2.1.3. Износостойкость

Изнашивание – процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и накопление его остаточной деформации или трения. Износ проявляется в постепенном изменении размеров и формы.

Износ – результат изнашивания. Износ вызывает резкое удорожание эксплуатации машин.

Износ ограничивает долговечность деталей по следующим критериям работоспособности машин:

а) по потере точности (приборы, измерительные инструменты, станки);

б) по снижению КПД, увеличению утечек (цилиндр и поршень в двигателях, насосах и т.д.);

в) по снижению прочности вследствие уменьшения сечений, неравномерного износа опор, увеличения динамических нагрузок (зубья зубчатых и червячных колес);

г) по возрастанию шума (передачи транспортных и других быстроходных машин);

д) по полному истиранию, которое делает деталь непригодной (рабочие органы машин, тормозные колодки).

Для уменьшения износа, происходящего при соприкосновении вершин неровностей, трущиеся поверхности следует обильно смазывать, а поверхности контакта должны иметь малую высоту неровностей, т.е. необходимо повышать качество обработки трущихся поверхностей и улучшать условия смазки.

Износ является результатом не только механического но и теплового, химического и молекулярного взаимодействия вершин трущихся поверхностей. В связи с этим различают следующие виды изнашивания:

1) механическое (абразивное, усталостное);

2) молекулярно-механическое;

3) коррозийно-механическое.

Абразивное изнашивание – распространенный вид повреждения поверхностей транспортных, сельскохозяйственных, горных и других машин, работающих в технологических средах, содержащих абразивные частицы.

Абразивное изнашивание является результатом срезания и пластического деформирования микронеровностей твердыми посторонними частицами при относительном перемещении сопряженных поверхностей. Отделение частиц при изнашивании происходит при однократном или многократном воздействии абразивного тела. В результате изнашивание идет в форме процесса микрорезания, либо в виде усталостного повреждения.

Эффективными средствами уменьшения абразивного износа являются:

1) защита зон трения от попадания частиц абразива специальными уплотнениями;

2) защита зон трения от продуктов изнашивания (при жидкой смазке) – очистка смазки специальными фильтрами;

3) повышение поверхностной твердости материалов деталей (закалка, направление порошков карбида и т. д.).

Молекулярно-механическое изнашивание – происходит при высоких контактных напряжениях в зоне сопряжения деталей из однородных материалов (зубчатые передачи, резьбовые соединения и др.). Оно начинается с локального пластического деформирования и разрушения окисных пленок на отдельных участках поверхности контакта. В результате чего приходит в действие силы молекулярного сцепления, вызывающие молекулярное сцепление (схватывание) материалов деталей и разрушение зон схватывания при последующем движении. Процесс трения на основе схватывания называют заеданием. Его интенсивность растет с увеличением удельного давления. Скорости скольжения и температуры в зоне контакта. Распространенной разновидностью этого вида изнашивания является задир – повреждение поверхности контакта в виде борозд глубиной 100…200 мкм.

Уменьшение схватывания достигается изготовлением поверхностей трения из разных материалов, применением смазок с антизадирными свойствами, уменьшением скорости скольжения и контактных напряжений.

Коррозийно-механическое изнашивание – наблюдается в машинах и аппаратах, в которых трущиеся детали вступают в химическое взаимодействие со средой. Поверхность трения таких деталей разрушается под действием двух одновременно протекающих процессов: коррозии и механического изнашивания.

В результате небольших циклических относительных перемещений деталей разрушаются тонкие окисленные поверхностные слои металла, которые не удаляются из зоны трения и превращаются в абразивный черный порошок. Поскольку процесс окисления на воздухе непрерывен, то разрушение носит прогрессирующий характер. Фреттинг-коррозия способствует разрушению заклепочных, прессовых, резьбовых, шлицевых и шпоночных соединений, рессоры.

Для защиты от фреттинг-коррозии используют различные методы поверхностного упрочнения зон контакта, наносят мягкие гальванические покрытия, напыляют тефлоновые и резиновые пленки.

Одним из главных путей уменьшения износа является применение соответствующих смазок для разделения поверхностей трения. Для смазки используют жидкую, пластичную и твердую смазку.