Реферат Дядюра

Рис. 222. Ділянка рис. 221. Розкрита шліфувальна тріщина; орієнтована по крихким фазам. Х 2200

Рис. 221.Шліфувальні тріщіни на поверхні жаростійкої сталі 0,4 С-20 Со-20Сr-2СNi. Х 475

Рис. 223. шліфовочний прижог на бічній стороні зуба шестерні зі сталі 20МоСг4. Характерними являються пухирчасті продукти окислення, які на відміну від неушкодженої поверхні здаються світлими. Чітко видно, що бульбашки як би переривають шліфовочні ризики

Рис. 224. шліфовочний прижог на бічній стінці зуба шестерні зі сталі 0.2С 1,25Мп-0,5Сг. Крихкі, покриття тріщинами продукти окислення на поверхності як би переривають щліфовочні риски. Х2400

Рис225-226.Поверхня свердління спла¬ва Т1685. На окремих ділянках поверхні вслед¬ствіе локального расплав¬ленія утворилися пори (див. Рис. 226). При такому розплавлюванні існує також небезпека охрупзі- вання внаслідок впровадження кисню. Х90; Х900

пропоропопропопропопропропрополенш

Мал. 227 Рис. 228

Задирки навколо отвори в корпусі машини. Такі задирки легко відділяються і у виробничих умовах виносяться ціркулючим маслом як іншородні тіла. Х90; XI00

3.3.1.3. Знос

Небажаний унос матеріального шару з поверхні металевих твердих тіл в процесі експлуатації носить назву зносу. Він викликається постійно повторюючимися процесами руйнування.

3.3.1.3.1. Знос при ковзанні

Знос при ковзанні майже завжди складається з ряду супутніх цьому явищу процесів. Для металів вони можуть бути поділені наступним чином [37]: пластична деформація; адгезія і перенос матеріалу; розплавлення (роз'їдання); знос зі зняттям стружки; втомний знос (пітинг); поверхностні реакції; електрохімічні процеси; знос корозійних плівок (корозійний унос).Знос при ковзанні,обумовлений пластичною деформацією

Слід виходити з того, що в межах мікрообластей жодна поверхня не є ідеально гладкою. Завжди існує певна шорсткість. Дві поверхні, вперше (т. Е. Ювенильно) пркладення один до одного під невеликим тиском, дотикаються тільки в невеликому числі підноситься точок і ліній. При першому русі поверхонь відносно один одного піднесення і задирки однієї поверхні стикаються з підвищеннями і заусенцями другої. Піднесення на поверхні деталі, виготовленої з відносно легше деформованого металу, згинаються в напрямку руху (рис. 234); ця поверхня піддається при цьому згладжування і накату. У результаті відбувається деформаційне зміцнення по-поверхні (наклеп), що перешкоджає її подальшому деформуванню. Продовження деформації можливо тільки при збільшенні місцевого або загального ефективного тиску на дану поверхню.

Часто зустрічаються випадки твердотільного ковзання пар, коли більш тверде тіло ковзає по м'якому, на поверхні цього більш м'якого тіла можна помітити борозчатий малюнок. У початковій стадії ковзання чітко виявляється напрямок пластичної деформації. З макроскопічної точки зору приробітку двох поверхонь (наприклад, в підшипниках ковзання) призводить зрештою до утворення так званого дзеркала, т. Е. До утворення протяжних несучих областей, прироблених до блиску На кінці такого дзеркала можна ясно бачити развальцювання в напрямку руху язички (хвости), які у вигляді тонких шарів (плівок) практично свободно лежать на первісної (вихідної) поверхні. Описаний вище процес підробітки не приводить до превеликого зносу; частинки зносу на цій початковій стадії малі і окислені.

При збільшенні тиску дотику між поверхнями починається викришування частинок з язичків (хвостів) на кінцях дзеркала; це відбувається після того, як здатність до деформації металу язичкоі вичерпується. Відірвалися наклепанной, а звідси тверді (зміцнені) частинки потрапляють між ковзучими поверхнями і, як невеликі ріжучі інструменти, вдавлюються і досягають більш глибоко лежачих ділянок поверхневого шару між Зеркалами. Ці частки утримуються в ще м'якій матриці, проте якщо їх число стає великим, вони! «Перетворюються» постійно рухомі тверді зерна, які починають різати зношуємі поверхні. Ці відносно великі частинки є продуктом зношування, характеризуються металевим блиском [5].

