Видове износване: класификация и характеристики на износване

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Износването се разбира като постепенно разрушаване на триещите се повърхности на различни двойки. Има много видове износване. Те се дължат на различни причини. Но всички те имат едно общо нещо – частиците са отделени от основния материал. Това води до нарушаване на работата на механизмите, а в други случаи може да причини тяхната повреда. Пропуските в ставите се увеличават, кацанията започват да бият в резултат на образуването на значителен люфт. Тази статия разглежда основните видове износване, дава техните характеристики и обща класификация.

Характеристики на абразивно износване

Абразивът е фино диспергиран материал от естествен или изкуствен произход, със значителна твърдост, достатъчна за надраскване на други по-малко твърди материали.

Вид повърхностно износване, при което има разрушаване на структурата и целостта на повърхностния слой привзаимодействието с твърди микрочастици се нарича абразив. Трябва да се отмени, че за този вид разрушаване скоростта на триене трябва да бъде много значителна (няколко метра в секунда). Макар и при продължителна работа, разрушаването настъпва дори при по-ниски скорости и затягащи сили.

В ролята на абразивните вещества могат да бъдат както фиксирани обекти (твърди фази на стомани и сплави), така и движещи се чужди частици, които са попаднали в контактната зона на триещите се повърхности (пясък, прах и други).

Следните фактори влияят върху количеството абразивно износване и неговата интензивност:

• естество на произхода на абразивните частици;
• работна среда на механизма (степен на агресивност);
• материални свойства на триещите се двойки;
• ударни товари;
• индикатори за температура и много други.

Изтриване с твърди частици (зърна)

Този тип механично износване възниква, когато абразивните зърна влязат в контакт с метал или друг материал. Индексът на твърдост на такива частици значително надвишава индекса на твърдост на самия метал. Това води до деформация на материалите на триещите се двойки, поява на напрежения на умора и абразия на повърхността.

Ако механизмът работи в условия на чести редуващи се натоварвания, тогава ефектът от вредното въздействие на абразива се засилва. В този случай абразивната частица оставя не само следи, но и вдлъбнатини върху металната повърхност.

С увеличаване на фракцията на абразивното вещество,абразивно износване. Абразивните частици са много твърди, но в същото време крехки. Следователно големите тела могат да бъдат смлени на по-малки.

Характеристики на окислително износване

Този тип износване възниква, когато върху повърхността на триещите се части се появи хлабав оксиден филм, който бързо се отстранява от повърхността в резултат на триене. Повечето инженерни материали са склонни да се окисляват във въздуха при повишени температури. Следователно механизмите, които работят без смазване и без охладителна система, са подложени на този вид износване на части.

Колкото по-голяма е скоростта на разрушаване на оксидния филм и колкото по-голяма е скоростта на неговото образуване, толкова по-интензивно е износването на повърхностите.

Този тип износване е типично за шарнирни и болтови съединения, различни механизми за окачване и всъщност за всички агрегати, работещи без смазване.

С увеличаване на скоростта на триене температурата на триещите се повърхности се повишава. Това води до засилване на деструктивните процеси. Увеличаването на ударните натоварвания има подобен ефект.

Износване поради пластична деформация

Този тип износване на машинните части е типично за силно натоварени агрегати. Същността му се крие в промяната на геометричните форми на продукта под въздействието на значителни натоварвания.

Той е най-типичен за шпонкови и шлицови връзки, както и резби, щифтове и т.н.

Подобендеформации могат да възникнат и в зъбните стави. И не е нужно да са бързи. Натоварването е ключовият фактор тук.

Често такива деформации се появяват по релсите и колелата на подвижния състав. За предотвратяване е необходимо да се организира навременна профилактика и изследване на конструктивните елементи.

Износване поради стържене

Представената класификация на видовете износване няма да бъде пълна, ако изпуснем от поглед т.нар. износване в резултат на стържене. Същността му е следната. При тежки (може би дори екстремни) условия на работа повърхностните слоеве на триещите се части претърпяват структурни и фазови трансформации. Причините в различните случаи са повишени температури, условия на отопление и охлаждане, високо налягане и др. Свойствата на получените слоеве се различават значително от тези на оригиналния материал. По правило тези фази са крехки и се чупят при натоварване.

По този начин се образуват характерни бели ивици върху стомана и чугун по време на триене без смазване. Тези зони не могат да бъдат гравирани дори с разтвор на азотна или флуороводородна киселина в алкохол. Специалистите в областта на металознанието наричат тази формация бял слой. Той има доста висока твърдост по Рокуел и е много крехък. Една лаборатория извърши фазов и структурен анализ на белия слой. Оказа се, че е механична смес от мартензит и цементит. Съдържа и малко количество ферит. Последното нещо в него изобщомалък и не може да намали твърдостта.

Образуването (синтезът) на това вещество е придружено от появата на вредни вътрешни сили на опън и натиск. Когато векторите на вътрешните напрежения съвпадат с външните натоварвания върху детайла, на повърхността му в областта на белия слой се образуват малки пукнатини. Тези микропукнатини са концентратори и акумулатори на напрежението, което води до крехко счупване на продукта като цяло.

Носене чрез задържане на корозия

Този процес се извършва върху повърхности, които са в близък контакт една с друга. Причината са флуктуации. Трябва да се отбележи, че материалите на телата на фрикционната двойка могат да бъдат много различни (метал-метал или неметал).

Това явление се появява вече при минимални премествания на телата (около 0,025 микрометра).

В резултат на флуктуации, по повърхностите се появяват корозионни центрове, които нарастват и водят до разрушаване на повърхностния слой.

Износване чрез вибрационна кавитация

Този тип износване възниква, когато продуктите работят в течна среда. Въпреки че може да възникне и когато течна струя удари част от машина или механизъм. Физиката на процеса е следната. Налягането на течността на границата на фазите (между течност и твърдо вещество) спада, което води до появата на така наречените кавитационни мехурчета. Интензивността на това износване зависи от съдържанието на въздух във флуида и от външното налягане.

Звуковата вибрация може да служи като катализатор. Особено вредни в този случай са вибрациите на ултразвуковия спектър. Много често подобно вредно явление се случва в триещите се части на двигателите с вътрешно горене. Изследванията показват, че звуковата кавитация се износва три до четири пъти по-бързо от триенето.

Износване поради термично напукване

Този проблем е типичен за колелата на железопътни вагони и локомотиви. По време на движението на влака машинистът често трябва да намали скоростта. Това води до плъзгане и загряване на колелата. При набиране на скорост, триещата повърхност се охлажда доста бързо. Такова термично циклиране води до образуването на много пукнатини по повърхността на колелото. Това значително ускорява износването на продукта. В момента за производството на железопътни колела се използват специални легирани стомани. Но по-рано се използва стомана с обикновено качество. Старите колела все още се използват в много влакове днес, така че този проблем все още е актуален.

Начини за справяне с термични пукнатини

Най-ефективната мярка за борба с термичните пукнатини ще бъде осигуряването на интензивно охлаждане. За това могат да се използват специални масла и греси. В случай на влакови колела тази мярка по очевидни причини не е подходяща. В този случай можете да играете на химическия състав на материала и да изберете по-благоприятен клас стомана от тази гледна точка. Някои марки легирани стомани имат нисък коефициент на разширение. И това свойство може да се използва с предимство.

Някоихарактеристики на ерозионно износване

Имайки предвид видовете триене и износване, не можем да изпуснем от поглед т. нар. ерозионно износване. Казано по-просто, това е разрушаване на повърхности под въздействието на околната среда.

В инженерството тази концепция се отнася до разрушаването на повърхностите на машинните части и механизмите под въздействието на фактори на околната среда. Такива фактори на влияние включват въздушни и течни потоци, пара или различни газове. Причината за износването е, както и преди, триенето. Само в този случай върху повърхността действат не абразивни частици, а молекули на газ или течност.

Микропукнатини се появяват по време на този процес. Молекулите течност и пара под високо налягане проникват в тях и допринасят за разрушаването на всички повърхностни слоеве на продуктите.

Течността или парата може също да съдържат абразивни частици в суспензия. В този случай такава смес ще причини абразивно-ерозивно разрушаване и износване.

Износване от умора и неговите характеристики

Видовете износване и нарушения на геометрията са много разнообразни. Много проблеми за инженерите-конструктори и машинните инженери са причинени от надраскване от умора на повърхностите на частите. Това "заболяване" е много коварно. Феноменът на раздробяване на умора възниква в части, които работят продължително време при условия на редуващи се натоварвания. Това е характерна "болест" на зъбните стави.

Този тип износване е придружено от образуване на пукнатини по повърхността и тяхното проникванедълбоко в продукта. На незначителна повърхност се появява цяла мрежа от такива микропукнатини. Под въздействието на налягания и температури малки разнородни парчета метал се отлепват от основното тяло и падат. Важна роля в този процес играе лубрикантът (маслото), който прониква в микропукнатини и насърчава разрушаването.