В.Ф. Лоренц. Машгиз, 1948. 100 с.

8. Зайцев А.К. Основы учения о трении, износе и смазке машин / А.К. Зайцев. М.- Л.: Машгиз, 1947. С. 256-226.

9. Костецкий Б.И. Сущность явлений трения и износа в деталях машин. Трение и износ в машинах / Б.И. Костецкий // Труды II всесоюз. конф. по трению и износу в машинах. М.: Изд-во АН СССР, 1951. Т. 4. С. 201-208.

10. Сороко-Новицкая А.А. Сопротивление абразивному изнашиванию углеродистых сталей / А.А. Сороко-Новицкая, М.М. Хрущов //Изв. АН СССР. сер. ОТН. 1955. № 12. С. 35-47.

11. Швецова Е.Н. Классификация видов разрушения поверхности деталей машин в условиях сухого и граничного трения / Е.Н. Швецова, И.В. Крагельский // Трение и износ в машинах: сб. науч. тр. М.: Изд-во АН СССР, 1953. № 8.

С. 18-38.

12. Замоторин М.И. Износ углеродистых сталей в зависимости от условий термической обработки и твердости / М.И. Замоторин // Институт механизации сельского хозяйства.

Л.: Сельхозгиз, 1930. 54 с.

13. Кащеев В.Н. О зависимости износостойкости металла в абразивной потоке от его поверхностной твердости, возникающей в процессе механической обработки / В.Н. Кащеев // Изв. вузов. сер. Физика, 1959. № 5. С. 58—63.

14. Клейс И. Об изнашивании металлов в абразивной струе / И. Клейс // Труды Таллин. политех. ин-та. 1959. сер. А. № 168. 27 с.

15. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела / В.Д. Кузнецов. Томск: Красное знамя, 1947. Т. 4. 542 с.

16. Лоренц В.Ф. Износ деталей сельскохозяйственных машин / В.Ф. Лоренц. Машгиз, 1948. 100 с.

17. Львов П.Н. Абразивный износ и защита от него / П.Н. Львов. М.: ЦБТИ, 1959. 55 с.

18. Тененбаум М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин при абразивном изнашивании / М.М. Тененбаум. М.:Машиностроение, 1966. 280 с.

19. Кислик В.А. Износ деталей паровозов / В.А. Кислик. М.: Трансжелдориздат, 1948. 332 с.

20. Полосаткин Г.Д. Материалы по физике износа и трения / Г.Д. Полосаткин. // ЖТФ 1946. Т. 16. Вып. 12.

21. Кащеев В.Н. Исследование наростов, образующихся при трении сплавов / В.Н. Кащеев //Труды Сибир. физ.-техн. ин-та. Томск: СФТИ. 1947. Вып. 24. С. 112-117.

22. Кузнецов В.Д. Наросты при резании и трении / В.Д. Кузнецов. М., Гостехтеориздат, 1956, 284 с.

23. Честнов А.Л. Новый метод исследования износостойкости материалов для калибров / А.Л. Честнов // Трение и износ в машинах: сб. науч. тр. М. — Л.: Изд-во АН СССР, 1950. № 6. С. 13—23.

24. Козырев С.П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации / С.П. Козырев. М.:Машиностроение, 1964. 139 с.

25. Крагельский И.В. О расчете трущихся сочленений на износ при микрорезании, пластическом и упругом контактах / И.В. Крагельский. // Трение твердых тел: сб. науч. тр. М.: Наука, 1964. С. 100—111.

26. Ребиндер П.А. Абсорбционные слои и их влияние на свойства дисперсных систем / П.А. Ребиндер //Изв. АН СССР. сер. Химия. 1936. № 5. С. 639— 706.

27. Резниковский М.М. Особенности механизма истирания высокоэластичных материалов / М.М. Резниковский, Г.И. Бродский // Фракционный износ резин: сб. науч. тр. М. —Л.: Химия, 1964. С. 21—30.

28. Давиденков Н.Н. Динамическое испытание металлов / Н.Н. Давиденков. ОНТИ, 1936. 394 с.

29. Конвисаров Д.В. Трение и износ металлов / Д.В. Конвисаров. М. – Свердловск: Машгиз, 1947. 184 с.

30. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика — новая область науки / П.А. Ребиндер. М.: Знание, 1958. 64 с.

31. Ребиндер П.А. Влияние поверхностно-активной среды на граничное трение и износ / П.А. Ребиндер, Г.И. Епифанов // Развитие теории трения и изнашивания: сб. науч. тр. М.: Изд-во АН СССР, 1957. С. 47—58.

