Основные характеристики изнашивания

Для характеристики изнашивания используют следующие показатели: ско­рость изнашивания, интенсивность изнашивания, износостойкость, относительная износостойкость.

Скорость изнашивания - отношение значения износа к интервалу времени, в течение которого он возник

Интенсивность изнашивания - отношение значения износа к обусловленному пути, на котором происходит изнашивание, или объему выполненной работы

Износостойкость - свойство материала оказывать сопротивление изнаши­ванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной ско­рости изнашивания или интенсивности изнашивания.

Относительная износостойкость - отношение износостойкости данного материала и материала, принятого за эталон, при их изнашивании в одинаковых условиях.

Основными факторами, влияющими на процесс изнашивания являются следующие:

•конструктивные характеристики сопряжения, обеспечивающие раз­личные виды трения (скольжения, качения),

•действующие нагрузки,

•скорость от­носительного перемещения,

•характер движения (равномерное, неравномерное),

•зазоры,

•качество обработки сопрягаемых поверхностей,

•материалы сопрягаемых деталей,

•структура материала,

•твердость поверхности. Эти факторы относятся к конструктивным характеристикам сопряжений.

Помимо конструктивных есть еще эксплуатационные характеристики:

–окружающая рабочая среда (запыленность, температура),

–качество применяемых смазочных материалов,

–фактически дейст­вующие нагрузки.

На скорость изнашивания деталей основное влияние оказывает удельное давление Р и скорость относительного скольжения v. Эта зависимость может быть выражена формулой

где k - коэффициент, характеризующий влияние материала детали и качест­ва поверхности; m и n - постоянные, характеризующие вид смазки, качество сма­зочных слоев.

Для абразивного изнашивания М. М. Хрущевым установлено, что m=n=l и Формула примет вид

При пластическом контакте скорость изнашивания поверхности связана с физико-механическими свойствами материала трущихся поверхностей и может быть определена по формуле

Анализируя формулу можно сделать вывод, что скорость изнашивания зави­сит от пластичности материала (Gт и τ), фрикционных свойств (Gт и τ), твердости НВ и разрывного удлинения δ; t - коэффициент усталости ( принимается 2 ... 3).

При упругом контакте скорость изнашивания для гладких металлических поверхностей приближенно определяется по зависимости

где Е - модуль упругости.

Одной из важнейших характеристик металлов и сплавов, влияющих на ско­рость почти всех видов изнашивания, является твердость. С увеличением твердо­сти износостойкость материала повышается (рис, 12), хотя и прямой зависимости

не имеется. Повышенная износостойкость объ­ясняется тем, что твердые материалы оказы­вают большие сопротивления проникновению в них продуктов износа. Кроме того, они меньше деформируются.

Рисунок 12 – Износостойкость углеродистых сталей при трении скольжения

Исследованиями установлено, что значи­тельное влияние на износостойкость оказывает структура металла. Наиболее износостойкой из сплавов является сталь. С повышением содер­жания углерода износостойкость стали возрас­тает. Стали с закалочными структурами менее подвержены износу. Легирование сталей мар­ганцем, хромом, никелем, вольфрамом и др. элементами повышает ее износостойкость, т. к. легирующие элементы образуют химические соединения с углеродом и твердые растворы с железом, обладающие высокой твердостью.

Антифрикционные свойства чугунов и их износостойкость определяется структурой основы и свойствами химических соединений примесей и различных присадок, содержащихся в них.

В серых чугунах перлитная структура основы повышает износостойкость в 1,5÷2 раза по срав­нению с ферритными чугунами.

Если углерод находится в чугуне в виде цементи­та Fe₃C₂, то такой чугун более устойчив к износу.

Используя химико-термическую обработку чугунов можно значительно поднять их износостойкость. Наиболее высокая износостойкость наблюдается у чугунов при легировании их специаль­ными присадками - никелем, хромом, медью, молибденом и др. Присадки обра­зуют твердые химические соединения или входят в раствор.

Под качеством поверхности понимают совокупность геометрических пара­метров и физических свойств поверхностного слоя материала, из которого изго- товлена деталь.

Геометрические параметры характеризуются макрогеометрией, волнисто­стью, шероховатостью и направлением следов обработки (штрихов). Н - макро­неровности (овал, конус, бочкообразность и др.).

Рисунок 13 - Макро- и микронеровности на обработанной поверхности:

Н - высота волн; Нм - микронеровности, шероховатости; L - шаг волны неровностей

Количественная оценка шероховатости поверхности на базовой длине l ус­танавливает шесть параметров (рис. 14):

Рисунок 14 - Основные параметры шероховатости поверхности

Среднеарифметическое отклонение профиля Ra; наибольшая высота неров­ностей профиля Rmax; средний шаг неровностей Smin; средний шаг неровностей по вершинам Sj; относительная опорная длина профиля t_n, где р значение уровня се-ения профиля; высота неровностей профиля по десяти точкам Rz.

Физические свойства определяются структурой, микротвердостью, глуби- * ной наклепа, остаточными напряжениями, теплостойкостью, взаимодействием со смазкой, химическим сродством с кислородом. Стандарты определяют макроге-ометрию, шероховатость и твердость поверхности и в некоторых случаях направ-

ление следов обработки. Остальные свойства учитывают при проведении иссле­довательских работ.

От макрогеометрии зависит правильность относительного расположения и

перемещения сопрягаемых поверхностей деталей.

Волнистость и направление следов обработки хотя и оказывает влияние на износостойкость деталей, однако они менее значительны по сравнению с шерохо­ватостью.

Повышенная шероховатость поверхности снижает интенсивность изнашивания. Однако следует заметить, что определенным условиям работы должна соответствовать своя, оптимальная чистота поверхности (рис. 15).

Рисунок 15 - Схема зависимо­сти износа от микронеровности поверхности

На рисунке изображены две кривые 1 и 2. При тя­желых условиях работы кривая 2 смещается вправо. В этом случае требуется пониженная чистота поверхности. При легких условиях ра­боты требуется высокая чистота поверхности, кривая 1 смещена влево.

Точки O1 и О2 характеризуют оптималь­ную чистоту поверхности, при которой износ деталей в легких и тяжелых условиях работы является минимальным.

Окружающая среда оказывает значительное влияние на износостойкость деталей машин, работаю­щих в самых разнообразных условиях - повышенная влажность, колебания тем­пературы, запыленность воздуха и др.

Смазка трущихся поверхностей имеет существенное значение для повыше­ния износостойкости деталей. Правильный выбор смазки и непрерывная ее подача в зону трения обеспечивает устойчивую и нормальную работу сопряжений. Смаз­ка должна соответствовать заданным условиям работы машины.