close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Абразивна знос

код для вставкиСкачать
Ucraineana
ALTE DOCUMENTEАвтоматизована система & ЗОБОВ'ЯЗАННЯ, ЩО ВИНИКАЮТ ПРО ЗАВДАННЯ СТАДІЇ ПЕРЕ Післяоптимізаційний ан&# ЛОГІКО-МЕТОДОЛОГІЧНИЙ А& АНАЛІЗ ПІДПРИЄМСТВА, ТОВ ПОТЕРПІЛИЙ ЯК СУБ'ЄКТ, ЩО ОСОБЛИВОСТІ ДОБРОВІЛЬН&# Облік капіталу і зобов'яз Геморагічні діатези у ді ЗНОСОСТІЙКІСТЬ І ФАКТОРИ, ЩО НА НЕЇ ВПЛИВАЮТЬ
Зношування - це зміна розмірів, форми, маси або стану поверхні виробу внаслідок руйнування (зношування) поверхневого шару виробу при терті.
Зношування деталей машин, елементів будівельних і промислових конструкцій залежить ві 232c24c 76; умов тертя і властивостей матеріалу виробу. 1. Природа зношування
Зносостійкість матеріалів визначається великою кількістю факторів: - сполученням властивостей матеріалів; якістю контактуючих поверхонь (чистота поверхні, змащення);
- характером руху (ковзання, кочення, удари, текучість);
- швидкістю взаємного переміщення;
- рівнем навантаження;
- відводом часток, що відокремлюються (продуктів зношування) або присутністю часток якогось іншого матеріалу, що ускладнює тертя і ін.
Процес зношування протікає нерівномірно і носить багатостадійний характер. При роботі деталей і вузлів машин звичайно спостерігаються три періоди зношування: припрацьовування (1); стале (нормальне) зношування (2); катастрофічне (аварійне) зношування (3) (рис. 9.1). Період припрацьовування характеризується підвищеною швидкістю зношування, що поступово знижується. Умови тертя пари поступово змінюються, тому що на початкових стадіях процесу зношування починають усуватися нерівності і на поверхні тіл формується новий, характерний для конкретних умов навантаження рельєф і відбуваються структурні зміни матеріалів. Площа фактичного контакту при цьому змінюється, коефіцієнт тертя і температура в зоні контактів помітно знижуються (рис. 9.1). Як тільки структура і рельєф на поверхні матеріалів стають оптимальними для даних умов тертя, швидкість їхнього зношування знижується до мінімальних значень.
Рис. 9.1. Залежність величини зношування Q, висоти мікронерівностей на поверхні тертя RQ, коефіцієнта тертя К и середньої об'ємної температури Т елементів пари ві 232c24c 76; тривалості роботи t; 1,2,3 - стадії процесу зношування.
Період 2 сталого зношування характеризується відносною постійністю умов тертя і швидкості зношування. Коефіцієнт тертя при цьому практично не змінюється. В цей період в поверхневих шарах контактуючих тіл встановлюється динамічна рівновага між процесами зміцнення і знеміцнення, утворення нових структур і їхнього руйнування. В поверхневих шарах матеріалів зберігається оптимальна структура, що утворилася в період припрацьовування, і відповідний їй рельєф. Зносостійкість деталей машин в період сталого зношування, а також в період початку катастрофічного зношування (3) суттєво залежить від характеру рельєфу і структури, що утворилися на поверхні матеріалів в період припрацьовування. Тому важливо вміти управляти процесами формування рельєфу і структури на поверхні деталей машин в початковий період зношування, тобто в період припрацьовування.
Період катастрофічного зношування наступає внаслідок зміни зазорів в сполученнях тіл, порушення сталої геометрії контакту або в результаті змін режиму роботи вузла (машини). При цьому умови тертя змінюються: ростуть тиск, температура, погіршуються умови змащення в зоні контакту, які викликають в поверхневих шарах матеріалів небажані структурні зміни. Динамічна рівновага між процесами зміцнення і знеміцнення, що існувала протягом періоду сталого зношування, порушується. Відбувається зниження рівня міцності і несучої здатності поверхні матеріалів, що обумовлює розвиток катастрофічних видів зношування - схоплювання, мікрорізання.
Зносостійкість оцінюється при експлуатації або під час випробувань на стенді за тривалістю роботи матеріалів або виробів до заздалегідь заданого або граничного значення зношування.
Для збільшення служби деталей варто скоротити зношування в період припрацьовування (ділянка 1), збільшити час сталого зношування (ділянка 2) і попереджувати початок посиленого зношування (ділянка 3). Це досягається правильним вибором матеріалу пар, а також різними технологічними і експлуатаційними прийомами.
Збільшенню зносостійкості виробів сприяє їх конструктивне і технологічне вдосконалення (компенсація зношування, його рівномірний розподіл по поверхні, підвищення твердості, поверхневе гартування, хіміко-термічна обробка та ін.), створення умов, що знижують тертя деталей (застосування спеціального змащення, що прилипає тонким шаром до поверхні, при цьому металевий контакт між деталями замінюється контактом по шарам змащення. Збільшенню зносостійкості також сприяє поліпшення властивостей мастильних матеріалів, захист деталей від абразивного впливу та ін.).
При вивченні процесів зношування розглядають модель процесу, що представлена на рис. 9.2. Основний і метал, що сполучає, становлять робочу пару. Речовина, що перебуває на поверхні їх розділу, називається проміжною. Основний матеріал - завжди тверда речовина, проміжна речовина і матеріал, що сполучається, можуть перебувати у всіх агрегатних станах (твердому, рідкому і газоподібному).
