ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗНАШИВАНИЯ

 

Вид изнашивания деталей ПТМ определяется видом трения, свойствами смазки и условиями контакта трущихся поверхностей.

Изнашивание подразделяется на три основные группы: механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое. Механическое изнашивание наблюдается при механическом воздействии материалов изделия, при этом размеры деталей могут изменяться за счет режущего или царапающего действия твердых частиц, за счет пластической деформации металла под действием больших нагрузок, а также за счет наклепа и отслаивания частиц с поверхности детали; молекулярно-механическое изнашивание происходит в результате механического воздействия материалов и одновременного воздействия молекулярных и атомарных сил; коррозионно-механическое изнашивание происходит при трении материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой.

 

 

Абразивное изнашивание — процесс, при котором трущиеся поверхности разрушаются из-за неровностей (выступов), остающихся на поверхности деталей даже при самой тщательной обработке или из-за твердых абразивных частиц и продуктов износа, перемещающиеся между поверхностями трения.

При взаимном перемещении деталей выступы на их поверхности срезаются. Срезанные частицы, попадая в зазоры между деталями, царапают и режут их поверхности. В результате зазор между деталями увеличивается.

Абразивное изнашивание — один из самых распространенных видов изнашивания деталей горных машин. Абразивная пыль, проникая в масляные ванны редукторов, обусловливает быстрый выход из строя зубчатых колес и подшипников.

Гидроабразивное изнашивание является разновидностью абразивного изнашивания, когда износ происходит в результате воздействия на материал детали твердых абразивных частиц, перемещаемых потоком жидкости. Интенсивному гидроабразивному изнашиванию подвержены рабочие колеса и корпуса углесосов, землесосов и насосов, перекачивающих загрязненную воду.

Гидро(газо)эрозионное – это результат воздействия на поверхность потока жидкости (газа);

Разновидностью механического изнашивания является эрозионное разрушение - процесс разрушения металла в результате воздействия на него искрового разряда. Этот вид разрушения присущ элементам электрооборудования (контакты прерывателей, электроды свечей, щетки и коллекторы генераторов и др.

Усталостное – это результат усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц на поверхности трения или на ее отдельных участках;

Кавитационное – это результат воздействия на поверхность твердого тела при движении его в жидкости в условиях кавитации, т. е. в условиях нарушения сплошности течения жидкости и образования кавитационных пузырей, которые заполнены газом, паром или их смесью. В результате уменьшения давления в быстродвижущейся жидкости пузырьки разрываются и это приводит к гидравлическому удару с образованием разрушений в виде каверн диаметром от 0,2 до 1,2 мм.

Изнашивание при заедании —изнашивание в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность.

Условия, наиболее способствующие изнашиванию при заедании, создаются в начальный период работы машины после ее изготовления или ремонта. В этот период детали еще не приработались друг с другом, площади фактических контактов малы, а значения удельных давлений велики и часто достаточны для образования прочных молекулярных связей (схватывания). Вследствие этого новую или отремонтированную машину нужно обкатывать при уменьшенных нагрузках и скоростях.

Молекулярно - механическое изнашивание подразделяется на адгезионное и избирательный перенос.

Адгезионное изнашивание возникает на отдельных участках контактирующих поверхностей в результате молекулярных взаимодействий, силы которых превышают прочность связей поверхностного слоя материала с основным материалом детали. Адгезионное изнашивание заключается в вырывании материала с поверхности одной детали и переноса его на поверхность другой. Это приводит к заеданию деталей. Указанный вид изнашивания может возникать в зубчатом зацеплении или опорах качения при отсутствии смазки и высоких контактных нагрузках.

Изнашивание в условиях избирательного переноса характеризуется атомарными явлениями в зоне контакта. Этот вид изнашивания наблюдается при трении металлополимерных и других пар, например, медь - сталь. Перенесенный на поверхность другой детали материал образует на ней мономолекулярный слой.

Изнашивание при фреттинг-коррозии — изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных перемещениях. Разрушение поверхностного слоя при фреттинг-коррозии происходит в результате разупрочнения микрообъемов материала при его окислении в условиях многократного деформирования и нагрева. Изнашивание при фреттинг-коррозии наблюдается на поверхности деталей неподвижных соединений, воспринимающих вибрационную нагрузку (посадочные поверхности колец подшипников качения, шлицевые, шпоночные, болтовые и заклепочные соединения). При этом виде изнашивания наблюдается схватывание, абразивное изнашивание и усталостно-коррозионные явления. Этот вид изнашивания характерен для поверхностей деталей в неподвижных соединениях, воспринимающих вибрационные нагрузки. Следовательно, одним из способов уменьшения изнашивания при фреттинг-коррозии является снижение в узлах машины вибрационных нагрузок.

Окислительное изнашивание — изнашивание,при котором преобладает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой.

