Окислительное изнашивание

Окислительное изнашивание - коррозионно-механическое изнашивание, при котором основное влияние на изнашивание имеет химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой. Окислительное изнашивание возникает при образовании на поверхности трения защитных пленок в результате взаимодействия материала с кислородом или окисляющей окружающей средой и последующего разрушения этих пленок механическим воздействием c повторением процесса. От других видов коррозионно-механического изнашивания оно отличается отсутствием агрессивной среды, протекает при нормальных и повышенных температурах при трении без смазочного материала или при недостаточном его количестве. Изучением окислительного изнашивания занимались Б.И. Костецкий и его ученики.

Окислительное изнашивание характеризуется протеканием одновременно двух процессов - пластической деформации малых объемов металла поверхностных слоев и проникновения кислорода воздуха в деформированные слои. В первой стадии происходит разрушение и удаление мельчайших твердых частиц металла из непрерывно образующихся (от проникновения кислорода) пленок. Для второй стадии характерно образование и выкрашивание пластически недеформирующихся хрупких окислов.

Интенсивность изнашивания зависит от окислов препятствующих схватыванию поверхностей. При обычных температурах окисление поверхностей активизируется пластической деформацией, поэтому необходимо создавать поверхности трения с высокой твердостью. Повышение температуры способствует росту окисных пленок, а вибрация разрушает их.

Окислительное изнашивание возникает при трении скольжения и трении качения. При трении скольжения оно становится ведущим, а при трении качения сопутствующим другим видам изнашивания. Проявляется этот вид изнашивания, при сравнительно невысоких скоростях скольжения и небольших удельных нагрузках, а также на таких деталях, как шейки коленчатых валов цилиндры, поршневые пальцы и др.

Интенсивность изнашивания можно уменьшить, сменив смазочный материал, понизим рабочую температуру узла трения.

4.6.9. Водородное изнашивание

Открытие эффекта водородного изнашивания принадлежит Д. Н. Гаркунову и А. Л. Полякову. Появление водорода в поверхностных слоях обусловлено интенсивным его выделением из смазочных материалов, топлива, окружающей газовой среды и неметаллических пар трения в результате трибохимических реакций.

Присутствие водорода в поверхностных слоях может быть также результатом процессов литья и химико-термической обработки металлов. Адсорбция водорода, его диффузия в поверхностные слои и концентрация на некоторой глубине от поверхности в области максимальных температур обеспечивается спецификой температурного режима трения.

Водородное изнашивание можно описать следующими процессами, происходящими в зоне трения.

1. Интенсивное выделение водорода в зоне трения из водородосодержащих материалов (смазочные материалы, топливо, неметаллические материалы). Причина, спровоцировавшая этот процесс трибохимические реакции в зоне силового контакта.

2. Повышение температуры способствует десорбции смазочного материала с поверхности металлической детали.

3. В результате трения происходит адсорбция водорода поверхностью металлической детали.

4. Диффузия водорода в поверхностные слои металлических элементов трущейся пары. Скорость диффузии определяется градиентами температуры и напряжений.

5. Концентрация водорода на некоторой глубине от поверхности трения в зоне максимальной температуры. Причинами этого процесса является градиент температуры под поверхностью.

6. В результате насыщения водородом, образуется большое число трещин в зоне контакта, происходит низкотемпературное разрушение поверхностного слоя металлических элементов

7. Перенасыщение металлических поверхностей водородом приводит к высокотемпературному вязкому разрушению металла.

Поверхностный слой, насыщенный водородом, разрушается в результате образования большого числа трещин по всей зоне деформирования. Водородное изнашивание наблюдают в насосах, перекачивающих продукты нефтеперегонки, при трении полимерсодержащих тормозных колодок и в других узлах.

Водородное изнашивание проявляется в большей или меньшей степени во всех видах изнашивания. Действие водорода может выражаться в незначительном увеличении скорости изнашивания, а также в самостоятельном полном разрушении поверхностей трения. Водородное изнашивание зависит от концентрации водорода в поверхностных слоях трущихся деталей. Большое влияние на интенсивность водородного изнашивание оказывает влажность воздуха. Это можно объяснить образованием в зоне контакта водорода в результате разложения воды.

Как отмечалось выше, водородный износ может быть вызван не только тем водородом, который образуется при трении, но и водородом, который может образовываться при различных технологических процессах. В.Я. Матюшенко и М.А. Андрейчик определили влияние различных технологических операций на новодораживание стальной поверхности (табл. 4.3).

