Файл: Учебное пособие издание второе, дополненное рекомендовано Министерством общего и профессионального.pdf

В качестве электролита служат вода, водные растворы кислот и щелочей и др., в качестве анода — детали машин, например днище автомобиля, крылья и др.
Наиболее интенсивно процесс электрохимической корро- зии протекает, когда электролит находится в капельном со- стоянии. Этим обстоятельством объясняется быстрый вы- ход из строя днища и корпуса автомобилей.
Электрохимической коррозии подвергаются металлы и сплавы, находящиеся в разнородном или разнонапряженном состояниях. Более нагруженные участки выступают в роли анода, менее нагруженные — катода. Разрушение металла происходит при перетекании ионов металла из более нагру- женной зоны (анода) в менее нагруженную (катод). В анод- ной зоне появляются несплошности в виде точечных разъе- даний или коррозионных трещин.
Процесс коррозионного разрушения усиливается при знакопеременном нагружении узлов машин. Этим объясня- ется быстрое разрушение сварных соединений рам автомо- билей. В данном случае анодом служит переходная зона свар- ного шва, катодом — основной металл. Коррозионные тре- щины зарождаются в переходной зоне и обычно являются причиной разрушения сварных соединений рам автомоби- лей.
При ремонте рам устранение трещин производится с по- мощью сварки, при этом сварные швы должны выполнять- ся по разработанной технологии с соблюдением режимов сварки. Для предупреждения зарождения трещин после свар- ки сварные швы должны быть подвергнуты термической об- работке для выравнивания структур металла шва и основно- го металла, а также снятия внутренних напряжений.
На интенсивность электрохимического коррозионного изнашивания оказывает влияние конструктивное исполне- ние деталей и узлов машин. Коррозионное изнашивание в большей мере развивается в щелях зазора металлических
319

деталей, застойных зонах узлов машин (щелевая коррозия).
Образующиеся продукты коррозии оказывают распирающее действие (клиновой эффект) в щелях и зазорах, чем и вызы- вается более ускоренное разрушение узлов. Для предотвра- щения щелевой коррозии на стадии производства и ремонта машин необходимо исключить условия, способствующие ее возникновению.
Коррозионное изнашивание в процессе работы деталей проявляется в виде повреждений, возникающих как в повер- хностном слое, так и под ним. Наружные повреждения су- ществуют в различных формах: в виде отдельных пятен; многочисленных мелких язв и раковин; как поверхностных трещин, так и пронизывающих насквозь материал детали.
Часто коррозионные повреждения развиваются под сло- ем металла в виде трещин или нитей, расположенных по границам зерен или по зонам сплавления в сварных соеди- нениях (ножевая коррозия) и др. Этот вид коррозии пред- ставляет особую опасность, так как до разрушения не прояв- ляет внешних признаков.
При выполнении ремонтных работ на автомобиле защи- та от коррозии зависит от форм ее проявления.
Защита днищ, крыльев и корпуса автомобиля от корро- зии производится за счет применения защитных лакокрасоч- ных покрытий, нанесенных по соответствующей технологии.
Перспективным методом повышения противокоррозион- ных средств является увеличение доли деталей из пластмасс и металлов повышенной коррозионной стойкости (алюми- нированный лист — для глушителей, покрытие — цинкоме- талл — для кузовов, крепежный металл).
В процессе эксплуатации машин необходимо удалять продукты коррозии, влаги и загрязнений, проверять состоя- ние защитных покрытий, а при необходимости их восста- навливать.
320

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Показать сущность коррозионного изнашивания.
2. Описать механизм химической коррозии.
3. Описать механизм электрохимической коррозии.
4. Указать детали и узлы автомобиля, подверженные
коррозионному изнашиванию.
5. Каково состояние поверхностей, подверженных коррозии?
6. Описать способы защиты деталей и узлов автомобиля от
коррозии.
ИЗНАШИВАНИЕ ПРИ ФРЕТТИНГ-КОРРОЗИИ
Фреттинг-коррозия — это процесс разрушения плотно контактирующих поверхностей пар трения при их колеба- тельных перемещениях с малыми амплитудами.
В условиях изнашивания при фреттинг-коррозии работают большинство узлов автомобиля. Сюда относятся сопряжения деталей, выполненных по посадке с натягом, рабочие поверх- ности шпоночных и шлицевых соединений, заклепочные со- единения, сайлент-блоки верхних и нижних рычагов и др.
Механизм процесса изнашивания при фреттинг-коррозии представим на примере работы сопряжения вал — втулка в посадке с натягом. Передача вращения от одной детали к другой осуществляется за счет упругого контакта между ра- бочими поверхностями. Из-за неровностей поверхностей фак- тический упругий контакт происходит не по всей площади, а по отдельным участкам (рис. 149, а).
В процессе работы металл в области участков соприкос- новения окисляется, чему в значительной мере способству- ют упругие колебания и микроперемещения, возникающие при передаче крутящего момента (рис. 149, б).
Окисление металла в зоне контакта снижает его упругие свойства, уменьшается величина натяга, теряется прочность
321

