3.2 Краткая характеристика основных видов изнашивания

Под изнашиванием понимают процесс разрушения и отделения материала с поверхности твёрдого тела или накопления его остаточной деформации при трении, проявляющейся в постепенном изменении размеров и формы тела. Износ есть результат изнашивания, определяемый в единицах длинны, объёма, массы.

Изменения на поверхностях трения обязаны деформации, повышению температуры и химическому действию окружающей среды. В процессе трения и износа деталей машин протекают сложные взаимосвязанные физические, химические и механические явления.

Рассмотрим основные виды изнашивания и условия их реализации.

Абразивное изнашивание относится к механическому разрушению трущихся поверхностей, возникающему в результате режущего или царапающего действия твёрдых частиц.

Характерным условием абразивного изнашивания является повышенная твёрдость изнашивающего тела - частицы минерального происхождения, наклёпанные металлические частицы износа, твёрдые структурные составляющие материала, оксидные плёнки. Также проявляется влияние химической природы абразива и изнашиваемого материала. Твёрдые частицы имеют различные форму, грани и ориентацию к изнашиваемой поверхности. На изнашивающейся поверхности остаются следы (риски, канавки, царапины), как результат микрорезания, снятия стружки, пластического деформирования. Абразивное воздействие оказывают твёрдые частицы в потоке жидкости, газа, воздуха при попадании на твёрдое тело. Возникновение трения и удара в месте контакта приводят к ударно-абразивному, ударно-гидроабразивному, ударно-усталостному, ударно-тепловому разрушению.

Коррозионно-механическое изнашивание возникает при трении материалов, вступающих в химическое взаимодействие с окружающей средой. Могут иметь место также электротехнические процессы. Изнашивание в этом случае происходит под влиянием одновременно протекающих процессов поверхностного разрушения от механического и коррозионного факторов. Интенсивность коррозионно-механического изнашивания зависит от природы контактирующих материалов, их коррозионной стойкости, состава окружающей среды, от взаимодействия материалов со средой, смазочными материалами и с активными компонентами (присадками).

Существует оптимум количества применяемой присадки, отклонение от которого приводит к повышению интенсивности изнашивания, Интенсивность окислительного изнашивания зависит от толщины и прочности оксидной плёнки.

Существенно влияет на процесс изнашивания водород. Он выделяется из материалов трущихся тел, смазочных материалов, топлива, паров воды, пластмасс, окружающей среды и увеличивает интенсивность изнашивания. Возникает охрупчивавие и образуется мелкодисперсный порошок.

Адгезионное изнашивание возникает вследствие действия межповерхностных сил, молекулярного сцепления, образования адгезионных связей между касающимися поверхностями. Под адгезией понимают слипание соприкасающихся поверхностей разнородных твёрдых или жидких тел. Адгезионные взаимодействия вызывают подповерхностное разрушение трущихся материалов, появление заедания, возникновение холодной сварки, повышенные значения интенсивности изнашивания и сил трения. Сила адгезионного взаимодействия зависит от степени очистки поверхностей от адсорбированных слоев, загрязнений, наличия смазочных веществ.

Одной из разновидностей адгезионного изнашивания является изнашивание при заедании. Это наиболее опасный вид разрушения трущихся поверхностей, возникающий в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса материала с одной поверхности на другую, разрушающего воздействия образовавшихся неровностей. Заедание проявляется в виде глубоких борозд, вырывов, наростов, рисок, оплавлений. Изнашивание при заедании может иметь лавинный, катастрофический характер и приводить к полному выходу узла трения из строя.

Адгезионное изнашивание часто возникает при недостаточном количестве и при отсутствии смазочного материала, в случаях разрушения загрязнений, адсорбированных плёнок, оксидов. В практике встречается во многих узлах трения - опорах скольжения и качения, в зубчатых передачах, муфтах, направляющих, кулачковых механизмах, при механической обработке материалов.

Усталостное изнашивание возникает в результате повторного деформирования микрообъёмов материала, вызывающего возникновение трещин и отделение частиц материала. Циклически изменяющиеся контактные напряжения вызывают поверхностное разрушение в виде ямок выкрашивания (питтинг), трещин, осповидного изнашивания, отслаивания. Образующиеся раковинки с диаметром от сотых долей миллиметра до нескольких миллиметров увеличиваются в процессе работы узла трения, возникает шелушение поверхности. Появление усталостного изнашивания - выкрашивания - приводит к усилению вибрационно-акустической активности механизмов.

В некоторых условиях эксплуатации развиваются глубинные усталостные трещины, вызывающие отслаивание. Трещины возникают под упрочнённым поверхностным слоем и при этом отделяются крупные частицы разрушенного материала, уменьшается площадь контактирующей поверхности, возникают концентраторы напряжений.

Усталостное разрушение поверхностных слоев материалов в виде выкрашивания возникает в хорошо смазывающихся механизмах, трущиеся сопряжения которых работают в режимах кинематического качения, скольжения, качения со скольжением. Наиболее подвержены такому разрушению зубчатые передачи, подшипники качения и скольжения, катки, кулачковые механизмы, фрикционные передачи и др.

Изнашивание при фреттинг-коррозии возникает при малых колебательных, циклических, возвратно-поступательных перемещениях с малыми амплитудами. Необходимым условием возникновения фреттинг-коррозии является наличие проскальзывания между касающимися поверхностями. Фреттивг-коррозия возникает в заклёпочных, болтовых, шлицевых, шпоночных, штифтовых соединениях, Прессовых посадках деталей, стальных канатах, шарнирах, соединениях муфт, рессорах, клапанах, регуляторах электрических контактов, кулачковых механизмах. Повреждения концентрируются на небольших участках и напоминают точечную коррозию. Повышается величина шероховатостей, образуются натиры, налипания, каверны, микротрещины, при этом обычно снижается усталостная прочность деталей.

Изнашивание при фреттинг - коррозии зависит от одновременно протекающих процессов микросхватывания, усталостного, коррозионно-механического, абразивного воздействия.

Порошкообразные продукты изнашивания представляют собой обычно окислы, которые, если могут иметь выход из области контакта, приводят к ослаблению натяга, плотности соединения, увеличению вибраций, попадают в другие трущиеся сопряжения и обладают абразивным действием. Объём продуктов изнашивания при фреттинг - коррозии обычно превышает объём изношенного материала, перешедшего в окисное состояние. Если частицы износа не имеют выход из зоны контакта, то в системе возникает повышенное расклинивающее действие. В результате возможны заедание, заклинивание механизма, аварийная ситуация.