Окислительное изнашивание имеет три формы окислительного износа: первая - образуется при удалении с поверхности трения ультрамикроскопических химически адсорбированных пленок; вторая - при удалении микропленок твердых растворов и эвтектик химических соединений кислорода и металла; третья - в результате периодического образования и отслаивания крупных слоев химических соединений кислорода и металла.

Возникновение оксидных пленок не исключает, а ускоряет усталостное разрушение металла, так как в результате взаимодействия кислорода и металла образуются слои с повышенной хрупкостью. Скорость окислительного изнашивания составляет 0,05... 0,1 мкм/ч.

 

Методы определения износа.

Для получения количественной оценки степени износа деталей горных машин применяют различные методы. Выбор метода измерения зависит от конструктивных особенностей деталей, необходимой точности результатов замера, задач и целей, для которых производится оценка износа. Методы оценки износа деталей разделяют на производственные и лабораторные. К производственным относятся метод микрометрирования детали и метод косвенной оценки по изменению эксплуатационных характеристик сопряжения, к лабораторным (исследовательским) методам — взвешивание деталей, определение количества железа в масле картера, применение радиоактивных изотопов, метод искусственных баз, профилографирование.

Износ оценивают: 1) по изменению массы образцов (весовой метод, пригодный для малых образцов); 2) по изменению линейных размеров, формы и микрогеометрии образцов; 3) по накоплению продуктов изнашивания в масле; 4) по изменению размеров отпечатков на поверхности трения (например, метод лунок); 5) по изменению эксплуатационных свойств (например, в канатах — по увеличению числа обрывов проволок, в подшипниках качения — по шуму и нарушению подвижности); 6) по местному износу (например, по размерам лысок на проволоках каната); 7) по уменьшению радиоактивности активированного поверхностного слоя и др.

При исследовании типовых узлов трения ПТМ широко используют, микрометрические методы определения линейных размеров, так как обычно детали доступны для измерений, а их износ достаточно велик, что позволяет избежать больших погрешностей.

Метод микрометрирования основан на измерении линейных размеров деталей новых и после определенного периода эксплуатации. Проверку размеров производят абсолютным или относительным способами измерений.

При абсолютном способе измерений величину размера получают на самом мерительном инструменте. Средствами измерения при этом способе служат линейки, штангенциркули, глубиномеры, штангензубомеры, микрометры, штихмассы, угломеры и другие инструменты. Недостатком абсолютного способа измерений является зависимость показаний от точности изготовления и изношенности инструментов.

При относительном способе измерения изношенную, деталь сравнивают с новой (образцовой) при помощи различных чувствительных приборов (индикаторов, пассаметров, оптиметров) или контролируют с помощью специального измерительного инструмента (калибров, пробок, скоб, шаблонов).

Оценка износа по изменению эксплуатационных характеристик сопряжения или узла широко используется на производстве. Например, износ деталей масляного насоса косвенно может быть определен по падению давления масла, износ деталей сопряжения вал—подшипник скольжения — по изменению его температуры в процессе эксплуатации.

Недостатком данного метода является то, что он не позволяет получить достаточно точную информацию о величине износа поверхностей трения отдельных деталей.

Метод взвешивания заключается в определении массы детали до эксплуатации и после. Потеря массы детали характеризует ее степень износа. При известной площади поверхности трения потеря массы детали может быть пересчитана в средние линейные величины. Данный метод обычно используется при определении износа деталей, поверхности которых изнашиваются равномерно.

Метод определения количества железа и других продуктов износа в масле заключается в химическом анализе периодически отбираемых проб масла из системы смазки машины. В зависимости от количества металлических частиц в пробе и общего количества смазки делают вывод об износе поверхностей трения деталей узла.

Преимуществом метода является возможность контроля износа деталей во времени и отсутствие необходимости в разборке машины. Недостаток — невозможность определения износа каждой детали узла, так как в отработанном масле находятся продукты износа всех трущихся деталей. -

Метод радиоактивных изотопов основан на использовании изотопов вольфрама, сурьмы или кобальта, вводимых в поверхностный рабочий слой детали. В процессе изнашивания детали продукты распада радиоактивных элементов вместе с частицами металла попадают в масло. При анализе проб масла устанавливают количество этих продуктов и определяют степень износа деталей. Радиоактивность проб масла заверяют счетчиком Гейгера, снабженным пересчетным устройством.

Преимуществом метода радиоактивных изотопов является возможность контроля износа определенной рабочей поверхности одной детали.

Метод искусственных баз заключается в нанесении на рабочую поверхность новой детали специального углубления (лунки) или выточки. По изменению размера углубления после определенного времени эксплуатации определяют расчетом линейный износ в пределах этой поверхности.

Метод профилографирования основан на измерении шероховатости поверхности трения новой неизношенной детали и этой же поверхности после определенной наработки. Метод применяется для определения весьма малых износов деталей.