Таблица 4.3

Содержание водорода в поверхности

при различных технологических процессах

Технологическая операция	Содержание водорода в см^3на 100 г
Токарная обработка без СОЖ	0,4
Токарная обработка с СОЖ	5,6
Закалка	12,6
Отпуск	6,8
Цементация	15,4

Технологически приобретенный водород способствует снижает нагрузку стали до заедания и уменьшает ее износостойкость.

В 1926 г. Пфлейль установил влияние водорода на охрупчивание стали, но основные выводы по влиянию водорода на объемную прочность стали были сделаны П. Котерилом. Они сводятся к следующему:

- водород не оказывает существенного влияния на упругие характеристики железа и стали;

- содержание водорода до 0,1 см³/100г не оказывает влияние на твердость стали;

- разрушающее напряжение снижается пропорционально росту концентрации водорода;

- пластичность стали снижается пропорционально повышению концентрации водорода;

- степень охрупчивание стали уменьшается с повышением скорости деформации;

- охрупчивание стали проявляется в интервале температур от минус 100 до плюс 100 ^оС;

- охрупчивание проявляется только при наличии растягивающих напряжений;

- присутствие водорода меняет характер разрушения стали;

- интенсивность охрупчивания зависит от вида обработки;

- водород вызывает преждевременное хрупкое разрушение высокопрочных легированных сталей при статическом нагружении;

- свойства металла в ненапряженном состоянии не зависят от водорода;

- при неравномерном распределении водорода по образцу, области богатые водородом, будут обладать наименьшей пластичностью при испытании на растяжение.

Б.А, Калачев делит водородное охрупчивание на две группы (табл. 4.4).

Таблица 4.4

Виды водородного охрупчивания

Вид охрупчивания	Причины, вызывающие охрупчивание	Факторы, влияющие на охрупчивание
Охрупчивание первого рода (обратимо)	Обусловлено источниками в исходном металле вследствие повышенного содержания водорода	Усиливается с повышением скорости деформации.
Охрупчивание второго рода (обратимо и необратимо)	Обусловлено источниками, образуемыми в металле с повышенным содержанием водорода в процессе пластической деформации.	Развивается при малых скоростях деформации.

А.А. Поляковым и Д.Н. Гаркуновым было установлено, что имеются два основных вида изнашивания стальных и чугунных деталей под действие водорода: изнашивание диспергированием и изнашивание разрушением.

При водородном изнашивании диспергированием (ВИДИС) каких-либо изменений в поверхностном слое деталей вследствие обычного износа при диспергировании не наблюдается. Водород усиливает (в зависимости от его количества в поверхностном слое) диспергирование стали или чугуна. На поверхностях трения нет вырывов, задиров, заметного переноса материала с одной поверхности трения на другую. Они могут иметь блеск и очень мелкие царапины, которые не видны невооруженным глазом, и расположены в направлении движения.

Водородное изнашивание разрушением (ВИРАЗ) имеет специфическую особенность, поверхностный слой стальной или чугунной детали разрушается мгновенно на глубину до 1…2 мкм. Это происходит, когда поверхностный слой накапливает большое количество водорода. Трение десорбирует смазочный материал, и водород получает возможность занять большее число адсорбционных центров на поверхности. Концентрация водорода в стали непрерывно возрастает. Водород попадает в микротрещины, поры, межкристаллитные границы и др. Периодически происходит деформирование поверхностного слоя, и объем дефектных мест (полостей) изменяется. Поступающий в полости водород молизуется и, не имея возможности выйти обратно при уменьшении объема, стремится расширить полость, создавая высокое напряжение. Повторение цикла вызывает эффект накопления, продолжающийся до тех пор, пока внутреннее давление в полостях не вызовет разрушения стали по всем развившимся и соединившимся трещинам.

При выборе материалов для узлов трения необходимо учитывать степень их наводороживания и охрупчивания. Так уменьшение водородного изнашивания возможно легированием стали хромом, ванадием, титаном; применением смазочных материалов и введением в них ингибиторов; наполнением пластмассовой матрицы металлической стружкой; наведением электростатического поля.

Скорость изнашивания может быть существенно понижена при формировании в процессе трения на поверхности детали пленок меди. Образование таких сервовитных пленок связывают с избирательным растворением и осаждением отдельных элементов сплавов, содержащих медь. Это явление имеет электрохимическую природу и получило название «избирательного переноса».

Дата добавления: 2014-12-26