Рис. 9.2. Схема зношування: напрямок руху: а) контактуюче тіло 1; б) навколишнє середовище; в) проміжна речовина; г) контактуюче тіло 2
Рух тіл в процесі зношування класифікують за його типом (ковзання, кочення, обертання, зворотньо-поступальний рух),за тривалістю (час або шлях руху) і швидкістю. Навантаження може бути статичним, змінним або ударним, а також рівномірним або нерівномірним.
Контрольні питання
1. Що таке зношування?
2. Якими факторами визначається зносостійкість?
3. Чим характеризується період припрацьовування?
4. Що відбувається на стадії сталого зношування?
5. Чим характеризується період аварійного зношування?
6. Як оцінюється зносостійкість?
7. Що сприяє збільшенню зносостійкості виробів?
2. Види зношування
Різноманіття умов роботи деталей машин, а також матеріалів, що використовуються в техніці, обумовлює різні види взаємодії поверхонь і, отже, різні види зношування: зношування, яке викликане ковзанням, коченням, ударом, корозійним тертям, зношування внаслідок гідравлічного впливу.
До процесів зношування відносять:
- зношування, що приводить до втрати маси матеріалу через відділення дрібних часток; - зношування, що виражається в деформації (в контактуючих тіл з'являється залишкова деформація без втрат матеріалу);
- зношування, що проявляється в текучості (в контактуючих матеріалах відбувається зсув окремих ділянок на поверхні внаслідок розвитку явищ текучості або зминання);
- зношування, що викликає зміну властивостей матеріалів (контактуючі матеріали помітно змінюють свої властивості);
- зношування, що виражається в переносі матеріалу (між обома контактуючими ділянками відбувається однобічний або взаємний перенос матеріалів). Таким чином, ступінь зношування залежно ві 232c24c 76; стану матеріалу можна виразити у втраті маси матеріалу, його деформації, зміні властивостей і переносі матеріалу. За видом руху розрізняють зношування, що викликане ковзанням, коченням і обертанням.
Розрізняють зношування першого і другого роду залежно ві 232c24c 76; виду тертя. Зношування першого роду (стирання) супроводжується відривом часток металу і втратою маси. Зношування другого роду (зминання) позначається на зміні форми і розмірів металевого виробу. Ці явища при зношуванні проявляються одночасно.
При терті сполучених деталей розрізняють наступні види зношування: - механічне, що характеризується в основному явищами механічними (абразивне зношування, зношування внаслідок пластичного деформування, зношування внаслідок втомного руйнування в поверхневому шарі при терті кочення);
- молекулярно-механічне, що характеризується проявом молекулярних сил (зношування, що супроводжується схоплюванням металів);
- корозійно - механічне, що характеризується проявом хімічних взаємодій металів із середовищем або змащенням (окисне зношування).
Кожному виду зношування відповідає свій певний розвиток процесу і свої закономірності. Залежно ві 232c24c 76; виду зношування вибирають конкретні способи його попередження.
З технічної точки зору найбільше значення має зношування, що викликане тертям ковзання, і зношування, що викликане тертям кочення.
Розглянемо більш докладно ці види зношування.
Істотну роль в процесі зношування, яке викликане тертям ковзання, грає якість поверхні (шорсткості, які є на реальних поверхнях деталей).
Процес зношування починається з того, що між обома тілами виникають свого роду металеві спаї. Спай, що утворився між двома поверхнями, може руйнуватися чотирма різними способами. Якщо місце спаю слабкіше, ніж самі метали, розрив відбувається в тій же проміжній площині, де і виник зв'язок. В процесі зношування утвориться невелика кількість часток металу. Прикладом може служити ковзання цинкового сплаву по сталі.
Якщо зв'язок між металами сильніше, ніж між частками в самих металах, то зріз проходить у середині граничного шару менш міцного, а іноді і більш міцного металу. На обох поверхнях є втрати металу, але для менш міцного металу вони будуть значно більше. Ковзання міді по сталі являє приклад такого процесу зношування.
Якщо зв'язок між металами міцніше, ніж один з металів, то при цьому зріз проходить у середині більш м'якого металу. Метал з більш м'якої пари частково переноситься на більш міцний метал. Цей випадок реалізується для ковзання по сталі свинцевого сплаву. Якщо основний матеріал і речовина, що сполучає, складаються з того ж самого металу, то при незахищених поверхнях міцність нерівностей через наклеп буде зростати, і зріз буде проходити у внутрішніх граничних шарах з дуже сильним ушкодженням поверхонь. Тому необхідно уникати застосування однакових матеріалів як пари ковзання.
Якщо зрізаним у процесі зношування часткам вдається уникнути захоплювання нерівностями поверхні, зношування прямо пропорційне процесу зрізу. Характеристика зношування в цьому випадку лінійна. Якщо навантаження зростає настільки, що відділення часток стає неможливим без виникнення лавинного процесу утворення нових часток зношування, починається роз'їдання з експонентним ростом зношування в часі.
Процес зношування, обумовлений сухим тертям
Досліди по зношуванню ковзання без змащення проводили в умовах тертя твердих тел. Вони служать для визначення характеристик пари матеріалів в аварійному режимі. Було показано, що при сухому ковзанні спостерігається сильна обмінна взаємодія між матеріалами, що підлягають тертю, граничними шарами і навколишнім середовищем. Через наявність механічної активації починають інтенсивно проходити хімічні реакції. При цьому істотно окислюється поверхня тертя, а внутрішні граничні шари поглинають азот і водень. Встановлено, що характер протікання процесу зношування в значній мірі залежить ві 232c24c 76; навантаження, температури, швидкості і особливо ві 232c24c 76; складу навколишнього середовища.
Зміни в структурі граничних шарів впливають на зношування матеріалів. В процесі зношування відбувається роздроблення кристалітів на поверхні металу і сильно розпушується структура. Прискорені каталітичними процесами протікають реакції з киснем, вуглекислим газом і вологою. Під впливом високих температур і поверхневих тисків, які виникають при терті, в оксидному шарі активізуються процеси спікання. В результаті твердість плівки значно збільшується і підвищується зносостійкість. Зношування при ковзанні зі змащенням
Рідку проміжну речовину застосовують, щоб перевести сухе тертя твердих тіл у гідродинамічне, вільне ві 232c24c 76; зношування. Головна вимога до змащення - це запобігання металевого контакту між поверхнями, що сполучаються, тому товщина масляної плівки повинна бути порівнянна з розмірами нерівностей поверхні матеріалу. Ще більша ефективність змащення реалізується, якщо матеріали ковзної пари (наприклад, матеріали підшипника) можуть утворювати міцну ві 232c24c 76;окремлювальну плівку, що перешкоджає металевому контакту ковзних поверхонь. Ці плівки виникають в результаті хімічної реакції між змащенням, металами і повітрям.
На підставі зовнішнього вигляду поверхні, що піддається зношуванню, оцінюють здатність проміжної речовини зменшувати величину зношування. Аналіз зовнішнього вигляду поверхонь різних матеріалів, які піддалися зношуванню при використанні різних мастильних матеріалів, показав дуже сильний вплив застосовуваного змащення на ступінь зношування матеріалу. Зношування, що викликане ковзанням зерен
В багатьох випадках не вдається уникнути влучення речовин, що сприяють зношуванню, між ковзними робочими поверхнями. Це можуть бути або частки, що попадають між матеріалами ззовні, або продукти зношування. Вплив цих речовин на зношування проявляється по-різному. Якщо твердість таких зерен менше, ніж твердість речовин, що утворюють робочу пару, то починається роздроблення часток доти, поки величина зерен не стане менше товщини плівки змащення (в тому випадку, якщо деталі змащені). Якщо основний матеріал має малу твердість, то тоді зерна проникнуть в його приповерхній шар і не будуть більше брати участь в процесі зношування. Це реалізується, наприклад, для бабітових підшипників.
Якщо твердість зерен вище твердості робочої пари металів, то зношуванню піддається той матеріал, у якого зерна проникають з більшою силою. Зерна впроваджуються в поверхню більше м'якого матеріалу, ущільнюють її і залишаються там. Після цього вони будуть відповідно до своїй твердості зношувати поверхню, що ковзує по них. Ці процеси схематично представлені на рис. 9.3.
Зношування коченням
В той час як при зношуванні, що викликане ковзанням, діють переважно тангенціальні сили, зношування коченням обумовлене головним чином нормальними складовими сил. На рис. 9.4 показані робочі умови при зношуванні коченням в шарикопідшипнику.
Рис. 9.3. Утворення стружки при зношуванні, обумовленому ковзанням зерен
Рис. 9.4. Пружна деформація, обумовлена дією знакозмінного навантаження на роликові підшипники: I і III - зони механіко-фізико-хімічного впливу; II - зона механічного впливу
При тривалому навантаженні під дією змінних нормальних тисків відбувається викришування часток на поверхні, тобто утворення раковин (піттінга), наприклад, на доріжках кочення кульок або роликів. Якщо поряд з нормальними напруженнями розвиваються також і дотичні, то відбувається проковзування, яке найбільшою мірою сприяє процесу зношування. Подібне навантаження, що сполучає ковзання і кочення, можливе, наприклад, в зубчастих передачах.
Зношування частин машин, що котяться, проявляється у вигляді утворення на поверхні ямок. Число проходів, при якому йде утворення ямок (піттінга), пропорційно зворотній величині куба навантаження. Корозійне зношування тертям
Дуже часто зношування виникає при накладенні змінного навантаження на деталі, що точно сполучені одна з іншою. При цьому утворюється велика кількість окису заліза як продукта зношування. Під дією змінного навантаження розпушується структура поверхні, причому сильно підвищується ймовірність реакції між матеріалом і атмосферним киснем.
Присутність рідкого проміжного тіла не може повністю знищити корозію, викликану тертям. Набагато ймовірніше, наприклад, що рідке мастило саме окислюється і при цьому утворюються жирні кислоти, які реагують із основним металом, в результаті чого виникають металеві мила. Крім того в металах у процесі тертя, поряд із сполученням з киснем, утворюються також сполучення з азотом і воднем. Процес корозії, викликаний тертям, обумовлений багатьма факторами. Прийнято вважати, що частки оксидів приносять велику шкоду поверхні, зскрібаючи її. Вібрація машини в стані спокою приводить до мікропереміщень опорної частини вала підшипника. При цьому з'являється корозійне роз'їдання, при якому під час кожного коливання разом із природним захисним шаром відколюється небагато основного металу. Це мікрозношування приводить у сумі до утворення рифлення, що викликає значне скорочення терміну служби підшипників кочення. Відповідним змащенням вдається значно зменшити утворення рифлення.
Зношування потоком рідини
Зношування матеріалу поточною рідиною відбувається, по-перше, через чисто гідравлічне руйнування і, по-друге, через абразивну дію піску або піщаної ерозії. Вплив рідини проявляється у вигляді краплинного удару і кавітації. В основі піщаної ерозії лежить процес зношування, при якому частки матеріалу віддаляються переважно зрізанням. Особлива форма зношування потоком (що спостерігається особливо часто при литті під тиском) - зношування ливарним струменем, що приводить до вимивання ливарної форми.
Піщана ерозія
Піщана або циркуляційна ерозія є особливою формою зношування ковзанням, причому як сполучена речовина виступає вода, а пісок, що захоплюється нею, являє собою проміжне тіло, тобто засіб зношування. Картина зношування відрізняється хвилястою структурою відповідної поверхні. Піщана ерозія часто супроводжується корозією, коли вода містить іони і ві 232c24c 76;сутні шари оксидів, що перешкоджують корозії. Аналогічно зношуванню струменем визначальними є абразивність піщаних зерен і швидкість потоку. Кут між напрямком руху потоку і зразком (через утворення вихрів біля зразка) не грає, однак, такої великої ролі, як кут падіння при зношуванні струменем.
