Файл: Д. И. Менделеева Новомосковский институт Б. П. Сафонов, А. В. Бегова инженерная трибология оценка износостойкости и ресурса трибосопряжений учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 44
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство образования Российской федерации Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева Новомосковский институт
Б.П. Сафонов, А.В. Бегова ИНЖЕНЕРНАЯ ТРИБОЛОГИЯ ОЦЕНКА ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И РЕСУРСА ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ Учебное пособие Новомосковск 2004
Б.П. Сафонов, А.В. Бегова ИНЖЕНЕРНАЯ ТРИБОЛОГИЯ ОЦЕНКА ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И РЕСУРСА ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ Учебное пособие Новомосковск 2004
2 Министерство образования Российской федерации Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева Новомосковский институт ИНЖЕНЕРНАЯ ТРИБОЛОГИЯ ОЦЕНКА ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И РЕСУРСА ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ Учебное пособие Новомосковск 2004
3
УДК 621.891
ББК 34.41 И 622 Рецензенты доктор технических наук, профессор Московского автомобильно- дорожного институту (ГТУ) Гриб В.В. кандидат технических наук, доцент РГТУ им. К.Э. Циолковского –
«МАТИ»
Ерошкин В.П.
Б.П. Сафонов, А.В. Бегова
И622 Инженерная трибология оценка износостойкости и ресурса
трибосопряжений. Учебное пособие для студентов специальности
170515 / РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт
Б.П. Сафонов, А.В.Бегова. Новомосковск, 2004. – с.
ISBN_________ В учебном пособии рассмотрены вопросы классификации видов нарушения фрикционных связей и видов изнашивания элементов трибосопряжений; методического подхода к разработке критериев износостойкости сталей для условия микрорезания на контакте оценки расчетного срока службы опоры граничного трения и гидродинамической опоры.
Представлены численные примеры построения статистических моделей вида «износостойкость-свойство», рядов износостойкости и расчета на ресурс сопряжения «вал-втулка». Ил. 20. Табл. Библиогр. список 17 назв.
УДК 621.891
ББК 34.41
©
Б.П.Сафонов, А.В. Бегова, 2004
©
Новомосковский ин-т Российского химико-технологического унта им. Д.И.Менделеева, 2004
4 Предисловие Учебное пособие написано в соответствии с учебным планом специальности 170515 Оборудование и технология восстановления систем химического оборудования для курсов Основы теории трения и изнашивания и
«Триботехника химического оборудования. Повышение эффективности работы технологического оборудования напрямую зависит от долговечности подвижных сопряжений (опоры, уплотнения, передачи и др) и исполнительных органов (перемешивающие, дозирующие, транспортирующие и др. устройства) машин, механизмов и аппаратов. Незапланированные простои крупнотоннажных химических и мощных энергетических установок приводят к многомиллионным убыткам. Внезапные отказы транспортных средств часто приводят к катастрофическим последствиям. О значимости проблем трения и изнашивания в машинах для развития общества говорят следующие цифры. В нашей стране до
25% станочного парка занято на ремонте и восстановлении изношенных и разрушенных деталей машин. Потери от трения еще более впечатляют. Так поданным экспертов от 1/4 до 1/3 всей вырабатываемой человечеством энергии безвозвратно теряется на преодоление сил трения в подвижных сопряжениях машин. В этой связи нет сомнений в актуальности проблем, связанных с реализацией мероприятий по снижению затрат, обусловленных трибологическими проблемами. Успешное решение любой научно- технической проблемы возможно лишь на основе ее всестороннего изучения. В учебном пособии рассмотрены вопросы классификации видов нарушения фрикционных связей и видов изнашивания элементов трибосопряжений; методического подхода к разработке критериев износостойкости сталей для условия микрорезания на контакте оценки расчетного срока службы опоры граничного трения и гидродинамической опоры, представлены примеры построения статистических моделей вида «износостойкость-свойство», рядов износостойкости и расчета на ресурс сопряжения «вал-втулка». Данное учебное пособие, направленное на углубление трибологической подготовки студентов-механиков, будет полезно также специалистам, работающим в области проектирования и эксплуатации оборудования.
