Диссертация (Повышение надежности малоподвижных соединений деталей авиационных двигателей, подверженных в эксплуатации влиянию феттинг-коррозии), страница 4

равного четырѐм межатомным расстояниям. В таких условияхобычный износ невероятен. Однако с помощью этой теории нельзя объяснить,почему размеры частиц, первоначально удаляемые с поверхности, имеютвеличину от десятков нанометров до нескольких микрометров, что намногобольше атомных размеров.Согласно теории К.Г. Райта [18] на начальном этапе фреттинга врезультате адгезии образуются «мостики» сварки. При относительныхсмещениях эти связи разрушаются с образованием твѐрдых частиц наповерхностях неровностей. При последующем смещении тел образовавшиесячастицы могут вызывать микро резание или пластическое оттеснениематериала сопряжѐнной поверхности и дополнительное образование продуктовизноса, количество которых зависит от твѐрдости поверхностей.

Отделившиесяот основного металла частицы при наличии кислорода в зависимости отусловийаэрацииобразуютразличныеокислы,номалаяамплитудаотносительных перемещений затрудняет выход окислов из зоны контакта,способствуяскоплениюпродуктовизносамеждусопряжѐннымиповерхностями. Когда толщина зоны продуктов износа достигает равновесногозначения, создаются условия скольжения окисла по окислу, выполняющие рольтвѐрдой смазки, интенсивность износа снижается [19]. Кроме того, К.Г. Райтпредполагал возможность внедрения твѐрдых частиц износа в металлическуюповерхность и образование вследствие этого трещин, которые при действиициклической нагрузки развиваются, что в конечном счѐте, приводит кразрушению детали.Примерно тот же процесс разрушения при фреттинге описывают Г.Г.

Улиги Р.У. Реви в работе [13], но подчѐркивая при этом особую связь механическихи химических процессов при взаимодействии поверхностей деталей.Г.Г.Улигсчитал,чтофретгинг-коррозияпредставляетпроцесснепрерывного удаления продуктов химической реакции с металлическойповерхности, и предложил формулу для подсчѐта потерь массы металла20вследствие фреттинга, где учитывает роль механического и химическогофакторов:,гдеР─ удельная нагрузка;N─ число циклов;v─ частота нагружения;(1.1)─ амплитуда относительных перемещений, где,,─ постоянные.В этом уравнении первые два члена отражают роль химического факторапроцесса, величина которого обратно пропорциональна частоте нагруженный v.Последний член уравнения характеризует механический фактор, связанныйпрямой зависимостью с амплитудой перемещения.

Недостаток этого уравнениязаключается в том, что оно не отражает условия в контакте и не учитываетмеханические свойства контактирующих материалов.Согласно формуле (1.1) общая потеря массы при фреттинг-коррозиисвязаналинейнойзависимостьюотчислаNцикловнагружения,параболической от нагрузки Р и гиперболической от частоты v нагружения.Анализ формулы показывает, что «коррозионная» компонента уравненияиграет преобладающую роль при малых частотах, а при высоких частотахведущим становится «механический» фактор.

Кроме того, коррозионныйфактор является функцией времени и не зависит от частоты и общегоскольжения, в то время как «механический» находится в прямой зависимостиот пути трения.Предложенная Г.Г. Улитом модель весьма упрощѐнная, хотя и позволяетучитывать основные факторы процесса фреттинга. Механические и химическиефакторы в ней находятся в тесной взаимосвязи и поэтому невозможноразделить их влияние на величину износа. Кроме того, модель не учитываетмассоперенос и развитие усталостных трещин.

Помимо этого при выводе21формулыдляучѐтаокислительныхпроцессовсделаныупрощения,искажающие логарифмический закон окисления.Изучая ранние стадии фреттинг-коррозии, Д. Годфри и И.М. Бейлизпришли к выводу, что процесс разрушения поверхности и отделениеметаллических частиц преимущественно происходят в результате сильнойадгезии.

Величина адгезии зависит от комбинации контактирующих тел, но влюбом случае она играет ведущую роль в механическом износе. Хотяметаллические частицы, отделяясь от поверхностей трения, быстро взаимодействуют с кислородом, но износ и образование язв на поверхностяхнеокисляющихся материалов (платина, стекло, кварц, рубин, слюда), по ихмнению, свидетельствуют о второстепенной роли химических процессов прифреттинг. В работе обнаружено, что развитие при фреттинге коррозии междуразличными металлическими материалами со стеклом, а также количествообразующихсяпродуктовизносаобратнопропорциональнотвѐрдостиматериалов.На начальных стадиях фреттинга адгезия сопровождается разрыхлениемповерхности тел, которое выражено тем сильнее, чем больше адгезия, аинтенсивность окисления металлических частиц тем выше, чем они мельче. Наповреждѐнных фреттинг-коррозией металлических поверхностях наблюдалосьобразование плѐнок, формирующихся, в результате уплотнения окислов наповерхностях трения.На основе обобщения результатов известных исследований Р.Б.

