10. Объясните причины образования усталостного изнашивания и виды его проявления.

Усталостным называется механическое изнашивание в резуль­тате усталостного разрушения при повторном деформировании мик­рообъемов материала поверхностного слоя. Усталостное изнашивание наблюдается в большинстве сопряжений машин в качестве сопутству­ющего вида изнашивания, связано с многократно повторяющимися циклами напряжений в контакте качения или скольже­ния. В процессе взаимодействия поверхностей в их верхних слоях возни­кают поля напряжений.

В процессе трения на рабочей поверхности деталей возникают максимальные напряжения сжатия, а по глубине материала детали распространяются направленные касательные напряжения, максимум которых концентрируется на некотором расстоянии от точки контакта.

Интенсивность усталостного изнашивания определяется следу­ющими факторами:

1) наличием остаточных напряжений и поверхностных концентраторов напряжений (окислов и других крупных включений, дислокаций);

2) качеством поверхности (микропрофиль, загрязнения, вмятины, царапины, задиры, канавки, риски);

3) распределением на­грузки в сопряжении (упругими деформациями, перекосом деталей, зазором);

4)видом трения (качения, скольжения или качения с проскаль­зыванием);

5) наличием и типом смазочного материала.

В результате циклического воздействия нагрузки на поверхности детали возникают усталостные микротрещины, которые постепенно смыкаясь приводят к образованию частиц износа. Это явление получило название фрикционно-контактной усталости.

При механическом взаимодействии деталей в поверхностных слоях материала возникает сложное напряженное состояние: пе­ред выступом шероховатости образуется зона сжатия материала, а за выступом - зона растяжения. В результате такого знакопеременного циклового воздействия в микрообъемах материала накапливаются пов­реждения, снижающие его прочность. Накопление усталостных микроповреждений ведет к разрушению поверхностных слоев материала в зоне трения.

П роцесс катастрофического усталостного изнашивания проте­кает следующим образом (рис.). Сначала на трущейся поверх­ности 1 образуются усталостные микротрещины 2. Смазочный мате­риал, попадая в микротрещины, способствует их расклиниванию 3 и выкрашиванию частиц 4 металла, в результате чего на поверхности детали появляются мелкие оспины. Число этих оспин и одновременно их размеры увеличиваются до тех пор, пока увеличи­вающиеся контактные напряжения на рабочих поверхностях не при­ведут к пластической деформации и интенсивному изнашиванию детали. Толщина разрушенного слоя металла примерно соответству­ет глубине распространения под поверхностью максимальных каса­тельных напряжений.

Наибольшее влияние на развитие усталостного изнашивания ока­зывают условия трения (нагрузка и температура), свойства материалов (твердость и шероховатость поверхности) и применяемые смазочные материалы.

Сопротивление материалов образованию углублений прямо пропорциональ­но твердости рабочей поверхности и вязкости смазочного матери­ала. С возрастанием нагрузки N на рабочую поверхность деталей наработка до возникновения усталостного выкрашивания умень­шается (рис.) .

Р ис. Зависимость наработки до появлении усталостного выкрашивания от вязкости смазочного материала 𝝁, твердости НВ материала и нагрузки N

Смазочные материалы уменьшают напряжение, действующее в контакте, в результате процесс образования микротрещин, на начальной стадии идет медленнее.