Изнашивание

Изнашивание − процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела (детали). Наука, изучающая процессы изнашивания с учетом свойств материалов, в том числе в присутствии смазочных материалов, называется трибологией.

Трение (внешнее трение) − явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним. Характеристикой внешнего трения служит коэффициент трения.

Коэффициент трения − отношение силы трения двух тел (деталей) к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу. Результат изнашивания, определяемый в установленных еди­ницах, называется износом. Значение износа может выражаться в еди­ницах длины, объема, массы и др. Испытания на износ проводят са­мыми различными методами, и следует помнить, что результаты та­ких испытаний несопоставимы.

В технике следует различать моральный и физический износ. Мораль­но устаревшими считаются машины, конструкции, материалы, если они в результате общего технического прогресса оказываются малопригодными для удовлетворения нужд производства, хотя еще вполне работоспособны. Такой моральный износ здесь не рассматривается.

Изнашивание материалов (изделия) может происходить при скольжении, ударе, качении, скольжении с качением и др., а также подвоздействием среды (жидкость, газ и др.). При изнашивании внутри нагруженных областей поверхностного слоя материала воз­буждается целый ряд физико-химических процессов: сорбция, диффу­зия, теплообразование, фазовые превращения и химические реакции. При этом изменяются структура и химический состав материала, а следовательно, и его свойства. В нагруженных областях происходит накопление энергии и могут возникнуть трещины, которые развива­ются и приводят к разрушению материала. Изнашивание всегда свя­зано с потерями энергии, накопленной в материале.

При механическом, коррозионно-механическом (окислитель­ном) и молекулярно-механическом воздействиях проявляются основ­ные виды изнашивания (табл. 4.6). Различные виды изнашивания могут действовать как одновременно, так и последовательно; при взаимо­действии один из них может задерживать или активизировать другие виды изнашивания.

В технике наибольшее распространение имеет коррозионно-механическое изнашивание, то есть изнашивание при наличии на по­верхности защитных пленок. Такое изнашивание наблюдается, когда в результате трения на самой поверхности толщиной ~10³ нм образу­ется вторичная структура, содержащая большое количество оксидов. Под вторичной структурой располагается сильнодеформированный слой материала с высокой плотностью дислокаций толщиной до не­скольких микрометров. Наличие вторичной структуры уменьшает износ поверхностного слоя.

Коррозионно-механическое изнашивание наблюдается в под­шипниках скольжения, валах, втулках, поршневых кольцах и т.д. При нормальном окислительном изнашивании коэффициент трения 0,01...0,10 и толщина разрушающегося слоя 0,001…0,01 мм.

Характеристикой изнашивания служит износостойкость.

Износостойкость (износоустойчивость) − свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания, или «интенсивности изнашивания».

Таблица 4.6

Классификация видов изнашивания

Износостойкость определяется сочетанием свойств трущихся материалов, качеством контактирующих поверхностей (чистота по­верхности, смазка), характером движения (скольжение, качение, уда­ры, течение), скоростью взаимного перемещения, уровнем нагрузки, отводом отделяющихся частиц (продуктов износа) или присутствием частицкакого-либо другого материала, осложняющего трение.

Износостойкость чистых металлов пропорциональна их твер­дости, но в сплавах эта зависимость может не выполняться.