Водородное изнашивание

Водородный износ наблюдают в резьбовых соединениях, золотниковых и плунжерных парах, тормозных дисках и других узлах трения.

Водород в парах трения образуется в атомарной форме при электрохимико-термическом разложении воды, смазок, пластмасс. Такой водород по микродефектам материала диффундирует в поверхностный слой. При этом металлические связи заменяются слабыми водородными, а материал охрупчивается.

Водородное изнашивание впервые было открыто и исследовано российскими трибологами Гаркуновым Д.Н. и Поляковым А.А.

Известна еще одна весьма своеобразная разновидность изнашивания, при которой напротив наблюдается аномально низкий износ деталей. Этот вид износа условно называют безызносностью или избирательным переносом. Избирательный перенос также открыт российскими трибологами И.В. Крагельским и Д.Н. Гаркуновым в 1963 г. при исследовании пар трения скольжения «сталь-медные сплавы», смазываемых глицерином.

При трении в таких парах на стальной поверхности возникает мягкий, близкий к аморфному состоянию слой меди. При этом в процессе трения происходит взаимный, непрекращающийся перенос атомов меди с одной поверхности на другую, а пленка меди на стали постоянно возобновляется. Возможен и другой вариант, когда обе трущиеся детали стальные, но в системе машины имеются детали из медных сплавов, не участвующие в трении. Кислоты, возникающие в смазке в ходе ее термического распада, растворяют медный сплав, причем ионы меди оседают на обеих стальных поверхностях, образуя защитные пленки. В третьем случае в смазку вводят коллоидный раствор частиц, необходимых для образования защитных пленок. Избирательный перенос обеспечивает многолетнюю эксплуатацию узлов трения без заметного изнашивания. В таком режиме, например, работают компрессоры бытовых холодильников. Имеется положительный опыт создания режима избирательного переноса в ДВС и других агрегатах и узлах трения автомобилей.

Особый механизм изнашивания проявляется у резин. Обладая низким модулем упругости, резины способны к высокой относительной упругой деформации в 100% и более. Из-за высокого коэффициента трения элементы резиновой поверхности увлекаются контртелом, вытягиваются, отрываются и скручиваются, образуя продукты износа в виде окатышей.

Имеются и другие менее выраженные и специфические формы износа, которые интересны при узкой специализации.

Однако, несмотря на большую специфику, у всех видов изнашивания имеются общие закономерности.

Типичная характеристика износа во времени представлена на рис. 4.1.

Начальная часть кривой здесь характеризует период приработки (t_прираб.). Затем изнашивание протекает с постоянной скоростью (t_{прираб.}, t_{критич.}). Этот участок принято называть периодом нормальной эксплуатации. При t > t_{критич.} износ резко возрастает, становится катастрофическим, что приводит к выходу узла трения из строя.

На этапе приработки формируются эксплуатационные свойства узла трения.

Сформировавшуюся к концу приработки шероховатость принято называть равновесной. Равновесная шероховатость связана с исходной, но её параметры главным образом определяются физико-механическими свойствами материалов деталей и смазки, а также характеристиками режима трения (нагрузка, скорость, температура и т.д.). При введении в эксплуатацию узлов трения после изготовления или капитального ремонта в технической документации тщательно оговариваются режимы приработки или обкатки, чтобы она прошла в кратчайший срок и создала благоприятные условия для длительной эксплуатации. Обычно также оговаривается и предельно допустимая величина износа (Dh_max) , определяющая ресурс всего узла трения или сменных деталей, например, вкладышей подшипников скольжения, подшипников качения, тормозных колодок и накладок.

В заключение краткого обзора форм проявления изнашивания следует отметить, что в чистом виде каждый из отмеченных механизмов изнашивания практически не встречается, чаще всего преобладает ведущий механизм изнашивания и сопутствующие формы в зависимости от особенностей конструкции и условий работы узла трения.

Основным способом разрушения материала на поверхностях трения при всех видах изнашивания является образование и накопление повреждений в тонких поверхностных слоях материала. При этом наличие абразива, химических превращений или явления переноса может лишь изменять интенсивность разрушения либо в сторону ускорения, либо замедления.

Задача трибологии состоит в разработке средств и методов управления этими процессами или направленного уменьшения изнашивания, обеспечения высоких ресурсных характеристик узлов трения.