Пояснительная записка (1210792), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При изучении взаимодействия твердого тугоплавкого металла с жидким легкоплавким было установлено, что очередность образования интерметаллических фаз не всегда отвечает условиям равновесия на поверхности соприкосновения; наблюдаются случаи, когда образовавшаяся в самом начале реакции фаза не соответствует по своему строению и составу наиболее легкоплавкой в данной системе. Поэтому было высказано предположение о том, что интерметаллические фазы могут образовываться двояким путем: или путем растворения тугоплавкого металла в расплаве (равновесный путь), или путем непосредственной химической реакции на границе соприкосновения металлов.
При контакте жидкой фазы с поверхностью твердого тела система может находиться либо в состоянии термодинамического pавновесия, либо равновесие в течение определенного (длительного) промежутка времени может отсутствовать.
2 ПРОЦЕССЫ ИЗНАШИВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ ВАГОНОВ
2.1 Основные понятия теории трения и изнашивания
В процессе эксплуатации происходит естественный износ и повреждение деталей вагонов. Естественный износ появляется вследствие трения, например, равномерный прокат обода колеса возникает в результате трения его о рельсы, износ шеек осей при трении их о подшипники и т. п.
Износ – это изменение размеров, формы или состояния поверхности изнашивания поверхностного слоя изделия при трении. Износ деталей зависит от условий трения, свойств материала и конструкции изделия.
Неисправности, обусловленные процессами естественного происхождения, проявляются чаще всего в виде значительного изнашивания деталей и сборочных единиц, накапливающегося в результате длительной эксплуатации вагона, или в форме внезапных отказов, вызванных исчерпанием конструкционным материалом своего ресурса.
Изнашивание – это процесс разрушения или отделения материала с поверхности твердого тела и накопления его остаточных деформаций при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров или формы тела. Изнашивание характеризуется величиной износа, интенсивностью и скоростью изнашивания.
Интенсивностью изнашивания определяется отношением величины износа к объему выполненной работы, например, мм/км пробега. Скорость изнашивания – это отношение величины износа к времени, в течении которого проходило изнашивание.
Интенсивность и скорость изнашивания, как правило, не остаются постоянными во времени (рисунок 2.1). Процесс изнашивания обычно происходит в три стадии. На первой стадии (участок а) происходит приработка детали, сопровождаемая интенсивным износом. Далее процесс изнашивания стабилизируется (участок b), скорость изнашивания практически постоянная (рисунок 2.1, б). Этот участок характеризует нормальную работу узла. Постепенное изменение размеров трущихся деталей, приводящее к ухудшению условий смазывания, появлению динамических нагрузок в соединении и др., вызывает катастрофическое увеличение скорости изнашивания на участке с.
Рисунок 2.1 – Графики интенсивности (а) и скорости (б) изнашивания деталей вагонов в зависимости от времени.
Накопление статистических данных по характеру изнашиваемости различных деталей вагонов позволяет установить допустимые износы деталей (рисунок 2.1, участок hпр) и обоснованно планировать межремонтные циклы, а также сроки и пробеги.
Изнашивание является результатом трения соприкасающихся частей машин друг с другом или с окружающей средой. Согласно стандарту внешнее трение – это явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательной к ним, сопровождаемое диссипацией энергии.
По характеру относительного перемещения различают трение покоя (при микроперемещениях до перехода к относительному движению, относительная скорость перемещения близка к нулю) и трение движения –трение двух тел, находящихся в относительном движении.
Трение движения подразделяется на трение скольжения, при котором скорости относительного движения тел в точке контакта различны по величине или направлению, и трение качения, происходящее при одинаковых по величине и направлению скоростях относительно движения. «чистое» трение качения возможно только теоретически. В практике оно всегда сопровождается пусть даже незначительным проскальзыванием некоторых элементов деталей, образующих пару трения.
По характеру смазывания контакта соприкасающихся поверхностей в парах трения различают трение без смазочного материала, например, детали фрикционных гасителей колебаний, поглощающих аппаратов, механизма автосцепки, тормозные колодки и обод колеса и др., трение с граничной смазкой – толщина слоя смазочного материала от размеров одной молекулы до 0,1 мкм – смазывание деталей тормозных приборов распыленным в воздухе маслом и трение с жидкой или вязкопластической смазкой – детали подшипников и др.