5
Введение Машиностроение является технической основой материального производства. Научную базу машиностроения составляет специализированная техническая наука – машиноведение. Важной частью в машиноведении являются теория трения, исследование износа и износостойкости деталей машин. В рамках этих разделов машиноведения решаются вопросы повышения качества сопряженных деталей, их смазывания, увеличения коэффициента полезного действия и ресурса работы машины. Трибология – наука о трении и процессах, сопровождающих трение. Трибология, как раздел машиноведения, охватывает экспериментально-теоретические исследования физических механических, электрических, магнитных, тепловых, химических) и других явлений сопутствующих трению. Инженерная трибология – это применение трибологических знаний для решения практических задач при проектировании, изготовлении, испытании и эксплуатации трибологических систем узлов трения машин, приборов, а также режущего, деформирующего и породоразрушающего инструмента. Изнашивание – поверхностное разрушение взаимодействующих элементов трибосистемы, является неизбежным процессом, сопровождающим штатную работу технического устройства. Поэтому одной из задач инженерной трибологии является разработка критериев оценки износостойкости материалов и методик оценки расчетного ресурса трибосопряжений. В настоящее время в нашей стране сложились признанные школы трибологии в ИМАШ РАН им. А.А.Благонравова, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, МГТУ им. Н.Э.Баумана, ВНИИЖТе и другие. Большой личный вклад в трибологию внесли отечественные ученые – лауреаты международной золотой медали по трибологии
И.В.Крагельский, Г.В. Виноградов, А.В.Чичинадзе, Н.А.Буше.
1. Трение и изнашивание в трибосопряжениях
6
1.1. Процессы контактного взаимодействия при трении Трение – комплекс физико-химических явлений в зоне контакта поверхностей двух перемещающихся относительно друг друга тел, в результате чего в этой зоне возникают контактные силы. Трение как физико-химический феномен принято разделять на виды по двум идентифицирующим признакам
• по области проявления
• по наличию движения. Классификация видов трения, реализуемого в конкретных трибосопряжениях технических устройств, представлена на рис. Как видно из рисунка, трение присуще всем без исключения техническим устройствам, в которых имеет место контактирование деталей, поэтому в настоящее время трибология, фундаментальная и инженерная, развиваются бурными темпами. В общем виде физическая картина трения может быть представлена следующим образом. При функционировании технического устройства на дискретных площадках фактического контакта развиваются высокие удельные давления, которые в сочетании со скольжением, обусловливающим значительные температурные градиенты в объемах материала контактирующих элементов, прилежащих к зонам касания, создают в них специфическое напряженно-деформированное состояние, которое не имеет аналога при объемном нагружении. Интенсивное механо-термическое воздействие на материал, осложненное влиянием окружающей среды на свойства поверхностных слоев, приводит к модифицированию материала в микро- и макрообъемах, прилежащих к поверхности контакта. Вторым процессом контактного взаимодействия при трении является изнашивание взаимодействующих элементов.
Изнашивание – это процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и (или) его остаточной деформации. Локальные свойства модифицированного поверхностного слоя в сочетании с объемными свойствами материала определяют сопротивление взаимодействующих элементов контактному нагружению, называемому износостойкостью материала.
