Изнашивание металлов

Живучесть

Важной характеристикой конструкционной проч­ности, характеризующей надежность материала, является жи­вучесть при циклическом нагружении. Под живучестью понимают долговечность детали от момента зарождения первой макроскопи­ческой трещины, усталости размером 0,5—1,0 мм до окончатель­ного разрушения.

Количественно живучесть конструкции оценивается коэффи­циентом

bр = 1 - t_о/t_раз, (31)

где t_о и t_раз - продолжительность эксплуатации конструкции до появления трещин и до разрушения соответ­ственно.

Коэффициент живучести может колебаться от 0,1 до 0,9. Ранее зарождение трещин усталости объясняется дефектами метал­лургического и технологического характера, а также неудачной конструкцией изделия (наличие концентраторов напряжений).

Живучесть имеет особое значение для надежности эксплуата­ции изделий, безаварийная работа которых поддерживается пу­тем периодического дефектоскопирования различными физиче­скими методами для выявления усталостных трещин. Чем меньше скорость развития трещины, тем легче ее обнаружить.

При трении сопряженных поверхностей имеет место изнашивание (износ), под которым понимают процесс отделения материала в поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепен­ном изменении размеров и (или) формы тела (ГОСТ 27674—88).

Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию оце­ниваемое величиной, обратной скорости изнашивания, принято называть износостойкостью. В результате изнашивания изме­няются размеры детали, увеличиваются зазоры между трущи­мися поверхностями, вызывающие биение и стук. Все это вызывает отказ машин.

Изнашивание является сложным физико-химическим процес­сом и нередко сопровождается коррозией. Реальные поверх­ности имеют сложный рельеф, характеризующийся шерохова­тостью и волнистостью. При трении существует дискретное каса­ние шероховатых тел и, как следствие этого, возникают отдельные фрикционные связи, определяющие процесс изнашивания. Износ может возникнуть вследствие фрикционной усталости, хрупкого и вязкого разрушения, микрорезания при начальном взаимодей­ствии, разрушения (в том числе усталостного) оксидных пленок, глубинного вырывания металла и т. д.

При относительном перемещении контактирующих материалов возникает сила трения F, препятствующая взаимному переме­щению.

Сила трения равна

F = P ^. f, (32)

где Р - нормальная состав­ляющая внешней силы, действующей на контактную поверхность,

f - коэффициент трения.

Коэффициент трения (безразмерная величина) может быть определен из уравнения:

f = А (mv/Р), (33)

где A – коэффициент;

m - динамическая вязкость;

v - отно­сительная скорость перемещения.

Чем ниже значение f, тем меньше износ.

Обычно между трущимися поверхностями имеется тонкая плен­ка оксидов, которая изолирует поверхности соприкасающихся металлов.

Механизм изнашивания и величина износа зависят как от свойств материала пар трения, так и от характера их дви­жения (трение скольжения, качения и т. д.), величины Р, скоро­сти перемещения V и физико-химического действия среды.

При постоянных условиях трения имеют место три стадии изнашивания (рис. 45):

1. период приработки, при котором происходит интенсивное изнашивание, изменяется микрогеомет­рия поверхности и материал наклепывается; эти процессы обеспе­чивают упругое контактное взаимодействие тел; после прира­ботки устанавливается равновесная шероховатость поверхности, характерная для заданных условий трения, которая в дальней­шем не изменяется и непрерывно воспроизводится;

2. период установившегося износа, в течение которого интенсивность из­носа минимальная для заданных условий трения;

3. период катастрофического износа.

Рис. 45. Кривая износа

Различают трение без смазочного материала и трение со смазочным материалом. Трение без смазочного материала наблю­дается во фрикционных передачах, тормозных парах и т. д. Широко применяется граничная смазка, когда масляная пленка толщиной от сотых до десятых долей миллиметра адсорбируется на поверх­ности детали. Коэффициент трения для этого случая составляет 0,01…0,03. При жидкостной смазке - трущиеся поверхности раз­делены находящимся под давлением слоем смазочного материала, который является несущим, так как уравновешивает внешнюю нагрузку. В этом случае слой смазочного материала имеет зна­чительную толщину, трение происходит внутри масляного слоя, что приводит к снижению коэффициента трения (~ 0,001).

При других видах изнашивания разрушение затрагивает по­верхностные слои большей толщины.

Дата добавления: 2014-01-05