Факторы, влияющие на износ металлов при трении

При износе трением обычно происходят как упругие, так и пластические деформации, сопровождающиеся хрупким выкрашиванием, скалыванием, смятием и срезанием частиц.

На величину износа влияют: свойства материала трущихся тел (их химический состав и структура); род и характер трения; форма и размер трущихся поверхностей; скорость трения; давление между телами; начальное состояние поверхностей; свойства и поведение продуктов износа; среда, в присутствии которой происходит трение и т. д.

По мере износа долота изменяется его геометрия, что приводит к изменению характера разрушения горной породы в отличие от первоначального, к снижению производительности долота и к увеличению расхода энергии на разрушение единицы объема породы.

На износ бурового инструмента влияют три группы факторов: природные, технологические, технические.

К числу природных факторов относятся абразивные свойства горных пород.

Абразивами обычно называют сыпучие и массивные твердые тела, служащие орудиями поверхностной обработки материалов при шлифовании, истирании, полировке и т. д. (алмаз, корунд, наждак - корундовая пыль с примесью пирита и др., граниты, кварцы и др.).

Нас же интересуют абразивные свойства горных пород с точки зрения выявления их свойств, влияющих на износ металлов и сплавов при трении).

Под абразивным износом понимается такой процесс, в котором поверхность работающей детали разрушается вследствие трения о нее небольших твердых частиц (которые носят название) - абразивных частиц.

Установлено, что при одинаковой твердости износостойкость металлов в 11,4 раза больше износостойкости минералов (это можно объяснить тем, что у металлов пластичность выше.

Абразивность горных породопределяется совокупностью физико-механических свойств и в первую очередь прочностных свойств трущихся тел. В связи с этим, понятию абразивность горных пород дается более широкое определение - способность горных пород изнашивать при трении о них металлы и твердые сплавы независимо от состояния твердости трущихся тел и состояния горной породы (монолитная или раздробленная горная порода).

Абразивность горных пород обычно оценивают по износу материала, контактирующего с горной породой.

Так, проф. Федоров за меру абразивной способности горной породы предлагает принять коэффициент h, равный произведению:

h = m×Р,

где Р - твердость горной породы в кг/см² (10⁵ Н/м²),

m - коэффициент внешнего трения.

Наиболее приемлемой принципиальной схемой для определения абразивных свойств минералов и горных пород является износ при трении вращающегося кольца о поверхность твердого тела.

Здесь за меру абразивности принималось отношение объема изношенного металла кольца на единицу пути трения (в см³/м) к нагрузке на кольцо. Физически, это величина износа металла, пропорциональная работе трения на единицу пути при нормальной нагрузке в 1 кг.

Для практических целей более правильно абразивную способность горных пород оценивать по износу стали в единицу времени, относящемуся к единице рабочей поверхности изнашиваемого образца, так как эта величина характеризует скорость изнашивания металла.

Для изучения закономерностей абразивной способности горных пород рассматривается износ стали в зависимости от удельной мощности трения.

a = f(N_уд)

где a - износ металла в мг/мм²×сек;

N_уд - удельная мощность трения, реализуемая единицей рабочей поверхности образца стали в кгм/мм²×сек.

Например, удельная мощность, реализуемая рабочей поверхностью долота составляет около 0,5 кгм/мм²×сек.