Рис 149. Механизм процесса изнашивания металлических поверх-
ностей при фреттинг-коррозии
сопряжения. На поверхности контакта после изнашивания при фреттинг-коррозии видны мелкие язвы, пятна от окис- лов. Такое же состояние имеют и трущиеся поверхности шпо- ночных и шлицевых соединений, заклепочных сопряжений и др.
Из числа средств борьбы с фреттинг-коррозией можно выделить следующие: уменьшение величины микропереме- щений, снижение сил трения, замена внешнего трения на внутреннее.
В посадках с натягом уменьшение величины микропере- мещений достигается применением разгружающих выточек на валу (рис. 150).
Часть упругих микроперемещений в зоне контакта га- сится микродеформацией металла в зоне выточки.
Снижение сил трения в шпоночных и шлицевых соеди- нениях производится за счет уменьшения коэффициента тре- ния при использовании твердых смазок на основе парафина, свинцовых белил и их смесей с дисульфидом молибдена.
Уменьшение повреждений от фреттинг-коррозии дости- гается также повышением твердости одной из деталей. При
322

увеличении твердости стали уменьшается взаимное внедре- ние деталей, что снижает интенсивность изнашивания. За- калка и азотирование — полезны, хромирование — нежела- тельно, так как на хромированной поверхности плохо задер- живается смазочный материал.
Колебания передних колес при движении по неровнос- тям дороги передаются парам трения верхний рычаг — ось, нижний рычаг — ось, совершающим при этом колебатель- ное вращение с малыми амплитудами. Установка между ними подшипников скольжения или качения не дает эффек- та, так как рабочие поверхности будут работать в условиях фреттинг-коррозии и смазка их малоэффективна.
Значительно большая долговечность достигается установ- кой между осью и втулкой нижнего или верхнего рычага ре- зинометаллического шарнира — сайлент-блока (рис. 151, а).
Наружная втулка (1) впрессовывается во втулку рычага, внутренняя — напрессовывается на ось. При такой конструк- ции резинометаллического шарнира колебания передних ко- лес гасятся деформацией резинового кольца (3), т. е. проис- ходит замена внешнего трения между осью и рычагом внут- ренним трением резинового элемента.
Подобная конструкция шарнира в виде резинового баш- мака применяется в креплениях рессор автомобилей. Концы
Рис. 150. Разгрузочная канавка на валу
323

Рис 151 а. Резинометаллический шарнир
рессоры закрепляются в таких вкладышах. Удлинение рес- соры при ее прогибе компенсируется деформацией резины
(рис. 151, б).
Достоинства замены внешнего трения внутренним тре- нием резинового элемента состоят в том, что отсутствует изнашивание от внешнего трения, отпадает необходимость
Рис 151 б. Рессора, закрепленная в резиновом башмаке
324

в смазывании трущихся поверхностей, упрощается обслужи- вание, уменьшается масса, амортизируются удары и т. д.
В упругих карданах помимо смягчения ударов при рез- ком увеличении крутящего момента происходят гашение виб- раций, демпфирование крутильных колебаний.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем сущность изнашивания при фреттинг-коррозии?
2. В каких деталях и узлах автомобиля имеет место данный
вид изнашивания?
3. Описать состояние поверхности после изнашивания при
фреттинг-коррозии.
4. Описать механизм износа в посадках с натягом.
5. Назвать методы борьбы с фреттинг-коррозией.
6. Как повысить долговечность подвески передних колес?
Поломка деталей машин
При выполнении ремонтных работ из-за поломки дета- лей, узлов и агрегатов автомобилей разрушенные детали меняют на новые. Такая простая замена не может быть эф- фективной, пока не будут найдены и устранены причины поломки. В противном случае вновь установленная деталь не отрабатывает положенного ресурса времени и ремонт мож- но считать некачественным.
С достаточно высокой степенью вероятности причину по- ломки можно определить по состоянию поверхностей изло- ма разрушившейся детали. Известно, что разрушение не про- исходит одновременно по всему сечению детали. Оно начи- нается в определенном месте, откуда распространяется по
«телу» детали. Следовательно, причину необходимо искать в месте начала процесса разрушения.
325