7 Рис. Классификационная схема видов трения
Трение
Область проявления
Внутреннее
Деформация твердых тел Слои жидкости или Упругие элементы Гидросистемы, транспортирующие
Внешнее
Сухое Жидкостное Граничное
ТС, где наличие смазки недопустимо или невозможно
ТС, где поверхности разделены смазкой. Трение определяют вязкостью Слой смазки малой Наличие движения
Покоя
Неподвижные соединения с натягом, клеммовые Зажимные устройства Движения качения Скольжения Качения + скольжения Опоры качения, центроидные м-мы Направляющие, опоры скольжения, режущий инструмент Зубчатые передачи, колесный транспорт, исполнительные м-мы
8
1.2. Характеристики изнашивания При соприкосновении под нагрузкой двух элементов технического устройства сопряженными поверхностями, сопровождающемся их относительным перемещением, в поверхностных слоях элементов возникают механические и молекулярные взаимодействия, которые приводят к развитию контактных деформаций, после достижения которыми предельных значений наступает контактное разрушение, именуемое износом. Износ – результат изнашивания, определяемый в установленных единицах. Существуют разнообразные методы измерения износа от простейших, когда обычными средствами производят измерение размеров изнашивающихся деталей, до методов, использующих ядерно-физические процессы. Классификация методов измерения износа приведена в табл. Наиболее целесообразны дифференциальные методы измерения износа (микрометрирования, искусственных баз и др, которые позволяют определить распределение износа по всей поверхности трения взаимодействующих элементов и оценить влияние, которое оказывает неравномерность износа на выходные параметры изделия. В ряде случаев применяются также методы оценки износа по выходным параметрам сопряжения. В инженерной практике для расчета трибосопряжений используют две количественные характеристики протекания процесса изнашивания во времени и пространстве. Кинетической характеристикой процесса изнашивания является скорость изнашивания, а пространственной – интенсивность изнашивания. Скорость изнашивания
γ- отношение величины износа ко времени, в течение которого он возник. Скорость изнашивания может определяться, опираясь на различные характеристики износа ( толщину, массу или объем, в этом случае будем иметь скорость изнашивания линейную γ
h
, по массе γ
m или объему γ
v
. Следует различать среднюю и мгновенную скорость изнашивания. Средняя скорость изнашивания представляет собой отношение конечного приращения величины износа Δh, Δm, Δv к интервалу времени Δt
γ
h
= Δh/Δt, γ
m
= Δm/Δt, γ
v
= Δv/Δt. (1)
9 Таблица 1 Классификация методов измерения износа поверхностей трения Метод измерения Разновидности метода Оценка суммарного износа По изменению массы образца ( массовый ∆m) По изменению объема образца ( объемный ∆V) Измерение зазора сопряжения линейный износ ∆h) Интегральный Продукты износа в смазке Химический анализ Спектральный анализ При помощи радиоактивных изотопов
Микрометрирован ие Измерение размеров
Профилографирование Метод искусственных баз Метод отпечатка Метод лунок Метод слепков Дифференциальный Метод поверхностной активации Активация участка Применение вставок Изменение выходных параметров сопряжения Измерение Коэффициента трения Утечек или расхода смазки
Температуры Мгновенная скорость изнашивания находится как отношение бесконечно малых приращений износа и времени, те. отношение их дифференциалов. Скорость изнашивания имеет размерность, соответствующую размерностям входящим в формулу для ее определения величин
[γ
h
] = мс [γ
m
] = кг/с; [γ
v
] = мс. Линейная скорость изнашивания используется при расчетах трибосопряжений на долговечность. Скорость изнашивания по массе и объему находит в инженерных трибологических расчетах значительно меньшее применение.
10 Второй, пространственной характеристикой протекания процесса изнашивания является интенсивность изнашивания. Интенсивность изнашивания I – отношение величины износа к пути трения l, на котором происходил этот износ. Если в качестве износа принята линейная характеристика Δh, то это будет линейная интенсивность изнашивания I
h
. Может быть также интенсивность изнашивания по массе I
m
, и объемная интенсивность изнашивания I
v
I
h
= Δh/Δl, I
m
= Δm/Δl, I
v
= Δv/Δl. (2) Линейная интенсивность изнашивания величина безразмерная, поскольку в числителе и знаменателе величины с одинаковой размерностью. I
m и I
v
– величины размерные
[I
m
]
= кг/м; [I
v
]
= мм. Количественно износостойкость И определяют как величину, обратную или износу, или скорости изнашивания, или интенсивности изнашивания Ив этом случае Им Ив этом случае И = кг
-1
И = Δv
-1
; в этом случае Им -Износостойкость применяется в основном для анализа качественного характера процесса изнашивания материала, а интенсивность изнашивания удобна для построения статистических моделей при трибологических исследованиях. Государственным стандартом на термины и определения в трибологии (ГОСТ 27674) введен еще ряд терминов, необходимых в инженерных расчетах по трибологии, среди них
- предельный износ – износ, соответствующий предельному состоянию изнашиваемого изделия или его составной части состояние отказа)
∆h пред ∆m пред пред
- допустимый износ – значение износа, при котором изделие сохраняет работоспособность
11
[∆h]; [∆m]; [∆V].
