Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Методы борьбы с фреттинг-коррозией.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Им. К.Э. Циолковского

Кафедра ²Технология производства авиационных двигателей ²

Конспект лекций по дисциплине:

Поверхностно пластическое упрочнение деталей авиационных двигателей и энергетических установок

для студентов специальности 130200 (160301)
"Авиационные двигатели и энергетические установки"

Дневной и вечерней форм обучения

Автор: доц., к.т.н. Козлов В.Н.

Москва 2006

Введение.

При открытой рыночной экономике расширение промышленного производства невозможно без решения проблем повышения качества и конкурентоспособности выпускаемых машин. Одной из важных задач при обеспечении качества машины является повышение эксплуатационных показателей их деталей. Эти показатели определяются параметрами качества поверхностного слоя. Известно, что до 70% причин выхода из строя машин и механизмов связано с износом узлов трения. Следовательно, одним из направлений обеспечения качества машин является повышение износостойкости этих деталей, которое может быть достигнуто путем включения периода приработки на стадию изготовления за счет применения соответствующих технологических процессов изготовления. Износ зависит от многих параметров качества поверхностного слоя, поэтому важно знать возможности управления комплексом этих параметров в процессе обработки, включая геометрические, механические, физические и химические структурные свойства.

В промышленности машин широко применяются различные методы отделочно–упрочняющей обработки.

Цель курса

Изложение основных методов упрочнения поверхностей различных типов деталей для достижения требуемого качества изделия, формирования у студентов системного подхода решению актуальных задач повышения долговечности деталей и узлов машин на базе современных методов и средств поверхностной обработки металлов.

Задачи курса

Формирование у студентов системного представления об основных технологических и конструктивных методах упрочнения поверхностей деталей машин на базе знаний основных видов изнашивания деталей машин, технологических и конструктивных методов упрочнения поверхностей и повышения износостойкости деталей машин.

Основные понятия и определения

Надежность технологического устройства - это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значений всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технологического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения включает безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Для характеристики безотказности используют вероятность безотказной работы, среднюю наработку до отказа, установленную безотказную наработку, интенсивность отказов и т.д.

Долговечность изделий характеризуется такими показателями, как средний ресурс, назначенный или установленный срок службы и др.

Ремонтопригодность количественно определяют вероятностью восстановления работоспособного состояния за заданное время и средним временем восстановления работоспособного состояния

Триботехника — наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазки машин. В последние годы в триботехнике получили развитие новые разделы — трибохимия, трибофизика и трибомеханика.

Трибохимия — изучает взаимодействие контактирующих поверхностей с химически активной средой. Она исследует проблемы коррозии при трении, химические основы избирательного переноса и воздействие на поверхность деталей химически активных веществ, выделяющихся при трении вследствие деструкции полимеров или смазочного материала.

Трибофизика — изучает физические аспекты взаимодействия контактирующих поверхностей при их взаимном перемещении.

Трибомеханика — изучает механику взаимодействия контактирующих поверхностей при трении. Она рассматривает законы рассеяния энергии, импульса, а также механическое подобие, релаксационные колебания при трении, реверсивное трение, уравнения гидродинамики и др. применительно к задачам трения, изнашивания и смазки.

В некоторых странах вместо термина триботехника употребляют термины трибология и трибоника. В технической литературе встречается термин динамическое металловедение — это раздел металловедения, изучающий структуру и свойства поверхностных слоев металлов и сплавов в процессе трения.

Ряд терминов, относящихся к триботехнике, стандартизован. ГОСТ 23.002—78 включает 97 терминов, которые расклассифицированы по видам трения, изнашивания, смазки, методам смазывания и смазочным материалам. К общим понятиям триботехники относятся следующие термины.

Внешнее трение— явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним, сопровождаемое диссипацией энергии.

Изнашивание — процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Износ — результат изнашивания, определяемый в установленных единицах. Величина износа может выражаться в единицах длины, объема, массы и др.

Износостойкость — свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.

Смазочный материал — материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и (или) интенсивности изнашивания.

Смазка — действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшается сила трения и (или) интенсивность изнашивания.

Смазывание — подведение смазочного материала к поверхности трения.

Трение покоя — трение двух тел при микроперемещениях до перехода к относительному движению.

Трение движения — трение двух тел, находящихся в относительном движении.

Трение без смазочного материала — трение двух тел при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.

Трение со смазочным материалом — трение двух тел при наличии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.

Трение скольжения — трение движения двух твердых тел, при котором скорости тел в точках касания различны по величине и направлению, или по величине или направлению.

Трение, качения — трение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы но величине и направлению. Сила трения — сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, направленной по касательной к общей границе между этими телами.

Наибольшая сила трения покоя — сила трения покоя, любое превышение которой ведет к возникновению движения.

Предварительное смещение — относительное микроперемещение двух твердых тел при трении в пределах перехода от состояния покоя к относительному движению.

Скорость скольжения — разность скоростей тел в точках касания при скольжении.

Поверхность трения — поверхность тела, участвующая в трении.

Коэффициент трения — отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу.

Коэффициент сцепления — отношение наибольшей силы трения покоя двух тел к нормальной относительно поверхностей трения силе, прижимающей тела друг к другу.

В 1979 г. в нашей стране издан словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин, содержащий более 1200 терминов [39].

Литература

1. Методы и средства упрочнения поверхностей деталей машин концентрированными потоками энергии / А.П. Семенов и др,-М.: Наука,1992.

2. Гарпунов Д.Н. Триботехника,-М.: Машиностроение, 1985.

3. Лахтин Ю.М. и др. Материаловедение: Учебник для ВУЗов, 3е издание. М.: машиностроение 1990.

4. Плазменное поверхностное упрочнение / Лещинский Л.К. и др.- К.: Техника, 1990.

5. Повышение несущей способности деталей машин алмазным выглаживанием / Яценко В.К. и др.- М.: Машиностроение,1985.

6. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами / А.Г. Бойцов и др.- М.: Машиностроение, 1991.

7. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным плазменным деформированием, -М.: Машиностроение, 1978.

8. Тушинский Л.Н. Теория и технология упрочнения металлических сплавов.- Новосибирск,- Наука 1990.

9. Ярошевич В.И. Электроконтактное упрочнение.- Минск,- Наука, 1982.

10. Головин Г.Ф. Высококачественная термическая обработка.- Л.: Машиностроение, 1990.

11. Белоцкий А.В. Ультразвуковое упрочнение металлов.- Киев, Техник, 1982.

12. Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом.- Новосибирск, Наука, 1982.

13. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструментов и деталей машин.- М.: Машиностроение, 1982.

14. Гордиенко Л.К. Субструктурное упрочнение металлов и сплавов.- М.: Наука,1973.

15. Сорокин В.М. Повышение качества поверхности и долговечности деталей машин ударно-импульсной и комбинированной обработкой.- Н.Новгород, АТМ, 1996.

16. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов / Под редакцией П.Н. Родина,- М.: Наука, 1986.

17. Васильева А.Г. Деформационное упрочнение закаленных конструкционных сталей.- М.: Машиностроение, 1981.

 

Лекция 1

1. Физические основы деформационного упрочнения металлов

 

1.1 Параметры состояние поверхностного слоя деталей машин

Поверхностный слой детали - это слой, у которого структура, фазовый и химический состав отличаются от основного материала, из которого сделана деталь.

Рис.1.1. Схема поверхностного слоя детали.

В поверхностном слое можно выделить следующие основные зоны (рис.1.1):

1. зона адсорбированных из окружающей среды молекул и атомов органических и неорганических веществ. Толщина слоя 1 0,001 мкм.

2. зона продуктов химического взаимодействия металла с окружающей средой ( обычно оксидов). Толщина слоя 10 1 мкм.

3. граничная зона толщиной несколько межатомных расстояний, имеющая иную, чем в объеме, кристаллическую и электронную структуру.

4. зона с измененными по сравнению с основным металлом 5 структурой, фазовым и химическим составом, который возникает при изготовлении детали и изменяется в процессе эксплуатации.

Толщина и состояние указанных слоев поверхностного слоя могут изменяться в зависимости от состава материала, метода обработки, условий эксплуатации. Оценка этого состояния осуществляется методами химического, физического и механического анализа. Многообразие параметров состояния поверхностного слоя и методов их оценки не позволяет выделить единственный параметр, определяющий качество поверхностного слоя. Поэтому в научной и инженерной практике состояние поверхностного слоя оценивается набором единичных или комплексных, с той или иной стороны оценивающих качество поверхностного слоя.

Укрупнено эти параметры характеризуют:

· геометрические параметры неровностей поверхности;

· физическое состояние;

· химический состав;

· механическое состояние.