Место начала разрушения и его характер устанавливают- ся при визуальном осмотре.
При дефектации детали внимательно осматриваются поверхности излома и отмечаются их особенности.
Вначале осматривают все части разрушившейся детали в неочищенном виде. Обращают внимание на наличие следов удара на поверхности детали вблизи зоны разрушения, оце- нивают цвет излома. Так, наличие следов краски или тем- ный цвет окисленного металла в изломе указывают на то, что в работу была установлена заведомо бракованная деталь, т.е. имеющая трещины в «теле» до ее эксплуатации.
Для получения более полной информации о причинах разрушения поверхность излома очищают от ржавчины и других загрязнений с помощью растворителей, например керосина, при этом нежелательно применение металличес- ких щеток. При очистке деталей из алюминия и его сплавов нельзя использовать щелочи, так как они вызывают растрес- кивание поверхности.
При визуальном осмотре составляется рисунок излома, на который наносят характерные особенности строения. К их числу относятся:
• различие в величине зерен по сечению;
• наличие характерных линий в виде рубцов, лучей или концентрических окружностей;
• общий наклон поверхности излома по отношению к оси детали;
• волокнистое или зернистое (кристаллическое) строе- ние излома;
• цвет излома (матовый или блестящий).
Весьма важно обратить внимание на поверхность, при- легающую к излому. Загнутость краев («шейка») указывает на пластическую деформацию металла детали перед ее раз- рушением. Поверхность излома в этом случае имеет мато- вый цвет и волокнистое строение.
326

Выявленные при визуальном осмотре особенности стро- ения поверхности излома объясняются следующим образом.
Любое разрушение начинается с появления одной тре- щины или сетки трещин. Трещина, по которой произошло разрушение, называется магистральной. Если магистраль- ная трещина проходит по слиянию нескольких трещин, то в изломе появляются лучи, рубцы, веерообразно расходящие- ся из зоны начала разрушения (рис. 152). На поверхности детали вблизи излома обычно имеют место трещины, пред- шествующие разрушению.
Рис. 152. Строение излома при образовании магистральной
трещины
По мере развития трещины скорость ее распространения возрастает. Установлено, что чем больше скорость роста тре- щины, тем грубее поверхность излома. Следовательно, в ме- сте начала разрушения шероховатость будет меньше, чем в конце. Это обстоятельство является одним из признаков, по- зволяющих определить место начала разрушения.
В зоне конца разрушения поверхность излома очень час- то представляет собой ступенчатые вырывы металла.
При наличии на детали концентратора напряжений в виде трещин различного происхождения, коррозионных изъязв- лений и др. разрушение происходит по концентратору на-
327

пряжений. Важно знать, что в этом случае пластическая де- формация металла вблизи излома отсутствует, а сам излом не имеет загнутости краев (рис. 153, б). Возможная причина разрушения — наличие дефекта. Поверхность имеет метал- лический блеск и кристаллическое строение.
Загнутость краев детали в месте разрушения появляется в результате пластической деформации (утонения) металла, что обычно вызывается перегрузкой при однократном нагру- жении. Поверхность излома имеет матовый цвет и волокни- стое строение, что объясняется смятием зерен при пласти- ческой деформации металла в зоне разрушения (рис. 153, а).
Рис. 153. Разрушение детали при различных видах деформации:
а — разрушение с пластической деформацией;
б — разрушение по концентратору напряжений
Наклон поверхности излома указывает на направление действия сил в момент разрушения. Верхняя часть излома является местом начала разрушения (рис. 154).
Рис. 154. Определение места начала разрушения по наклону
излома относительно оси детали
328

При движении трещины в листовом прокате при его раз- рушении на поверхности излома иногда появляются следы в виде острых углов, вершины которых указывают на место начала разрушения (рис. 155).
Рис. 155. Признаки места начала разрушения: а — схема разруше-
ния; б — шевронный излом кольца подшипника из стали ШХ15
329

По состоянию поверхностей все изломы можно разде- лить на:
• хрупкие;
• усталостные;
• пластичные (вязкие).
Каждому виду разрушения соответствуют определенные причины, вызвавшие его появление.
Хрупкие изломы характеризуются следующими особен- ностями:
• нет загнутости краев вблизи излома, что связано с от- сутствием пластической деформации в месте разруше- ния;
• поверхность изломов имеет кристаллическое строение и металлический блеск;
• по излому наблюдаются две зоны, из которых одна с мелкой шероховатостью, другая — с грубой. Четкого разделения между зонами обычно нет (рис. 156).
Хрупкие изломы указывают на то, что причиной разру- шения является наличие концентраторов напряжений. Само разрушение в этом случае происходит по концентратору на- пряжений без пластической деформации.
Концентраторами напряжений служат:
• трещины любого происхождения (термические, свар- ные, усталостные и др.);
• расслоение металла;
• ступенчатый переход от одного размера детали к друго- му;
• глубокие риски после механической обработки, резьба;
• коррозионные изъязвления;
• охрупчивание металла, вызванное сваркой, термичес- кой обработкой, гальваническими напряжениями и др.
Местом начала разрушения служит фокус зоны с мел- кой шероховатостью. Конец разрушения располагается во второй зоне с грубой шероховатостью (рис. 156 б, в).
Данный вид излома часто имеет место в деталях автомо- биля. Так, разрушение сварных соединений рамы может быть
330