Относительная охлаждающая способность сред

^*) Т_к – температура кипения жидкости

Анализ экспериментальных данных показал, что интенсивному термическому воздействию при охлаждении жидкими агентами подвержен сравнительно небольшой по глубине (до 0,4 мм) поверх­ностный слой металла. В момент взаимодействия металла с горной породой основной тепловой поток направлен в глубь металла. При выходе из контакта с горной породой рабочая поверхность металла резко охлаждается и тепловой поток раздваивается. Часть тепла идет в глубь металла и рассеивается его нерабочими поверхностями в жид­кость, а большая часть тепла отводится в жидкость непосредственно через рабочую поверхность.

При продувке воздухом наблюдаются более интенсивный разогрев металла и отпуск его на значительную глубину. Очевидно, вследствие низкой охлаждающей способности воздуха объемная температура металла становится значительной, что обусловливает меньший градиент температур, меньшую скорость теплоотвода в глубь металла, чем при охлаждении жидкими агентами, и повышенную скорость изнашивания. В то же время при продувке воздухом значительно большая часть тепла, чем при промывке жидкостями, отводится в глубь горной породы, создавая дополнительные термические напря­жения и способствуя более интенсивному разрушению горной породы. Очевидно, это и является одной из причин более высокой эффективнос­ти бурения с продувкой воздухом, чем с промывкой жидкостями.

Влияние смазочной и охлаждающей способностей сред в процессе изнашивания проявляется одновременно.

Рассмотрим зависимость относительной скорости изнашивания стали от N _уд при разрушении доломита (р_ш = 1960 МПа) в различных средах (рис. 6.4, б) при высоко­оборотном режиме. Из рис. 6.4 видно, что РНО, имеющий высокую смазочную способность, обусловливает более низкую скорость изна­шивания по сравнению с промывкой водой. Однако по мере увеличе­ния N_уд различие постепенно уменьшается, и при N_уд > 3,3 Вт/мм² скорость изнашивания при промывке РНО становится выше, чем при промывке водой, т.е. скорость изнашивания располагается в соответст­вии с охлаждающей способностью жидкостей. Низкая охлаждающая способность воздуха обусловливает несколько большую скорость изнашивания стали во всей второй области изнашивания. Следует отметить, что чем меньше охлаждающая способность среды, тем меньше значение N_уд, при котором начинается потеря устойчивости рабочей поверхности стали.

Исследования Башкирской буровой школы показали, что водные растворы ПАВ имеют пониженную охлаждающую способность и при высокой удельной мощности повышают склонность металла к потере устойчивости. Наряду с охлаждающей способностью в этом случае, по-видимому, проявляется и эффект пластифицирования поверхности металла под влиянием ПАВ.

Смазочные пленки одновременно уменьшают скорость изнашива­ния металла и скорость истирания пород. При хрупком разрушении породы повышение смазочной способности среды может повысить скорость разрушения породы. Поэтому судить о среде только по ее влиянию на скорость изнашивания металла нельзя. В этом случае необходимо определить относительный износ металла и горной поро­ды. Очевидно, чем меньше относительный износ металла, тем более производительно будет работать инструмент.

Таким образом, при малой и средней удельных мощностях, реали­зуемых при трении о горные породы и в процессе их разрушения, основное влияние на изнашивание стали оказывает смазочная способ­ность сред, а в области высокой удельной мощности - их охлаждаю­щая способность. Снижение охлаждающей способности сред при разрушении твердых пород повышает опасность развития катастро­фического изнашивания, связанного с потерей устойчивости рабочей поверхности стали.

         Основные виды изнашивания металлов при трении

1. Изнашивание схватыванием первого рода наблюдается при малых скоростях относительного перемещения трущихся поверхнос­тей и высоких удельных давлениях на них. Для металлов характерно образование задиров на поверхностях трения. Явление схватывания поверхностей имеет ту же природу, что и сварка трением. В случае если поверхность сдвига схватившегося участка не совпадает с исход­ной поверхностью трения, то имеет место задир.

2. Окислительное изнашивание происходит при небольших удель­ных давлениях и скоростях скольжения. Оно обусловлено сдвигом и усталостным отслаиванием оксидных пленок с трущихся поверхнос­тей. Оксидные пленки непрерывно восстанавливаются.

3. Тепловое изнашивание (изнашивание охватыванием второго рода) характерно для высоких удельных давлений и скоростей сколь­жения. Поверхность металла изнашивается в условиях термического разупрочнения, которое способствует интенсивному развитию схваты­вания. Наблюдаются явления отпуска, рекристаллизации и вторичной закалки поверхностных слоев металла.

4. Абразивное изнашивание обусловлено наличием абразивной среды в зоне трения. Оно характеризуется пластическим деформиро­ванием, царапанием и микрорезанием поверхности металла абразив­ной средой.

5. Осповидное изнашивание обусловлено усталостными процесса­ми при трении качения.

Пластическое деформирование, резание или царапание металла абразивной средой возможно только в том случае, если частицы среды более твердые и образуют весьма шероховатую поверхность. Если исходить из этих представлений о сущности абразивного изнашивания применительно к горному делу, то при трении закаленных сталей об осадочные породы абразивными будут только кварцевые песчаники и алевролиты. По отношению же к твердым сплавам ни одна из осадоч­ных пород не будет абразивной.

Основные закономерности изнашивания сталей