Механический и абразивный износ деталей

Механический износ возникает в результате трения деталей друг о друга и сопровождается истиранием, смятием и окислением поверхностей. При этом изменяются размеры, форма, масса и механические свойства деталей.

Истирание происходит при перемещении одной детали относительно другой вследствие шероховатости их поверхностей.

При взаимном обкатывании поверхностей под нагрузкой также наблюдается механический износ. Действие на элементы тел качения подшипников большого количества циклов переменных напряжений приводит к появлению на их поверхностях микро- и макротрещин. Их развитие сопровождается появлением пленки металла, которая легко выкрашивается и в дальнейшем отслаивается. Такой износ наблюдается часто не только на поверхностях подшипников качения, но и на зубьях шестерен. Его называют осповидным. Окисление при трении (окислительный износ) происходит при соприкосновении деформирующихся частей детали с влажным воздухом и может сопровождаться понижением прочности ее поверхностного слоя, интенсивным изнашиванием поверхности.

Процесс разрушения металла при трении протекает при одновременном действии многих факторов.

Исследования позволяют полагать, что если не брать во внимание относительно короткие периоды приработки и интенсивного изнашивания в конце срока службы детали (соответственно периоды I и III на рис. 5.1.), можно считать, что износ нарастает равномерно (период II между точками А и D на рис. 5.1), пропорционально времени работы машины, а на участке между точками В и С в середине периода II зависимость износа D от времени t практически линейна:

Скорость нарастания износа:

Скорость изнашивания в периоде II (см. рис. 5.1):

Этот период естественного износа, зависящий от условий работы машины и качества ее технического обслуживания.

Рис. 6.1. Кривая износа сопряжения машины

Точка D является границей наибольшего допустимого износа (срок службы детали). Величина допустимого износа

Срок службы детали

,

Наибольший срок службы

- малая величина, поэтому

В периоде III происходит прогрессивный износ. Он заканчивается разрушением детали, сборочной единицы.

Иногда этот износ называют аварийным. Скорость изнашивания может быть найдена экспериментальным путем для сравнительно малого времени (50-70 часов). Это облегчает планирование мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту. В основу периодичности этих мероприятий положена рассмотренная закономерность нарастания износов.

Для установления предельной величины износа нет общепринятых рекомендаций, но можно ориентироваться на следующее: предельным надо считать износ, при котором

- не нарушается режим смазки.

- отсутствуют ударные нагрузки (шум, стуки);

- не искажены формы поверхности деталей.

Абразивному износу подвергаются рабочие органы выемочных машин и буровых станков, рабочие поверхности дробильно-размольного оборудования и т.д. Абразивный износ появляется при взаимодействии детали с твердыми горными породами, грунтами, с сыпучей массой(песок, уголь) с поверхностями сопряженных деталей, шаржированными абразивными частицами, со струей жидкости или газа, несущими абразивные частицы.

Твердость, форма и ориентация частиц относительно поверхности трения, направление движения, а также твердость изнашиваемого материала оказывают различное влияние на процесс абразивного изнашивания. При этом появляются следующие виды разрушения поверхности металла: металл пластически деформируется и отделяется стружка; металл пластически деформируется; металл пластически не деформируется, но с поверхности происходит выкалывание крупных и мелких частиц. В процессе эксплуатации машин могут проявиться все виды указанных разрушений.

Износостойкость деталей зависит от физико-химических и структурных свойств материала детали, характеристики внешней среды и абразива, условий работы.

Твердость материала является одним из свойств, определяющих износостойкость деталей. Для технически чистых металлов и сталей в отожженном состоянии существует следующая зависимость между объемным износом V и твердостью материала H:

V = P S a /H,

где P – нагрузка;

S – путь трения;

a – линейный размер зерна абразива.

Для закаленных деталей

Е = Е ₀ + b (H + H ₀),

где Е – износостойкость;

Е₀ – износостойкость стали в отожженном состоянии;

b – коэффициент, определяемый маркой стали;

H ₀ – твердость сталь в отожженном состоянии.

Большое влияние на повышение износостойкости оказывает увеличение содержания углерода в термически обработанных сталях. Использование высоколегированных сталей для изготовления деталей значительно повышает их долговечность.

Твердость и размеры абразивных частиц являются существенным фактором в процессе изнашивания. Износ тем интенсивнее, чем выше твердость абразива. С увеличением среднего размера зерна абразива интенсивность износа повышается до определенной критической величины, а затем стабилизируется.

Процесс абразивного изнашивания протекает более интенсивно в жидкой и газообразной средах. Агрессивность среды увеличивает интенсивность процесса изнашивания.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: