Механизм изнашивания деталей пар трения и виды разрушения рабочих поверхностей

Изнашивание является результатом механических, физических и химических процессов, протекающих в зоне контакта трущихся поверхностей. Эти процессы могут сопровождаться следующими явлениями: взаимным внедрением и зацеплением неровностей сопряженных поверхностей; упругим и пластическим деформированием материала в зоне контакта; молекулярным взаимодействием в виде адгезии и схватывания поверхностей; изменением температурных режимов, приводящим к релаксационным процессам, в результате которых поверхностный слой не наклепывается, а пребывает в состоянии повышенной пластичности.

Водородное изнашивание, как один из процессов разрушения поверхностей при трении скольжения, выявлено лишь около 30 лет назад российскими учеными Д.Н. Гаркуновым и А.А. Поляковым. Водородное изнашивание проявляется в виде следующих процессов, протекающих в зоне трения: интенсивное выделение водорода при трении из водородосодержащих материалов; адсорбция водорода на поверхностях трения; диффузия водорода в деформируемый в зоне контакта слой стали; особый вид разрушения поверхности, связанный с одновременным развитием большого числа зародышей трещин по всей зоне деформирования и проявляемый в виде мгновенного образования мелкодисперсного порошка материала.

На железнодорожном транспорте водородное изнашивание наблюдается в парах трения колес и композиционных тормозных колодок.

Абразивным изнашиванием называют разрушение поверхности детали в результате ее взаимодействия с твердыми частицами при наличии относительной скорости, т.е. износ происходит в результате режущего или царапающего действия твердых частиц в местах соприкосновения трущихся поверхностей. Такими частицами могут быть следующие: неподвижно закрепленные твердые зерна в материалах пары трения; частицы насыпных грузов или абразивные частицы верхнего строения пути, вовлекаемые воздушными потоками в зону контакта; свободные абразивные частицы в виде продуктов изнашивания, пребывающие в зазоре сопряженных деталей и др. Абразивный износ – наиболее распространенный вид износа. Интенсивность абразивного износа может изменяться в широких пределах – 0,5-5 мкм/ч.

Изнашивание вследствие пластичного деформирования. Этот вид изнашивания (в форме смятия) заключается в изменении размеров и формы детали в результате пластической деформации ее микрообъемов и вытеснения материала из зоны контакта. Чаще всего он проявляется в виде проката поверхности катания колеса.

Схватывание – это явление прочного соединения металлов в результате взаимного трения или совместного деформирования. При этом образуются прочные металлические связи в зонах контакта поверхностей и исчезает граница между соприкасающимися телами. Изнашивание при схватывании может проявляться в следующих видах:

- вырывы материала в виде микроскопических частиц и перенос их на другую поверхность при малой интенсивности изнашивания;

- образование тонкой пленки мягкого материала на твердой поверхности (намазывание латуни сепараторов на ролики подшипников и др.);

- вырывание материала с образованием глубоких борозд, уступов;

- задиры – образование борозд с оттеснением материала как в стороны, так и по направлению скольжения;

- заедание – форма проявления схватывания, характеризуемая образованием широких и глубоких борозд, крупных наростов, оплавления поверхности, часто приводящих к заклиниванию деталей.

Окислительный износ происходит под действием сил трения и соприкосновения с кислородом окружающей среды. При этом возникают пластические деформации поверхностных слоев и наблюдается диффузия кислорода воздуха в металл, в результате чего пленки твердых растворов во время работы сопряженных деталей разрушаются. Интенсивность износа зависит от пластичности металла и может быть равна 0,1-0,5 мкм/ч. Мягкие стали подвержены окислительному износу больше, чем твердые.

Тепловой износ происходит в процессе трения скольжения при большой скорости относительного перемещения трущихся поверхностей (более 3-4 м/с) и большом удельном давлении. Тепло, выделяющееся при трении скольжения, понижает сопротивляемость деталей износу, приводит к постепенному смещению их поверхностных слоев в направлении скольжения и к изменению геометрических размеров.

Обработка деталей цианированием, азотированием, цементацией, хромированием способствует повышению их теплоизносостойкости. Интенсивность теплового износа деталей равна 1-5 мкм/ч.

Осповидный износ возникает в процессе трения качения при нагрузках, превышающих предел текучести поверхностных слоев металла. Такой износ происходит под действием больших удельных давлений на поверхность трения, вызывающих микропластические деформации сжатия, упрочнения и разупрочнения металла.

Возникающие при этом напряжения сжатия и явления усталости металла способствуют образованию микроскопических трещин в поверхностных слоях. Трещины в дальнейшем превращаются в одиночные и групповые осповидные углубления. Этот вид износа наиболее отчетливо проявляется на рабочих поверхностях подшипников качения и зубчатых колес в зоне начальной окружности.

Кроме износов перечисленных видов, встречаются дефекты, вызванные деформацией смятия, которая характерна для резьбовых соеди­нений, штифтов и других деталей.

Химический износ происходит под действием кислорода воздуха, кислот, щелочей, выхлопных газов, электрических разрядов и др. Для химического износа характерна коррозия металла (коррозионный износ). Железнодорожные вагоны подвергаются интенсивному коррозионному износу, особенно кузовами части внутреннего оборудования изотермических и пассажирских вагонов.

Аварийный износ приводит к выходу из строя детали или механизма ранее предполагаемого срока. Такой износ является следствием несовершенства конструкции, недоброкачественности материала детали, нарушения правил эксплуатации и ухода за вагоном, плохого качества изготовления или ремонта детали, неправильной сборки, а также следствием усталости металла.

Моральный износ связан с появлением вагонов более совершенных конструкций, которые обладают большей производительностью, экономичностью, удобством в эксплуатации. Моральный износ вагонов – экономическая категория, характеризующая степень обесценивания действующей техники в результате технического старения и уменьшения стоимости воспроизводства вагонов прежних типов.

Различают два вида морального износа техники: моральный износ первого вида – утрата действующей стоимости, по мере того как вагоны такой же конструкции начинают строиться дешевле; моральный износ второго вида – обесценивание действующей техники вследствие появления более совершенных (более производительных) конструкций. При высоких темпах технического прогресса замена действующих изделий новыми из-за морального износа может происходить задолго до их физического износа.

Дата добавления: 2014-01-05