5.2. Деформация и изломы элементов оборудования

Деформация и излом возникают при чрезмерном увеличении напряжений в материале конструкции, превосходящих соответственно предел текучести или предел прочности. Различают упругие деформации, исчезающие после снятия нагрузки, и пластические, остающиеся после снятия нагрузки. Остаточные деформации приводят к изменению размеров и конфигурации элементов конструкции.

Изломом называют полное разрушение материала элемента конструкции, приводящее к его расчленению. Изломы разделяют в зависимости от характера нагружения на статический, динамический и усталостный.

При кратковременной однократной нагрузке возникают динамический или статический изломы. Динамический излом происходит при высокой скорости приложения нагрузки, например, поверхностный удар. Изломы при однократном действии нагрузки наблюдаются сравнительно редко. Чаще встречаются усталостные изломы, являющиеся следствием действия переменных напряжений в течение определенного интервала времени.

В процессе работы машин их детали испытывают воздействие циклических нагрузок. Под действием циклической нагрузки в материале детали накапливаются необратимые изменения, обусловливающие возникновение макроскопической трещины, постепенное развитие которой приводит к излому.

Процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящий к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению, получил название - усталость, а способность материала сопротивляться усталостному разрушению принято называть выносливостью. Выносливость зависит от свойств самого материала, максимального напряжения и амплитуды цикла. Усталостные изломы возникают при напряжениях ниже предела текучести.

Зарождению усталостной трещины способствует наличие микродефектов и концентраторов напряжений. Усталостный излом имеет очаг разрушения, зону стабильного развития усталостной трещины и зону долома.

Число циклов напряжений или деформаций, выдержанных изделием до образования усталостной трещины определенной протяженности или до усталостного разрушения, характеризует циклическую долговечность изделия.

Изломы подразделяют на хрупкий и вязкий. Под вязким изломом понимают излом, который происходит при наличии макропластической деформации. Хрупкий излом в отличие от вязкого возникает при отсутствии или при незначительных размерах макропластической деформации.

Причиной хрупкого излома являются низкая пластичность самого материала, мгновенное приложение нагрузки, наличие концентраторов напряжений, хладоломкость материала и др.

5.3. Износ элементов оборудования

При подвижном контакте поверхностей элементов конструкций с твердыми телами, жидкостью или газом возникают силы трения.

Процесс постепенного изменения размеров детали при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала или его остаточной деформации, получил название изнашивания, а результат этого процесса принято называть износом.

Различают изнашивание следующих видов: механическое и молекулярно-механическое.

Механическое изнашивание определяется явлениями чисто механического характера (резание, выламывание частиц, пластическое деформирование и др.). В свою очередь механическое изнашивание подразделяется по механизму изнашивания на следующие подвиды; абразивное и усталостное.

Абразивное изнашивание - механическое изнашивание материала в результате режущего или царапающего действия твердых тел.

Усталостное изнашивание происходит при повторных, достаточно высоких напряжениях, испытываемых одним и тем же объемом материала, прилегающего к поверхности, в результате чего возникают микротрещины, и происходит местное поверхностное выкрашивание материала. Закономерности протекания этого вида изнашивания такие же, как и при усталостном разрушении.

По условиям изнашивания различают механическое изнашивание следующих подвидов: кавитационное, эрозионное, газоабразивное, гидроабразивное и др.

Кавитационное изнашивание происходит при контакте поверхностей деталей с потоком жидкости в условиях кавитации, т.е. когда в потоке жидкости образуются газовые пузырьки, разрушение которых при контакте с поверхностью детали сопровождается гидравлическими ударами.

Эрозионное изнашивание возникает при подвижном контакте поверхностей деталей с потоком жидкости или газа. При наличии в потоке жидкости или газа твердых частиц происходит соответственно гидроабразивное и газоабразивное изнашивание.

Молекулярно-механическое изнашивание также подразделяется на следующие подвиды: адгезионное и тепловое.

Адгезионное изнашивание происходит вследствие молекулярного взаимодействия между контактирующими поверхностями и проявляется в схватывании материалов этих поверхностей, приводящем к появлению на поверхностях рисок, задиров.

Тепловое изнашивание обусловлено нагревом поверхностных участков трущихся поверхностей до высоких температур, приводящим к структурным изменениям в зоне контакта и контактному схватыванию с последующим разрушением мест схватывания.

Интенсивность изнашивания сопряженных поверхностей деталей машин при их относительном перемещении в значительной степени зависит от условий контактного взаимодействия этих поверхностей и, в частности, от характера смазки, контактного давления, скорости скольжения, качества поверхностей трения.

По характеру смазки различают трение следующих видов: жидкостное, когда поверхности трения совершенно отделены друг от друга слоем смазки; трение при неполной или несовершенной смазке, когда трущиеся поверхности частично соприкасаются своими выступами; твердое (сухое) трение, т.е. трение поверхностей без смазки.