Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Факторы, влияющие на величину износа при наличии абразива

Абразивный износ является одним из основных видов для многих деталей горных, буровых, строительных, дорожных, транспортных, сельскохозяйственны:; и других машин, работающих в технологических средах, содержащих абразивные частицы; скорости изнашивания высоки (0,1 — 100 мкм/ч).

Разрушающими телами при этом виде износа являются обычно минеральные высокотвердые частицы с неметаллическими атомными связями, при которых адгезия и схватывание очень малы, что обусловливает относительную простоту физических процессов, приводящих к износу. Вместе с тем разнообразие геометрических форм и механических свойств абразивных частиц и условий их нагружений обусловливают различные напряженные состояния на контакте. Отделение частиц износа осуществляется в результате однократного и преимущественно многократного воздействия абразивного тела, т.е. имеет место или микрорезание (вязкого и хрупкого характера), или усталость — малоцикловая (в пластической области) и многоцикловая (в упругой области). Многообразие процессов и условий изнашивания деталей обусловливает самые различные сочетания этих элементарных процессов разрушения и разупрочнения микрообъемов поверхностных слоев.

Прочностные свойства поверхностных слоев материалов, разрушающихся в режиме микроцарапания, отражает изнашивание о закрепленные абразивные частицы на машине Х4-Б [24]. Для этого вида износа относительная износостойкость εот (отношение износа эталона к износу образца) технически чистых металлов и сталей в отожженном состоянии связана с твердостью на вдавливание алмазной пирамиды (HV) зависимостью εот = kHV, где к — константа (рис. 1, а).

Для конструкционных сталей 40, У8, У12 и Х12 в состоянии после нормальной закалки и отпуска при разных температурах ε = ε' + к' (HV — HV0), где ε и HV0 — соответственно относительная износостойкость и твердость материалов в отожженном состоянии; к' — постоянный коэффициент для соответствующей стали (рис. 1,6). Относительная износостойкость еот механически наклепанных металлов и сталей, в которых в процессе наклепа не происходив фазовых превращений, не зависит от твердости, определенной после наклепа или немного снижается с ее повышением (рис. 1, в).

Относительная износостойкость металлических материалов в отожженном состоянии связана с модулем нормальной упругости Е выражением ε = к(Е1,3) которое справедливо для технически чистых металлов, ряда сплавов, а также неметаллов. Но это выражение не пригодно для термически обработанных сталей, т. е. основных конструкционных материалов, применяемых при абразивном изнашивании, так как их модуль упругости является структурно-нечувствительной характеристикой и не изменяется при термической обработке.

При этой схеме испытаний относительная износостойкость может зависеть от твердости зерен абразивного полотна. Если твердость абразивных зерен значительно выше твердости изнашиваемой стали, то износ не зависит от разности твердостей стали и абразива. Если же твердость стали близка к твердости абразива, то уменьшение этой разницы приводит к снижению интенсивности изнашивания. Если сталь тверже абразива, то износ мал и тем меньше, чем различие в твердостях больше. Размер зерна влияет на износ до определенного предела, после чего он остается постоянным при прочих равных условиях.

Методика испытания на изнашивание при трении о шкурку обеспечивает очень высокую повторяемость и точность получаемых результатов (коэффициент вариации 2—3%) при принятых условиях испытаний (небольшие давления и скорости скольжения, абразивные частицы высокой твердости и прочности, отсутствие нагрева и воздействия окружающей среды, невозможность перемещения и разрушения абразивных частиц). Однако эти условия не всегда отвечают многообразным условиям эксплуатации деталей машин.

При фрикционном взаимодействии металла с твердой жестко закрепленной абразивной частицей на его поверхности возникает царапина. Выступы любых минеральных частиц закруглены [11] и могут быть помимо угла заострения охарактеризованы радиусом закругления r. Если отношение глубины внедрения абразивной частицы в металл h к значению r, т. е. h/r, достигает определенного критического значения, то царапание сопровождается образованием отделяющейся стружки (микрорезание).

Величина критического значения h/r зависит от отношения величины касательных напряжений (τ) на фрикционном контакте к пределу текучести σ,т т.е. переход к микрорезанию имеет место при h/r = 1/2(1-(2Τ/σ,т)).

Эта зависимость определяет «порог внешнего трения».

Абразивный износ достигает максимальной интенсивности, когда отношение объема удаленного металла к объему всей царапины максимально. В противном случае стружка не возникает, но по краям царапины остаются навалы. Последние легко разрушаются под воздействием входящих в контакт новых зерен.

Маловероятно образование стружек при изнашивании в абразивной массе со слабым закреплением абразивных частиц. В этом случае имеет место упругое и пластическое деформирование поверхностного слоя, передеформирование, обычная и малоцикловая усталость и разрушение, которому могут содействовать химические явления, связанные с действием среды.

Разрушительное действие абразивных частиц, растираемых в различных зазорах, сводится к нанесению на металлические поверхности так называемых вибрационно-ударных царапин. Как бы возникает своеобразная мельница. Разрушительное действие в основном определяется прочностью размалываемых в порошок абразивных частиц (шлифовальники). Процесс разрушения сопряженных металлических поверхностей, разделенных слоем абразивного зерна, определяется и теми видами напряженных состояний, которые возникают в точках обеих поверхностей. Так, весьма твердый минерал может объемно разрушаться сильнее, чем гораздо менее твердая сопряженная сталь при наличии в зазоре высокотвердых частиц. Отношение разрушенных объемов сопрягаемых материалов зависит от вида находящегося в зазоре абразива.

Изнашивание ударяющимися абразивными частицами обычно происходит с образованием своеобразных стружек и вытянутых чечевицеобразных углублений на разрушаемой металлической поверхности, а также усталостными эффектами от повторяющихся ударов. Механизм разрушения осложняется химическим действием жидкой или газообразной среды, и особенно высокой температуры. При ударе о монолитный абразив возможно проявление динамических эффектов, особенно при низких температурах испытания. Во всех случаях взаимодействия возможен эффект шаржирования — внедрения мельчайших осколков в поверхность металла с определенным изменением хода всего процесса изнашивания.

Наиболее распространенным абразивом является обычно кварцевый песок, который входит в состав грунтов, почв и пыли и является главным агентом, вызывающим износ многих деталей. Изнашивание же кварцевым песком ввиду его сравнительно округлой формы и относительно невысокой прочности и твердости намного увеличивает вероятность отделения частицы износа в результате повторных деформации микрообъема поверхностных слоев детали. Эти обстоятельства вызвали необходимость разделения абразивного износа на ряд его разновидностей.

 

Балицкий А. В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры. М., «Энергия», 1974. 312 с. Вайнштейн В. Э., Трояновская Г. И. Сухие смазки и самосмазывающиеся материалы. М., «Машиностроение», 1968. 180 с. Данилин Б. С., Мнпайчев В. Е, Основы конструирования вакуумных систем. М., «Энергия», 1971. 392 с. Данилов К. Д. Сверхвысоковакуумный ввод поступательного движения. Электронная техника, сер. 1, «Электроника СВЧ», 1973, вып. 4, с. 112 — 114. Дэшмаи С. Научные основы вакуумной техники. М., «Мир», 1964. 715 с. Бобров Д. П., Нусниов М. Д., Панко В. М. Исследование величин пороговых давлений, ограничивающих воздействие разряженной среды на работоспособность шарикоподшипников. — В сб.: Теория трения, износа и смазки. Ташкентский политехи, нн-т, 1975, с. 149-151. Опоры Осей и валов машин и приборов. Под ред. Спицына Н. А. и Машкова М. М. М., «Машиностроение», 1970, с. 520. О работоспособности подшипников сухого трепня с учетом условий эксплуатации.— В сб.: Теория трения, износа и смазки. Ташкентский политехи, ин-т. 1975, с. 151 — 153. Авт.: В. К. Гончаров, А. Т. Кудряшев, В. А. Хрусталев, Семенова и др. Основы вакуумной техники. М., «Энергия», 1975, 416 с. Авт.: Б. И. Королев, В. И. Кузнецов, А. И. Пипко, В. Я. Плисковский. Папнов Г. М. Конструктивные направления повышения износостойкости опор вакуумного типа. «Тр\ды МИЭМ. Детали машин и приборов». Вып. 18, 1972, М., МИЭМ, с. 153-171. Работоспособность твердых смазочных покрытий. — «Вестник машиностроения», 1962, № 12, с. 25-27. Авт.: Г. В. Курилов, В. Ф. Удовенко, Н. И. Вионцек, Л. Н. Сентюрихина и др. Спицын Н. А., Кузнецова Т. И. Одношариковые подшипники с ротапринтной твердой смазкой. «Труды МИЭМ. Детали машин и приборов». Вып. 18. 1972, М., МИЭМ, с. 28-38. Спнцыи Н. А., Папнов Г. М. Конструкции и применение подшипников скольжения.— «DecIник машиностроения», 1970, № 9, с. 16—19.

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика