Виды изнашивания и методы их определения

Дата добавления: 2014-07-26 | Просмотров: 1761

Изнашивание[†] представляет собой процесс отделения материала с поверхности твердого тела и увеличения его остаточной деформации при трении, проявляю­щийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела (ГОСТ 27674—88 Обеспечение износостойкости изделий).

Износ есть результат изнашивания, определенный в единицах длины, объема, массы и др.

Износостойкость – свойство материалов оказывать сопротивление изнашиванию; оценивается величиной обратной скорости или интенсивности изнашивания. Износостойкость проявляется по-разному в зависимости от условий трения и вида изнашивания.

Скорость и интенсивность изнашивания зави­сят от физико-химических свойств материалов поверхностей тре­ния, шероховатости, отклонения от заданной формы поверхностей (овальность, конусность и т. п.), отклонений взаимного располо­жения поверхностей (отклонение от параллельности, перекос и т. п.), частого и разного изменения скорости относительного дви­жения и нагрузки сопряженных деталей и в большей степени от качества смазывания (несоответствующий смазочный материал, его загрязнение, недостаточное смазы­вание). Изнашивание сопря­женных деталей является причиной 85% отказов компрессорного оборудования. Свыше 70% затрат на ремонт поршневых компрес­соров связано с износом поршней и цилиндров. Процессы изнаши­вания рабочих поверхностей деталей и рабочих органов машин достаточно подробно исследованы и даже клас­сифицированы [7].

Изнашивание по характеру воздействия на поверхность трения и протекающих на ней процессов при эксплуатации оборудования принято подразделять на следующие виды:

v механическое изнашивание, к которому относятся:

ü абразивное;

ü гидроабразивное (газоабразивное);

ü эрозионное;

ü гидроэрозионное (газоэрозионное);

ü кавитационное;

ü усталостное;

ü изнашивание при фреттинге;

ü изнашивание при заедании;

v коррозионно-механическое изнашивание:

ü водородное;

ü изнашивание при фреттинг-корозии;

ü окислительное;

ü электроэрозионное.

Механическое изнашивание происходит в результате любых механических взаимодействий на поверхности трения. Возможно изменение размеров или формы деталей в результате пластической деформации их микрообъемов. Изнашиванию этого вида чаще всего подвержены зубья шестерен, шпонки, шлицы, штифты, упоры, резьбовые соединения, вкладыши, баббитовые слои.

Коррозионно-механическое изнашивание происходит в резуль­тате механического взаимодействия, сопровождаемого химическим и (или) электрическим взаимодействием материала со средой. При изнашивании указан­ного вида часто наблюдается разрушение рабочих поверхно­стей вследствие выкрашивания вновь образуемых структур. Выкрашивание происходит в результате физико-химических из­менений, протекающих на поверхностях трения, образования и интенсивного разрушения новых структур. Примером таких струк­тур являются отбеленные слои на поверхностях чугунных дета­лей, формирующиеся в процессе работы. Изнашивание этого вида характерно для таких деталей компрессоров, как коленчатые валы (шейки), баббитовые вкладыши шатунов, поршневые кольца, гильзы цилиндров.

Абразивное изнашивание происходит в результате режущего или царапающего действия твердых частиц, взаимодействующих с поверхностью детали. Интенсивному абразивному изнашиванию подвергаются цилиндры (гильзы цилиндров), поршневые кольца, клапаны, подшипники и другие детали воздушных компрессоров, работающих в условиях запыленной атмосферы.

Эрозионное изнашивание происходит в результате воздействия на поверхность детали потока жидкости (гидро­эрозионное) или газа (газоэрозионное). Газоэрозионному изнашиванию подвергаются детали газовых трактов (проточной части) компрессорных машин. Поверхности изнашиваются в ре­зультате воздействия потока газа, даже если газ совсем не содержит или содержит малое количество абразивных частиц. В противном случае – если газ сильно загрязнен твердыми части­цами, развивается процесс газоабразивного изнашивания, протекающий при совмест­ном динамическом воздей­ствии на поверхность деталей и потока газа и твердых частиц, увлекае­мых потоком газа.

Кавитационное изнашивание возникает, если при движении жидкости относительно тела в ней нарушается сплошность – образуются пузырьки, которые «захлопываются» вблизи поверхности тела, ударно воздействуя на нее.

Усталостное изнашивание характеризуется усталост­ным разрушением поверхностного слоя при многократном его деформировании при трении.

Изнашивание при заедании является результатом схва­тывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую.

Изнашивание при фреттинге и фреттинг-кор­ро­зии имеет место при малых относительных колебательных перемещениях сопряга­емых деталей и различается степенью воздействия окружаю­щей среды.

Электроэрозионное изнашивание обусловлено воздей­ствием электрического тока, проходящего через поверхность контакта деталей.

Водородное изнашивание возникает при концентрации водорода в поверхностных слоях трущихся деталей.

При окислительном изнашивании преобладает химическая реакция материала детали с кислородом или окисляющей окружа­ющей средой. На соприкасающихся поверхностях образуются пленки окислов, которые в процессе трения разрушаются и вновь образуются; продукты изна­шива­ния состоят из окислов. От дру­гих видов изнашивания оно отличается отсутствием агрессивной среды, протекает при нормальных и повышенных температурах при трении без смазочного материала или при недостаточном его количестве. Одним из видов борьбы с окислительным изнашива­нием является создание поверхностей трения с высокой твердо­стью.

Один из эффективных методов борьбы с изнаши­ванием основан на эффекте избирательного переноса материала. Перенос материала — явление при трении твердых тел, состоящее в том, что материал одного тела соединяется с дру­гим и, отрываясь от первого, остается на поверхности второго. Использование этого эффекта позволяет преодолеть ограничен­ность ресурса поверхностей трения деталей машин и снизить по­тери на трение.

В узлах трения компрессора бытового (домашнего) холо­дильника медная пленка в паре трения сталь-сталь возникает в резуль­тате постепенного растворения медных трубок охладителя ком­прес­сора. Ионы меди, поступая в масляно-фреоновую смесь, движутся в зону контакта, где формируется защитная медная пленка. Во многом именно по этой причине компрессоры быто­вых холо­дильников могут работать без ремонта десятки лет.

Кинетика изнашивания характеризуется диаграммой износ-время. Эта диаграмма в зависимости от вида изнаши­ва­ния, режимов и условий работы трущихся материалов может иметь различный характер. Традиционная диаграмма (см. рис. 1.0) содержит три участка: участок приработки деталей, участок установившегося изнашивания, участок катастро­фического изнашивания.

Количественно процесс изнашивания оценивается скоростью изнашивания – отношением износа к интервалу времени, в течение которого он возник; или интенсивностью изнашивания – отношением износа к пути, пройденному точками контакта изнашиваемых поверхностей.

Испытания на изнашивание подразделяют на лаборатор­ные, стендовые, полигонные, эксплуатационные. Схемы лабора­торных испытаний разнообразны и моделируют режимы реальной эксплуатации узлов и деталей трения. Для оценки состояния трибосопряжения и прогнозирования остаточного ресурса необходимо уметь определить вид изнашивания и скорость протекания данного вида изнашивания.

Для оценки износа трибосопряжения в условиях эксплуатации используют методы[‡] анализа состояния смазочного материала (проб масла) и наличия в нем продуктов износа. Существует ряд методов обнаружения, количественного и качественного анализа продуктов износа в смазочном материале. Электростатический метод контроля частиц применяют для диагностики дефектов деталей газовоздушного тракта (проточ­ной части), вызванных пригаром, коррозией, касанием лопаток ротора о статор. Метод основан на измерении газостатических разрядов частиц износа (размером от 20 до 2000 мкм), выно­симых с поверхности поврежденных деталей потоком газа.

Для определения содержания и контроля металлов в смазочном материале нашли применение методы рентгено-флюоресцентного и радиометрического анализов, атомно-эмиссионного спектрального анализа, спектрометрия высокочастотного индукционного аргонового плазменного источника^*.

Для регистрации ферромагнитных частиц износа и выявления тренда изнашивания используют вихретоковые и магнитно-индуктивные датчики^*.

Для дистанционного измерения и контроля износа и коррозии используют метод поверхностной или тонкослойной активации^*. Метод основан на облучении поверхности изделия и измерении интенсивности излучения образованной радио­нуклидной метки. Изменение интенсивности излучения переводится в характеристики уноса вещества по градуировоч­ной кривой. Дистанционный контроль проводится в широких пределах от десятых долей микрометра до нескольких миллиметров с точностью 5…15% для любого количества участков и по любой временной программе. Методика безопасна и экологически чиста. Метод поверхностной активации применяют:

§ для диагностирования износа деталей машинного оборудования (двигателей, компрессоров, насосов, зубчатых передач и др.);

§ для диагностирования коррозии трубопроводов, арматуры, сосудов, резервуаров и др.;

§ для оценки содержания продуктов износа в смазочных материалах.

Для оценки износа деталей и узлов трения машинного оборудования широкое применение нашла вибродиагностика[§].