Виды износа и разрушений деталей

При исследовании изнашивания машин в реальных условиях эксплуатации выделяются два главных направления: установление качественных и количественных закономерностей.

В результате качественного анализа изношенных поверхностей деталей определяются причины низкой сопротивляемости изнашиванию и намечаются пути повышения износостойкости.

Для всесторонних исследований качественных закономерностей изнашивания на основании вероятностно-статистического метода подбираются те детали, интенсивность отказов которых была наибольшей. Так как детали отказывают по различным причинам, то в целях отбора деталей для исследований с наиболее типичными дефектами определяют вероятность повторения каждого дефекта. С учетом этих соображений систематизируют виды износа и по-ломок деталей по каждой машине, устанавливают вероятность повторения каждого вида дефекта.

При обобщении видов износа деталей, которые возникают в эксплуатации машин, изготовленных на различных заводах, устанавливают характерные дефекты, присущие машинам различного назначения. В вышедших из строя деталях машин наблюдают абразивный износ, усталостное разрушение поверхностного слоя, контактное схватывание, смятие и коррозию. В числе дефектов встречаются трещины, скалывание и выкрашивание зубьев, поломка зубьев, скручивание шлицев и валов. Очень часто на одной детали и даже на одной и той же поверхности трения наблюдается несколько видов износа и разрушения.

Абразивный износ превалирует над всеми остальными: около 40% деталей имеют чисто абразивный износ и 50% - абразивный износ в сочетании с другими видами износа и разрушений поверхностного слоя.

Исследования показали, что значительное количество деталей автомобилей заменяется в эксплуатации по причине износа. При обработке статистических данных по отказам деталей автомобилей установлено следующее их распределение: износ - 53,4%; разрушение (трещины, поломка, обрыв части детали) - 18,9%; деформация (растяжение, скручивание, изгиб) - 10,4%, другие виды дефектов - 17,3%. Анализируя дефекты деталей, возникающие при эксплуатации, следует иметь в виду, что каждая отдельная деталь подвержена различной нагрузке, виду деформаций и условиям смазки.

Разновидности износа и разрушений деталей и причины их возникновения в процессе эксплуатации можно систематизировать следующим образом:

1. Смятие поверхностного слоя возникает на поверхностях деталей, обладающих низким пределом текучести и недостаточным сопротивлением пластическим деформациям. Обычно этот дефект присущ деталям, имеющим низкую твердость.

2. Усталостное разрушение поверхностного слоя возникает на рабочих поверхностях деталей в условиях циклических контактных напряжений и характеризуется появлением микротрещин, расположенных под углом около 30° к рабочей поверхности, образованием трещин и выкрашиванием поверхностного слоя. Усталостное разрушение поверхностного слоя наблюдается часто у зубьев шестерен, на рабочих поверхностях сбоим шариковых и роликовых подшипников и др.

3. Хрупкое разрушение поверхностного слоя имеет место у деталей, прошедших термическую или химико-термическую обработку. Обычно разрушение поверхностного слоя начинается с образования трещины и дальнейшего выкрашивания поверхностного слоя при отсутствии предварительной или сопровождающей пластической деформации.

4. Абразивный износ является основным видом износа и характеризуется систематическим съемом металла твердыми частицами в процессе взаимодействия двух трущихся поверхностей.

5. Контактное схватывание наблюдается в деталях, работающих без смазки при высоких удельных нагрузках, с низким пределом текучести тончайших поверхностных слоев.

6. Коррозионное разрушение поверхностного слоя возникает в результате химического воздействия окружающей среды.

7. Усталостное разрушение детали возникает при действии циклических напряжений и характеризуется двумя зонами:

Ø зона с мелкозернистым строением, постепенное усталостное разрушение;

Ø зона с крупнозернистым строением, мгновенное разрушение.

8. Хрупкое разрушение детали характеризуется отсутствием заметных следов предшествующей пластической деформации. Оно развивается при появлении трещины, обусловленной действием рабочих напряжений, превышающих предел прочности. Поверхность излома имеет кристаллическое строение. Хрупкое разрушение возникает у деталей, изготовленных из материалов с относительно малой пластичностью, подвергавшихся термической и химикотермической обработке.

9. Вязкое разрушение детали характеризуется предварительной пластической деформацией и волокнистым строением излома. Разрушение происходит при величине рабочих напряжений, превышающих предел прочности материала, и имеет место у деталей, изготовленных из пластичного материала, который не подвергался термической и химпко-термической обработке.