Трибосопряжение будет сохранять работоспособность, пока допустимый для него износ не превысит установленное предельное значение. Условие работоспособности трибосопряжения имеет вид
[∆h] < ∆h пред (3) С понятием допустимого износа непосредственно связано понятие ресурса трибосопряжения. Под ресурсом трибосопряжения Т понимается срок его штатной эксплуатации, в течение которого параметры трибосопряжения находятся в заданных рамках. Ресурс трибосопряжений – паспортная характеристика технического устройства. Следует подчеркнуть, что назначение величины допустимого износа элементов пар трения является определяющим при разработке методик расчета долговечности трибосопряжений, поскольку завышение величины
[∆h] повышает риск трибологического отказа технического устройства, а занижение [∆h] приводит к значительным простоям оборудования в ремонте, что отрицательно сказывается на эффективности его работы. Назначение допустимого износа [∆h] для конкретных трибосопряжений является комплексной задачей машиностроителей, трибологов и эксплуатационников, поэтому в данном учебном пособии эта проблема не рассматривается. Условие долговечности трибосопряжения имеет вид
t ≥ T, (4) где t – расчетный срок службы трибосопряжения. Следует различать скорость изнашивания материала и трибосопряжения. Для трибосопряжения скорость изнашивания определяется как сумма скоростей изнашивания взаимодействующих элементов
γ
Σ
=
γ
1
+
γ
2
, (где
γ
1,
γ
2
– скорость изнашивания взаимодействующих элементов ТС. Расчетный срок службы трибосопряжения t по достижении им допустимого износа [∆h]
12
[ ]
Σ
Δ
=
γ
h
t
(6)
1.3. Кинетика изнашивания Жизненный цикл трибосопряжения состоит из определенных периодов, различающихся стационарностью. В общем случае их три приработка, установившийся износи катастрофический износ (рис.
Приработка (I) является нестационарным режимом изнашивания с убывающей скоростью или отрицательным ускорением изнашивания
0 В течение приработки происходит формирование поверхности взаимодействия элементов трибосопряжения. Вовремя приработки нагрузочные параметры трибосопряжения поддерживаются пониженными, чтобы обеспечить эффективную работу технического устройства в последующем на рабочих режимах. Установившийся износ (II) – стационарный период работы трибосопряжения, вовремя которого скорость изнашивания постоянна.
0 Вовремя установившегося износа нагрузочные параметры трибосопряжения поддерживаются на рабочем режиме. Рациональная конструкция и оптимальная эксплуатация технического устройства характеризуется продолжительным периодом установившегося износа. Катастрофический износ (III) – заключительный период жизненного цикла трибосопряжения, характеризующийся нарастанием скорости изнашивания
0 В процессе работы на взаимодействующих поверхностях элементов трибосопряжения происходит непрерывное изменение условий контактирования. Эти изменения приводят к накоплению отклонений параметров трибосопряжения от оптимальных,
13 сформировавшихся в период приработки и имевших устойчивые значения в период установившегося износа. Когда изменения условий работы трибосопряжения превышают некоторый уровень, наступает возрастание скорости изнашивания. Если на этом этапе не прекратить эксплуатацию трибосопряжения, то может наступить отказ технического устройства.
14 Рис. 2. Кинетические кривые износа трибосопряжений [10] h
I II III
t
γ
h
I II III
t а - классическая форма кривой износа
∆h
I II t t
∆h II t
∆h б. Нет периода установившегося износа. в. Нет периодов I и III. Весь цикл трибосопряжение работает при
const
h
=
γ
.). г. Нет периода приработки и установившегося износа
15
На риса представлена классическая кинетическая кривая трибосопряжения. Переход II
→ III является границей нормальной эксплуатацией трибосопряжения. В частных случаях кинетические кривые износа имеют разновидности, характерные для отдельных классов трибосопряжений. При неправильной конструкции трибосопряжения или его эксплуатации в неоптимальном режиме на кинетической кривой отсутствует установившейся износи приработка переходит в катастрофический износ (рис, б. Для трибосопряжений, работающих в тяжелых условиях рабочие органы технологических машин, взаимодействующие с перерабатываемыми абразивными массами) отсутствует период приработки и катастрофического износа, весь период эксплуатации трибосопряжение работает при γ = const (рис, в. Для трибосопряжений опор качения приработка и установившийся режим имеют незначительные величины износа элементов трибосопряжений, поэтому фиксируемые изменения на поверхностях контакта имеются лишь в период катастрофического износа (рис, г.
