Основные характеристики и виды изнашивания

и их механические взаимодействия приводят не только к изменениям состояния

и свойств материалов поверхностных слоев, но и к их разрушению. Обычно разрушение происходит в форме отделения от поверхностей трения мелких частиц материала, что приводит с течением времени к изменению размеров и формы контактирующих деталей. Это явление и называют изнашиванием. Следует иметь в виду, что изнашивание является сложным многоуровневым процессом.
Основным инициатором изнашивания является деформация материала контактирующих поверхностей под действием контактных напряжений и температурные флуктуации. Их следствием является накопление дефектов структуры с концентрацией в поверхностном слое: текстурирование материала в направлении скольжения; химические реакции материала пары с активными компонентами среды; перенос вещества с поверхности трения в глубину либо обратно; обмен веществом контактирующих тел и т.д. Основные понятия, термины и определения в области изнашивания регламентированы ГОСТ 23.002-78. В частности, по этому ГОСТУ результат изнашивания определен термином износ.

объема, массы, а износ за единицу времени - как скорость

изнашивания, м/ч:



где Δh - величина износа, (линейный износ) или толщина удаленного слоя, м; t - время, ч.
Широко распространена другая характеристика изнашивания - интенсивность изнашивания:



где h - величина износа, м, а L - путь трения, м.
Представление о характере изнашивания можно получить из краткого обзора основных разновидностей изнашивания. Их описание предварим следующим замечанием. В трибологии принято за основу классификации видов изнашивания принимать отчетливо наблюдаемый или иным образом установленный преобладающий вид разрушения поверхностей трения.

работе узлов трения отсутствуют аномальные повреждения (схватывания, задиры, микрорезание, прижоги

поверхностей и т.п.), трение протекает в нормальных условиях, имеется смазка, но тем не менее вследствие трения материал поверхностного слоя «устает» и начинает отделяться в виде частиц износа. Здесь проводится аналогия с понятием «усталостная прочность».
Различают усталостное изнашивание двух видов: многоцикловое и малоцикловое. Многоцикловое изнашивание возникает при упругом контактировании. Многократное воздействие на микровыступ приводит к постепенному накоплению микродефектов, образованию микротрещин, при слиянии которых образуются поверхностные макротрещины, вызывающие разрушение материала и отделение частиц износа. При малоцикловом изнашивании совместное действие нормальной и касательной нагрузок при трении приводит к тому, что максимальное касательное напряжение возникает не на поверхности, а под пятном контакта на небольшой глубине,

возникает на поверхности. Малоцикловое изнашивание наблюдается при пластическом деформировании поверхностей

(без резания) более мягкого материала выступами более твердого. В местах такого деформирования нередко образуются боковые навалы, которые при последующих проходах тоже могут отделяться в виде продуктов износа.
Особым проявлением многоциклового изнашивания является так называемый питтинг (англ. pit - углубление), возникающий на дорожках качения подшипников при пульсации нагрузки. Питтинг возникает в результате многократного деформирования поверхностей, нагружаемых телами качения. Язвы питтинга часто называют выкрашиванием. Кроме подшипников и направляющих качения, такой износ характерен для зубьев шестерен, шлицевых соединений и ряда других контактных пар.

действие в двух основных формах. Острые абразивные частицы царапают, совершают

хаотический процесс микрорезания, что наблюдается, например, при работе почвообрабатывающих или горных машин. Второй характерный механизм изнашивания - деформационное действие «тупых» абразивных частиц, которые не царапают, а выдавливают лунки или бороздки и вызывают при многократном повторении локальные усталостные разрушения.
Еще одной разновидностью абразивного износа является гидроабразивный износ. Гидро- и газоабразивный износ возникает при действии на поверхность потоков газа или жидкости, содержащих частицы абразива. При отсутствии абразивных частиц в струях жидкостей или газов наблюдается эрозионный износ.
К данной разновидности изнашивания близок кавитационный износ. Кавитационный износ возникает, когда жидкость обтекает края препятствий, например лопаток насосов, турбин. На краях препятствий резко изменяется скорость течения, образуются разрывы в кавитационные образования, заполненные паром, которые, захлопываясь создают ударные волны. Многократное ударное воздействие расшатывает кристаллы металлической поверхности, которые через некоторое время выкрашиваются.

