Абразивное изнашивание при ударе
Такому разрушению подвергаются детали буровых долот, камне- и рудомелющих агрегатов, породоразрушающий инструмент и др. Ударно-абразивное изнашивание поверхности происходит о монолитный или свободный абразив. Для ударно-абразивного изнашивания характерно образование на поверхности трения лунок в результате локальной или пластической деформации металла. Края лунок образуют те выступы, которые внедряются в сопряженную поверхность и имеют твердость, превышающую твердость металла или имеют наиболее благоприятное расположение своих граней к поверхности детали. При многократном взаимодействии абразива с поверхностью детали лунки углубляются и расширяются. В результате поверхность наклепывается и происходит отрыв от неё частиц. Обычно это происходит у пластичных материалов. Для изнашивания твердых материалов характерно хрупкое выкрашивание. На ударно-абразивное изнашивание влияет природа, геометрическая форма, твердость и хрупкость абразивных частиц, толщина слоя абразива, энергия удара, твердость испытываемого материала, наличие жидкости в зоне удара и др.
Изнашивание от абразивных частиц в потоке жидкости и газа
При допущении, что среда неагрессивная к поверхности, следует различать два случая взаимодействия абразива с материалом.
Удар прямой, угол атаки α = 900. В зависимости от массы частиц, скорости их падения, свойств абразива и физико-механических свойств материала детали возникает упругая деформация, пластическая деформация, хрупкое разрушение, перенаклеп с отделением материала в виде чешуек. Наибольшей износостойкостью при изнашивании твердыми частицами кварца и более твердыми при скорости потока около 100 м/с обладает резина и спеченные материалы, малой износостойкостью – базальт и стекло. Износостойкость углеродистых и инструментальных сталей примерно одинакова и низка.
Косой удар. 0 < α < 900. При углах атаки не выше угла трения на характер повреждения сильно влияет касательная составляющая импульса и сопротивления материала воздействию касательных сил на поверхность. У резины скорость изнашивания уменьшается при увеличении угла атаки до угла трения, а затем становиться постоянной; у других материалов скорость изнашивания может непрерывно возрастать или достигать максимума при некотором угле атаки, а затем убывать. Все зависит от свойств материала.
Изнашивание абразивными частицами в зазоре пары трения
Попавшие в зазоры пар трения абразивные частицы участвуют в восприятии приложенной нагрузки и могут впрессовываться в поверхность трения, раздавливаться на более мелкие фракции, скользить или перекатываться вдоль поверхности изнашивания, упруго и пластически деформирую её.
Абразивные частицы могут попасть в рабочие полости машины из воздуха вместе с горючим, смазочными материалами и др. путями. Из абразивных частиц, попадающих из воздуха, наибольшее изнашивающее действие оказывают частицы кварца, имеющие высокую твердость. Размер их колеблется от 1…30 мкм, и они могут долго находиться в воздухе при его движении. Воздушные фильтры машин задерживают крупные частицы, а мелкие частично попадают в цилиндры двигателей. Считается, что с каждым кубометром воздуха засасывается 5…20 мг пыли. Значительная часть поступивших частиц удаляется с отработанными газами, остальная часть осаждается на стенки цилиндров и проникает во все системы. При этом изнашиваются все пары трения, особенно шейки коленчатых валов, цилиндры и поршневые кольца. Износ пар трения зависит от размеров абразивных частиц. Например, так выглядит зависимость износа газоуплотнительного кольца двигателя при нагрузке 45 л.с. и частоте вращения 2500 мин -1 (Рис 5.4). Из анализа этого графика видно, что если размер абразивной частицы меньше 2 мкм, то они не будут изнашивать детали. Предполагается, что это происходит из-за одинаковой величины толщины граничной пленки смазки и частицы. Абразивный износ может наблюдаться и из-за образования нагара, являющегося продуктами сгорания топлива и масел. При попадании частиц в подшипники с мягким антифрикционным слоем, они впрессовываются в этот слой и ускоряют износ сопряженного вала. Абразивные частицы не оказывают существенного влияния на резиновые подшипники. Податливость резины не позволяет попавшей в зазор частице создать высокое давление, при котором происходит шлифование вала, она может только полировать его. Подобно резине работает и поликапролактам. Для нормальной работы резиновые подшипники смазываются водой, а поликапралоктамовые и водой и маслом.
Рис 5.4 – Зависимость износа газоуплотнительного кольца двигателя от размера абразивных
частиц дорожной пыли