Водяні краплі можуть приводити до таких сильних локальних навантажень, що наступає механічне руйнування матеріалу, якщо вони вдаряються в металеву поверхню з достатньою швидкістю. Це відбувається в тому випадку, якщо ударні навантаження багаторазово діють на одне і теж місце.
В дуже крихких матеріалах, міцність яких на розрив мала, при навантаженні краплинним ударом наступає крихке руйнування. У грузлих речовин спочатку наступають явища ковзання в кристалічних ґратах, що у свою чергу приводить до блокування областей ковзання (зміцненню). Кавітаційне зношування
Кавітація, або утворення порожнеч, відповідає такому стану потоку, при якому рідина, що рухається, внаслідок занадто високої швидкості відривається від поверхні зразка. На цьому місці виникає пузирчик пара зі зниженим тиском, що миттєво захлопується. При цьому мікроскопічно малі поверхні піддаються впливу дуже твердих, непружних ударів рідини, які в найбільш слабких ділянках поверхні (крихкі границі між зернами, включення) приведуть до поступового руйнування і віддалення часток матеріалу. Зношування кавітацією спостерігається не тільки в гідродинамічних машинах, але і у зубчастих колесах гідравлічної передачі, так само як і в підводних випромінювачах звуку, у карбюраторах, у поршнях і поршневих кільцях (через стукіт) та в суднових гвинтах.
Ерозія струменем лиття
Особлива форма зношування потоком спостерігається при литті під тиском металевих сплавів. При цьому виготовлені з великою точністю ливарні форми заливають під тисками в кілька тисяч атмосфер. Залежно ві 232c24c 76; конструкції живильного отвору ливарної форми струмінь б'є під більшим або меншим кутом у стінку форми. Термічні змінні навантаження виникають в процесі робочого циклу і приводять до виникнення тріщин перепалу, розмиттю поверхні, на яку падає струмінь. Так, наприклад, тонкі перегородки зі спеціальної сталі роблять у формах змінними, тому що вони досить швидко утрачають точність своїх розмірів.
Таким чином, зношування є наслідком механічного руйнування нерівностей, що зачеплюються, втомного руйнування при повторній механічній дії нерівностей або змінного тиску змащення, відшаровування плівок окислів, що утворюються при терті, і механічного руйнування нерівностей, які оплавилися внаслідок високої температури.
В результаті зношування змінюються розміри деталей, збільшуються зазори між тертьовими поверхнями, з'являються биття і стукіт в машинах та механізмах. Крім того, поверхні тертя при роботі деталей можуть не тільки зношуватися, але також істотно ушкоджуватися. Наприклад, в поверхневому шарі сталі внаслідок виділення тепла при терті можливі структурні перетворення, що ведуть до різкої зміни початкових властивостей матеріалу або до утворення тріщин; при недоліку змащення підшипника можливе розплавлення матеріалу підшипника і у зв'язку із цим ушкодження вала.
Контрольні питання
1. В чому полягають процеси зношування?
2. Що таке зношування першого і другого роду?
3. Який фактор має істотне значення в процесі зношування тертям?
4. По якому механізмі відбувається руйнування спаю між двома ковзними поверхнями?
5. Від чого залежить характер протікання процесу зношування, обумовленого сухим тертям?
6. Яка основна вимога пред'являється до мастильної речовини у випадку зношування ковзанням зі змащенням?
7. Як відбувається зношування, викликане ковзанням зерен?
8. Який механізм зношування під дією нормальних складових сил?
9. Якими факторами обумовлене корозійне зношування, зношування тертям?
10. Як відбувається зношування потоком рідини?
11. Що являє собою піщана ерозія?
12. Як проходить зношування краплинним ударом?
13. В яких випадках спостерігається зношування кавітацією?
14. Як зношується метал при литті під тиском металевих сплавів?
3. Структурні перетворення металів при терті
Деформація металу в зоні контакту супроводжується виділенням тепла, внаслідок чого поверхневі шари нагріваються. Температура нагрівання визначається інтенсивністю виділення тепла і швидкістю відводу його із зони тертя.
Велика кількість дефектів кристалічної будови в поверхневих шарах тіл, що підлягають тертю, а також підвищені температури обумовлюють інтенсивний розвиток дифузійних процесів, які приводять до зміни структури, хімічного і фазового складу матеріалів. Фізико-хімічна взаємодія поверхні металу з навколишнім середовищем приводить до утворення плівок, так званих вторинних структур.
Вторинні структури, наприклад оксиди, маючи високу міцність, теплостійкість, знижену теплопровідність, добре захищають поверхню основного матеріалу від руйнування і сприяють розвитку нормального зношування.
Якщо плівки вторинних структур мають підвищену крихкість, то вони тим самим інтенсифікують зношування. Так, насичення поверхні тертя титанових сплавів, сталей і інших металевих матеріалів воднем при терті у середовищах, що вміщуть водень (вода, авіаційне паливо, деякі типи змащень, гліцерин і ін.), а також у парі з деревом, пластмасами викликає різке окрихчування поверхневого шару. Інтенсивне викришування крихкого шару металу, що вміщує водень, сприяє розвитку особливого виду прискореного зношування поверхні тертя, яке одержало назву водневого зношування.