Виведення матеріалу при зносі триває до тих| пір, поки ковзаюча одна відносно іншої пар тел знаходиться під тиском. Значний знос може викликати не тільки рух в одному напрямку, а й осцилюючий рух (вібрація).

Мал. 229. Вдавлені чужорідні тіла на поверхні лопатки парової турбіни зі сталі Х20Сг13. Х190

Рис.230,231.На посеребряну поверхність контакто при його виготовленні були вдавлені частинки стружки від розміщеної під ним бронзової пружини. Їх видно на зображенні розприділення міді в виді світлих поверхонь

Мал. 232. Пошкодження поверхні вкладиша підшипника; в шар заливки вкладиша підшипника зі сплаву РbSnСu потрапили частинки сталевої стружки. Напрямок обертання вала можна встановити по зрушенню частинок стружки зліва направо

Мал. 233. Сліди торкання лопатки компресора з матеріалу Ті 684. У задирок видна тріщина, небезпечна з точки зору розвитку втомного зламу. Х1040

Мал. 235. Сумісність металевих пар з погляду зноса і схоплювання при терті. Чим більше чорна поверхня в гуртках-символах, тим менше сумісність (взаємна розчинність), а завдяки цьому менше і схильність до схоплювання:

1- два рідкі фази; твердий розчин з межею розчинності менше 0,1%; 2 - дві рідкі фази; твердий розчин з розчинністю більше 0,1% 'або одне рідка фаза; твердий розчин з межею розчинності менше 0,1%; 3- один рідка фаза; твердий розчин з розчинністю між 0,1 і 1%; 4 - одна рідка фаза; твердий розчин з розчинністю більше 1%

Мал. 236. Утворення пітінгів на бічних сторонах зубів шестерень:

1-деформаційні язики; 2- провідне зубчасте колесо; 3 - ведуче; 4 - втомні злами

Знос при ковзанні внаслідок адгезії і перенесення матеріалу

Поверхні металів ніколи не бувають свіжими (блискучими або ювенільними). Вони завжди в ісходному стані покриті різними, зазвичай оксидними, плівками, найчастіше багатошаровими. Самий нижній шар в більшості випадків є оксидним, і в ньому найчастіше може спостерігатися підвищений вміст елементів, що входять до складу сплаву або навколишнього середовища (хемісорбований шар). Зовнішній шар складається з адсорбованих атомів.

Якщо в результаті сильного здавлювання поверхнонь покривна плівка продавлюється, то відбувається зіткнення металу з металом і внаслідок цього - адгезія. Більш м'який метал зазнає локальне деформування, деякі обсяги розтягуються, вириваються і переносяться на більш тверду протилежну поверхню (рис. 234,6). При великій кількості перенесеного матеріалу частинки його зрештою можуть відриватися, від твердої поверхні і представляти собою продукти зносу.

До адгезійною зносу особливу схильність мають пари металів з хорошою взаємною розчинністю. Навпаки, якщо взаємна розчинність пар відсутня, швидкість адгезійного зносу мінімальна (рис. 235).

Знос при ковзанні в результаті розплавлення

При сильному здавлюванні поверхонь знос може відбуватися за рахунок тепла, що виділяється при терті. Температура плавлення при цьому досягається тільки в деяких дотичних, зазвичай точкових, місцях. У таких місцях відбувається миттєве зварювання з наступним пластичним відривом. Наслідком цього є повторюваний в ході зносу перенесення матеріала між ковзними поверхнями. Такого роду процес переважно настає, коли пару складають метали одного типу з близькими точками плавлення. Цей, так званий знос з задирами, може в кінцевому рахунку призвести до заїдання, схвачуванню і завдяки цьому до припинення ковзання. При сильному перегріві може статися розплавлення на великих поверхнях і повний вихід з ладу одної зі складових ковзної пари (рис. 234, в).