32. Ребиндер П.А. Физико-химические основы явлений износа трущихся поверхностей и смазки при высоких давлениях / П.А. Ребиндер, Н.Н. Петрова // Труды I Всесоюз. конф. по трению и износу в машинах. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1939.

Т. I. С. 484—504.

33. Ткачев В.Н. Износ и повышение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин / В.Н. Ткачев. М.: Машиностроение, 1964. 167 с.

34. Тененбаум М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин при абразивном изнашивании / М.М. Тененбаум. М.: Машиностроение, 1966. 280 с.

35. Кащеев В.Н. Абразивное разрушение твердых тел: автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук. Томск, 1963.

36. Гутерман В.М. Влияние микроструктуры на износостойкость углеродистых сталей при абразивном изнашивании / В.М. Гутерман, М.М. Тенненбаум // Металловедение и обработка металлов. 1956. № 11. С. 15—22.

37. Серник Н.М. Влияние термической обработки на износостойкость стали в грунтовой массе / Н.М. Серник, М.М. Кантор //Металловедение и термическая обработка металлов. 1958. № 7. С 46-49.

38. Колееов В.Г. Износостойкость наплавочных сплавов при работе в абразивной среде / В.Г. Колееов // Сварочное производство. 1960. № 11. С. 20—24.

39. Горин Д.И. К вопросу увеличения износостойкости шарнира гусеничной цепи трактора ДТ –54 / Д.И. Горин. // Сб. докл. II Белорус. науч.–производст. конф. Минск: Госиздат БССР, 1955. С. 208-220.

40. Гутерман В.М. Влияние микроструктуры на износостойкость углеродистых сталей при абразивном изнашивании / В.М. Гутерман, М.М. Тенненбаум //Металловедение и обработка металлов. 1956. № 11. С. 15—22.

41. Саар Б. Исследование изнашивания в массе уплотненного абразива / Б. Саар, X. Лепиксон // Труды Таллин. политех. ин-та. Таллин, 1965. Сер. А. № 219. С. 27—42.

42. Воробьев Е.И. К вопросу об износостойкости и проектировании кулачковых механизмов / Е.И. Воробьев. // Анализ и синтез машин-автоматов: сб. науч. тр. М.: Наука, 1965. С. 49—61.

43. Воробьев Е.И. Влияние параметров кулачкового механизма на износ профиля кулачка в условиях пластического контакта / Е.И. Воробьев. М.: Машиноведение, 1965. № 3.

С. 50—55.

44. Крагельский И.В. Об усталостной природе износа твердых тел / И.В. Крагельский //Вопросы механической усталости: сб. науч. тр. М.: Машиностроение, 1964. С. 355—369.

45. Крагельский И. В. Об усталостном механизме при упругом контакте / И.В. Крагельский, Е.Ф. Непомнящий. М.: Механика и машиностроение, 1963. № 5. С. 190—195.

46. Крагельский И.В. Теория износа высокоэластичных материалов. Пластмассы в подшипниках скольжения / И.В. Крагельский, Е.Ф. Непомнящий. М.: Наука, 1965. С. 49—56.

47. Крагельский И.В. Усталостный износ и краткая методика аналитической оценки величины износа поверхностей трения при скольжении / И.В. Крагельский, Г.М. Харач, Е.Ф. Непомнящий. М.: Научный Совет по трению и ИМАШ, 1967. 18 с.

48. Крагельский И.В. Влияние неустановившихся режимов нагружения на износ / И.В. Крагельский, Г.М. Харач, Е.Ф. Непомнящий // Теория трения и износа: сб. науч. тр. М.:Наука, 1965. С. 128—132.

49. Ратнер С.Б. О связи износа с термохимической стабильностью полимеров / С.Б. Ратнер, Е.Г. Лурье // Высокомолекулярные соединения. 1966. № 1. С. 88—94.

50. Радчик А.С. О деформации поверхностных слоев при трении скольжения / А.С. Радчик, В.С. Радчик. ДАН СССР. 1958. Т. 119. № 5. С. 933—935.

51. Наумов С.Л. Исследование сопротивления металлов абразивному изнашиванию / С.Л. Наумов. Киев: Редиздат КИГВФ, 1960. 24 с.

52. Южаков И.В. Исследование процессов изнашивания металлов при трении о грунт / И.В. Южаков // Труды Харьк. автодорожного ин-та. Харьков, 1959. вып. 22. С. 14.

СОДЕРЖАНИЕ