Зношування металів.

При терті сполучених поверхонь має місце зношування, під яким розуміють процес відділення матеріалу з поверхні твердого тіла й збільшення його залишкової деформації при терті, що з'являється в поступовому вимірі розмірів і форми тіла.

Властивість матеріалу чинити опір, оцінюваний величиною зворотної швидкості зношування, прийнято називати зносостійкістю. У результаті зношування змінюються розміри деталі, збільшуються зазори між поверхнями, що викликають биття й стук. У наслідок цього виникає відмова машини.

Зношування є складним фізико-хімічним процесом і нерідко супроводжується корозією. При відносному переміщенні контактуючих матеріалів виникає сила тертя F, що перешкоджає взаємному переміщенню. Сила тертя дорівнює F=f*Fн; де Fн – нормальна складова зовнішньої сили, що діє на контактну поверхню, f – коефіцієнт тертя. Коефіцієнт тертя може бути визначений з рівняння: f= А(μν/ Fн). Чим нижче f, тим менше зношування. Частіше має місце корозійно-механічне або окисне зношування. Окисним називається зношування, при якому основний вплив на зношування робить хімічна реакція матеріалу з киснем. У результаті тертя на самій поверхні товщиною 10³ нм утвориться особлива структура, що містить велику кількість оксидів. Під вторинною структурою розташовується сильно деформований тонкий шар металу з високою щільністю дислокації. При нормальному окисному зношуванні руйнується тільки вторинна структура. Наявність вторинної структури визначається по Брінеллю

сталь, чавун D=10 мм і F=3*10⁴ Н,

Al, Cu, Ni і їхні сплави D=10 мм і F=10⁴ Н,

м'які метали D=10 мм і F=2500 Н,

По Роквеллу F₀=100 Н, F₁=500 Н.

HR=100^-e, e=(h-h₀)/0.002 мм

По Віккерсу HV=0.189F/d²

d - діагональ піраміди чотиригранного відбитка.

Розглянемо фізичні характеристики, які визначають конструкційну міцність металевих матеріалів.

Напруга відповідної граничної пружної деформації називається межею пропорційності.

σ_пц=Р_пц/F₀,

σ_пц – виражається в МПа

F₀ – площа поперечного перерізу

Р_пц - навантаження

При напрузі вище межі пропорційності σ_пц відбувається рівномірна пластична деформація (подовження δ і звуження ψ поперечного перерізу зразка)

Тому що практично встановити точну межу в непружному стані неможливо, то встановлюють умовну межа пружності. Межею пружності вважається напруга, при якій залишкова деформація дуже мала. Залежно від допустимої деформації, межа пружності записується σ_0,05, що означає напругу, яка стала причиною виникнення залишкової деформації 0,05%.

Напругу σ_0,2, що викликає залишкову деформацію 0,2%, можна прийняти умовною границею текучості σ_0,2=Р_0,2/F₀ , Р_0,2 – сила, що діє на зразок, F₀ – вихідний перетин зразка.

У ряду матеріалів з решіткою о.ц.к. з маловуглецевої сталі, при напрузі трохи вище межі міцності, на діаграмі розтягнення виникає площадка й матеріал деформується, без збільшення навантаження напруги, відповідно до цього стану матеріалу, називається плинністю (текучістю) і позначається σ_т. По природі границя текучості σ_т або умовна границя текучості, характеризує опір матеріалу малим пластичним деформаціям. Істинна або умовна границя текучості важлива розрахункова характеристика матеріалу. Діюча в деталі напруга повинна бути нижче границі текучості.

Розрізняють фізичні, хімічні, технологічні й механічні властивості. Фізичні властивості визначають поводження матеріалів у теплових, гравітаційних, електромагнітних, радіаційних полях. До фізичних властивостей відносяться: пластичність, температура плавлення, термічне розширення, магнітні характеристики, теплопровідність, електропровідність.

Під хімічними властивостями розуміють здатність матеріалів вступати в хімічну взаємодію з іншими речовинами, здатність чинити опір окисленню, проникненню хімічно активних речовин. Характерним прикладом хімічної взаємодії середовища й металу є корозія. Корозія завдає величезної шкоди промисловості. Для захисту від корозії застосовують покриття оброблені лаком, фарбами, більш стійкими металами. У деяких випадках у звичайних сталях застосовують більш стійкі сплави на основі алюмінію, міді, титану.

Технологічні властивості металів і сплавів характеризуються їх здатністю піддаватися гарячій і холодній обробці. Комплекс цих властивостей містить у собі технологічність при виплавці, гарячому й холодному деформуванні, обробці різанням, термічній обробці й особливо зварюванню. При конструюванні виробів у першу чергу керуються механічними властивостями матеріалів, що характеризують їх здатність чинити опір деформуванню й руйнуванню під впливом різного роду навантажень.