Знос при ковзанні зі зняттям стружки (абразивний)

Особливо сильний знос при ковзанні відбувається у випадку, коли дуже тверда поверхня пари ковзання рухається по значно м'якшою поверхні (рис. 234, г)

або коли між ковзаючими поверхнями потрапляють тверді сторонні частинки, наприклад стружки від попередньої обробки або мінеральна частинка (абразивний знос) [6]. В обох випадках знос відбувається зі зняттям стружки (рис. 234,2 і д). Навіть у звичайній зваженої в повітрі пилу можуть знаходиться тверді абразивні частки з гострими кромками

Знос при ковзанні,зв'язаний з втомним руйнуванням

Повторні зіткнення двох поверхонь в парі ковзання рівносильні дії змінної

Рис. 237. Схема утворення питтингов на ніжці зуба ведучого зубчастого колеса; С-подібний слід втомного зламу на поверхні: 1-втомне руйнування; 2 - злам під дією статичного навантаження; 3 - пакети ковзання, руйнування зрушенням, шиферна структура; 4 – тангенціальна сила тертя, негативне прослизання;

5 - деформаційні мови на бічній стороні зуба;

6 - масло; - Направлення (уздовж бічної стінки зуба) переміщення нагруженої точки дотику

Мал. 238. Поверхня валу із загартованої вуглецевої сталі Ск45 з виключно добре очищеної поверхньою після випробувань на зносостійкість. Перші (на знімку горизонтальні) ризики зносу обумовлені зрушенням матеріалу виступів, пов'язаних з перпендикулярними рисками обробки. «Виробничі риски» (вірніше «експлуатаційне») виникли під впливом чужорідних тіл, які виступами з дотичними з валом поверхнями потрійного сплаву заливки вкладиша підшипника (РbSnСu). Х2000

Мал. 239. Циліндрична поверхня обертання, піддана хонінгуванням, у стані поставки. Х200

Мал. 240. В результаті хонінгуваня поверхню циліндричної обертової втулки пластично деформувались. Утворилися при обробці (хонінгувані) рискики і задирки на деформованої поверхності згладжуються. На цій циліндричної обертовій поверхні з'являються чисті несучі ділянки, так звані дзеркала, які займають приблизно три чверті загальної поверхні. Х200

Мал. 241. Утворення чистої поверхні з плоскими «надвигами» («напливами»), так званими язиками (див. Рис. 237), на бічній стороні зуба ведучого зубчатого колеса з вуглецевої сталі поблизу вершини зуба. Напрямок ковзання - знизу вгору. Х850

Мал. 242. У результаті зносу при ковзанні був висунений метал з поверхні деталі з сірого чавуну на глибину 0,02 мм. Риску на дотичної протилежній поверхні підшипників з Аl-Si сплаву залишила на поверхні сірого чавуну острівець. На нього був «перенесений» з протилежної поверхні алюміній (адгезія). XI00

Мал. 243. До рис. 242: за допомогою енергодисперсійного рентгенівського аналізу виявлений (у вигляді яскраво світячихся точок) алюміній. XI00

Мал. 244. На деталі кріплення, виготовленої з титанового сплаву, внаслідок вібрації плоскою торцевої поверхні зовнішнього кільця опорного підшипника (навантаженого уздовж осі) стався унос матеріалу на глибину 1,5 мм. Х19

Мал. 245. Локальні, майже еліптичні сліди на поверхні мають амплітуду близько 0,25 мм; по їх чередовану можна приписати їм утомлююче походження. Х100

Мал. 247. На хромований шар поршневого кільця перенесено залізо з обертаючої поверхні стального циліндра (адгезійний знос). Під впливом тиску в місцях, де було нанесено залізо, в хромованому шарі утворились тріщини. Х600

Мал. 248. Див. Підпис до рис. 249-250

Мал. 249 Рис. 250

Сліди заїдання в алюмінієвому підшипнику. Сторона, протилежна зображеної на знімках, оберталась справа наліво. Внаслідок дії розпіраючих напруг цей рух супроводжувалося утворенням вигнутих тріщин і «крючковидних» стружок (рис. 248), вгорі), а в деяких місцях - слідів оплавлення (схвачування) - мал. 249, середина; на рис 250, внизу, видно, що матеріал був зжатий, Х600; X1000

