Изменения топографии поверхностей.
Во всех трибомеханических системах, где имеет место контакт поверхностей твёрдых тел в относительном движении, можно ожидать изменений топографии поверхностей при функционировании системы.
Эти изменения могут быть вызваны двумя причинами:
пластической контактной деформацией
процессами изнашивания.
Рассмотрим сначала изменения топографии поверхности вследствие пластической контактной деформации.
Тип контактной деформации определяется показателем пластичности ψ.
, (1)
Где Е – приведённый модуль упругости;
Н – твёрдость;
σ* - среднеквадратичное отклонение распределения максимальных высот;
β – средний радиус неровностей.
При ψ<0,6 пластическая контактная деформация мала.
При ψ>1 следует ожидать остаточных изменений топографии поверхности вследствие пластического трения неровностей.
В общем случае изменения топографии поверхности вследствие изнашивания могут иметь нейтральное, благоприятное, вредное или катастрофическое влияние на функциональное поведение трибомеханической системы в целом.
Благоприятное влияние изменений топографии поверхности приводит к хорошо известному процессу приработки поверхностей подшипника.
Изменения состава поверхностей.
Эти, вызванные трибологическими процессами, изменения структуры механической системы чрезвычайно важны с теоретической и экспериментальной точек зрения.
Теоретически очень трудно разработать модели фактического динамического состава трибологически нагруженных поверхностей вследствие их природы и сложности трибологических взаимодействий материалов, смазки и атмосферы.
Экспериментально обычно невозможно изучить «на месте» действительный состав контактирующих поверхностей из-за недоступности поверхности раздела.
В последние годы достигнут некоторый прогресс благодаря применению новых физических методов анализа поверхностей, таких как оже-электронная спектроскопия или электронная спектроскопия для химического анализа.
Изменения прочностных свойств поверхности.
Возможны два изменения прочностных свойств взаимодействующих движущихся поверхностей под влиянием трибологических процессов;
повышение прочности вследствие «деформационного упрочнения» за счёт контактных напряжений и образования полей внутренних напряжений;
снижение прочности вследствие «смягчающего» влияния фрикционного нагрева на поверхности раздела контактирующих тел.
В этой связи возникает вопрос о соответствующих трибологических прочностных свойствах. Из рассмотрения различий попыток установить связь между изнашиванием и механическими свойствами без учёта адгезионных «взаимодействий» и трибомеханических реакций следует, что многие параметры можно выразить через отношение модуля упругости Е к твёрдости Н.
Выше уже объяснялось, что отношение Е/Н составляет часть показателя пластичности ψ, являющегося удовлетворительным критерием, позволяющим определить характер процесса контактной деформации. По этой причине здесь достаточно ограничиться рассмотрением вызванных трибологическими процессами изменений Е и Н.
Модуль упругости Е поликристаллического металла можно считать в физическом смысле «структурно зависимым свойством», слабо зависящим от дефектов, примесей, температуры и скорости деформации.
Напротив, твёрдость Н материалов можно считать явным «структурно зависимым свойством».
Эта твёрдость, возможно, является наиболее подходящим прочностным свойством, характеризующим изменения прочности поверхности под действием трибологических процессов.
Необходимо отметить, что отношение Е/Н используется в неравенстве, с помощью которого определяется средний диаметр частиц износа в нанометрах:
, (2)
где Е – модуль упругости, а Н – твёрдость на выдавливание.