Основные характеристики и виды изнашивания

Относительные перемещения контактирующих поверхностей и их механические взаимодействия приводят не только к изменениям состояния и свойств материалов поверхностных слоев, как это отмечалось в гл. 2, но и к их разрушению.

Обычно разрушение происходит в форме отделения от поверхностей трения мелких частиц материала, что приводит с течением времени к изменению размеров и формы контактирующих деталей. Это явление и называют изнашиванием.

Следует иметь в виду, что изнашивание является сложным многоуровневым процессом.

Основным инициатором изнашивания является деформация материала контактирующих поверхностей под действием контактных напряжений и температурные флуктуации. Их следствием является накопление дефектов структуры с концентрацией в поверхностном слое: текстурирование материала в направлении скольжения; химические реакции материала пары с активными компонентами среды; перенос вещества с поверхности трения в глубину, либо обратно, и обмен веществом контактирующих тел и т.д.

Основные понятия, термины и определения в области изнашивания регламентированы ГОСТ 23.002-78. В частности, по этому ГОСТУ результат изнашивания определен термином износ.

Величину износа определяют в единицах длины, объема, массы, а износ за единицу времени - как скорость изнашивания, м/ч:

J=Dh/t,

где Dh - величина износа, (линейный износ) или толщина удаленного слоя, м; t - время, ч.

Широко распространена другая характеристика изнашивания - интенсивность изнашивания:

(безразмерная величина),

где Dh - величина износа, м, а L - путь трения, м.

Представление о характере изнашивания можно получить из краткого обзора основных разновидностей изнашивания. Их описание предварим следующим замечанием. В трибологии принято за основу классификации видов изнашивания принимать отчетливо наблюдаемый или иным образом установленный преобладающий вид разрушения поверхностей трения.

1.21. Усталостное изнашивание

К усталостному изнашиванию относят случаи, когда при работе узлов трения отсутствуют аномальные повреждения (схватывания, задиры, микрорезание, прижоги поверхностей и т.п.), трение протекает в нормальных условиях, имеется смазка, но тем не менее вследствие трения материал поверхностного слоя «устает» и начинает отделяться в виде частиц износа. Здесь как бы проводится аналогия с понятием «усталостная прочность».

Различают усталостное изнашивание двух видов: многоцикловое и малоцикловое. Многоцикловое изнашивание возникает при упругом контактировании. Многократное воздействие на микровыступ приводит к постепенному накоплению микродефектов, образованию микротрещин, при слиянии которых образуются поверхностные макротрещины, вызывающие разрушение материала и отделение частиц износа. При малоцикловом изнашивании совместное действие нормальной и касательной нагрузок при трении приводит к тому, что максимальное касательное напряжение возникает не на поверхности, а под пятном контакта на небольшой глубине, где накапливаются повреждения и образуются трещины. У хрупкого материала трещина возникает на поверхности. Малоцикловое изнашивание наблюдается при пластическом деформировании поверхностей (без резания) более мягкого материала выступами более твердого. В местах такого деформирования нередко образуются боковые навалы, которые при последующих проходах тоже могут отделяться в виде продуктов износа.

Особым проявлением многоциклового изнашивания является так называемый питтинг (англ. pit -углубление), возникающий на дорожках качения подшипников при пульсации нагрузки.

Питтинг возникает в результате многократного деформирования поверхностей, нагружаемых телами качения. Язвы питтинга часто называют выкрашиванием. Кроме подшипников и направляющих качения, такой износ характерен для зубьев шестерен, шлицевых соединений и ряда других контактных пар.