Основные виды изнашивания

В процессе работы детали оборудования подвергаются изнашиванию и оборудование выходит из строя. Вид износа и механизм его протекания определяются условиями работы самих деталей: удельной нагрузкой, скоростью относительного перемещения, наличием смазки и ее свойствами, коррозионностью рабочих сред, наличием образива и т.д. Каждому виду износа соответствует свое определенное состояние поверхности, которое отражает все процессы, протекающие в поверхностном слое.

Изучив состояние рабочих поверхностей изношенных деталей и зная условия их работы, не представляется трудным установить вид износа, механизм его протекания, а также требования к металлу поверхностных слоев, обеспечивающих более высокую износостойкость деталей. Такой подход дает возможность правильного назначения технологии выполнения ремонтных работ: выбор способа восстановления размеров изношенных деталей, материалов, режимов и т.д.

Классификация видов изнашивания, имеющих место на деталях оборудования следующая:

1. Окислительное изнашивание – изнашивание при наличии на поверхностях трения защитных пленок, образовавшихся в результате взаимодействия металла с кислородом. Наличие окислительного износа в паре трения указывает на нормальную ее работу. Величина износа в этом случае наименьшая.

Состояние поверхности: визуально видны радужные окисные пленки; следов заедания, выкрашивания и пластического деформирования не наблюдается.

Встречается при жидкостном трении в подшипниках скольжения и качения.

2. Изнашивание при заедании – проявляется в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности на другую и воздействия возникших неровностей на сопрягаемую поверхность. Механизм изнашивания определяется главным образом скоростью относительного перемещения деталей. При малых скоростях заедание возникает в результате молекулярного схватывания (явление диффузии) по неровностям поверхности, вырыва металла и переноса его с одной поверхности на другую.

Состояние поверхности: Появление задиров в виде борозд. На поверхности наблюдаются лунки, наплывы металла и следы пластической деформации в направлении движения.

Встречается он в основном в подшипниках скольжения при недостаточной смазке, а также в момент запуска и остановки, когда имеет место металлический контакт трущихся поверхностей из-за отсутствия масляного клина.

Для устранения этого вида износа необходимо применять разнородные металлы с большой разницей в механических свойствах и обеспечивающих низкий коэффициент трения (различные марки баббитов).

3. Абразивное изнашивание – изнашивание материала в результате режущего или царапающего действия твердых тел или частиц. Абразивные частицы, попадая в зону контакта и имея твердость выше, чем у металла, внедряются в одну из поверхностей, закрепляются в ней и в качестве резца осуществляют резание ответной детали.

Состояние поверхности: На рабочих поверхностях появляются риски и царапины.

Для уменьшения износа, необходимо, чтобы рабочие поверхности имели высокую твердость. Наиболее стойкими материалами являются твердые сплавы, полученные на основе карбидов вольфрама, хрома, бора.

4. Газо-гидроабразивное изнашивание – изнашивание в результате воздействия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком газа или жидкости. Перемещаясь по поверхности, абразивные частицы снимают микроскопические слои металла, обычно это окисные пленки. Образующиеся «чистые» поверхности подвергаются более интенсивному окислению, чем ускоряют процесс износа. Поверхности деталей при этом износе имеют высокую степень чистоты, соответствующую процессу полирования.

Состояние поверхности: Промывы. Наблюдаются у деталей насосов, манифольдах и т.д.

Снижение износа достигается путем повышения твердости металла поверхностных слоев и их коррозионной стойкости. Обычно это высоколегированные хромом и вольфрамом или бором чугуны, а также высокоуглеродистые легированные стали.

5. Усталостное изнашивание – изнашивание поверхности трения и ее отдельных участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц. Под действием высоких контактных нагрузок и циклическом характере их положения, на рабочих поверхностях возникают наклепанные слои, обладающие повышенной хрупкостью и твердостью. В процессе длительной работы такие слои отслаиваются и выкрашиваются.

Состояние поверхности: На поверхностях трения появляются углубления (оспины).

Наблюдается на беговых дорожках подшипников качения, рабочих поверхностях зубьев зубчатых передач и других деталях с подобными условиями работы.

Для снижения износа металл поверхностного слоя должен обладать повышенной твердостью в сочетании с необходимой прочностью всей детали. Достигается это применением соответствующих материалов, подвергающихся термической или химико-термической обработке.

6. Коррозионное изнашивание – изнашивание при трении материала, вступившего в химическое или электрохимическое взаимодействие с внешней средой. По механизму действия различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия – разъедание металла химически активными веществами (кислотами, щелочами, солевыми растворами и т.д.). В результате химических реакций на поверхности контакта образуются различного рода окислы, гидраты окислов, которые удаляются или потоком жидкости, или каким-либо механическим способом.

При электрохимической коррозии разрушение поверхностных слоев происходит под действием микрогальванических пар. В качестве анода и катода служат пары металлы-жидкость (электролит), металл-металл в разнонапряженном или в различном структурном состоянии. Анодные участки всегда имеют более высокий электронный потенциал и подвергаются растворению. Поверхности покрываются окислами, которые удаляются также или потоками жидкости газа, либо механическим способом.

Состояние поверхности: При коррозионном изнашивании на поверхности образуются коррозионные изъявления, которые являются одним из опасных концентратов напряжения.

Для уменьшения износа необходимо защитить рабочие поверхности от коррозии. Это достигается различными способами: введение в рабочие среды ингибиторов, нанесение различных покрытий, для защиты трубопроводов широко используется электрическая защита постоянным током.

7. Кавитационное изнашивание – изнашивание поверхности при относительном движении тела в жидкости в условиях кавитации. В жидкости всегда имеются пузырьки газа или ее паров, которые в определенных условиях располагаются на поверхности деталей. При изменении условий пузырьки захлопываются и жидкость ударяется о поверхность, при этом энергия удара настолько велика, что вызывает пластическую деформацию металла.

Состояние поверхности: При большом количестве ударов металл поверхности наклепывается в тонких слоях, а затем отслаивается в виде мелких чешуек.

Встречается в центробежных насосах.

Для уменьшения износа необходимо повысить поверхностную твердость металла износостойкой наплавкой, термической, термохимической поверхностной обработкой и т.д.

Исходные данные: Образцы деталей с различными видами износа