Лабораторная работа № 2 определение интенсивности изнашивания металлических материалов

1. Цель работы:

Обучиться методике определения интенсивности изнашивания металлических материалов, овладеть навыками вычисления зависимости интенсивности изнашивания от давления, вида контактирования поверхностей, научиться пользоваться справочными материалами и нормативными документами.

2. Теоретическая часть

Виды и характеристики изнашивания. Существует несколько классификаций видов изнашивания, охватывающих практически все встречающиеся его разновидности. Наиболее распространенными видами изнашивания являются абразивное, адгезионное, усталостное, кавитационное, коррозионное и эрозионное.

Изнашивание поверхностных слоев твердых тел обусловлено процессами, протекающими в зонах фактического касания твердых тел и на поверхностях, подвергающихся трению. Перечисленным выше видам изнашивания соответствуют четыре типа нарушения фрикционных связей (при упругом деформировании, при пластическом деформировании, при микрорезании и при схватывании), возникающих при взаимодействии твердых тел при трении.

Абразивное изнашивание происходит в результате воздействия на поверхность трения твердых частиц, содержащихся в смазочных материалах или в рабочей среде, а также при нарушении условий внешнего трения на контакте внедрившейся микронеровности. Такое изнашивание имеет место на наиболее внедренных микронеровностях. Этот вид изнашивания наиболее широко распространен в рабочих органах землеройных машин, сельскохозяйственной техники и т.д. Однако в большинстве узлов трения абразивное изнашивание не характерно для нормальной эксплуатации.

Молекулярное (адгезионное) изнашивание можно рассматривать как результат последовательного образования и разрушения фрикционных связей, возникающих вследствие межатомных и межмолекулярных взаимодействий между пленками, покрывающими поверхности твердых тел. Этот вид изнашивания имеет место, когда образованная на границе раздела молекулярная связь, оказывается прочнее, чем нижележащий материал. Адгезионное изнашивание наиболее распространен при использовании пленок слоистых веществ (MоS₂, графита).

Усталостное изнашивание появляется в результате повторного деформирования поверхностных слоев твердых тел при внешнем трении; наиболее характерно для нормального режима работы подавляющего большинства подвижных сопряжений. Изнашивание твердых тел принято оценивать, используя линейную интенсивность изнашивания. На интенсивность усталостного изнашивания существенно влияет напряженное состояние в зонах фактического касания твердых тел. В зависимости от напряженного состояния в зоне касания различают усталостное изнашивание при упругом и пластическом контактах.

Кавитационное изнашивание возникает вследствие кавитационных явлений в смазочном материале при относительном перемещении твердых тел.

Более общим случаем является кавитационно–абразивное изнашивание, появляющееся в результате совместного действия абразива, находящегося в жидкости, и кавитационных явлений. Этот вид изнашивания имеет место в трубопроводах для перекачки жидкости, насосах, подшипниках скольжения, работающих в условиях гидродинамики, т. е. в тех случаях, когда возможны проявления объемных свойств жидкости. В условиях внешнего трения или граничной смазки этот вид изнашивания маловероятен.

Коррозионное изнашивание включает в себя различные разновидности влияния среды на разрушение поверхностных слоев трущихся твердых тел. Разрушение происходит в поверхностных слоях в результате протека­ния электродных процессов, активированных механическими действиями, и самих механических воздействий. Этот вид изнашивания имеет чрезвы­чайно широкое распространение в подвижных сопряжениях, работающих в средах, содержащих коррозионно–активные вещества.

Эрозионное изнашивание – изнашивание поверхностей твердых тел в потоке частиц.

В подвижных сопряжениях часто имеют место несколько отмеченных выше видов изнашивания, механических воздействий. Этот вид изнашивания имеет чрезвычайно широкое распространение в подвижных сопряжениях, работающих в средах, содержащих коррозионно–активные вещества.

Следует отметить, что в подвижных сопряжениях часто имеют место несколько отмеченных выше видов изнашивания.

Адсорбционно – коррозионно – усталостное изнашивание наиболее распространено в подвижных сопряжениях, работающих в условиях граничной смазки и при внешнем трении. Усталостный и коррозионно–механический виды изнашивания являются частными случаями этого вида изнашивания. Изнашивание является результатом фрикционной усталости поверхностных слоев, возникающей при их многократном деформировании, на которое влияет эффект Ребиндера и коррозионные процессы, особенно процессы, сходные по механизму с коррозией под напряжением.

Механизм изнашивания. При контактировании твердых тел с шероховатыми и поверхностями происходит внедрение более жестких микронеровностей в менее жесткое контртело. Относительное скольжение микронеровностей сопровождается интенсивным деформированием поверхностных слоев.

Поверхностные слои материала характеризуются наличием разного рода включений и повышенным содержанием дефектов строения (дислокации, вакансии, микротрещины). Интенсивное их деформирование приводит к миграции легирующих элементов в отдельные области, которые могут служить очагами зарождения полос течения. Полосы течения, возникающие в более деформированных участках поверхности трения, являются зонами повышенной концентрации дислокаций. Дислокации, перемещаясь внутри полос трения, скапливаются у границ зерен, включений, пересечений этих полос и т. д. Взаимодействие дислокации в очагах скопления приводит к разрыхлению в поверхностных слоях. Микропоры соединяются, что приводит к появлению микротрещин. Распространяясь и взаимодействуя между собой, микротрещины обусловливают появление макротрещин, которые в свою очередь приводят к изнашиванию материала.

При трении в смазочных средах на процесс усталостного разрушения может оказывать существенное влияние смазочный материал.

Микронеровности распределены по высоте, поэтому при любых сближениях, соответствующих начальной части кривой опорной поверхности, определенная часть микронеровностей обязательно будет деформировать материал упруго. Пластические деформации в зонах касания имеют место только при определенных сближениях в насыщенном контакте. Однако, в некоторых случаях даже в начальной части кривой опорной поверхности пластические деформации по их влиянию на взаимодействие твердых тел имеют решающее значение.