Геометрические параметры неровностей поверхностиоцениваются параметрами шероховатости, регулярных микрорельефов, волнистости.

Шероховатость поверхности– это совокупность неровностей с относительно малыми шагами. Примерное отношение высоты неровностей к шагу менее 50.

Волнистость поверхности- это совокупность неровностей, имеющих шаг больший, чем базовая длина, используемая для измерения шероховатости. Отношение высоты к шагу более 50 и менее 1000.

Волнистость в России не стандартизирована, то для ее оценки используют параметры шероховатости.

Регулярные микрорельефы– это неровности, которые в отличие от шероховатости и волнистости, одинаковы по форме, размерам и взаиморасположению.

Регулярный микрорельеф получают обработкой резанием или поверхностным пластическим деформированием роликами, шариками, алмазами.

Физическое состояние поверхностного слоя деталей в технологии упрочнения наиболее часто характеризует параметрами структуры и фазового состава.

Структура- это характеристика металла, зависящая от методов изучения его строения. Выделяют следующие типы структур:

· кристаллическая структура;

· субструктура;

· микроструктура;

· макроструктура.

Кристаллическая структура

Металлы представляют собой кристаллы с трехмерной периодичностью. Основой кристаллической структуры является трехмерная решетка, в пространстве которой располагаются атомы. В зависимости от характера расположения атомов в кристаллической решетке структуры чистых металлов разделяются на ряд типов ( рис.1.2).

Субструктура

В реальном металле кристаллическая структура множество дефектов, которые в значительной от степени определяют его свойства. Совокупность дефектов решетки и их пространственное распределение в кристалле называется субструктурой. Здесь кристаллы могут образовывать более крупные фрагменты – кристаллиты, блоки, зерна, фрагменты, полигоны.

Размер субмикрозерна: 10 10 см

а- простая кубическая; б- объемно центрированная кубическая; в- гранецентрированная кубическая; г- гексагонально-плотноупакованная.

Рис.1.2. Типы кристаллической структуры:

Микроструктура- это структура, определяемая с помощью металлографических микроскопов. Этот анализ позволяет определить наличие, количество и форму структурных составляющих сплава.

Размер субзерна: 10 10 см.

Макроструктура- это структура, которая определяется невооруженным глазом или при небольших увеличениях. С помощью макроанализа можно определить трещины, неметаллические включения, примеси и др.

Размер зерна: 10 10 см.

Физическое состояние характеризуется числом и концентрацией фаз, распределением фаз по поверхностному слою, объемом сплава и др.

Исследование физического состояния осуществляется экспериментальными методами физики твердого тела: дифракционными и микроскопическими.

Химический состав характеризуется элементным составом сплава и фаз, концентрацией элементов в объеме фаз, в объеме сплава и др.

Исследования химического состава поверхностного слоя позволяют оценить адсорбцию из окружающей среды молекул и атомов органических и неорганических веществ, диффузионные процессы, процессы окисления и другие, происходящие при обработке металлов.

Механическое состояние металла определяется параметрами:

· сопротивления деформированию: предел упругости, предел пропорциональности, предел текучести, предел прочности, твердость и др.;

· пластичности: относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость и другие, устанавливаемые специальными испытаниями образцов.

Например в процессе пластической деформации, которая всегда сопровождает механическую обработку, все характеристики механического состояния поверхностного слоя изменяются: показатели сопротивления деформированию увеличиваются, а показатели пластичности уменьшаются. Это явление называют деформационным упрочнением.

В инженерной практике деформационное упрочнение поверхностного слоя определяют измерением твердости Н или микротвердости. Для этого твердость определяют на поверхности металла и внутри металла (при помощи послойного травления). В результате устанавливают толщину упрочненного слоя hH и степень деформационного упрочнения :

,

где: Нобр и Ниск - соответственно твердость (микротвердость) металла после и до обработки.

Глубина упрочненного слоя определяется следующим образом (рис. 1.3):

Рис.1.3. Эпюра распределения твердости в поверхностном слое после упрочнения.

Важной характеристикой состояния поверхностного слоя являются остаточныенапряжения.

Остаточные напряжения- это упругие напряжения, которые остались в детали после обработки. В зависимости от объема тела, в которых рассчитывают остаточные напряжения, они условно подразделяются на:

· остаточные напряжения первого рода, уравновешенные в макрообъемах тела;

· остаточные напряжения второго рода, уравновешенные в пределах размера зерен;

· остаточные напряжения третьего рода, уравновешенные в пределах нескольких межатомных расстояний.