Мал. 251. Сильний знос поршневого кільця з сірого чавуну внаслідок попадання в нього піску. Матеріал утворилися виступи трапецієподібного січіння на кільці був повністю винесений. На знімку в напрямку зліва направо по діагоналі зверху вниз видно (послідовно): хромований шар, зношений (зшліфований) хромований шар, основний матеріал, зношений (зшліфований) хромований шар і хромований шар. XI00

Мал. 252. Сильний знос бронзового сита папероробної машини під тиском всмоктування в процесі експлуатації. Мінеральні частинки з паперової маси потрапляли між рухаючимися ситом і поверхьою приймача для отсоса води. Сито практично повністю зносилося в перебігу одного тижня. Х90

Мал. 253. Велике зерно (частка) пилу з звичайної пилової хмари може крихко розколюватися з утворенням гострих кромок; потрапляючи між двома трущимся тілами, ці осколки діють як ріжучі інструменти. Х2000

Мал. 254. Продукти зносу, унесення маслом, циркулюючим в авіаційному приводному механізмі. Чешуйчаті частинки являють собою уламки деформованих язиків (СР з рис. 234, а). Х500

Мал. 255, мікростружка, присутня в продуктах зносу, яких віднесло циркулюючому в авіаційному приводному механізмі маслом (СР з рис. 234, віг). Х5000

Мал. 256. На зношеній поверхні виготовленого з ковкого чавуну кулачкового валу двигуна легкового автомобіля видна прилипла стружка, що утворилася при зносі. Х5000

Мал. 257. питтингів на бічній поверхні зуба шестерні. Втомний характер зламу проявляється у вигляді утворення характерного «вириваючи», розповсюджоючогося в радіальному направленні, а також в С-образному сліди тріщини на поверхні до вирива. Х600

Мал. 258. На ніжці збоку зуба ведучого зубчастого колеса внаслідок перенапруги по начальної окружності виникли смугою розташовані пінтинги. Вони утворилися в результаті пластичного зсуву язиків (на фотографії - зверху вниз), шіферного поділу язиків пакетами ковзання і ступенями зрізу, розповсюдженого втомного • розрушення всередину матеріалу і, На кінець, відриву язиків . Х45

Мал. 259. На ніжці збоку зуба ведучого зубчастого колеса утворились плоскі деформовані язики, кінці яких обламані. Чітко видно, що холоднодеформоровані- верхові (наклепані) язики втиснули в розташований під ними метал. Вивчення форми канавки (праворуч На малюнку) дозволяє установить приблизний профіль мови. Середня частина мови була зрушена приблизно на 60 мкм і "розвальцьованої. Х100

Мал. 260. У нижній частині знімка можна виявити відбитки окремих язиків. Ці відбитки мають протяжність 40 мкм в направленні ковзання. Вгорі малюнка втомний злам йде в глибину. Характерна є багатошарова шиферна структура язиків (угорі ліворуч); вверху праворуч видно ознаки руйнування, характерні для зламу під дією статичного навантаження (СР з рис. 237). Х1000

Мал. 261. Глибокі складчасті області, що утворюють великий кратер (діаметр ~ 0,1 мм), не є відбитками деформаційних язиків, а представляють собою розклепані поверхності втомного зламу. Наявність поперечних полосок в кратері дозволяє зробити висновок, що останній утворився з трьох з»єднаних часткових зламів. Усередині найбільш великої «сходинки» виявляється ямкова структура вязкого зламу, характерна для розрушення під дією статичного навантаження. Х450

навантаження; часто можуть спостерігатися і високочастотні коливання. Тому при зносі велику роль грають втомні руйнування. переважними місцями, від яких починаються втомні злами, є тріщинки під язиками деформації, краю цих язиків, зони між навантаженими і ненавантажені об’ємами, межі розділу між мякимиі і твердими фазами, тверді сторонні включення

