Та абразивність гірських порід

Основні поняття про зношування металів

АБРАЗИВНІСТЬ ГІРСЬКИХ ПОРІД

Деталі бурових машин і механізмів, буровий і породоруйнівний інструмент в процесі роботи зношується, через що змінюються їх розміри і форма. По досягненню граничної величини зношування ці деталі та інструмент стають непридатними для подальшої роботи і потребують ремонту або заміни.

Під процесом зношування розуміють поступову зміну форми і розмірів деталі чи інструменту в процесі роботи. Зношування не слід ототожнювати з поломками і руйнуванням, які відбуваються за короткий проміжок часу.

В.Д. Кузнєцов, проаналізувавши поняття, визначення і терміни в області зношування дав таке визначення:

Зношування – це таке явище, коли при витраті енергії, рівній за величиною роботі сил тертя, з поверхні твердого тіла відділяються частки і його маса зменшується.

Результат зношування, який проявляється у вигляді залишкової деформації матеріалу або відділенні часток твердого тіла називається зношеністю.

Величина зношення на одиницю роботи сил тертя називається інтенсивністю зношування:

, (12.1)

де W – зношення; А_т – робота сил тертя, яка визначається за формулою

, (12.2)

де f – коефіцієнт тертя; Р – нормальне навантаження; L – шлях тертя.

Величина зношення за одиницю часу називається швидкістю зношування:

, (12.3)

де t_д – час досліду.

Швидкість зношування залежить від цілого ряду одночасно діючих факторів, основними з яких є:

- вид і властивості поверхонь, що труться;

- режим тертя;

- властивості середовища, в якому працюють деталі чи інструмент.

Вид і властивості поверхонь можуть бути охарактеризовані шорсткістю, кривизною, твердістю матеріалів, різницею твердості пари тертя тощо.

Із збільшенням шорсткості збільшується коефіцієнт тертя і, відповідно, швидкість зношування. Це пояснюється тим, що поверхня з більшою шорсткістю має меншу контактну площу, контактні тиски зростають, інтенсифікуються втомні процеси руйнування. Коли контактні тиски стають достатніми для занурення виступів у поверхню іншого тіла, відбуваються процеси мікрорізання і процес зношування пришвидшується.

Встановленим фактом є те, що більш загострені тіла зношуються швидше, ніж затуплені.

Режим тертя залежить від питомого тиску, швидкості відносного переміщення, характеру прикладеного навантаження, частоти взаємодії тощо. Із збільшенням контактного тиску коефіцієнт тертя може як зменшуватися, так і зростати. Зменшення може відбуватися внаслідок прироби поверхонь, переходу від пружної виступів на поверхні тіла до пластичної. Збільшення коефіцієнта тертя відбувається через збільшення точок контактування і, як наслідок, зростання напружених об’ємів, перехід до режиму мікрорізання а також „ здирання ” захисних поверхневих плівок.

Середовище характеризується головним чином мастильною і охолоджуючою здатністю. Деталі гірничого обладнання здебільшого працюють в повітряному середовищі, промивальній рідині, середовищі вуглеводневих рідин і мастил а також різноманітних емульсій. При терті між поверхнями двох твердих тіл може утворитися шар дрібного порошку, який відіграє роль „ третього тіла ” – своєрідного мастила, і коефіцієнт тертя зменшується.

В галузі машинобудування за результатами досліджень Костецького Б.І. розрізняють такі основні види зношування металів.

1 Зношування внаслідок схоплювання першого роду має місце при малих швидкостях відносного переміщення і значних питомих тисках. Для металів характерне утворення задирів на поверхні тертя.

2 Окислювальне зношування відбувається при незначних відносних швидкостях ковзання і невеликих контактних тисках. Воно зумовлене зсувом і втомним відшаруванням окисних плівок з поверхонь, котрі труться. Окисні плівки постійно відновлюються.

3 Теплове зношування (зношування схопленням другого роду) характерне для значних питомих тисків і швидкостей ковзання. Поверхня металу зношується в умовах термічного зменшення міцності, що сприяє інтенсивному розвитку схоплення. Спостерігаються явища відпуску, рекристалізації і вторинного загартування поверхневих шарів металу.

4 Абразивне зношування зумовлене наявністю абразивного середовища в зоні тертя. Воно характеризується пластичним деформуванням, дряпанням і мікрорізанням поверхні металу абразивним середовищем.

5 Вісповидне зношування зумовлене втомними процесами при терті кочення.

Пластичне деформування, різання, дряпання металу абразивним середовищем можливе лише в тому випадку, коли частики середовища твердіші і утворюють достатньо шорстку поверхню. Якщо виходити з цих уявлень пор абразивне зношування стосовно гірничої справи, то при терті загартованих сталей по осадовій породі абразивними будуть лише кварцові пісковики і алевроліти. Стосовно твердих сплавів жодна з осадових порід не є абразивною.

Але в гірничій справі в поняття абразивного зношування вкладається ширший смисл, тобто зношування деталей чи інструменту при терті об будь-які породи називають абразивним.

Таким чином, абразивність гірських порід – це їх здатність зношувати метали при терті.

Абразивність порід проявляється при абразивному (переважно механічному) зношуванні є його характеристикою. Тому показники абразивності можна вважати показниками механічних властивостей гірських порід.

Дата добавления: 2014-11-18