ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О МЕХАНИЗМЕ ИЗНАШИВАНИЯ ПАР ТРЕНИЯ
Пара трения - два узла машины, контактирующие поверхностями в условиях эксплуатации или испытаний (зубья ковша с землей - не пара трения).
Разрушение поверхностей твердого тела, проявляющееся в изменении его размеров или формы (массы), называют изнашиванием.
Износ - результат изнашивания, выраженный в единицах длины, объема, массы.
Интенсивность изнашивания - отношение износа детали (или испытуемого образца) к пути трения или объему выполненной работы. При определении интенсивности изнашивания может оказаться более целесообразным относить износ к другому показателю, общему для всех узлов и агрегатов данной машины. Так, для автомобилей в качестве такого показателя может быть принято число километров пробега, а для тракторов - число гектаров пахоты.
Скорость изнашивания - отношение износа детали к времени, в течение которого происходило изнашивание.
Износостойкость оценивают величиной, обратной интенсивности или скорости изнашивания.
Предельным износом детали (узла) называют износ, при котором дальнейшая эксплуатация становится невозможной, вследствие выхода детали (узла) из строя, неэкономичной или недопустимой, ввиду снижения надежности механизма.
МЕХАНИЗМ ИЗНАШИВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
В процессе изнашивания выделяют три явления:
взаимодействие поверхностей трения;
изменения, происходящие в поверхностном слое металла;
|
|
|
разрушение поверхностей.
Эти явления непрерывно переплетаются, взаимно влияя друг на друга.
Взаимодействие поверхностей может быть механическим и молекулярным. Механическое взаимодействие выражается во взаимном внедрении и зацеплении неровностей поверхностей в совокупности с их соударением в случае скольжения грубых поверхностей. Молекулярное взаимодействие проявляется в виде адгезии и схватывания. Адгезия не только обуславливает необходимость приложения касательной силы для относительного сдвига поверхностей, но и может привести к вырыванию материала. Схватывание свойственно только металлическим поверхностям и отличается от адгезии более прочными связями. Молекулярное взаимодействие возможно также на участках взаимного внедрения поверхностей. Оно обязательно будет при разрушении масляной пленки. Изменения на поверхностях трения обусловлены пластической деформацией, повышением температуры и химическим действием окружающей среды.
Изменения, вызванные деформацией, заключаются в следующем:
Многократные, упругие деформации из-за несовершенства структуры материала приводят в определенных условиях к усталостному выкрашиванию поверхностей качения, а многократные упругие деформации микронеровностей поверхностей скольжения разрыхляют структуру.
|
|
|
Пластическое деформирование изменяет структуру материала поверхностного слоя. Пластическое деформирование твердых тел складывается из четырех наиболее важных элементарных процессов: 1) скольжения по кристаллографическим плоскостям (скольжение в отдельных зернах поликристаллического тела происходит обычно по нескольким плоскостям, число которых возрастает с повышением напряжения); 2) двойникования кристаллов; 3) отклонения атомов от правильного расположения в решетке и их теплового движения; 4) разрушения структуры. Разрушение структуры - это заключительный этап пластической деформации.
Пластическая деформация при температуре ниже температуры рекристаллизации приводит к наклепу поверхностного слоя - его упрочнению. Однако у самой поверхности структура несколько ослаблена, микротвердость понижена. Микротвердость достигает максимума на некоторой глубине, далее уменьшаясь до исходной.
При сильно отличающихся по твердости структурных составляющих материала и многократном воздействии нагрузки происходит вначале интенсивное изнашивание мягкой основы, вследствие этого повышается давление на выступающие твердые составляющие, они вдавливаются в мягкую основу, некоторые из них дробятся и перемещаются дополнительно под действием сил трения.
|
|
|
Влияние повышения температуры состоит в следующем:
Если по условиям службы узла или в результате трения температура поверхностных слоев выше температуры рекристаллизации металла, то поверхностный слой не наклепывается, а пребывает в состоянии повышенной пластичности, размягчения - происходит выглаживание поверхности за счет растекания всего металла или только одной составляющей сплава.
Высокая температура и пластическая деформация способствуют диффузионным процессам, в итоге возможно обогащение поверхности некоторыми элементами (например, поверхности стали углеродом).
При интенсивном локальном повышении температуры (температурной вспышке) и последующем резком охлаждении поверхности нижележащей холодной массой металла на поверхности могут образоваться закалочные структуры.
Пластическая деформация, возможные высокие температурные градиенты и структурные превращения, каждое в отдельности или совместно, вызывают напряжения в материале, которые могут влиять на его разрыхление.
|
|
|
При микроскопическом исследовании контакта деталей в условиях высоких нагрузок и температур установлена возможность образования магмы-плазмы (рис.10).
Рисунок 10 - Модель магмы-плазмы: 1 - исходная структура; 2 - расплавленная структура; 3 - плазма; 4 - электроны, движущиеся при трибоэмиссии
Химическое действие среды заключается в следующем:
В среде воздуха на обнаженных при изнашивании чистых металлических поверхностях образуются окисные пленки, в результате действия кислорода газовой фазы или содержащегося в масле и его перекисях. Окисные пленки предохраняют поверхности от схватывания и связанного с ним глубинного вырывания и являются важным фактором не только при трении без смазочного материала и граничной смазке, но и при полужидкостной смазке.
Металлические поверхности, взаимодействуя с химически активными присадками в масле, покрываются пленками химических соединений, роль которых аналогична роли окисных пленок.
Пленки эффективно защищают поверхность от изнашивания, если скорость их образования превышает скорость изнашивания.
Возможно насыщение поверхности углеродом в результате разложения смазочного материала при высокой температуре.
Агрессивные жидкости и газовые среды активизируют изнашивание.
Элементарные виды разрушения поверхностей трения следующие:
Микрорезание. При внедрении на достаточную глубину твердая частица абразива или продукта изнашивания может произвести микрорезание материала с образованием микростружки. Микрорезание при трении и изнашивании проявляется редко, так как глубина внедрения недостаточна при действующих нагрузках.
Царапание. Образовавшаяся или появившаяся на поверхности трения частица при скольжении перемещает в стороны и поднимает материал, оставляя царапину, которая обрывается при выходе внедрившегося элемента из зоны фактического контакта, при раздроблении частицы, ее впрессовывании или износе за пределы области трения.
Отслаивание. Материал при пластическом течении может оттесняться в сторону от поверхности трения и после исчерпания способности к дальнейшему течению отслаиваться. В процессе течения часть материала наплывает на окисные пленки и теряет связь с основной его массой.
Выкрашивание.
Это распространенный вид повреждения рабочих поверхностей деталей в условиях качения.
Для выкрашивания характерна произвольная форма ямок с рваными краями.
Глубинное вырывание. Возникает при относительном движении тел, когда образовавшийся вследствие их молекулярного взаимодействия спай прочнее одного или обоих материалов. Разрушение происходит в глубине одного из тел.
Перенос материала.
Свойственен всем видам трения, кроме трения при жидкостной смазке, и обнаруживается при таких технологических операциях как резание, клепка и сборка болтовых соединений: металл переносится с пневматического молотка на заклепки, с ключа на гайки, с резца на металл.
По сравнению с трением без смазочного материала трение при граничной смазке может снизить перенос в 20 000 раз и более.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 961; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!