Найбільш відомий вид зносу, що супроводжується втомним руйнуванням, - утворення піттингу на поверхностях зубів в зубчастих колесах. Стрілки на пс. 236 показують напрямок ковзання веденого ведучого зуба [11]. У напрямку стрілок матеріал бокових поверхонь пластично зрушать; цей процес стався в ході тертя з частковою змазкою [12]. утворюються таким чином язики можуть бути розвальцьовані до ~ 60 мкм. Оскільки ці язики завдяки деформаційного зміцнення стають більш твердими, ніж основний матеріал, вони в нього вдавлюються .Під вирваними язиками ясно видно їхні відбитки.

Викришування частинок (піттингів) обумовлені втомленеми руйнуваннями, які мають місце на бокових поверхнях зуба і йдуть зовні всередину метала. Магістральний напрям поширення тріщин кореспондується з напрямком переміщення найбільш навантажених обсягів на бічних поверхях зубів [11]. При рівній міцності матеріалу обох дотичних бічних поверхонь зубів найбільш часто тріщини утворюються біля основи зуба ведучого колеса (див. Рис. 236). При меншій міцності веденого колеса піттингів виникають переважно в основі зубців саме цього колеса. У місцях а і d (див. Рис. 236) пошкодження виникають дуже рідко.

137

Місця b і с, головним чином піддаються руйнуванню, мають те спільне, що навантажені точки дотику IV від вершини деформаційних мов спрямовані до їх основи. Це означає, що простір, лежаче під язиками, на кінці мови звужуються; знаходиться в зазорі масло стискається послідовно рухомій до основи зазору точкою докладання навантаження, що може викликати при циклічному стисненні і розширенні масла розвиток втомного зламу. Крім того, очевидно, при переміщенні цієї гнітючого навантаження втомний злам завжди розповсюджується в напрямку кінцевого руху цього навантаження.

Сильна розвальцьовування язиків і пов'язане з цим утворення пакетів ковзання може призвести до появи слідів зсуву. Останні у вигляді уступів так можуть бути місцем зародження втомних зламів. Нарешті, збільшені за рахунок деформації при розвитку втоми мови або чешуйки можуть бути вирвані в результаті дії тангенціальних розтягуючих сил (рис. 237-261).

На поверхнях руйнування можна виявити шиферну структуру мов і іноді характерну для в'язкого руйнування ямковий структуру. Втомні «надломи» під пластично деформованими язиками можуть настільки глибоко впроваджуватися в метал, що це призводить до зламу зуба.

Причиною утворення пітинга служать місцеві перегрузки або недостатня змазки. Тільки великі сили тертя можуть призвести до утворення довгих деформаційних язиків, які викликають пітинговиті руйнування бічних сторін зуба. Початковий стан поверхні також відіграє велику роль. На погано відшліфованих поверхнях легше, ніж на поверхнях високого ступеня чистоти, виникають деформаціонні язики. У тих випадках, коли бічні поверхні зубів піддалися цементації, в перехідній зоні від поверхневого цементованного шару до м'якої серцевини можуть утворитися надриви і зародки втомного руйнування, які іноді поширюються і призводять до утворення канавок внаслідок викришуванні шару.

Подібні пітинги можуть бути виявлені при приробці бічних сторін ще до експлуатації зубів. Вони пов'язані з наявністю локальних виступів на поверхні, які розвальцьовуються до невеликих язиків, відриваються без утворення втомного злома і залишають на бічній стороні зуба плоский відбиток з гладкою поверхнею.

При роботі без змащення пітингів, як правило, не з’являються [6]. У цьому випадку відбувається рівномірний поверхневий знос за рахунок тертя з утворенням оксидної плівки, винесення і відшаровування матеріалу з поверхні дотику.

Утворення пітингів не обмежується бічними поверхнями зубів. Пітинги можуть виникати у всіх місцях, де поєднуються високий тиск і локально присутня змазка. Тому вказане явище спостерігається часто на поверхні силових пружин і особливо ресор.