В зависимости от характера и интенсивности физико- механических процессов, происходящих при обработке, остаточные напряжении могут иметь различный знак: + или - .

+ - растягивание;

- - сжимание.

Условие равновесия требует, чтобы в объеме детали сумма проекций всех сил была равна нулю. Поэтому в детали есть область со сжимающими и растягивающими остаточными напряжениями.

В инженерной практике остаточные напряжения первого рода принято представлять в виде проекции на оси заданной системы координат. Например, для тела вращения используют понятия осевых , окружных (тангенциальных) и радиальных остаточных напряжений.

Обобщенно можно сказать, сто остаточные напряжения первого рода есть результат неравномерных пластических деформаций различных слоев детали. Пример – искривление детали в ту или иную сторону.

Остаточные напряжении оказывают существенное влияние на прочность и долговечность деталей машин и конструкций: остаточные сжимающие напряжения ( - ), возникающие в поверхностном слое, повышают циклическую прочность деталей, т.к. они разгружают поверхностные слой от напряжений, вызванных нагрузками и, наоборот, растягивающие остаточные напряжения (+) уменьшают прочность деталей вследствие повышения напряженности поверхностного слоя.

Контрольные задания

Задание 1.1

Что определяет поверхностный слой детали?

Задание 1.2

Что понимается под микроструктурой?

Задание 1.3

Чем характеризуется физическое состояние металла?

 

Лекция 2

 

2. Понятия о дислокациях

2.1 Структурные несовершенства в реальных кристаллах

В соответствии с современными взглядами на строение металла, существенное различие теоретической и физической прочности объясняется наличием структурных несовершенств (дефектов) кристаллов.

Структурные дефекты оказывают существенное влияние на упрочнение и разрушение металла при обработке.

Структурные несовершенства в кристаллах возникают в результате кристаллизации металла, термической обработки, пластической деформации и др.

Структурные несовершенства (дефекты) кристалла по геометрическому признаку подразделяются на 4 группы:

· точечные;

· линейные;

· поверхностные (плоские );

· объемные.

Точечные дефекты по своим размерам сопоставимы с размерами атома. В чистых кристаллах возможны два типа точечных дефектов (рис.2.1):

· вакансии;

· межузельное атомы.

а- дислоцированный атом А и вакансии В.

Рис.2.1. Точечные дефекты в плоскости простой кубической решетки:

Вакансии образуются при удалении атома из узла решетки, а межузельный атомпри введении атома в межузельное пространство.

Образование вакансий и межузельных атомов связано с тем, что колеблющиеся около положения равновесия атомы могут под влиянием привнесенной извне энергии выходить из положения равновесия, образуя после себя в узле кристаллической решетки пустоту ( вакансию) и, соответственно, межузельный атом. Множество вакансий и межузельных атомов может быть увеличено резким охлаждением металла, пластичной деформацией, облучением высокоэнергетическими лучами, магнитным полем и др.

Например, количество точечных дефектов в кристаллах при пластической деформации можно определить по зависимости:

,

где: n- предельное число равновесных точных дефектов; N- общее число атомов; - деформация в %.

В качестве точечных дефектов чистых металлов можно также рассматривать примесные атомы замещения и внедрения (рис.2.2).

б- примесные атомы внедрения и замещения.

Рис.2.2. Точечные дефекты в плоскости простой кубической решетки:

Все точечные дефекты образуют локальные искажения кристаллической решетки, повышая тем самым энергию, зависящую от размера введенных атомов и расстояние между ними.

Линейные дефекты кристаллической решетки имеют размеры, близкие к атомным, в двух измерениях, и значительную протяженность в третьем. К этому виду дефектов относятся дислокации, простейшими из которых являются краевые и винтовые.

Рис.2.3. модель положительной краевой дислокации.

На рис.2.3 показана модель краевой дислокации на примере простого кубического кристалла. Она образуется путем внедрения в кристалл лишней плоскости атомов ABCD, называемой экстраплоскостью. Граница экстраплоскости- линия CD- является краевой дислокацией. Экстраплоскость действует как клин, создавая сильное искажение кристаллической решетки, особенно в окрестности атомов, расположенных на линии дислокации CD.