Дифузійні процеси в мікрооб'ємах металу, що примикають безпосередньо до поверхні тертя або до плівок вторинних структур, можуть приводити до значних структурних змін у цих мікрооб'ємах. Фрикційне нагрівання сприяє протіканню в поверхневому шарі процесів відпуску, повернення і рекристалізації, що приводить до знеміцнення поверхні, зниженню її несучої здатності, посиленню схоплювання. У тяжких умовах тертя (високі швидкості і тиски, відсутність змащення), коли має місце інтенсивне фрикційне нагрівання, в поверхневому шарі сталі може ві 232c24c 76;буватися α → γ перетворення. Виникає так званий аустеніт тертя. З одного боку, аустеніт тертя, маючи підвищену міцність, теплостійкість, може збільшувати опір сталі зношуванню. Але якщо умови експлуатації приводять до швидких теплозмін, то відбувається вторинне гартування аустеніту і утворення мартенситу, твердої і крихкої структури. В умовах динамічного навантаження ці шари через високу крихкість інтенсивно викришуються, що і веде до прискореного пошкодження поверхні. Контрольні питання
1. Під впливом яких факторів при терті має місце інтенсивний розвиток дифузійних процесів?
2. Яку роль виконують вторинні структури?
3. Що являє собою водневе зношування?
4. Які процеси відбуваються в поверхневому шарі при фрикційному нагріванні?
5. Як впливає аустеніт тертя на зношування?
4. Методи проведення випробувань на зношування
Основною метою проведення випробувань на зношування є кількісне визначення характеристик процесу зношування, під якими розуміють чисельні дані про зміну геометричних розмірів або маси тіла, що зношується. Величина зношування може бути визначена прямо або побічно.
Прямі методи вимірювання:
- визначення абсолютної лінійної величини зношування Dl (наприклад, у мікрометрах або в міліметрах);
- визначення абсолютної об'ємної величини зношування DV (наприклад, у мкм3, мм3 або в см3);
- визначення абсолютної величини зношування за масою (∆m (наприклад, в міліграмах або грамах).
Ці величини можуть бути представлені як ві 232c24c 76;носні параметри, наприклад, лінійна швидкість зношування (мкм/г); питома відносна лінійна величина зношування (мм/кг); лінійна відносна величина зношування (безрозмірний коефіцієнт або ві 232c24c 76;сотки %).
До непрямих характеристик процесу зношування можна віднести час зношування або загальну тривалість (г) протікання явищ, що викликають зношування, кількість втраченого в результаті зношування матеріалу та інші непрямі показники, наприклад температура.
Найбільш повну інформацію про величину зношування і його розподіл по поверхні тертя дають диференціальні методи вимірювання зношування: мікрометрірування, метод штучних баз, метод визначення заліза в маслі і метод поверхневої активації.
Метод мікрометрірування заснований на вимірюванні деталей до і після випробувань за допомогою інструментальних мікроскопів, мікрометрів, індикаторів і інших приладів. Для визначення малих величин зношування і характеру розподілу його по робочій поверхні деталей застосовують метод профілографірування поверхні за допомогою профілографів різних типів (ММК-1, калібр ВЭИ, модель 201, ИЗП-5 і ін.). Вертикальне збільшення профілографів становить 400-200000, що дозволяє з великою точністю визначати зношування. Про величину зношування судять на підставі зіставлення профілограм, знятих з робочої поверхні деталі до і після випробувань. Недоліки методу мікрометрірування:
а) неможливість вимірювання зношування в процесі випробування без зупинки і розбирання вузла;
б) необхідність наявності бази (поверхні), щодо якої проводять вимірювання деталі до і після випробувань.
Зазначені недоліки деякою мірою відсутні при використанні методу пневматичного мікрометрірування, а також методу визначення зношування за витратою робочого середовища через зазори в сполученнях.
Метод штучних баз полягає в тому, що на робочу поверхню наносять поглиблення певної геометричної форми (конус, піраміда, сфера і ін.). При зношуванні поверхневого шару деталі ві 232c24c 76;бувається зменшення глибини і інших розмірів поглиблення, за якими судять про величину лінійного зношування даної ділянки поверхні. Метод штучних баз призначений для оцінки місцевого або локального лінійного зношування деталей. Система таких поглиблень дозволяє оцінити характер розподілу зношування по робочій поверхні деталі. Поглиблення наносять на поверхню деталі методом відбитків і методом вирізних лунок. Відбитки звичайно наносять чотирьохгранною алмазною пірамідою із квадратною основою і кутом при вершині між протилежними гранями 136° (такі піраміди використовують в твердомірах Віккерса ПМТ-3). Глибину відбитка h обчислюють за формулою h=0,143d, де d - довжина діагоналі відбитка. Лінійне зношування визначають як різницю глибини ві 232c24c 76;битків до і після випробування: Dh = h1 - h2 = 0,143 (d1 - d2), де h1- глибина відбитка до випробування; h2 - після випробування.
Використання відбитків, що наносяться за допомогою приладу ПМТ-3, дозволяє оцінювати інтенсивність зношування окремих фаз матеріалу (наприклад, карбідної фази), якщо розміри часток дозволяють наносити на них відбитки мікротвердості. Точність вимірювання лінійного зношування становить частки мікрометрів. У виробничих умовах при вимірі лінійного зношування у важкодоступних місцях деталей великих розмірів відбитки наносять конічними кернами із твердого сплаву або загартованої сталі, а також висвердлюють отвори конічної форми. У цьому випадку лінійне зношування визначають за формулою Dh=0,5Dd (tg 90 - a/2), де d - діаметр відбитка, a - кут при вершині конуса. При a=120° величина Dh=0,288Dd. Діаметри відбитків вимірюють, як і у випадку визначення твердості за Брінеллем, за допомогою мікроскопа МПБ-2. Слід зазначити, що на результат виміру розмірів відбитків впливає здимання металу по краях ві 232c24c 76;битка. Тому перед виміром здимання усувають шліфуванням або проводять перший вимір після припрацьовування деталей. Застосування методу відбитків затруднено, коли зношування супроводжується пластичною деформацією поверхневого шару, що приводить до спотворення форми і порушенню відбитків. При використанні методу мікротвердості відбитки після випробування деталей важко виявити. Форма відбитків після зняття навантаження на індентор помітно змінюється, особливо в матеріалах з високою границею текучості, в результаті пружного відновлення матеріалу. У цьому випадку використовують спосіб нанесення поглиблень - метод вирізних лунок. На поверхні деталі вирізають за допомогою обертового алмазного різця (у вигляді тригранної призми) поглиблення у формі гострокутної лунки (рис. 9.5). Глибину лунки визначають за формулою h=0,125l2/r, де l - довжина лунки; r - радіус обертання різця. Лінійне зношування для плоскої поверхні визначають за зменшенням глибини лунки Dh = 0,125 (l12 - l22) r-1.
