2014-02-03
1860
Модель старения. Законы старения. Законы превращения
Основное значение для оценки потери изделием работоспособности имеет изучение законов старения. Для прогноза поведения изделия при эксплуатации и для выбора оптимальных решений сложно получить непосредственные зависимости протекания процессов старения во времени.
Поэтому используются физические и химические законы, отражающие наиболее существенные стороны процесса и показатели, по которым можно косвенно судить об интенсивности процесса. Фактор времени здесь фигурирует в неявном виде и для получения закона старения в чистом виде необходимо дальнейшее раскрытие механизма данного процесса изменения свойств и состояния материалов.
Законы старения – законы, которые раскрывают физическую сущность необратимых изменений, происходящих в материалах изделия.
Зависимости, в которых время непосредственно не фигурирует, а отыскивается связь с другими факторами (например, энергией), которые, в свою очередь, проявляются во времени, называются законами превращения.
Законы старения всегда связаны с фактором времени. Они оценивают степень повреждения материала в функции времени.
Исследования последних лет позволили выявить зависимости, оценивающие:
- процесс износа материалов;
- процессы коррозии как функции времени;
- скорость развития усталостных трещин;
- протекание процессов ползучести;
- изменения свойств масел в процессе их эксплуатации;
- изменения коэффициента трения при работе сопряжения и др.
Существуют классификации процессов старения
- по скорости протекания;
- по внешним признакам.
Классификация процессов старения по скорости протекания представлена в таблице 9.2.
Таблица 9.2 - Классификация процессов старения по скорости протекания
| Процессы (по g-характеристике) |  | U (t) | Примеры | |
| Стационарные | Постоянные |  |  | Износ U = k × t |
| Псевдостационарные |  |  | Износ при переменных режимах | |
| Монотонные | Возрастающие |  |  | U = k × tn; n > 1 U = A × (eк×t – 1) Износ при засорении поверхностей |
| Убывающие |  |  | Износ в период приработки, распад мартенсита U = k × tn; n < 1 U = A × (1 – e-к×t) | |
| Экстремальные | С максимумом |  |  | Коррозия, коробление g = a × t × e-b×t |
| С минимумом |  |  | Ползучесть, износ, коррозия | |
| С запаздыванием |  |  | Усталость, хрупкое разрушение | |
| Знакопеременные |  |  | Изменение механических характеристик |
Наиболее характерные для машин процессы старения протекают при контакте двух поверхностей, особенно если имеет место их относительное перемещение. В этом случае, как правило, происходит износ поверхностей.
Изнашиваются направляющие элементы (подшипники и направляющие скольжения и качения), поверхности трения фрикционных муфт и тормозов, зубчатые, винтовые, червячные и другие передачи, цилиндры и поршневые кольца, кулачковые и кулисные механизмы, шарниры, оси и многие другие детали машин.
Износ - это результат процесса постепенного изменения размеров детали по ее поверхности при трении. Если речь идет о процессе разрушения поверхности, то применяют термин «изнашивание»!
Износ включает:
- истирание поверхностей, связанное с удалением материала со всей поверхности трения;
- смятие - когда имеет место перемещение материала под действием сил трения;
- усталость поверхностных слоев, когда под действием контактных нагрузок возникают локальные очаги разрушения поверхности.
Основные виды износасвязаны главным образом с характером контакта поверхностей и их относительного движения:
- если нет относительного перемещения поверхностей, то это, как правило, вызывает их смятие (пластическую деформацию). Смятие поверхностей является характерным видом разрушения шпоночных, зубчатых соединений, осей цепных передач, резьбовых соединений и других деталей машин;
- при малых относительных перемещениях сопряженных деталей возникает специальный вид износа, который называется фреттинг-коррозией;
- качение без скольжения (обкатка) двух тел вызывает усталость поверхностных слоев в виде отслаивания мелких частиц металла с поверхности контакта. Это относится, например, к подшипникам качения, роликам кулачковых механизмов. При недостаточной твердости материалов и больших удельных давлениях наблюдается также смятие.
- при качении с относительным скольжением, как это имеет место в зубчатых передачах, наблюдается износ и усталость. Зона усталости расположена там, где относительное скольжение минимально или равно нулю (в зоне начальной окружности зуба). Зона более интенсивного износа расположена в местах большего относительного скольжения (головка и ножка зуба).
Таким образом, каждому виду взаимодействия поверхностей соответствует наиболее характерный вид повреждения.
Следует иметь в виду, что при износе также происходят коррозия, адгезия и другие физико-химические процессы.
