Справочник по конструкционным материалам (998983), страница 24
Текст из файла (страница 24)
При граничной смазке давления перераспределяются незначительно, Лишь при условиях гидродинамической или эластогидродинамической смазки нагрузка в трущемся сопряжении распределяется более равномерно по номинальной площади контакта. В зоне контакта вершин поверхностных неровностей при трении неизбежны высокие деформации сдвига и при тяжелых режимах трения (повышенные скорости и нагрузки) возникают температуры (температурные вспышки), вплоть до точки плавления материалов, находящихся в контакте. В результате материал поверхностных неровностей, непосредственно участвующих в трении, а также оксидные и адсорбированные пленки и расположенная между поверхностями смазка находятся в своеобразных миниатюрных химических реакторах с экстремальными параметрами (по нагрузкам, температурам и сдвиговым деформациям). В этих недолговечных (при больших скоростях скольжения) микрореакторах осуществляются различные физические и химические процессы в весьма неравновесных условиях с образованием новых веществ и состояний материалов трущихся тел.
Проблемы трения, изнашивания и смазки сложны. В них тесно переплелись интересы разных фундаментальных и прикладных наук: механики, физики, физической химии, химин, материаловедениа, теории прочности и пластичности и т. ц. Процессы на участках фактического контакта, в том числе и разрушения, приводящие к отделению частиц, происходят нри весьма быстро изменяющихся неравновесных условиях. Согласно ГОСТ 23001 — 88, изнашивание представляет собой процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации нри трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.
В результате изнашивания возникает износ, вычисляемый в абсолютных или относительных единицах. В абсолютных единицах износ определяют по потере массы путем взвешивания, уменьшению линейных размеров, изменению объема детали. Износ, отнесенный к пути трения, объему выполненной работы, работе трения и т, д., является показателем интенсивности изнашивания. Износ, отнесенный ко времени процесса трения, определяет скорость изнашивания. Различают износ при трении без смазки, граничной смазке и при наличии абразива, Износ по характеру деформирования поверхностей трения нодразделаот на износ при упругом контакте, упругопластическом контакте и при микрорезании.
Работа трущегося сопряжения характеризуется тремя стадиями процесса изнашивания: приработкой, установившимся процессом изнашивания и периодом катастрофического износа. Процесс приработки мнимает короткий период времени и характеризуется повышенными активацией поверхностей, интенсивностью изнашивания и тепловыделения, что приводит к физико-химическим изменениям поверхностных слоев и созданию равновесной шероховатости.
В результате приработки в системе вырабатывается комплекс выголнык свойств, определяющий максимальную несущую способность трущеикя сопряжения. Виды и характеристики изнашивания определены ГОСТ 23001-88, согласно которому различают механическое изнашивание, происходящее в результате механических воздействий; коррозионно-механическое, когда помимо механических действуют химические или электрические воздействия, и абразивное, которое возникает в результате режущего или царапающего действия твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Разновидностями механического изнашивания являются также усталоспюе изнашивание, начальные стадии фреттинг коррозии и др.
При воздейстзин жидкой нли гаювой среды и абразива различают гвдроабразивное или газоабразивное изнашивание, а без определяющего действии абразивных часпщ — зрозионное изнашивание. Нередко детапи машин работают в условиях кавитации. Изнашивание в этом случае, получившее название кавитационного ~22~, происходит при захлопывании вблизи поверхности детали пузырьков газа или пара (каверн), что создает местное повышение давления или температуры, приводящее к отделению частиц износа и разрушению по- верхностных слоев. Большое количество трибосопряжений работает в условиях токосъема. В зтом случае возникает электроэрозионное изнашивание поверхностей трения в результате воздействии разрядов при прохождении злектрического тока.
Закономерности процесса изнашивания зависят от условий эксплуатации конкретных трущихся узлов, режимов трения, материалов трущихся поверхностей, конструктивного исполнения, внешней среды, смазки и др. Наибольший урон сельскохозяйственным машинам, горнодобывающему оборудованию, дорожностроительным машинам и т. д. наносит абразивное (и коррозионно-абразивное) юнашивание, Закономерности абразивного юнашивакия (рис. 3.1) установлены фундаментальными исследованиями М.М, Хрущова и М,А, Бабичева [72, 73], От естественного абразива (главным образом частиц ЗЮз) с твердостью 1000 НУО,1 избавиться нельзя, можно только защищаться от него, используя уплотнения и, что более эффективно, применяя для трущихся сопряжений материалы с высокой твердосп ю (желательно превышающей твердость абразива).
Как правило, такие материалы хрупки и непригодны для изготовления динамически нагруженных деталей машин. Решением этой проблемы является нанесение износостойких слоев. Повышение износостойкости в не- которых случаях достигается термической обработкой стальных деталей (объемной или поверхностной), различными химико-термическими методами модифицирования поверхностных слоев, дополнительным наклепом поверхностных слоев, лазерной обработкой, нанесением поверхностных слоев различными методами (электрохимическими, плазменными, вакуумными ионно-плазменными и др.). Эффективно применение высоколегированных сталей (содержащих болыпое количество твердых карбидов), твердых сплавов, керамических материалов (например, корундовой керамики). 40 20 1О 20 0 100 200 ЗООНЧ0,1 0 200 400 боо В00НЧ0,1 Рне.