Рис. 9.5. Схема вирізання лунки
Переваги методу вирізних лунок перед методом відбитків - відсутність видавлювання металу по краях лунки, зміни форми лунки, а також більша точність методу. Співвідношення між глибиною і довжиною лунки становить 1:50 + 1:80 проти 1:7 при методі відбитків. Рекомендується наносити лунки наступних розмірів: l=1+2 мм, h=20,8+83,0 мкм. У ряді випадків більш зручно наносити лунки абразивним диском. Вимір лунки здійснюють за допомогою оптичних приладів, методом зліпків, негативних відбитків. Недоліки методу вирізних лунок - неможливість застосування його для виміру зношування грубо оброблених поверхонь, а також для визначення дуже малого зношування (порядку 1 мкм).
Метод визначення заліза в маслі полягає в тому, що в ряді випадків зношування визначити можна за кількістю заліза, що попадає у вигляді продуктів зношування в мастило.
Кількість заліза в цьому випадку визначається хімічним аналізом золи після спалювання проби масла. Перевагою цього методу є можливість оцінювати зношування без розбирання механізму або машини, а недоліком - визначення сумарного зношування по всій поверхні тертя однієї або декількох деталей і неможливість визначити розподіл величини зношування по поверхні деталі.
Метод поверхневої активації (радіоактивний метод) заснований на створенні радіоактивного поверхневого шару глибиною 0,05-0,5 мм у заданій ділянці поверхні деталі за допомогою опромінення його зарядженими частками (протонами, a-частками) і нейтронами, прискореними до енергії 10-20 МеВ. Опромінення деталей здійснюється на прискорювачі (циклотроні). Одночасно з деталями активують зразки, які потім використовують для побудови тарувального графіка залежності зміни радіоактивності поверхні ві 232c24c 76; глибини зношеного шару: N/Nо=f (Db), де No - початкова швидкість рахунку імпульсів, N - швидкість рахунку імпульсів після зношування поверхневого шару товщиною Db. Тарувальний графік будують на підставі лабораторних випробувань активованих зразків, а потім визначають величини зношування деталі в процесі експлуатації машини або вузла за зменшенням радіоактивності поверхні. Радіоактивність (g-випромінювання) вимірюють за допомогою апаратури, у комплект якої входять лічильник імпульсів (сцинтиляційний або газорозрядний), високовольтний стабілізований випрямляч, перерахунковий прилад і пристрій, що реєструє. Чутливість методу 1-2 мкм. Активність поверхні деталі після опромінення звичайно не перевищує 3,7- 1011 Бк (10 Ки), що дозволяє використовувати даний метод у виробничих умовах і при експлуатації машин без якого-небудь спеціального радіаційного захисту.
При вимірюванні зношування великогабаритних деталей застосовують спеціальні активовані вставки, які зношуються разом з деталлю. Матеріал вставки може відрізнятися від основного матеріалу деталі; підбирають його відповідно до тривалості випробування так, щоб період напіврозпаду ізотопів в активованій вставці перевищував тривалість випробувань на зношування.
Основні переваги методу поверхневих активацій перед іншими методами вимірювання величини зношування деталей машин - висока чутливість, швидкість вимірів, можливість безперервних вимірів без зупинки і розбирання машини (вузла), незалежність властивостей радіоактивних ізотопів ві 232c24c 76; температури, тиску, стану поверхні і інших параметрів. Перевагою цього методу є можливість проведення вибіркового контролю, тобто, одержувати дані про зношування не всіх тертьових деталей, з яких продукти зношування попадають у масло (як у випадку методу "залізо в маслі"), а тільки деталі, що досліджуються. До недоліків радіоактивного методу ві 232c24c 76;носиться:
- необхідність спеціального виготовлення або обробки деталей;
- необхідність застосування спеціальних апаратур;
- необхідність застосування особливих мір захисту персоналу від дії випромінювання.
Найпоширенішим є абразивний метод вивчення зношування. Сутність методу полягає в тому, що проводять тертя еталонного зразка і зразка, що досліджується, о поверхню із закріпленими на ній абразивними частками (абразивну шкурку) при статичному навантаженні і відсутності нагрівання, і отримані результати порівнюють.
Як матеріал еталонного зразка використовують:
- при випробуванні металів із твердістю менш НV150 - технічно чистий алюміній у відпаленому стані;
- при випробуванні металів із твердістю НV150 і вище - технічно чисте залізо у відпаленому стані.
Тип абразивної шкурки вибирають таким чином:
- при виявленні зв'язку відносної зносостійкості матеріалу з його фізичними властивостями твердість абразивних часток повинна перевищувати твердість матеріалу не менш чим в 1,6 рази;
- при визначенні відносної зносостійкості матеріалу при дії кварцового піску застосовують кремнієву шліфувальну шкурку зернистості абразивного матеріалу № 6.
Твердість абразивних зерен, а також структурних елементів матеріалів визначають методом випробування на мікротвердість вдавлюванням алмазної піраміди.
При вимірюванні лінійного зношування користуються мікрометрами із ціною розподілу 0,01 мм; при вимірюванні вагового зношування - аналітичними вагами із ціною розподілу 0,1 мг. Для виключення систематичних помилок всі виміри роблять тими ж самими вимірювальними засобами.
Мінімальне абсолютне зношування, що підлягає виміру, повинно становити в лінійних одиницях 200 мкм; у вагових одиницях 5 мг.
Для випробувань застосовують гладкі циліндричні зразки діаметром 2 ± 0,1 мм і довжиною 15 - 20 мм. Шорсткість робочої і бічної поверхонь зразків повинна бути не грубіше 6-го класу і на них не повинно бути слідів корозії, окалини, а також кольорів мінливості, якщо це не передбачено умовами випробувань.
При підготовці поверхні еталонного і зразка, що досліджується, до випробування необхідно прийняти запобіжні заходи, щоб не проходили структурні зміни і фізико-хімічні перетворення в металі внаслідок нагрівання при механічній обробці.
У межах однієї серії випробувань технологія виготовлення зразків повинна бути однаковою. Вимір остаточних розмірів зразка перед випробуванням не повинен викликати його ушкодження. Перед випробуванням зразки повинні піддаватися припрацьовуванню для досягнення повного прилягання зразків до шкурки в умовах, ідентичних умовам випробувань.
Всі зразки однієї серії випробовують на одній і тій же машині. Випробування проводять при терті торця циліндричного зразка по поверхні абразивної шкурки по спіралі Архімеда в напрямку ві 232c24c 76; центра диска до периферії. Радіальна подача зразків на кожний оберт диска становить 1 мм.
Зношування і еталонного зразка, і зразка, що досліджується, повинно проходити при однакових умовах: зразки повинні пройти той же самий шлях тертя в межах всієї серії випробувань.
Швидкість тертя зразків на абразивній шкурці повинна бути такою, щоб нагрівання матеріалу в процесі випробувань не впливало на його властивості.
Випробування проводять під дією статичного навантаження 9,55 кгс/см2 (93,69 кПа), з розрахунку 0,3 кгс (2,9 Н) на зразок діаметром 2,0 мм.
При необхідності допускається проводити випробування при інших навантаженнях, але не вище критичних, які визначаються початком деформації зразка або механічною міцністю шкурки. Відносна погрішність навантаження не повинна перевищувати ±1 %.
Зношування зразків проводять на одному і тому ж самому листі абразивної шкурки. На кожному листі абразивної шкурки випробування проводять тільки один раз. Досліди проводять на двох листах абразивної шкурки в наступному порядку: на одному листі на першій його половині випробовують еталонний зразок, на другому - зразок, що досліджується, на іншому листі порядок випробування повинен бути зворотний.
Відносну зносостійкість обчислюють за формулою:
(9.1)
де Dlе - абсолютне лінійне зношування еталонного зразка, мм;
Dlн - абсолютне лінійне зношування зразка, що досліджується, мм; dе - фактичний діаметр еталонного зразка, мм; dн - фактичний діаметр зразка, що досліджується, мм.
При рівній густині матеріалів двох зразків відношення абсолютних лінійних зносів в формулі допускається заміняти відношенням абсолютних вагових зносів.
Допускається перераховувати вагові зноси на лінійні з обліком густини матеріалів зразків, коли неможливо точно виміряти абсолютні лінійні зноси, а також при різних густинах зразків.
За результат випробування матеріалу приймають відносну зносостійкість, обчислену як середнє арифметичне результатів двох ідентичних дослідів.
Для одержання максимально точних і достовірних результатів випробування на тертя і зношування проводять у чотири етапи: 1) звичайні лабораторні випробування фізичних і механічних властивостей матеріалів; 2) випробування матеріалів на тертя і зношування на лабораторних приладах; 3) стендові випробування вузлів тертя; 4) натурні (експлуатаційні) випробування машин, механізмів, інструмента.
Для проведення випробувань на абразивне зношування використовується машина Х4-5.
Для виключення впливу коливань абразивної здатності різних листів абразивної шкурки одночасно проводиться випробування еталонного матеріалу.
В результаті випробування визначається відносна зносостійкість (відносно еталонного матеріалу) різних металів при абразивному виді зношування.
Схема приведеного випробування відповідає більш простому випадку тертя металу о нерухомі абразивні частки.
У тих випадках, коли зношування відбувається під дією абразивних часток, що попадають між двома сполученими деталями, явище ускладнюється, тому що абразивні частки дряпають обидві поверхні в різній мері, залежно ві 232c24c 76; співвідношення механічних властивостей матеріалів деталей, відносного шляху тертя і інших факторів. Для оцінки зносостійкості матеріалу обох деталей у цих складних умовах роботи проводять випробування, що відповідають умовам єксплуатації.
При підборі матеріалу для певних деталей широко застосовують машини, що відтворюють зношування при заданому сполученні умов тертя. Випробування можуть проходити як на стендах в умовах, що відтворюють експлуатаційні, так і на лабораторних приладах для випробування зразків.
Надійність результатів випробувань на цих машинах залежить ві 232c24c 76; того, настільки точно умови випробування відповідають експлуатаційним. До машин універсального типу відноситься машина на зношування типу МІ. На цій машині можна вести випробування при терті ковзання, при терті коченням, при терті із проковзуванням як при змащенні, так і без нього. Зразки для випробувань показані на рис. 9.6.
а б в
Рис. 9.6. Зразки для випробувань на зношування на універсальній машині: а - при чистому коченні (верхній зразок знаходиться вільно на осі) і при коченні із проковзуванням (верхній зразок обертається з ві 232c24c 89;сю); б - при ковзанні; в - при ковзанні за схемою випробування "врізанням".