1.4. Виды изнашивания деталей трибосопряжений Контактное взаимодействие элементов трибосопряжения в трибологии принято классифицировать по признаку элементарных процессов разрушения, которые проф. И.В.Крагельский предложил называть видами нарушения фрикционных связей. Процесс контактного разрушения при этом предлагается рассматривать, как совокупность единичных актов возникновение и нарушение фрикционных связей (рис. Каждый вид нарушения фрикционных связей характеризуются определенным числом циклов
1 2 3 4 5
n взаимодействия элементов трибосопряжения до разрушения. При этом речь идет о микроразрушении, когда с поверхности контакта элементов трибосопряжения отделяется фрагмент материала, который называется частицей износа. Частица износа может представлять собой как фрагмент материала элемента, таки продукт взаимодействия материала элемента со смазкой и окружающей средой. По аналогии с объемной прочностью способность материала сопротивляться трибологическому нагружению называется контактной прочностью. Контактная прочность материала
16 контролируется как объемными свойствами изнашиваемого материала, таки локальными свойствами поверхностного слоя. Согласно классификации И.В.Крагельского все разнообразие видов контактного взаимодействия сведено к пяти основным видам по характеру разрушения и числу циклов нагружения, предшествующих разрушению
I – упругое оттеснение материала взаимодействующих элементов, число циклов да разрушения n→∞. Упругое оттеснение является предпочтительным видом контактного взаимодействия, поскольку имеет минимальную интенсивность изнашивания элементов
II – пластическое оттеснение материала взаимодействующих элементов, число циклов да разрушения ∞ >n>1;
III – микрорезание материала, n→1.
IV – разрушение вторичных пленок, формирующих в процессе контактного взаимодействия, n→∞;
V – глубинное вырывание материала адгезия, n→1. Изнашивание подразделяется на виды, которые реализуются по одному из представленных на рис. механизмов. В случае n
→∞ вид изнашивания называют допустимым В этом случае имеем высокую износостойкость поверхностей трения. При n
→1 вид изнашивания считается недопустимым. В этом случае износостойкость низкая. Такой вид изнашивания необходимо, по возможности, исключить, заменив менее интенсивным процессом поверхностного разрушения. Адгезионное схватывание относится к недопустимым видами является следствием нарушения нормальной эксплуатации машин или ошибок при подборе материалов элементов трибосопряжения. Стараются также избежать процессов микрорезания, так как при этом значительно возрастает интенсивность процесса разрушения поверхностных слоев. Основным процессом, возникающим при трении материалов и приводящим к износу, является упругопластическая деформация как результат взаимодействия неровностей поверхностей трения. В свою очередь, этот процесс порождает и сопровождается целой гаммой производных физических, химических и механических процессов, протекающих на поверхностях ив поверхностных слоях трущихся тел. Изнашивание является процессом, сопровождающим работу подвижных сопряжений технических устройств. Причем изнашивание нельзя избежать, поскольку оно является одной из форм старения
17 машины, его можно лишь минимизировать, увеличив тем самым время межремонтного пробега оборудования. Вид Схема Характер разрушения
I Упругое оттеснение материала n
→∞
II Пластическое оттеснение материала
∞ > n > 1
III
Микрорезание материала n
→1
IV Разрушение пленок n
→∞
V Разрушение основного материала n
→1 Рис. Виды нарушений фрикционных связей по ИВ. Крагельскому) [8]
18 Термин недопустимый вид изнашивания следует трактовать как вид изнашивания, отличающийся высокой интенсивностью, который по возможности следует избегать. Однако в ряде случаев конструктор – триболог вынужден мириться с наличием в создаваемом техническом устройстве трибосопряжений, в которых имеют место недопустимые виды контактного взаимодействия. Это относится в основном к микрорезанию, поскольку в ряде случаев условия функционирования машины таковы, что избежать микрорезание невозможно. Например, дозирующие и транспортирующие устройства для абразивных сред в химической, горно-обогатительной и строительной промышленности, почвообрабатывающие орудия в сельском хозяйстве и др. В тоже время наличие абразивных частиц, вызывающих микрорезание в системе смазки двигателя внутреннего сгорания, является недопустимым в прямом смысле слова. В этом случае необходимо исключать попадание абразива в систему смазки. Поэтому подход к способу повышения износостойкости при микрорезании различный. Для трибосопряжений, в которых микрорезание функционально, повышение износостойкости осуществляется рациональным выбором материалов материаловедческий способ. В трибососпряжениях, для которых наличие абразива не является функциональным, повышение износостойкости при микрорезании осуществляется путем исключения попадания абразива в трибосопряжение (конструктивный способ. В трибосопряжении реализуется определенный механизм изнашивания. Изнашивание принято классифицировать натри группы механическое, молекулярно-механическое и коррозионно- механическое. Механическое изнашивание – вид изнашивания, при котором контактное разрушение деталей происходит в результате механических воздействий на взаимодействующие элементы трибосопряжения.