2.2 Механизм изнашивания деталей пар трения и виды разрушения рабочих поверхностей
Еще не так давно основной причиной изнашивания считали то, что в процессе относительного движения поверхностей неровности одной поверхности зацепляются за неровности другой поверхности, и это приводит к срезанию или выламыванию неровностей. Последние исследования в области триботехники показывают, что механизм изнашивания значительно сложнее. Изнашивание является результатом механических, физических и химических процессов, протекающих в зоне контакта трущихся поверхностей. Эти процессы могут сопровождаться следующими явлениями: взаимным внедрением и зацеплением неровностей сопряженных поверхностей; упругим и пластическим деформированием материала в зоне контакта; молекулярным взаимодействием в виде адгезии и схватывания поверхностей; изменением температурных режимов, приводящим к релаксационным процессам, в результате которых поверхностный слой не наклепывается, а пребывает в состоянии повышенной пластичности.
В триботехнике рассматривается достаточно большой круг видов изнашивания рабочих поверхностей пар трения, сопровождаемых указанными выше явлениями. Рассмотрим виды изнашивания, представляющие наибольший интерес для процессов проектирования, изготовления и эксплуатации вагонов.
Водородное изнашивание. Водородное изнашивание, как один из процессов разрушения поверхностей при трении скольжения, выявлено лишь около 30 лет назад российскими учеными Д.Н. Гаркуновым и А.А. Поляковым. Водородное изнашивание проявляется в виде следующих процессов, протекающих в зоне трения: интенсивное выделение водорода при трении из водородосодержащих материалов; адсорбция водорода на поверхностях трения; диффузия водорода в деформируемый в зоне контакта слой стали; особый вид разрушения поверхности, связанный с одновременным развитием большого числа зародышей трещин по всей зоне деформирования и проявляемый в виде мгновенного образования мелкодисперсного порошка материала. На железнодорожном транспорте водородное изнашивание наблюдается в парах трения колес и композиционных тормозных колодок.
Абразивное изнашивание. Абразивным изнашиванием называют разрушение поверхности детали в результате ее взаимодействия с твердыми частицами при наличии относительной скорости. Такими частицами могут быть следующие: неподвижно закрепленные твердые зерна в материалах пары трения; частицы насыпных грузов или абразивные частицы верхнего строения пути, вовлекаемые воздушными потоками в зону контакта; свободные абразивные частицы в виде продуктов изнашивания, пребывающие в зазоре сопряженных деталей и др.
Изнашивание вследствие пластичного деформирования. Этот вид изнашивания заключается в изменении размеров и формы детали в результате пластической деформации ее микрообъемов и вытеснения материала из зоны контакта. Чаще всего он проявляется в виде проката поверхности катания колеса.
Изнашивание при схватывании. Схватывание – это явление прочного соединения металлов в результате взаимного трения или совместного деформирования. При этом образуются прочные металлические связи в зонах контакта поверхностей и исчезает граница между соприкасающимися телами. Изнашивание при схватывании может проявляться в следующих видах:
- вырывы материала в виде микроскопических частиц и перенос их на другую поверхность при малой интенсивности изнашивания;
- образование тонкой пленки мягкого материала на твердой поверхности (намазывание латуни сепараторов на ролики подшипников и др.);
- вырывание материала с образованием глубоких борозд, уступов;
- задиры – образование борозд с оттеснением материала как в стороны, так и по направлению скольжения;
- заедание – форма проявления схватывания, характеризуемая образованием широких и глубоких борозд, крупных наростов, оплавления поверхности, часто приводящих к заклиниванию деталей.
2.3 Технологические методы повышения износостойкости деталей
Важным техническим мероприятием для повышения срока службы трущихся деталей является упрочнение поверхностных слоев металла. Упрочнение деталей достигается закалкой поверхности металлизацией, азотированием и другими видами химикотермической обработки. Из механических способов упрочнения деталей широко применяют накатку роликами и наклеп стальной или чугунной дробью. Накаткой роликами упрочняют вагонные оси, шейки, предподступичные, подступичные и среднюю части, а наклепом дробью – листы рессор и пружины.
