Трещинообразование

Растрескивание поверхностей трения в результате тер­мического воздействия наблюдается на бандажах железнодо­рожных колес, чугунных барабанах тормозов и сопряженных с ними тормозных колодках, а также в плоских антифрикционных парах с кольцевой рабочей поверхностью.

В тормозных устройствах поглощаются значительные мощ­ности, возрастающие с повышением скорости движения различ­ных машин. Требование иметь меньший тормозной путь предо­пределяет малое время торможения и весьма интенсивный на­грев поверхностей с образованием высоких термических напря­жений; в результате на поверхностях трения могут появиться трещины. На рельсовом транспорте они впервые были обнару­жены на бандажах колес подвижного состава. Трещины распо­лагались почти регулярно поперек рабочей поверхности банда­жей при наличии местных подплавлений металла. Еще ранее трещинообразование наблюдалось на трущихся деталях авиа­ционных тормозов.

На рис. 7.2 показана поверхность трения тормозного бара­бана; на рис. 5.3 — торцовая поверхность трения стального зо­лотника топливного насоса с трещинами, выявленными методом цветной дефектоскопии. Торец золотника работает как подпят­ник бронзового ротора насоса. На роторе растрескивания не наб­людалось.

Образование трещин повышает износ поверхностей трения: острые кромки производят режущее действие, а вблизи кромок происходит выкрашивание материала. Трещины со временем за­биваются продуктами изнашивания, действующими как абразив. Выход радиальных трещин на цилиндрическую поверхность ко­лец торцовых контактных уплотнений вращающихся валов нару­шает герметичность.

Л. Б. Эрлих дает такое объяснение природы терморастрески­вания. Быстрый нагрев поверхности трения при большом гради­енте температуры по глубине вызывает в поверхностном слое на­пряжения сжатия. Эти напряжения значительно превосходят по абсолютной величине напряжения растяжения в остальной части детали и обусловливают при определенных условиях неустойчи­вость упругого или упругопластического состояния этого слоя. Та­ким условием является высокий нагрев поверхностного слоя и пе­реход его в пластическое состояние; при этом модуль упругости материала принимает малые значения. Этот слой становится по­добным сжатой пластине или оболочке из эластичного материа­ла на упругом основании. Неустойчивость исходной формы при­водит к образованию гофра. Цилиндрическая поверхность бан­дажа или барабана превращается в гофрированную, причем выс­тупы и впадины идут параллельно оси. Выступы волнистой по­верхности концентрируют нагрузку, происходит их перегрев, они становятся местами подплавления и очагами зарождения тре­щин.

В некоторых случаях трещинообразование вызывается тер­мической усталостью материала.

Образование трещин на поверхностях трения стальных и чу­гунных деталей в паре с деталями из других материалов и при

7.2. Трещины на поверхности тре­ти чугунного барабана авиаколеса

В тяжелонагруженных тормозных устройствах трещинообразование может быть результатом действия водорода. Трещины на рабочих поверхностях тормозов высокой энергонагруженности считаются неизбежными и на некоторой стадии развития не снижают надежности торможения, поэтому существуют допуски на трещины. Например, чугунные барабаны авиационных тор­мозов бракуют из-за трещин лишь тогда, когда они выходят на торцовую поверхность и достигают глубины свыше 5 мм.

Мерой борьбы с терморастрескиванием может оказаться вы­бор материала. Чем выше теплопроводность материала, чем меньше температурное расширение, чем пластичнее материал, тем меньше вероятность образования в нем трещин. Склонны к тер­морастрескиванию хрупкие и обладающие малой теплопровод­ностью материалы—-стекло и керамика, твердые сплавы, зака­ленные стали, а также сплавы с большим содержанием никеля или с висмутом, которые хотя и имеют невысокую твердость, но имеют малую теплопроводность. Мало склонны к растрескива­нию углеграфиты; они имеют высокую теплопроводность и ма­лый коэффициент линейного расширения. Полимеры типа ПТФЭ не подвержены растрескиванию.

Рис. 7.3. Трещины на опорной по­верхности трения золотника топ­ливного насоса

Высокая точность обработки поверхностей трения и тщатель­ная их приработка —дополнительное средство борьбы с растрес­киванием. Например, трещинообразование упорного торца золот­ника топливного насоса (см. рис. 7.3) удалось ликвидировать улучшением пригонки сопрягаемых поверхностей и заменой од­ной марки стали на другую.