ЗЛ. Зависимости относительной износостойкости а при абразивном изнашивании (испытания при трении о шлифовальную шкурку) от твердости чистых металлов и сталей в отожженном (а) и термически обработанном (6) состоянии Одной из основных причин износа металлических материалов является схватывание трущихся поверхностей (по существу, твердофазная сварка). Среди различных предположений о механизме образования химических (илн физических) связей между твердыми поверхностями наиболее широкое признание получили представления о необходимости преодоления длл образованна прочных связей между контактирующими поверхностями некоторого энергетического порога (энергии активации) !24, 55), К рассмотрению механизма схватывания на микроуровне привлекают теорию дислокаций (дислокационные представления о природе схватывания), а в последние годы учитывают процессы развитой пластической деформации, включая теорию ротационных эффектов и термодинамики необратимых процессов !4, 76!.
Явление схватывания при неблагоприятном соотношении механических свойств твердых тел, находящихся в контакте, приводит к образованию наростов («узлов схватываниями), задиров, заеданию, катастрофическому повреждению поверхностей трения и изнашиванию. Оно лежит также в основе так называемой фрегппп корр<вин [! ! ! сопряжений, работающих при вибрации нли относительном перемещении поверхностей с малой амплитудой (первая стадия представляет собой микросхватывание трущихся поверхностей). Средством борьбы со схватыванием является применение смазочных материалов (жидких, пластичных и твердых).
Однако смазочные пленки могут разрушаться, и в этом случае неизбежен непосредственный контакт чистых (ювенильных) поверхностей. Для предотвращения схватывания нли снижения вызываемых повреждений до приемлемого уровня осуществляют следующие мероприятия.' а) для трущихся пар выбирают сочетание материалов с минимальной способностью к схватыванию; б) легируют металлй с целью снижения способности к схватыванию н повышения противозадирных свойств; в) повышают твердость сталей термической обработкой (закалкой); г) изменяют состав и состояние поверхностных слоев химико-термической (цементация, азотирование, сульфндирование и т. д.) и поверхностной термической (закалка ТВЧ, лазерная и электронно-лучевая закалка) обработкой; д) на поверхности трения наносят пленки мягких металлов и сплавов (1п, Сд, Бп, Ай, Си, латуней и т.
п.)„ е) вводят мягкие составляющие (РЪ, Зп) в антифрикционные сплавы (свинцовистые бронзы, алюминиево-оловянные сплавы); ж) используют материалы, выполняющие функции твердой смазки (графит„дисульфнд молибдена и другие халькогениды переходных металлов У вЂ” Ч! групп Периодической системы элементов, фторопласт-4 и т. п.), нли наносят соответствующие покрытия; з) в пористую металлическую основу вводят жидкие или пластичные смазки (пористые самосмазывающиеся подшипники)„ и) для изготовления деталей трущихся сопряжений применяют материалы, обладающие относительно материала контртела низкой адгезионной способностью (полимерные материалы, естественная н модифицированная древесина, углеграфитовые антифрикционные материалы, рубин, другие оксндные керамики, алмаз).
Эффективность действия смазочных материалов (жидких и пластичных) в предотвращении проявления схватывания трущихся поверхностей может быть повышена введением в смазки поверхностно-активных, химически активных и полимерообразующих присадок, способствующих образованию на поверхностях прочных защитных пленок !44 Повракденяя Усталостиые цовреждеиия (трещины, выкрашиваиие, разрушения); износ в результате абразивного воздейсгвия часгиц, попадающих со смазкой; кавитационные повреждения вкладышей (местные и общие по асей или большей части поверхности) и коррозиоииые повреждения (общие или отдельных структурных составляющих) Усталсстиые цовреждеиия (трещины, выкрашиваиие, разрушения); износ в результате абразивного воздействия часпщ и схватывания иа отдельных участках поверхностей; образование глубоких и широких борозд, приводящих к залиру трущихся поверхностей Смешанный или граничный Износ вследствие схватывания, сопровождаемый вырывами и переносом металла с одной поверхности иа другую; образование глубоких и широких борозд, цриводяцшх к задиру трущихся поверхностей; износ из-за сматия (пластической деформации трущихся поверхностей) Без смазки В условиях жидкостного трения интенсивность изнашивания незначительна и износ большей частью происходит вследствие попадания абразивных часпщ.
Для трущихся узлов характерен режим смешанного трения, когда имеются участки как жидкостного, так и граничного трения. Такой режим часто возникает вследствие повышения давления и температуры, а иногда в связи с изменением геометрической формы подшипника в результате его износа, что, в г частности, наблюдается у беззазорных подшипников скольжения грузовых вагонов. Несущую способность таких подшипников с учетом износа баббитового слоя и условий работы определяют по толщине масляного слоя, давлению и произведению р~ (71.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
