Износ деталей станков: изнашивание схватыванием

Опубликовано admin Дек 5, 2010 в Ремонт станков

В настоящее время распространено понятие об изнашивании деталей машин, предложенное профессорами Б. И. Костецким, М. М. Хрущевым, И. В. Крагельским и др. Определено, что у деталей станков в зонах контакта их поверхностей можно выделить два основных вида взаимодействий: механическое и молекулярное. Эти взаимодействия вызывают физико-химические

Исходя из видов взаимодействий сопряженных поверхностей взаимосвязанных деталей и соответствующих им видов разрушений, в практике различают несколько видов изнашивания.

Изнашивание схватыванием возникает при трении скольжения с относительно малыми скоростями перемещения трущихся поверхностей (меньше 1,0 м/с для стали) и удельными давлениями, превышающими предел текучести материала на участках фактического контакта, при отсутствии смазки и защитной пленки окислов. Коэффициент трения при схватывании достигает 1,0—4,0. Данному виду изнашивания соответствует определенный вид поверхности детали.

Подобный процесс происходит при трении, когда с поверхностными слоями деформируемого металла кислород, диффундируя, образует твердый раствор кислорода и его химических соединений в металле. В этом случае одновременно протекают два процесса: микропластическая деформация поверхностных слоев и диффузия кислорода в пластически деформируемые объемы металла. Проникновению (диффузии) кислорода в металл способствует пластическая деформация, которая при этом резко увеличивается. Интенсивность диффузии происходит из-за возникновения большого количества плоскостей скольжения при пластической деформации поверхностных слоев, которые способствуют проникновению кислорода в металл.

Увеличение пластической деформации возникает из-за громадного количества движущихся атомов кислорода, скопившегося на плоскостях скольжения и выполняющих при внутреннем трении как бы роль смазки. В начале окислительного изнашивания (1-я стадия — образование твердых растворов) трущиеся поверхности изнашиваются из-за постоянного образования и износа окисленных слоев металла. В продолжении процесса окислительного изнашивания (2-я стадия — образование химических соединений) происходит износ из-за образования и выкрашивания хрупкого слоя в результате механического зацепления.

На стадию изнашивания существенное влияние оказывает скорость относительного перемещения трущихся поверхностей. Например, при сухом трении стали по стали диапазон скоростей скольжения, вызывающий окислительный износ, находится в пределах 1,5—4,0 м/с. При сухом трении стали по стали в 1-й стадии окислительного износа коэффициент трения равен 0,3—0,4, при 2-й стадии — 0,5—0,7.

Процессы окислительного изнашивания и изнашивания схватыванием обычно связаны между собой. Так, например, при работе образца без смазки окислительный износ наблюдался до скорости 2,59 м/с. С повышением скорости от 2,59 до 11 м/с преобладающим является процесс схватывания, быстро приводящий к разрушению поверхности. При работе со смазкой явление схватывания произошло при скорости 20 м/с. При увеличении скорости более 20 м/с из-за возрастания температуры, сгорания смазки и увеличения площади контакта металлических поверхностей процесс изнашивания схватыванием возрастает. С увеличением удельного давления от 9,8 до 49,03 и/м2 (от 10 до 50 кг/см2) изнашивание схватыванием наиболее интенсивно начинается при скорости скольжения 6,25 м/с.