Фрикційні зв'язки та їх руйнування

Взаємодія контактуючих поверхонь виявляється у формуванні площ контакту, в утворенні яких беруть участь не тільки виступи, а й прилеглий до них матеріал. При виникненні й подальшому роз'єднанні контактів деформується поверхневий шар матеріалу. Площі контакту (плями дотикання), що утворюються за спільної дії нормальних і тангенційних сил та зникають при їхньому знятті, називають фрикційними зв'язками.

Розрізняють механічну і молекулярну взаємодію поверхонь тертя. При механічній взаємодії відбувається механічне зчеплення поверхонь, а при молекулярній – сполучені поверхні перебувають під дією атомарних (адгезійних) сил. Проф. І. В. Крагельський запропонував розрізняти п'ять видів руйнування фрикційних зв’язків, які виникають на поверхні двох тіл під дією нормальних і тангенційних сил та зникають у разі припинення їхньої дії. Введемо такі позначення:

h – глибина впровадження одиничної нерівності, що відраховується перпендикулярно до площини плями контакту; t – опір зрізу адгезійного зв'язку утворених містків зварювання.

Залежно від значення адгезії і відносної глибини впровадження (h/R, де R – радіус одиничної впроваджуваної нерівності або індентора) відбуваються такі порушення фрикційних зв'язків: пружне відтиснення матеріалу (рис. 1, а); пластичне відтиснення матеріалу (рис. 1, б); зріз впровадженого матеріалу (рис. 1, в); схоплювання плівок, які покривають поверхні твердих тіл та їхнє подальше руйнування (рис. 1, г); схоплювання поверхонь, яке супроводжується глибинним вириванням матеріалу (рис. 1, д).

Умови переходу від першого виду руйнувань до другого і третього залежать від глибини проникнення однієї деталі в іншу та значення сил адгезії. Руйнування фрикційних зв'язків, зображених на рис. 1, г, д визначається співвідношенням між міцністю плівок і основного металу. Якщо міцність плівки нижча від міцності основного металу, то маємо вид порушення фрикційних зв'язків, показаний на рис. 1, г, а якщо міцність плівки або поверхневих шарів, позбавлених плівки, більша за міцність основного металу, то відбувається руйнування, наведене на рис. 1, д. Перехід від одного виду порушення фрикційних зв'язків до другого залежить від градієнта механічних властивостей. Якщо d t /dh > 0, то забезпечується четвертий вид, зображений на рис. 1, г, а якщо d t /dh < 0, ─ має місце вид, показаний на рис. 1, д.

Рис. 13.1. Види руйнувань фрикційних зв’язків (пояснення в тексті)

Рис..1. Види руйнування фрикційних зв’язків

Щоб запобігти прискореному спрацюванню запропоновано забезпечити наявність позитивного перепаду механічних властивостей по глибині, тобто застосувати правило позитивного градієнта механічних властивостей.

Процес спрацювання твердих конструкційних матеріалів поділяється на три послідовних явища: безпосередня взаємодія поверхонь; зміни, що відбуваються в поверхневому шарі; руйнування поверхонь.

Ці явища не потрібно розглядати як послідовні етапи. Вони постійно перетинаються і взаємно впливають один на одний, унаслідок чого при відносному переміщенні поверхонь відбуваються зміни в поверхневому шарі поверхонь.

Руйнування є завершальним етапом спрацювання. Руйнування охоплює не всю поверхню тертя одночасно, тому інші ділянки зазнають лише певних фізико-хімічних змін. При цьому часткове руйнування і зміна властивостей поверхонь впливають на їхню подальшу взаємодію.