Абразивное изнашивание при ударе

 

Процесс разрушения детали при ударном взаимодействии между деталью и абразивом называют ударно-абразивным изнашиванием. Этому разрушению подвергаются детали буровых долот, камне- и рудомелющих агрегатов, породоразрушающий инструмент пневмо- и гидроударников, детали гусенич­ного хода машин и др. Ударно-абразивное изнашивание поверхности происходит о монолитный или свободный абразив.

На ударно-абразивное изнашивание влияет природа и геометри­ческая форма, твердость, хрупкость абразивных частиц, толщина слоя абразива, энергия удара, твердость испытуемого материала и подложки, наличие жидкости в зоне удара и др. /13/.

При абразивном изнашивании без ударного взаимодействия поверхности трения покрываются царапинами, расположенными в направлении движения абразива. Для ударно-абразивного изна­шивания характерно образование на поверхности трения лунок в ре­зультате локальной пластической деформации металла. Края лунок образуют те выступы, которые внедряются в сопряженную поверх­ность и имеют твердость, превышающую твердость металла, или имеют наиболее благоприятное расположение своих граней к по­верхности детали. Края лунок с меньшей твердостью обычно разрушаются, не повреждая поверхность детали. При многократном взаимодействии абразива с поверхностью детали лунки расши­ряются и углубляются. В результате поверхность наклепывается, и происходит отрыв от нее частиц. Обычно это происходит у пла­стичных материалов. Для изнашивания твердых материалов харак­терно хрупкое выкрашивание.

При ударно-абразивном изнашивании износостойкость углеро­дистых сталей зависит не только от твердости, но и от состава и структуры стали. Максимальной износостойкостью обладают сталь, содержащие 0,7 % углерода. Стали с большим содержанием угле­рода в результате хрупкого выкрашивания имеют меньшую изно­состойкость. При содержании углерода менее 0,7 % стали подвер­гаются пластической деформации и больше изнашиваются. Чем сильнее ударное взаимодействие, тем больше сказывается содержа­ние углерода на износостойкость стали.

 

 

6.5.Некоторые сведения об абразивах

 

Физико-механические свойства абразивов обусловлены структурно-текстурными особенностями, возрастом, генезисом, условиями деформирования, наличием внутренних дефектов, не­однородностью. Характеристики свойств пород в массиве абра­зива и в раздробленном состоянии различны.

В отличие от металлов горные породы являются материала­ми ограниченной пластичности, у большинства горных пород способность к остаточным деформациям имеет место лишь в ус­ловиях всестороннего сжатия при низких скоростях распрост­ранения деформаций.

Наиболее обширной группой методов определения прочно­сти являются испытания на одноосное сжатие, растяжение, кру­чение, изгиб и сдвиг в статических условиях.

При испытании горных пород на одноосное растяжение ли­бо сжатие определяют модуль упругости, коэффициент Пуас­сона, предел прочности при растяжении; при испытании на од­ноосное сжатие — модуль упругости, предел прочности при сжа­тии.

Все породоразрушающие минералы и горные породы при' разных видах деформаций в процессе испытаний являются уп­руго-хрупкими телами, которые при нагружении не дают оста­точных деформаций, а их разрушение наступает в момент, ког­да напряжение достигает предела упругости.

Коэффициент Пуассона для горных пород колеблется от 0,1 до 0,4.

Минералы подчиняются закону Гука при любых условиях напряженно деформированного состояния, но связь между на­пряжениями и деформациями более сложная. Значения преде­ла прочности при одноосном сжатии приведены в таблицы 2.

 

Таблица 2. - Предел прочности почвенных пород

 

Почвенная порода	, МПа		Почвенная порода	,МПа
Граниты	8200—27000		Песчанники	30000—51000
Габбро	12000—36000		Кремний	30000—46 000
Диабаз	38000—50000		Ангидрид	6000—12000
Известняки и доломиты:			Гипс	2 500—5 000
	Глинистые сланцы	3500—11000
крупнокристал- лические	500—12000		Аргиллиты	8000—26000
Алевролит	3500—5600
плотные	400—26000
органические	500—10000

6.6. О характере деформации в зоне контакта частицы с изнашиваемой поверхностью при скольжении

 

В механизме внешнесилового воздействия твердой абразив­ной частицы на поверхность изнашивания при скольжении мож­но выделить два этапа (рисунок а и б).

Рисунок 4. - Схема контакт­ного взаимодействия аб­разивной частицы с из­нашиваемой поверхно­стью:

а— радиальное внедрение;

б — перемещение по поверх­ности

 

 

Первый этап характеризуется воздействием абразивной частицы на поверхность изнашивания и завершается ее внедре­нием в металл поверхностного слоя, при этом твердость и проч­ность абразивной частицы должны быть выше твердости ме­талла изнашиваемой поверхности. На втором этапе абразив­ная частица, внедрившись в металл на определенную глубину, совершает поступательное перемещение по поверхности изнаши­вания, осуществляя при этом сложное полидеформационное раз­рушение путем пластического деформирования, микрорезания, упругого оттеснения и т. д.

 

В конечном счете особенности этого взаимодействия и пред­определяют природу, механизм изнашивания поверхностного слоя металла в зоне истирания.

 

При абразивном изнашивании статическое нагружение ус­ложнено динамическим характером приложения удельных кон­тактных нагрузок с переменной интенсивностью.

 

Внешнее силовое воздействие единичной абразивной частицы на поверхность изнашивания неизбежно сопровождается ее де­формацией и последующим формированием очагов разрушения с отделением частиц износа.

 

В зависимости от сочетания различных факторов деформа­ция в зоне контакта абразивной частицы с металлом может быть упругой или пластической.

 

Абразивное изнашивание характеризуется непрерывным, а в ряде случаев и значительным съемом металла с поверхности трения, поэтому с учетом конечных результатов воздействия абразивной частицы следует иметь в виду главным образом пластическую деформацию.

 

Если рассматривать движение абразивной частицы в виде индентора с возможностью микрорежущего воздействия на по­верхность изнашивания, то в его окрестности можно предполо­жить две зоны: зону сжатия и зону растяжения; в пределах этих зон действуют напряжения смятия, отрыва и сдвига (сре­за).