фреттинг-коррозию и водородный износ.
Окислительный износ связан с

активацией окислительных процессов поверхностных слоев трущихся поверхностей за счет пластической деформации, повышенной температуры, действия циклических нагрузок и наличия кислорода в смазке и окружающей среде. При окислительном изнашивании вначале, когда пленки окислов тонки (порядка долей микрометра) и эластичны, они играют положительную роль и предохраняют поверхности от повреждений. Но по мере роста они становятся толстыми, хрупкими и разрушаются при нагрузках, которые вначале легко переносили. Таким образом, окислительное изнашивание - это процесс, при котором разрушается не материал изнашиваемой детали, а его вторичные структуры - оксиды, образующиеся в процессе трения.
Самой агрессивной формой окислительного износа является фреттинг-коррозия (англ. Fret - разъедать). Фреттинг-коррозия наблюдается в номинально неподвижных соединениях, подверженных вибрации. Отделившиеся частицы абразивно воздействуют на поверхность. Характерные объекты подобного изнашивания - замки лопаток различных турбин, резьбовые соединения, работающие в динамически напряженных условиях.

и
плунжерных парах, тормозных дисках и других узлах трения. Водород в

парах трения образуется в атомарной форме при электрохимико-термическом разложении воды, смазок, пластмасс. Такой водород по микродефектам материала диффундирует в поверхностный слой. При этом металлические связи заменяются слабыми водородными, а материал охрупчивается. Водородное изнашивание впервые было открыто и исследовано российскими трибологами Гаркуновым Д.Н. и Поляковым А.А.
Несмотря на большую специфику, у всех видов изнашивания имеются общие закономерности. Рассмотрим типичную
характеристику износа во времени.
Начальная часть кривой характеризует
период приработки (tприраб). Затем
изнашивание протекает с постоянной
скоростью (tприраб., tкритич.). Этот участок
принято называть периодом нормальной
эксплуатации. При t > tкритич. износ резко
возрастает, становится катастрофическим. Кривая износа

Равновесная шероховатость связана с исходной, но еѐ параметры главным образом

определяются физико-механическими свойствами материалов деталей и смазки, а также характеристиками режима трения (нагрузка, скорость, температура и т.д.). При введении в эксплуатацию узлов трения после изготовления или капитального ремонта в технической документации тщательно оговариваются режимы приработки, предельно допустимая величина износа (hmax) , определяющая ресурс всего узла трения или сменных деталей, например, вкладышей подшипников скольжения.
В заключение краткого обзора форм проявления изнашивания следует отметить, что в чистом виде каждый из отмеченных механизмов изнашивания практически не встречается, чаще всего преобладает ведущий механизм изнашивания и сопутствующие формы в зависимости от особенностей конструкции и условий работы узла трения.
Основным способом разрушения материала на поверхностях трения при всех
видах изнашивания является образование и накопление повреждений в тонких
поверхностных слоях материала. При этом наличие абразива, химических пре-
вращений или явления переноса может лишь изменять интенсивность разрушения либо в сторону ускорения, либо замедления. Задача трибологии состоит в разработке средств и методов управления этими процессами.

структурно-энергетического толкования зарождения, размножения и динамики движения точечных дефектов и

дислокаций вблизи свободной поверхности твердого тела, действия локальных контактных температур и напряжений, вызываемых трением.
Общая картина выработанных представлений в этом подходе вкратце выглядит следующим образом. При трении поле внешних напряжений и температурных флуктуаций изменяет химический потенциал точечных дефектов (вакансий, межузлий) и формирует их направленные диффузионные потоки, при движении которых образуются вакансионные петли, кластеры и другие формы дефектов, а скорость их движения усиливается под действием осмотических сил. В.П. Алехин назвал этот процесс диффузионной накачкой дефектов в поверхностные слои при трении. Сама свободная поверхность при этом является областью облегченного зарождения и стока точечных дефектов и дислокаций.
Вблизи свободной поверхности образуется барьерный слой с повышенной плотностью дислокаций, который назван debris - слоем (debris - англ. осколки, мусор, свалка).

России имеют расчетные методики изнашивания, предложенные И.В.Крагельским. Его концепция в

лаконичной форме звучит следующим образом: износ пропорционален объему взаимного внедрения шероховатостей Vвв. В приведенной иллюстрации можно однозначно перечислить, чем
определится объем взаимного внедре-
ния: свойства материалов, нагрузка,
параметры шероховатости, смазка.
В соответствии с этой концепцией И.В.
Крагельским предложено базовое
уравнение изнашивания, которое пред-
полагает усталостный механизм разру-
шения поверхностей. Мерой воздейст-
вия в его подходе является число циклов
нагружения n. Вывод основного уравне-
ния И.В Крагельского сводится к
следующему.