Знос при ковзанні в результаті поверхневих реакцій

Внаслідок адсорбції на металевій поверхні молекул рідин або газів з мастильного матеріалу міцність металу і здатність його до пластичної деформації, як правило, падає (ефект Ребіндера) [39]. У рідкісних випадках при такій адсорбції спостерігається підвищена здатність до пластичної деформації, і тоді

згладжування ковзних один по одному поверхонь полегшується. Так чи інакше в результаті ефекту Ребіндера виникає знос при ковзанні

Знос в присутності корозійних плівок

Деякі мастильні матеріали сприяють утворення на металевих поверхнях тонких твердотілих плівок, що погіршує контакт [37].

Знос в результаті електрохімічних процесів

Анодне розчинення металу призводить до розвитку виразкової корозії [37], а звідси - до особливого виду зносу.

3.3.1.3.2. Знос при коченні

При обертанні роликових і кулькових підшипників відбуваються процеси, аналогічні протікає при терті ковзання. Шліфувальні дефекти і заусени на обертових поверхнях піддаються пластичній деформації (плоске стиснення), і в результаті несуча поверхня збільшується. При цьому на поверхнях утворюються накати (язики), які частково відколюються. Так, вже в процесі приробітку відбувається винесення матеріалу.При більшої тривалості обертання цей процес повторюється, тому що внаслідок попадання продуктів зносу і чужорідних тіл (з циркулюючого масла) між поверхнями виникають нові ризки і грати, які також піддаються плоскому розвальцьовуванні.Стан поверхні доріжки кочення підшипники після 2-10⁸ змін навантаження відрізняється від її стану після 10³ змін навантаження тільки більш щільним розположенням рисок.

При коченні кулі постійно змінюється спрямований обертання і напрям рисок. Перемінна навантаження на тіла кочення і на їх дорожки кочення визначає можливість виникнення втомних зламів, які на початкових стадіях проявляються у вигляді утворення місцевих пітингів руйнування тіл кочення а доріжок їх кочення можна розділити на дві групи: поверхневі руйнування розміром порядку мікрометрів і освіту пітингів міліметрових розмірів

Поверхневі руйнування розміром порядку мікрометрів

Під час підробітки тертьових поверхонь з шліфовочних рисок (виступів, задирок) утворюється пластичний деформований шар (рис. 262, схема).Звичайний рівномірний знос відбувається при великому числі змін навантаження і тільки при рясно

Рис. 262. Схема зносу при коченні в сталі як наслідок з'єднання втомних зламів поблизу поверхні (область розмірів порядку мікрометрів):

а - шліфована поверхня (1 карбіди); б - холоднодеформований (наклепаний) шар, що утворився при приробітку в результаті пластичної деформації і покриває карбіди; в - частина наклепаного холоднодеформованого слоя в наслідку нагрузки

внаслідок перевантаження знята (зруйнована); карбіди безпосередньо стикаються з протилежного поверхнею і передають також навантаження на матрицю, в якій вони знаходяться. Оскільки це навантаження циклічне, можливе утворення втомних зламів; г-з пронизаної втомних тріщин поверхні викрашіваются частинки діаметром у кілька мікрометрів

Рис. 263. Схема пітингоутворення в підшипниках кочення [13]:

 

1 - «. Батерфляй» Нетравлена світла зона; 2 – втомний злам 3 - неметалеве включення; 4 – мікротріщини

Рис. 264 Рис. 265

Поверхня внутрішнього кільця циліндричного підшипника роликового, виконавшого тільки тисячу обертів. Шліфувальні гребені зазнали плоского зжаття; утворилися «несучі» дорожки. При цьому краї гребнів відколювалися. Таким чином, вже при приробці стався знос метала. Х2300; Х5700

Рис. 266. Риски на внутрішньому кільці радіального підшипника після 2-10⁸ оборотів, навантаження 19,2кН. В інших місцях на поверхні обертання вже виявляється виникнення пітингів

Рис. 268. Нормальний знос внутрішнього кільця роликового конічного підшипника після 2-10⁸ обертів. Видно поздовжні різними »колишніми шліфовочними гребнями, відбитки або сліди викришування, що відлетіли оскільки товщиною близько 0,1 мкм. Х2000