Повышения износостойкости деталей можно добиться, применяя сравнительно недорогие, но эффективные методы химико-термической обработки рабочих поверхностей деталей, например, таких как: цементация, азотирование, фосфатирование, а также прогрессивные методы поверхностного упрочнения деталей, такие как алмазное выглаживание.
Особые перспективы повышения долговечности деталей вагонов можно видеть в использовании для обработки поверхностей высококонцентрированных источников тепловой энергии, в частности лазерного излучения. Методы модифицирования поверхностей деталей лазерным излучением можно разделить на две основные группы.
К первой группе следует отнести обработку, которая не вызывает оплавления или какого-либо другого изменения исходной шероховатости поверхности и связана только с нагревом поверхностного слоя и последующим его самоохлаждением. Управляя процессами нагрева и охлаждения, можно получить различные эффекты в поверхностном слое, в частности термическое упрочнение, отпуск, отжиг. Эффект упрочнения углеродосодержащих сталей заключается в образовании в поверхностном слое специфической дезориентированной в пространстве структуры, которая имеет микротвердость, в 1,5–5 раз превышающую микротвердость основы. Глубина модифицированного слоя в зависимости от режимов облучения может достигать 0,05–3 мм.
Ко второй группе можно отнести обработку, при которой происходит оплавление поверхности: термическое упрочнение, лазерная аморфизация, поверхностное микролегирование и наплавка.
Лазерное термическое упрочнение с оплавлением поверхности позволяет получить в наружном слое характерное для закалки из жидкого состояния дендритное строение.
Аморфизация поверхности – процесс, при котором в поверхностном слое обрабатываемого материала создается максимально возможный градиент температур. При этом в узком поверхностном слое толщиной около
0,02–0,05 мм скорости охлаждения могут достигать значений 106–107 °С/с, которые являются достаточными для «замораживания» разупорядоченной при расплавлении структуры, то есть для перевода металла в аморфное состояние.
Лазерное микролегированние – поверхностное микролегирование используют для повышения износостойкости, жаропрочности, теплостойкости, коррозионной стойкости.
Лазерная наплавка – на подготовленную обрабатываемую поверхность предварительно или одновременно с лазерным излучением подается в виде проволоки или порошка наплавляемый материал. Под действием лазерного излучения происходит расплавление этого материала и частичное оплавление материала основы, что обеспечивает хорошую адгезию покрытия и основы.
3 АНАЛИЗ НОМЕНКЛАТУРЫ ИЗНАШИВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ
3.1 Неподвижная фрикционная планка
В эксплуатации в результате перемещения клина происходит износ фрикционной планки и на её трущейся поверхности образуется углубление (рисунок 3.1).
Буртики, образующиеся при износе, ограничивают перемещение клина при больших величинах возмущающих сил со стороны пути и вызывают жесткие удары фрикционного клина в нижнюю кромку углубления. Это часто приводит к ослаблению и обрыву заклепок фрикционной планки. Поэтому допускаемая величина износа планок должна быть ограничена.
Износ фрикционных планок при деповском ремонте допускается не более 3 мм, а при капитальном – они заменяются новыми. Планки, имеющие больший износ, заменяются новыми или отремонтированными. Наплавка разрешена при износе до 8 мм.
Неисправные фрикционные планки могут наплавляться специальными электродами марки ЭН-18Г4-35 или ЭН-15ГЗ-25 с последующей механической и термической обработкой. Твердость после термообработки должна быть не ниже 286 НВ.
В случае обнаружения ослабших заклепок крепления фрикционной планки к боковой раме эти заклепки необходимо срезать и ставить новые. Запрещается выпускать из ремонта боковые рамы, у которых ослабшие заклепки заварены, подтянуты или подчеканены.
Также запрещается выпускать из ремонта боковины с приваренными электросваркой фрикционными планками, так как оба эти метода не обеспечивают прочности крепления планок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
