Абразивне зношування деталей
Абразивне зношування - це руйнування поверхні деталі в результаті його взаємодії з твердими частинками (абразивом). Абразивним матеріалом називають матеріал природного або штучного походження, зерна якого мають достатню твердість і мають здатність різання (дряпання).
Такими частками можуть бути мікровиступів, тверді частинки грунту, металева стружка, пісок, оксидна плівка, нагар, продукти зносу і т.д. потрапили в зону силового контакту сполучених поверхонь. Тверді частинки можуть знаходитися як в закріпленому стані (нерухомо закріплені тверді зерна), так і у вільному.
Абразивного зношування схильні велика кількість деталей машин, що працюють в абразивному середовищі (ходова частина гусеничних тракторів і дорожньо-будівельних машин, робочі органи сільськогосподарських машин і металорізальних верстатів, вузли бурильного обладнання нафтової і газової промисловості і т.д.).
Поверхня деталі може бути зруйнована як в результаті одноактного впливу абразиву, так і багатоактного процесу деформування поверхні абразивними частинками.
а) ковзання деталі по монолітному зразком;
б) кочення деталі по абразиву;
в) зіткнення з частинками абразиву;
г) зіткнення деталі з монолітним абразивом;
д) вплив потоку абразивних частинок на поверхню деталі;
е) ковзання деталі в масі абразивних частинок;
ж) взаємодія сполучених деталей в контакті з абразивними частинками.
На процес абразивного зношування впливають різні чинники: природа абразивних частинок, їх форма і розмір, агресивність середовища, властивість зношуються поверхонь, ударна взаємодія, температура і т.п.
Розглянемо вплив деяких факторів
Експериментально встановлено, що якщо розмір часток не перевищує 5 мкм, то вони, маючи велику розвинену поверхню, абсорбують на собі продукти окислення масла, що може знизити інтенсивність зношування деталі. Багато досліджень показують, що частинки з розмірами менше 5 мкм зменшують знос частки, розміром більше 5 мкм - збільшують знос.
Співвідношення твердості матеріалу Нм і абразиву На впливає на процес абразивного зношування.
При виконанні умови
можливо пряме руйнування матеріалу.
При Кт більше 0,7 відбувається многоцикловое руйнування.
Стійкість абразивного зношування також залежить від складу і структури поверхневих шарів.
Підвищенню зносостійкості сприяють:
-насичення поверхневих шарів елементами, що утворюють високотверді з'єднання карбідів, нітридів, боридів металів;
-здатність більш м'яких структур утримувати високотверді кристали в поверхневому шарі;
-здатність матеріалу упрочняться при деформації;
-різні види обробки поверхні (гарт, цементація, азотування, борирование, обкатування роликами, гідрополірованіе, напилення зносостійких матеріалів, обробка променем лазера, термохимические і фізичні методи і т.д.).
Стійкість матеріалів при абразивному зношуванні в великій мірі залежить від умов і режимів експлуатації. Так, двигун автомобіля, що експлуатується в піщаних районах, вимагає капітального ремонту після пробігу в 15 тис. Км, тоді як в умовах незапиленного повітря він проходить без ремонту 150 тис. Км і більше.
У таблиці 4.2 наведені деякі значення відносної зносостійкості матеріалів від умов експлуатації.
Приміщення абразивних частинок в зону силового контакту деталей з мастильним матеріалом різко збільшує знос. Це спостерігається в підшипниках ковзання двигунів, цилиндропоршневой групі, трансмісіях і т.д. Концентрація абразивних частинок також сприяє зростанню зносу. Ефективними методами захисту від попадання абразиву в зону тертя є різні ущільнення, фільтри, відстійники і ін.
Розглядаючи процес абразивного зношування необхідно відзначити окремі випадки його прояви: абразивне зношування при ударі; гідро- і газоабразівное зношування; зношування полімерів при наявності абразиву.
Відносна зносостійкість матеріаловпрі різних умовах експлуатації
Процес руйнування деталі при ударному взаємодії між деталлю і абразивом називають ударно-абразивним зношуванням. Цьому руйнації піддаються деталі бурових доліт, камне- і рудомелющіх агрегатів, породоразрушающий інструмент пневмо- і гідроударників, деталі гусеничного ходу машин і ін.
Зношування деталей при ударних навантаженнях по абразиву має ряд особливостей. На цей вид зношування впливає шар абразиву, енергія удару, форма і площа контакту, розмір часток, співвідношення твердості матеріалу і абразиву.
Процес руйнування деталі при ударному взаємодії між деталлю і абразивом називають ударно-абразивним зношуванням. Цьому руйнації піддаються деталі бурових доліт, камне- і рудомелющіх агрегатів, породоразрушающий інструмент пневмо- і гідроударників, деталі гусеничного ходу машин і ін.
Зношування деталей при ударних навантаженнях по абразиву має ряд особливостей. На цей вид зношування впливає шар абразиву, енергія удару, форма і площа контакту, розмір часток, співвідношення твердості матеріалу і абразиву.
Вибір матеріалів для режиму ударно-абразивного зношування необхідно засновувати на таких критеріях: зносостійкість, міцність, пластичність, ударна в'язкість.
Зношування при ударі залежності від багатьох факторів, такими як ударну дію деталі. впровадження частинок в метал, пружні і пластичні властивості поверхневого шару, втомні явища, структурні перетворення.
Залежно від властивостей матеріалу руйнування може мати різну природу: крихке руйнування зрізом, малоцікловую втома, в'язке руйнування. Для ударно-абразивного зношування характерне утворення на поверхні тертя лунок в результаті локальної пластичної деформації металу.
Ще одним різновидом абразивного зношування є гідроабразивне зношування. Гідро- і газоабразівное зношування виникає при дії на поверхню деталей потоків рідини або газу, що містять абразивні частинки. Абразивні частинки потрапляють в потік рідини (газу) в результаті забруднення при недбалої заправці, поганий фільтрації та очищення. Цьому виду зношування схильні деталі водяних, масляних і паливних насосів, гідропідсилювачів, гідроприводів гальмівних і інших систем.
Зношування в потоці рідини або газу може мати різний характер в залежності від швидкості потоку, умов обтікання і пов'язаної з цим турбулентності і можливості виникнення кавітації, від кута атаки твердих частинок і поверхні металу.
При допущенні, що навколишнє середовище неагресивна до поверхні деталі, слід розрізняти два випадки взаємодії абразивних частинок з матеріалом.
1. Прямий удар (кут атаки α дорівнює 90 o). Залежно від маси частинок, швидкості їх падіння, властивостей абразиву і фізико-механічних властивостей матеріалу деталі виникають пружна деформація, пластична деформація, велике руйнування, перенаклеп з відділенням матеріалу у вигляді лусочок.
2. Косий удар - кут атаки α більше нуля і менше 90 o. При кутах атаки не більше кута тертя на характер пошкоджень поверхні сильно впливають дотична складова імпульсу і опір матеріалу впливу дотичних сил на поверхню.
При відсутності абразивних частинок в струменях рідин або газів спостерігається ерозійний знос.