Молекулярно-механическое изнашивание – вид изнашивания, при котором контактное разрушение деталей происходит с участием межмолекулярных сил, возникающих на взаимодействующих поверхностях элементов трибосопряжения.
19
Коррозионно-механическое изнашивание – вид изнашивания, при котором контактное разрушение деталей происходит в результате механического воздействия, сопровождаемого химическими (или) электрохимическим взаимодействием материала элемента трибосопряжения со средой, находящейся на контактной поверхности. Внутри названных групп различают следующие виды изнашивания
• усталостное изнашивание – контакное разрушение многократного передеформирования поверхностного слоя. Типичным представителем усталостного изнашивания является питтинг (усталостное выкрашивание) дорожек и тел качения шарико- и роликоподшипников, опорно-поворотных устройств и др.
• кавитационное изнашивание – контактное разрушение на границе раздела твердое тело-жидкость. Наблюдается в высокоскоростном потоке жидкости. Кавитация наблюдается в трубопроводах, гидромоторах, турбинах и др.
• эрозионное – изнашивание потоком жидкости
(гидроэрозионное) или газа
(газоэрозионное). Эрозия представляет собой разрушение поверхности детали вследствие механического воздействия скоростного потока жидкости, газа или пара. Среди различных видов механического изнашивания деталей машин наиболее распространенным является абразивное изнашивание.
Абразивное изнашивание поверхности происходит в результате режущего или царапающего воздействия твердых частиц с отделением стружки. Часто абразивные частицы являются продуктами износа. Абразивное изнашивания имеет место при трении элементов машин о перерабатываемый или транспортируемый материал. Оно характерено для работы бурового, горного, металлургического, химического оборудования, а также строительных, дорожных, сельскохозяйственных и других машин. Интенсивность абразивного изнашивания существенно зависит от соотношения твердости металлами абразива На рис.
I - область усталостного разрушения (n
→∞) НА < К
1
Н
М
К = 0,7…1,0
II - область пластического передеформирования
К
2
Н
М
> НА К
1
Н
М
20
III – область микрорезания НА К
2
Н
М
К = 1,3…1,7
Микрорезание является самым опасным режимом работы трибосопряжения, поскольку оно сопровождается быстрым разрушением контактных поверхностей. Для исключения микрорезания в трибосопряжениях возможны два способа. Это конструктивный вариант, заключающийся в исключении попадания абразивных частиц в трибосопряжение, и материаловедческий – состоящий в переводе трибосопряжения в область усталостного разрушения на контакте. Для этого необходимо обеспечить выполнения условия
1
К
Н
Н
А
М
=
(7) Конструктивный вариант исключения микрорезания приемлем в случаях, когда наличие абразивных частиц в трибосопряжении не связано с функционированием технического устройства (системы смазки, гидравлические системы и др. Материаловедческий вариант борьбы с микрорезанием в трибосопряжениях используется в случаях, когда взаимодействие с абразивными частицами является функциональным назначением трибосопряжений буровые долота, дозаторы, дробильное оборудование и т.п.). Если частицы абразива переносятся средой, то имеем изнашивание незакрепленными частицами абразива – газо- и
гидроабразивное. Этим видам износа подвержены лопатки газовых турбин, направляющие гидравлических турбин, трубы и насосы земснарядов и др. Эрозия характерна для деталей оборудования, взаимодействующих с потоками жидкости или газа теплообменники, топливные системы, регулирующие устройства гидравлических и паровых систем , поршневые кольца ДВС и компрессоров. К молекулярно-механическому изнашиванию относится
заедание – изнашивание в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и несовместимо с нормальной эксплуатацией технического устройства. Явление схватывания имеет место при некоторых технологических процессах холодная сварка металлов, получение биметаллов методом холодной прокатки. В этом случае схватывание желательно. В трибосопряжениях схватывание всегда вредно и несовместимо с нормальной работой трибосопряжения.