Уотерхаузвыделил основные процессы фреттинга:─ механическое воздействие разрушает на поверхностях контакта окисныеплѐнки, освобождая чистые поверхности деформированного металла, слойкоторого энергетически очень активен и быстро окисляется при наличии дажеследов кислорода, а этот процесс повторяется в каждом полуцикле нагружения;─ размельчѐнные в тонкой металлической форме частицы удаляются споверхности либо путѐм механического шлифования, либо путѐм образования22узлов сварки в точках контакта, которые затем разрушаются по инойповерхности, чем первоначальная поверхность контакта (либо путѐм срезания,либо в результате локального развития усталостных процессов).Эти процессы наблюдаются в нейтральной среде и в вакууме: окисленныепродукты разрушения, образующиеся на первом этапе процесса или врезультате окисления металлических частиц на втором этапе процесса, служатабразивом, если твѐрдость окислов выше чем, основного материала, выполняютроль фактора, повреждающего поверхности контакта.К.Г.

Райт и Р.Б. Уотертаунсделали вывод, что при фреттингеодновременно протекает несколько процессов: окислительный, абразивныйизнос, развитие усталостных трещин, которые тесно взаимодействуют междусобой делят процесс на три стадии:1) отделение частиц повреждѐнного материала;2) окисление этих частиц;3)взаимодействиеокисленныхчастиц(продуктовповрежденияфреттингом) с основным материалом.Особую трактовку процессам, происходящим при фреттинг-коррозии, далиИ.А. Одинг и B.C.

Иванова [6], изучавшие влияние на фреттинг-усталостьразличных металлических и материалов газовой среды (воздуха и водорода).На основе полученных данных они сделали вывод, что ведущим процессомпри фреттинг-коррозии является не окисление поверхностей, а совокупностьмеханических и электроэрозионных процессов.

Первые вызывают разрушениеокисных плѐнок и образование ювенильных поверхностей металла, а вторыеприводят к износу поверхностей в результате электроэрозии. Этот процесс,образуя электрическое поле в зоне трения, протекает при трении иобусловливает повышение контактной температуры, возникший градиента наповерхности металла генерирует электродвижущую силу (ЭДС).В процессе циклического смещения поверхностей при трении происходитпоследовательное смыкание и размыкание контактов по шероховатостям, т.

е.23последовательное образование электрических зарядов и разрядов. Это ведѐт кразрушению поверхностей подобно электроэрозионной или электроискровойобработке. Это предположение подтверждалось тем, что при компенсациитермотока внешним электротоком удавалось исключить эффект электроэрозиипри фреттинг-коррозии.Для объяснения полученных результатов B.C.

Иванова и И.А. Одингпредложили «вакансионный» механизм электроэрозионного разрушения,согласно которому при вырывании с поверхности атомов анода на их местоначинают диффундировать атомы и «вакансии» диффундируют вглубь.С увеличением концентрации «вакансий» создаются благоприятныеусловия для их коагуляции и образования пор.Б.И. Костецкий [2] считает, что ведущим при фреттинге являетсядинамическийхарактернагруженияпрималыхперемещениях,способствующий повышению физико-химической активности поверхностейконтакта и интенсивности разрушения взаимодействующих поверхностей.Однако из практики известно, что фреттинг наблюдается в широком диапазонечастот и, более того, с ростом частоты нагружения влияние степениповреждения фреттинга на сопротивление усталости уменьшается.Трѐх стадийную схему предложили также А.Я.

Алипьев и Н.Л. Голего [3](рис. 1.1) развития процесса фреттинга: в первом периоде возникаютдеформации и схватывание поверхностей контакта, срезание узлов схватыванияимикронеровностей,окислениеинакоплениепервичныхпродуктовповреждения зон контакта и влияния.Во втором периоде усталостно-окислительные процессы прогрессируют взонах влияния и в диспергированных слоях, обладающих высокой энергией,что, кроме того, способствует интенсификации абразивного фреттинг-износа.В третьем периоде происходит износ разрыхлѐнных усталостно-окислительными процессами зон влияния.

Поэтому в соответствии с даннымиисследований [3] роль усталостных процессов заключается лишь в разрушении24ослабленныхокислительнымипроцессамиповерхностейконтактаиактивизации фреттинг-износа; при этом авторы не выделили как важнейшуюпроблемупроцессафреттинг-усталости,приводящуюкразрушениюсоединения.Кроме того, на первой стадии происходит локальное упрочнениеповерхностей контакта и циклическая текучесть подповерхностных слоев (рис.1.1); большая часть выступов фактического контакта, которые, взаимодействуядруг с другом, пластически деформируются.

Этому способствует образованиесхватыванияювенильногометалланалокальныхнеровностяхпослеразрушения естественных оксидных плѐнок.Рис. 1.1. Модель разрушения поверхности при фреттинг-коррозии [3]:а - стадия I - упрочнения поверхностных слоев; б - стадия II - накопления усталостныхповреждений (инкубационный период); в – стадия III - усталостно-коррозионногоразрушения поверхности; 1 - высокодисперсный слой: 2 - зона повреждаемости третьеготипа; 3 - металлические частицы; 4 - окислы; 5 - зона повреждаемости второго типа; 6 - зонафактического контакта (зона повреждаемости первого типа); 7 - сопряжѐнная поверхность.Слои металла, непосредственно прилегающие к участкам локальногоконтакта, вследствие циклического деформирования упрочняются, а слои,25находящиеся в зоне влияния раз упрочняются.