Універсальна машина УМТ-1 призначена для дослідження тертя і зношування матеріалів у широкому інтервалі швидкостей ковзання і навантажень. Установка універсальна, тому що дозволяє проводити випробування при односпрямованому і знакозмінному відносному русі зразків, а також за різними схемами контакту
Універсальні машини застосовують як для дослідження явища зношування, так і для оцінки поведінки матеріалів стосовно до певних умов їхньої експлуатації. Машина СМЦ-2 призначена для дослідження зношування металів при терті кочення, терті кочення із проковзуванням і терті ковзання. При терті кочення і кочення із проковзуванням контакт здійснюється по зовнішній поверхні колець (зразків). При терті ковзання схема контакту: вал-вкладка.
Величина моменту тертя виміряється за допомогою індуктивного датчика за скручуванням пружного елементу і безупинно реєструється на стрічці електронного потенціометра. При випробуванні за схемою вал-вкладка (тертя ковзання) обертання на верхній зразок не передається (він закріплюється нерухомо разом з валом). Установка має набір змінних камер, що дозволяють проводити випробування в рідких середовищах.
Зношування зразків визначається за зменшенням їхньої маси, розмірів (діаметрів), за зміною геометрії поверхні тертя, що реєструється за допомогою зняття профілограм.
Для випробувань застосовують круглі зразки діаметром від 35 до 50 мм, ширина верхнього зразка 10 мм, нижнього 12 мм. Розміри зразків вал-втулка: при навантаженні до 250 кгс (2452,5 Н) довжина і внутрішній діаметр зразка "вал" відповідно 30 і 16 мм, а зовнішній діаметр ві 232c24c 76; 24 до 30 мм. При навантаженні до 500 кгс (4905 Н) зразка втулка: довжина від 10 до 25 мм, внутрішній діаметр від 24 до 40 мм, зовнішній діаметр 50 мм.
Розміри зразка диск-колодка: діаметр і ширина диска відповідно 50 і 12 мм, ширина колодки 10 мм.
Випробування деталей машин на зношування в умовах експлуатації. На підставі експлуатаційних випробувань визначають ресурс роботи вузла і роблять остаточні виводи про правильність вибору матеріалів для даної пари тертя. Випробування цього виду характеризуються, як правило, великою тривалістю і трудомісткістю, що пов'язано з необхідністю виробітку ресурсу вузла, з його періодичним розбиранням, зі складністю виміру зношування деталей. Тому для експлуатаційних випробувань відбирають гранично обмежене число варіантів сполучень матеріалів, які в процесі попередніх лабораторних і стендових випробувань показали найбільшу зносостійкість у сполученні з гарною технологічністю, прийнятною вартістю і іншими характеристиками, знання яких необхідно для впровадження розглянутих матеріалів у виробництво. Зношування в умовах експлуатації оцінюють за зменшенням розмірів деталей або за зміною вихідних параметрів вузла (витік масла, зміна моменту на валу привода, витрата робочої рідини, температура, рівень шуму, вібрації і ін.). Оцінка сумарного зношування реальних деталей за зміною розмірів (обсягу) і маси утруднена або неможлива через великі габарити, складності форми, труднощі розбирання вузла. Зміна вихідних параметрів вузла дає лише непрямі дані про величину зношування. Таким чином, зношування є наслідком механічного руйнування нерівностей, втомного руйнування при повторному механічному впливі нерівностей або змінного тиску змащення, відшаровування плівок окислів, що утворюються при терті, і механічного руйнування нерівностей, що сплавилися внаслідок високої температури. В результаті зношування змінюються розміри деталей, збільшуються зазори між поверхнями, що підлягають тертю, з'являються биття і стукіт у машинах і механізмах.
Крім того, поверхні тертя при роботі деталей можуть не тільки зношуватися, але і міняти свої механічні характеристики. Наприклад, в поверхневому шарі сталі внаслідок виділення тепла при терті можливі структурні перетворення, що ведуть до різкої зміни початкових властивостей матеріалу або до утворення тріщин; при недоліку змащення підшипника можливе розплавлювання матеріалу підшипника і у зв'язку із цим ушкодження вала.
Збільшенню зносостійкості виробів сприяє їх конструктивне і технологічне вдосконалення (компенсація зношування, його рівномірний розподіл по поверхні, підвищення твердості, поверхневе загартування, хіміко-термічна обробка та ін.), створення умов, що знижують тертя деталей (застосування спеціального змащення, що прилипає тонким шаром до поверхні, при цьому металевий контакт між деталями замінюється контактом шарів змащення, поліпшення властивостей мастильних матеріалів, захист від абразивного впливу і ін.). Контрольні питання
1. Які існують прямі методи виміру величини зношування?
2. Які вам відомі критерії зношування?
3. Які характеристики можуть бути віднесені до непрямих показників зношування?
4. В чому полягає метод мікрометрірування?
5. Які недоліки методу мікрометрірування?
6. В чому полягає метод штучних баз?
7. Як оцінюється зношування методом визначення заліза в маслі?
8. В чому полягає метод поверхневої активації при вимірі зношування?
9. В чому полягають переваги і недоліки методу поверхневих активацій у порівнянні з іншими методами виміру величини зношування?
10. Яка сутність абразивного методу оцінки зношування?
11. Які існують етапи при проведенні випробувань на тертя і зношуванні?
12. Як проходить випробування на абразивне зношування?
13. Що являє собою універсальна машина МІ і які випробування можна на ній провести?
14. Для чого призначена універсальна машина УМТ-1?
15. Яке зношування визначається на машині СМЦ-2?
16. Як відбувається випробування деталей машин на зношування в умовах експлуатації?
17. Як оцінюють зношування в умовах експлуатації?
18. Які існують способи підвищення зносостійкості деталей?
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
107
Размер файла
396 Кб
Теги
абразивна, знос
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа