ЛЕКЦИЯ 9. Механическое изнашивание происходит в результате механических воздействий

Механическое изнашивание происходит в результате механических воздействий. Оно подразделяется на: абразивное, изнашивание вследствие пластического деформирования, при хрупком разрушении и усталостное (питтинг).

Абразивное изнашивание в большинстве случаев сопровождает работу ряда деталей двигателей при их эксплуатации на автомобилях. В этом случае между трущимися. поверхностями деталей неизбежно оказываются абразивные частицы, поступающие вместе с загрязненным воздухом, смазочным материа-лом, или топливом и продуктами износа. Эти частицы, имеющие большую твердость, чем поверхность трения, начинают нарушать слой смазочного мате-риала, пластически деформируют одну или обе поверхности, образуя на них раз личной глубины и ширины риски, царапины и даже участки выкрашивания.

Абразивное изнашивание является доминирующим для гильз цилиндров, поршневых колец, поршней, подшипников скольжения, тормозных барабанов, шаровых опор, рессор и т.д..

При изнашивании вследствие пластического деформирования происхо-дит изменение макрогеометрических размеров детали без потери массы под действием передаваемой нагрузки или под влиянием силы трения. Пластичес-кое деформирование поверхностей происходит постепенно и сопровождается некоторым уплотнением поверхностных слоев. При пластическом течении происходит износ резьбовых соединений, втулок шатунов, вкладышей подшип-ников и др.

Изнашивание при хрупком разрушении состоит в том, что поверхност-ный слой одной из трущихся деталей в результате трения и деформирования подвергается интенсивному наклепу, становится хрупким и разрушается под действием сил трения. Весь процесс такого изнашивания имеет циклический характер.

Изнашивание, вози икающее вследствие усталостных разрушений, происходит под влиянием повторных знакопеременных нагрузок. Его харак-терным признаком являётся возникновение микротрещин, выкрашивания, именуемого «питтингом» и местных поверхностных разрушений. Этот вид изнашивания является типичным для элементов подшипников качения, зуб- чатых колес, кулачков и толкателей, зачастую ему подвергаются поршневые пальцы и вкладыши подшипников коленчатого вала. Механизм его проявля-ется в том, что в начале на поверхности трения образуются усталостные трещины. Попадающая в них смазка способствует расклиниванию и выкра-шиванию частиц металла.

Молекулярно-механическое изнашивание (изнашивание при заедании) проявляется как следствие молекулярного взаимодействия поверхностей. Ха-рактерными признаками его являются схватывание, задиры, а также перенос ча-стичек металла с одной из сопряженных поверхностей на другую. Этот вид изнашивания весьма часто проявляется в сопряженных деталях автомобильных двигателей.

К наиболее изученной разновидности молекулярно-механического изнашивания относится схватывание, мгновенно про являемое на некотором участке поверхности трения, после чего наступает разрушение возникшей связи. Необходимым условием для схватывания металлов является непосред-ственный контакт чистых, так называемых <ювенальных> поверхностей, возникающий в процессе совместного пластического деформирования. Чаще оно проявляется при повышенных температурах контактирующих поверхно-стей, но возможно и при «комнатных» температурах.

Более сложной разновидностью молекулярно-механического изнаши-вания является адгезионное, состоящее в отделении частиц металла при разру-шении мест схватывания и в после дующем новом схватывании этих частиц с поверхностным слоем металла. Повышенные температуры интенсифицируют явления схватывания и изнашивания. При этих условиях износ называют теп-ловым. Такого рода изнашивание проявляется в виде задиров стенок цилинд-ров, стержней и направляющих втулках клапанов, тарелках толкателей, кулач-ках и опорных фланцах распределительных валов.

К коррозионно-механическому относится механическое изнашивание, усиленное явлениями коррозии. Его подразделяют на окислительное изнаши-вание - изнашивание в условиях агрессивного действия внешней среды, а так-же фреттинг-коррозионное изнашивание, сочетающее влияние нагрузки. и коррозии на поверхностях трения деталей при незначительных относительных перемещениях.

Окислительное изнашивание происходит при одновременно протека-ющих процессах: микропластической деформации поверхностных слоев и диффузии кислорода в деформируемые объемы металла. При окислительном изнашивании кислород из воздуха или находящийся в масле вступает во вза-имодействие с металлом и на поверхности об разуется окисная пленка, защи-щающая поверхность трения от непосредственного контакта. Такие окисные пленки при достаточной их прочности препятствуют возникновению схваты-вания металлов. При трении, однако, окисные пленки постепенно истираются, но впоследствии образуются вновь, что делает процесс возобновления окисных пленок непрерывным. Данному виду изнашивания подвержены гильзы цилиндров и поршневые кольца, рабочие поршни тормозных систем.

Агрессивное действие химически активной жидкой среды при опреде-ленных температурных условиях усиливает изнашивание при трении сопря-женных поверхностей металлов. Изнашивание в агрессивной среде возникает на рабочих поверхностях свинце-бронзовых подшипников двиателей под влиянием смазки при высоких температурах и гильз цилиндров под влиянием соединений серы.

Более сложным является фреттинг-коррозионное изнашивание, харак-терное для деталей, находящихся под нагрузкой и подверженных весьма малым относительны перемещениям (колебательным). Такое движение может быть вызвано вибрациями. При трении в этих условиях создаются мелкие окисные пленки, отделяющиеся с поверхностей, которые не удаляются за пределы контакта и создают условия абразивного изнашивания. Фреттинг-коррозия встречается в соединениях корпусных деталей, например в местах прилегания фланцев блока цилиндров, картера сцепления, корпуса КПП.

Помимо перечисленных видов изнашивания, имеются и другие, которые принято рассматривать как самостоятельные виды, например: эрозионное, кавитационное, электроэрозионное и т. д.

Эрозионное изнашивание представляет собой механическое изнашива-ние в результате воздействия потока жидкости или газа. Оно проявляется в отделении с поверхности тела частиц. Как эрозионное изнашивание рассма-тривают выкрашивание на головках поршней и рабочих поверхностях выпускных клапанов и их седел.

Кавитационное изнашивание представляет собой гидроэрозионное изнашивание при омывании твердого тела жидкостью, сопровождающееся местным изменёнием давления и тёмпературы. Кавитационному изнашива-нию подвержены, например, наружные поверхности гильз цилиндров, детали водяного, топливного и масляных насосов, рабочие колеса ГТР.

Каждый из видов изнашивания редко встречается в чистом виде — обычно они проявляются комплексно. Это характерно, например, для рабочей поверхности гильз цилиндров, подверженных как абразивному, так и молекулярно-механическому и коррозиояно-механическому видам изнашивания. Каждый из этих видов может оказаться соответственно ведущим или сопутствующим в зависимости от условий и режимов работы машины при эксплуатации

Процесс изнашивания мащин может быть подразделен на три периода.

Первый период - начальное изнашивание или полной приработки, за который осуществляется микро- и макрогеометрическая приработка поверхно-стей трения деталей и в некоторой степени стабилизируются показатели их тех-нического состояния. Для большинства современных автомобилей полная при-работка по времени соответствует при мерно 1,5—2,5% всей их наработки до капитального ремонта. Полная приработка подразделяется на начальную, и завершающую, характеристика которых приведена ниже.

На начальном этапе происходит скол вершин микровыступов и сглажи-вание шероховатостей на контактирующих микровыступах поверхностей тре-ния деталей и, таким образом, несколько возрастает площадь их фактического контакта.

На завершающем этапе приработки происходят весьма интенсивные про-цессы перераспределения остаточных напряжений в блоках цилиндров, осуще-ствляется постепенное выравнивание макропогрешностей формы поверхности трения, устанавливается их оптимальная микрогеометрия и наступает относи-тельная стабилизация зазоров в сопряжениях трущихся пар.

Второй период, именуемый периодом эксплуатационного изнашива-ния, можно подразделить на два этапа: стабильное изнашивание, характеризуемое сравнительным постоянством скорости изнашивания, и умеренно-ускоряющийся (постепенное), при котором скорость износа постепенно возрастает. Второй период наиболее длителен по времени и по существу именно он характеризует долговечность двигателя.

Третий период, характеризующий наступление катастрофического прогрессирующего или предельного изнашивания, при условии правильной эксплуатации весьма непродолжителен. Его наступление свидетельствует о необходимости капитального ремонта, поскольку зачастую дальнейшая экс-плуатация двигателя становится нерентабельной и даже недопустимой как с точки зрения потери эффективности двигателя, так и возрастания угара масла, прорыва газов через поршневые кольца и повышения токсичности отработав-ших газов.

Дата добавления: 2014-01-07