21 Наличие химически активной среды на поверхности трения приводит к параллельному протеканию трибологического и химического процесса. При контакте металла с обезвоженными газами и неэлектропроводящими жидкими средами происходит химическая коррозия. При контакте металла с электролитами (водные растворы кислот, солей, щелочей, расплавы солее и т.п.) возникает электрохимическая коррозия, сопровождаемая анодными и катодными процессами.
Коррозионно-механическое изнашивание проявляется в виде окислительного изнашивания и фреттинг-коррозии. Окислительное – коррозионно-механическое изнашивание, при котором преобладает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей средой. Фреттинг- коррозия (фрикционная коррозия, коррозия трения, контактная коррозия, просто фреттинг) – коррозионно-механическое изнашивание плотно контактирующих твердых тел при наличии относительных тангенциальных микросмещений.
Фреттинг-коррозии подвержены поверхности контакта прессовых соединений ступица-вал, шпонка-вал, центрирующие поверхности, опорные поверхности пружин, ножевые опоры силоизмерительных устройств, поверхности затянутого стыка.
22 Наиболее радикальным методом предотвращения фреттинг- коррозии является уменьшение микросмещений. Электроэрозионное – эрозионное изнашивание поверхности в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока. Этому виду изнашивания подвержены скользящие контакты электрических машин и сварочных аппаратов токосъемы транспортных и подъемно-транспортных машин, в радиоэлектронной аппаратуре, средствах автоматики и связи слаботочные подвижные контакты реостатов, потенциометров, кодовых датчиков и др. Для снижения интенсивности электроэрозионного изнашивания используют создание на поверхностях контакта тонких переходных слоев, не ухудшающих токопроводимость, но снижающих вероятность схватывания создание композиционных материалов,
I II III
1/
ε
ε
1/
ε
0 К H
M
К H
M
Рис. Зависимость относительной износостойкости (
ε) и относительного износа 1/
ε от отношения твердостей абразива и материала НА НМ [11]
23 содержащих электропроводные смазки создание токопроводящих смазочных материалов.
1.5. Методы исследования износостойкости сталей Износостойкость одного итого же материала является переменной величиной и зависит от многих факторов механических свойств изнашиваемого материала, свойств абразива и размеров абразивных зерен, от соотношения механических характеристик абразива и металла, а также от удельной нагрузки на контакте, температурного воздействия, наличия охлаждения зоны трения и других факторов. В отличие от механических характеристик группы прочности и пластичности износостойкость определяется не только начальными свойствами испытуемого материала, но и свойствами материала контртела, во взаимодействии с которыми происходит изнашивание при эксплуатации, а также характером контактного нагружения. Зависимость износостойкости материала от условий изнашивания и свойств контактирующего с ним материала усложняет оценку фактического износа и выбор методов для его определения. Разработка методов испытания материалов на изнашивание обусловлена необходимостью достоверного выбора износостойких материалов с целью повышения ресурса машин, механизмов, инструмента. В технических устройствах, содержащих трибосистемы подвижные соединения элементов, физико-химические процессы, происходящие в материале, обусловлены особым видом нагружения, называемым трибологическим.
Трибологическое нагружение имеет место при относительном перемещении взаимодействующих элементов механической системы. Его влияние на материал деталей локализовано в поверхностном слое, глубина которого составляет величину порядка 0,01…3 мм в зависимости от условий нагружения. На рис. показаны виды кинематического взаимодействия элементов ТС при трибологическом нагружении. Каждый вид трибологического взаимодействия обусловливает присущее ему деформационно-напряженное состояние материала, степень активизации и последующее разрушение поверхности детали. Одной из задач инженерной трибологии является исследование взаимосвязи механических свойств сталей и износостойкости и