Лекция
Этот вид изнашивания (смятие) заключается в изменении размеров или формы детали в результате пластической деформации ее микрообъемов. Пластическое деформирование обычно сопровождает износ металлов и наблюдается в зоне, непосредственно прилегающей к поверхности трения. Здесь же имеется ввиду деформация, распространяющаяся на всю деталь или значительные объемы ее. Смятие может произойти при трении, но может быть и не связано непосредственно со скольжением или качением поверхностей.
Смятие является характерным видом повреждения шпоночных пазов и шпонок, шлицевых соединений, штифтов или упоров, резьбовых соединений и других деталей. Пластическая деформация вызывается либо чрезмерными допускаемыми напряжениями, либо значительными перегрузками. Смятие характерно для деталей, входящих в контакт с ударом (например, седла шаровых клапанов). В тихоходных зубчатых передачах с колесами из сталей невысокой твердости возникают значительные пластические деформации с образованием канавок по полюсной линии у ведущих зубьев (Рис. 8.1). Под действием высоких контактных напряжений разрушается масляная пленка и происходит
а) б)
Рис. 8.1 – Силы трения на поверхности ведущих и ведомых зубьев (а) и схема образования впадины и хребта (б) по линии зацепления (Рn – Pn).
течение поверхностных слоев металла в направлении скольжения. Не исключается такое скольжение и при неповрежденной масляной пленке. В результате скольжения в полосе скольжения ведущих зубьев появляются напряжения, направленные от полюса к вершине и впадине зуба, а у ведомых – к полюсу. Этим предопределяется форма повреждения. На ведомых зубьях появляется “хребет”, а на ведущих – канавка. При появлении “хребта” в передаче его необходимо время от времени удалять шабером. Снизить силы трения и уменьшить пластические деформации можно применяя масла повышенной вязкости. Но лучше применять стали большой твердости.
Из стальных деталей пластической деформации подвержены рельсы, колеса и бандажи подвижного состава железных дорог. При эксплуатации рельсов на железнодорожных путях вследствие прокатывающего действия колес под нагрузкой, удара колес на стыках пластическая деформация распространяется на глубину почти всей головки рельса и сопровождается смятием верха и рабочих краев головки. На основании металлографического и рентгеноструктурного анализов установлено, что изменение кристаллической решетки бандажа распространяется на глубину до 25 мм. Наибольший наклеп наблюдается непосредственно на поверхности на поверхности качения, далее, в глубину, он резко падает, оставаясь довольно высоким на глубине 1…1,5 мм. Значительная пластическая деформация, вероятно, является причиной ослабления посадки бандажа на колесном центре. Если отсутствуют фазовые превращения в материале бандажа во время эксплуатации, то высокий наклеп разупрочняет, разрыхляет структуру; образуются микротрещины с отделением в дальнейшем частиц пластически деформированного материала.
Образование вмятин и углублений на поверхности трения – один из видов повреждения подшипников качения. При сдавливании посторонних частиц, попавших между телами качения и кольцами, могут образовываться вмятины на дорожках качения. Ударная и весьма тяжелая нагрузка может вызвать местную деформацию кольца в контакте с шариками или роликами – особый вид деформации на дорожках качения, называемый бринеллированием.
Одним из видов повреждения подшипников скольжения является выдавливание баббитового слоя, которое связано с его низкой твердостью, либо с чрезмерными нагрузками на подшипник. Сопротивление смятию баббитового слоя повышается с уменьшением его толщины. В антифрикционном слое из мягких подшипниковых сплавов происходит иногда постепенное перемещение поверхностных слоев в направлении скольжения под действием сил трения. Это приводит к изменению размеров подшипника, погрешностям формы рабочей поверхности, образованию трещин в баббитовом слое в местах расположения пазов для крепления баббита и заволакиванию смазочных канавок и отверстий. Такая деформация развивается только во время работы подшипника и связана с динамическим силовым воздействием.