Изнашивание - это процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и (или) его остаточной деформации.
Основная характеристика изнашивания:
Износ, определяемый как результат процесса постепенного уменьшения размеров детали на ее поверхности при трении в сопряжениях и рабочих органах машин.
Интенсивность изнашивания характеризуется отношением абсолютной величины износа детали к пройденному пути трения.
Скорость изнашивания определяется отношением абсолютного износа детали ко времени, в течении которого оно происходит.
Износостойкость - свойство материала или детали оказывать сопротивление износу в определенных условиях службы или испытаний. Износостойкость оценивается величиной, обратной скорости и интенсивности изнашивания, или длительностью работы сопряженных деталей до предельного износа.
На рис.3.1 приведена классическая диаграмма износа. Износ имеет три периода: I - приработки, II - нормального и III - катастрофического износа.
Рис. 3.1 Диаграммы износа
В процессе приработки происходит изменение формы поверхности и ее шероховатости. Скорость изменения износа постепенно уменьшается. В зависимости от вида машины и условий ее работы период приработки происходит в течение первых 20-200 ч. работы.
На этапе нормального износа контактирующие поверхности приобретают относительно стабильные свойства. Происходит постепенное накапливание износа. Он соответствует периоду нормальной эксплуатации станка.
В зоне катастрофического износа происходит резкое увеличение скорости изнашивания, рабочие свойства машины резко ухудшаются, появляется вибрация, шум, растет температура узлов, что приводит к их поломки.
Возможны случаи, когда после приработки наступает нормальный износ, не переходящий за весь срок службы детали в катастрофическую фазу. И наоборот - период нормального износа имеет незначительную протяженность перехода в III фазу. Кривая на рисунке г соответствует случаю усталостного износа поверхности трения детали. Он начинает проявляться только после некоторой наработки Т.
Обычно считают, что этапы I и III находятся за пределами нормальной эксплуатации детали. Приработка происходит во время обработки машины, а до катастрофического износа не допускают. Фактически это не так. В какой-то момент Т1 одна из деталей контакта изнашивается и заменяется другой. В течение периода Т2 происходит приработка обеих деталей и величина износа растет более интенсивно. Затем период приработки Т' заканчивается и начинается период нормального износа.
В зависимости от внешних воздействий, среды и свойств трущихся материалов при трении могут возникать механические, химические и тепломеханические процессы. Один из них всегда преобладает, определяя характер изнашивания. Согласно этому все виды изнашивания можно разделить на механические, молекулярно-механические и коррозионно-механические.
Механическое изнашивание происходит только в результате механического воздействия. Различают следующие виды механического изнашивания.
Абразивное изнашивание - изнашивание материала в результате режущего или царапающего действия твердых тел или частиц. Абразивные частицы попадают в контакт извне (отходы обработки, пыль) или являются продуктами самого износа, причем каждая частица представляет собой микрорезец, который может деформировать, царапать или срезать стружку.
Гидроабразивное изнашивание - это изнашивание в результате воздействия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком жидкости (масла).
Газоабразивное изнашивание - изнашивание в результате воздействия твердых тел или частиц, увлекаем потоком газа или воздуха.
Усталостное изнашивание - изнашивание поверхностей трения или отдельных ее участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц. При этом нарушается внутренняя структура, растет зерно, что приводит к поломке.
Эррозионное изнашивание - это изнашивание поверхности в результате воздействия потока жидкости или газа. На поверхности появляются локальные пятна, выбоины, кратеры, царапины и т.д.
Кавитационное изнашивание - изнашивание поверхности при относительном движении твердого тела в жидкости в условиях кавитации, когда в потоки жидкости создаются пузырьки пара или газа и при переходе в область с более высоким давлением происходит конденсация пара и создается условие для местного гидравлического удара.
Молекулярно-механический износ обусловлен действием межмолекулярных сил образующихся в паре трения при больших контактных нагрузках, а так же в условиях сухого трения. При этом образуются "мостики" сварки, которые под действием внешних сил разрушаются, что приводит к вырыву частиц метала из сопряженной пары.
Коррозионно-механическое изнашивание происходит при трении материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой. Виды этого изнашивания:
Окислительное изнашивание - это изнашивание при наличии на поверхностях трения защитных пленок, образующихся в результате взаимодействия материала с кислородом.
Изнашивание при фреттинг-коррозии происходит при относительных колебательных перемещениях контактирующих материалов в результате вибрации при периодических деформациях элементов конструкции. На участках, поврежденных фреттинг-коррозией, протекают процессы схватывания, абразивное разрушение, усталостно-коррозионные явления.