Если экстраплоскость расположена сверху дислокации, то дислокацию называют положительной и обозначают знаком . Дислокация является отрицательной, если экстраплоскость расположена под ней. В этом случае она обозначается знаком Т.

Винтовая дислокация (рис.2.4)образуется при смещении части кристалла, разделенного плоскостью ABCD, относительно другой в направлении АВ. Линия DC есть винтовая дислокация. В зависимости от направления движения дислокации бывают правого и левого вращения.

Рис.2.4. Модель винтовой дислокации.

К линейным относят смешанные дислокации, в которых содержаться части в виде краевой и винтовой дислокации.

Поверхностные дислокации – это дефекты, имеющие значительную протяженность в двух направлениях. К ним относятся границы между субзернами, зернами, межфазные границы, дефекты упаковки кристаллической решетки, скопление дислокаций в одной плоскости и др.

Объемные дефекты имеют протяженность во всех трех измерениях. К этим дефектам относится совокупность точечных, линейных и поверхностных дефектов, которые приводят к искажению кристаллической решетки в больших объемах кристалла.

Кроме того, к объемным дефектам относят наличие фаз, дисперсных выделений, различных включений, а также неравномерность распределения напряжений и деформаций в макрообъемах.

Наличие дефектов кристаллической решетки вызывает ее искажение. Мерой искаженности решетки является вектор Бюргерса, характеризующий энергию дислокации и силы, действующие на нее. Это отрезок, замыкающий контур Бюргерса. Понятие о векторе и контуре Бюргерса дает рисунок 2.5

Рис.2.5. Контур Бюргерса, включающий дислокации (а); тот же контур в совершенном кристалле (б).

Вектор, который необходимо ввести в совершенный кристалл для того, чтобы замкнуть контур Бюргерса ( на рис.б- это отрезок MQ ), и есть вектор Бюргерса.

Различают единичные, частичные и супердислокации, вектор Бюргерса которых соответственно равен межатомному расстоянию, меньше или больше его. В реальном кристалле, как правило, присутствуют все виды дислокаций.

Плотность дислокаций- - это суммарная длина всех дислокационных линий, отнесенная к объему V.

, см .

2.2 Образование и размножений дислокаций

Дислокации возникают при кристаллизации или охлаждении кристаллов после исчезновения жидкой фазы.

В теории дислокации рассматриваются множественные механизмы возникновения дислокаций. Все они сводятся к возникновению локальных участков концентрации напряжений на границе твердых и жидких фаз. Эта концентрация возникает в результате термических градиентов, изменения состава и структуры кристалла, наличие примесей, вакансий, различных случайностей рода кристаллов, размножение зародившихся на первых этапах кристаллизации дислокаций и др.

В поликристаллических телах (металлах) кристаллы (зерна) отличаются пространственной ориентацией. Внутри зерен существуют субзерна, в которых имеются блоки, разориентированные относительно друг от друга на угол менее 10 . Границы зерен и блоков являются источниками зарождения дислокаций.

Рис.2.6. Схема малоугловой границы.

На рис.2.6 показана малоугловая граница блоков. Решетки блоков упруго сопрягаются во всех областях, кроме тех, в которых находятся дислокации. Расстояние между дислокациями в границе определяется:

,

где: b - вектор Бюргерса; - угол разориентирования зерен.

Возникновение дислокаций приводит к возникновению дефектов упаковки, т.е. нарушению чередования слоев кристаллической решетки.

Дислокации, возникшие при кристаллизации, имеют свойства размножаться или исчезать при пластической деформации, термообработки или других видах энергетического воздействия. Одна из моделей размножения дислокаций при пластической деформации, предложенная Франком и Ридом, представлена на рис.2.7.

Имеем отрезок дислокации АВ=L (а), закрепленный на концах. На этот отрезок действует нормальная сила . Под действием возрастающего напряжения линейная дислокация ведет себя как упругая нить - она выгибается. Из условия равновесия напряжении, препятствующее этому изгибу, определяется

;

где: G- модуль сдвига; b- вектор Бюргерса; R- радиус кривизны.

Рис.2.7. Схема действия источника Франка- Рида.

Максимальное значение этого напряжения соответствует R=L/2 (рис.б).

Последующее увеличение длины будет идти при напряжениях, меньших .

Дальнейший цикл размножения дислокаций ясен из рис.2.7.в, г. Цикл завершается образованием замкнутой петли дислокации, а участок АВ подготавливается для генерации новой петли.

Пластическая деформация и термическая обработка приводят к увеличению плотности дислокаций.

Пример.

Монокристалл- 10 …10 см

Отожженный монокристалл- 10 …10 см

Отожженный поликристалл- 10 …10 см

Металлы после холодного пластического деформирования- 10 …10 см

Контрольные задания

Задание 2.1

Как по геометрическому признаку подразделяются структурные несовершенства?

Задание 2.2

Что такое поверхностная дислокация?

Задание 2.3

Как определить количество точечных дефектов?

 

 

Лекция 3

 

3. Механизм изнашивания деталей, пар трения и рабочих органов

3.1. Основные понятия

Пара трения- совокупность двух подвижно сопрягающихся поверхностей деталей в реальных условиях службы или испытаний: Пара трения образуется соприкасающимися поверхностями деталей, входящих в машинный узел

Износ- изменение размеров и формы детали в результате изнашивания. Износ выражают в единицах длины, объема или массы.

Интенсивность изнашивания- отношение износа детали к пути трения или объему выполненной работы.

Скорость изнашивания- отношение износа детали к времени, в течение которого происходило изнашивание.

Износостойкость- величина, обратная интенсивности или скорости изнашивания.

Взаимодействие поверхностей может быть механическим или молекулярным.

Механическое взаимодействие выражается во взаимном внедрении и зацеплении неровностей поверхностей в совокупности с их соударением в случае скольжения грубых поверхностей.

Молекулярное взаимодействие проявляется в виде адгезии и схватывания.

Адгезия же только обуславливает необходимость приложения касательной силы для относительного сдвига поверхностей, но и может привести к вырывам материала.

Схватывание свойственно только металлическим поверхностям и отличается от адгезии более прочными связями.

Молекулярное взаимодействие обязательно при разрушении масляной пленки.

Изменения на поверхностях трения обязаны деформации, повышению температуры и химическому действию окружающей среды.

Изменения, вызванные деформацией, заключаются в следующем.

1. Многократные упругие деформации из-за несовершенства структуры материала приводят в определенных условиях к усталостному выкрашиванию поверхностей качения, а многократные упругие деформации микронеровностей поверхностей скольжения разрыхляют структуру.

2. Пластическое деформирование изменяет структуру материала поверхностного слоя. Пластическое деформирование твердых тел складывается из четырех наиболее важных элементарных процессов: скольжения по кристаллографическим плоскостям (скольжение в отдельных зернах поликристаллического тела происходит обычно по нескольким плоскостям, число которых возрастает с повышением напряжения); двойникования кристаллов; отклонения атомов от правильного расположения в решетке и их тепловое движение; разрушения структуры.

Разрушение структуры — это заключительный этап пластической деформации по мере увеличения силового воздействия при однократном нагружении. Смещение кристаллических зерен сопровождается частичным нарушением сцепления, в результате при возрастании напряжения или многократном их повторении происходит ослабление, разрыхление, а в дальнейшем и разрыв структуры.

3. Пластическая деформация при температуре ниже температуры рекристаллизации приводит к наклепу поверхностного слоя - его упрочнению. Однако у самой поверхности структура несколько ослаблена, микротвердость понижена. Микротвердость достигает максимума на некоторой глубине, далее уменьшаясь до исходной.

4. При сильно отличающихся по твердости структурных составляющих материала и многократном воздействии нагрузки происходит вначале интенсивное изнашивание мягкой основы, вследствие этого повышается давление на выступающие твердые составляющие, они вдавливаются в мягкую основу, некоторые из них дробятся и перемещаются дополнительно под действием сил трения. В результате такого избирательного изнашивания поверхность обогащается твердыми структурными составляющими и приобретает строчечную структуру.

Влияние повышения температуры.

1. Если по условиям службы или в результате трения температура поверхностных слоев выше температуры рекристаллизации металла, то поверхностный слой не наклепывается, а пребывает в состоянии повышенной пластичности, размягчения — происходит выглаживание поверхности за счет растекания всего металла или только одной составляющей сплава.

2. Высокая температура и пластическая деформация способствуют диффузионным процессам; в итоге возможно обогащение поверхности некоторыми элементами (например, поверхности стали углеродом), коагуляция отдельных структурных составляющих, взаимное диффузионное растворение материалов деталей пар трения.

3. При интенсивном локальном повышении температуры (температурной вспышке) и последующем резком охлаждении поверхности окружающей холодной массой металла на поверхности могут образоваться закалочные структуры. Этому способствует высокое давление (от нагрузки), снижающее температуру, при которой происходят структурные превращения.

4. Пластическая деформация, возможные высокие температурные градиенты и структурные превращения, каждое в отдельности и совместно вызывают напряжения в материале, которые могут влиять на его разрыхление.

Химическое действие среды заключается в следующем.

1. В среде воздуха на обнаженных при изнашивании чистых металлических поверхностях образуются окисные пленки в результате действия кислорода газовой фазы или содержащегося в масле и его перекисях. Окисные пленки предохраняют поверхности от схватывания и связанного с ним глубинного вырывания и являются важным фактором не только при трении без смазочного материала и граничной смазке, но и при полужидкостной смазке. Опыты в вакууме, в среде азота, аргона и гелия при трении без смазочного материала и при граничной смазке, когда образование окисных пленок исключалось (могло быть только за счет кислорода в масле), показали весьма высокую интенсивность изнашивания поверхностей трения.

2. Металлические поверхности, взаимодействуя с химически активными присадками в масле, покрываются пленками химических соединений, роль которых аналогична роли окисных пленок. Пленки эффективно защищают поверхность от изнашивания, если скорость их образования превышает скорость изнашивания.

3. Возможно насыщение поверхности углеродом в результате разложения смазочного материала при высокой температуре.

4. Агрессивные жидкости и газовые среды активизируют изнашивание.

Разрушение поверхностей трения, обнаруживаемое визуально или под микроскопом, происходит в виде отдельных элементарных процессов, сочетание которых зависит от материалов и условий трения. Элементарные виды разрушения поверхностей трения следующие.

Микрорезание.При внедрении на достаточную глубину твердая частица абразива "или продукта износа может произвести микро-резание материала с образованием микростружки. Микрорезание при трении и изнашивании проявляется редко, так как глубина внедрения недостаточна для резания при назначаемых нагрузках.

Царапание (пластическое оттеснение). Вдавившийся участок поверхности или частица при скольжении оттесняет перед собой и в стороны и подминает под себя материал, оставляя царапину. Последняя обрывается при выходе внедрившегося элемента из зоны фактического контакта, при раздроблении частицы, ее впрессовывании или уносе за пределы области трения. Повторное царапание по одной трассе с одной и той же интенсивностью в парах трения бывает редко, чаще происходит царапание, при котором зона пластического оттеснения перекрывает ранее образовавшуюся царапину. Поверхность трения покрывается царапинами, расположенными почти параллельно пути скольжения, а между царапинами располагается материал, претерпевший многократную пластическую деформацию, наклепанный и перенаклепанный, т. е. исчерпавший способность пластически деформироваться. При нагружении в таком участке легко образуются трещины, с развитием которых материал отделяется от основы.

Очевидно не только скользящие, но и перекатывающиеся частицы могут оставить на поверхности царапины. Внедрившаяся частица, упираясь при своем движении в твердую составляющую материала, может отклониться в сторону, и поэтому направление царапины на поверхности не следует строго направлению перемещения детали.

Отслаивание. Материал при пластическом течении может оттесняться в сторону от поверхности трения и после исчерпания способности к дальнейшему течению отслаиваться. В процессе течения материал наплывает на окисные пленки и теряет связь с основой. Если при линейном и точечном контакте тел напряжения по глубине слоя больше сопротивления усталости материала, то при работе образуются трещины, приводящие к чешуйчатому отделению материала. Такое явление встречается на закаленных или цементованных деталях. Дефекты металла в виде шлаковых включений, свободного цементита и т. п. и значительные растягивающие остаточные напряжения способствуют отслаиванию.

Выкрашивание — это распространенный вид повреждения рабочих поверхностей деталей в условиях качения. Для выкрашивания характерна произвольная форма язвинок с рваными краями. Могут выкрашиваться: твердые структурные составляющие сплава после того, как износится его мягкая основа; частицы белого слоя; островки основной массы серого чугуна, окаймленные графитовыми включениями; частицы антифрикционного металлического слоя при усталостных повреждениях; твердые окисные пленки (на железоуглеродистых и алюминиевых сплавах); частицы металлизационного покрытия и др.

Выкрашиванию способствуют высокие растягивающие остаточные напряжения в поверхностном слое после обработки, трещины после цементации, закалки или старения, а также значительные термические напряжения, возникающие при трении или вследствие неудовлетворительной смазки.

Непосредственно выкрашиванию предшествует образование и развитие трещин, ограничивающих единичные малые объемы от остального материала. Таким образом, трещинообразование является составной частью процесса выкрашивания, а также отслаивания. Трещинообразование из-за термических напряжений может охватить значительную площадь и на определенной стадии развития трещин может даже служить браковочным признаком, поэтому оно должно рассматриваться как особый вид повреждения поверхностей трения.

Глубинное вырывание возникает при относительном движении сцепившихся тел, когда образовавшийся вследствие молекулярного взаимодействия спай прочнее одного или обоих материалов. Разрушение происходит в глубине одного из тел. Поверхности разрушения у пластичных материалов представляют собой выступающие вытянутые по направлению движения гребни и суживающиеся в глубь материала конусы. Прилегающие к местам вырывов участки пластически деформируются в большей или меньшей степени. Вырванный материал остается на сопряженной поверхности. Это одна из причин переноса материала при трении. Может наблюдаться процесс схватывания отдельных составляющих сплава, остальные составляющие уносятся в смазочный материал или уходят из зоны трения.

При изнашивании разрушение поверхностей может происходить в субмикроскопических масштабах, когда вместе со смазочным материалом или воздухом уносятся обломки кристаллических образований. Продукты износа могут быть от размеров неразличимых пылинок до нескольких миллиметров; чистые поверхности в процессе образования окисляются, сами продукты износа в дальнейшем дробятся, слипаются, прилипают и впрессовываются в сопряженные поверхности. Продукты износа участвуют в процессе изнашивания в качестве промежуточной среды между поверхностями трения. Взаимное внедрение, глубинное вырывание, адгезия, заклинивание и впрессовывание продуктов износа предопределяют перенос материала с одной поверхности трения на другую.

Перенос материала с одной поверхности на другую свойствен всем видам трения, кроме трения при жидкостной смазке, и обнаруживается при таких технологических операциях, как резание, клепка и сборка болтовых соединений: металл переносится с пневматического молотка на заклепки, с ключа на гайки, с резца на металл. Перенос материала происходит отдельными частицами, средний размер которых имеет вполне определенную величину для данных условий трения. Трение без смазочного материала по сравнению с трением при граничной смазке может снизить перенос в 20 000 раз и более, главным образом за счет уменьшения среднего размера частиц. Перенос материала на металлическую поверхность может играть роль стимулятора коррозии металлической поверхности.

Перенос материала не характеризует износ поверхностей трения. Перенесенная частица может многократно переходить с одной поверхности трения на другую и обратно. Износ будет в том случае, если перенесенная частица уйдет из зоны трения. Это связано с процессами прямого и обратного переносов и зависит от конечного механизма отрыва перенесенной частицы, в частности, от ее окисления или же от возникновения неблагоприятных напряжений на границе раздела между частицей и подложкой.

3.2. Физические основы разрушения металлов

Разрушение металлов и сплавов происходит путем образования и развития трещин. Оно осуществляется в несколько этапов:

· зарождение субмикротрещины (зарождение трещины);

· слияние их в микроструктуру;

· слияние их в макроструктуру;

· рост макротрещины и разделение металла на составные части.

Теория дислокаций объясняет механизм зарождения субмикротрещин, базируясь на нескольких моделях.

Модель Зинера, Мота и Стро:

Рис.3.1. Модель Зинера, Мотта и Стро.

Согласно этой модели перед различными препятствиями (дислокационные стенки, границы двойников, субзерен, зерен, межфазные границы, инородные включения и т.д.) возникает сильное скопление дислокаций, а следовательно концентрация напряжений, что приводит к образованию трещин, причем под углом 0-700 к плоскости скольжения.

Модель Котрелла:

Рис.3.2. Модель Котрелла.

Этот механизм объясняет возникновение трещин слиянием с образованием раскладывающейся дислокации.

Модель разрыва дислокационной стенки:

Рис.3.3. Модель разрыва дислокационной стенки.

При наличие в кристалле малоугловых границ с большой ориентировкой возможно образование микротрещин за счет сдвига вдоль дислокационной стенки. В основу этих механизмов положено представление о концентрации напряжений, создаваемых дислокациями. При межзеренной деформации возможно образование трещины на границах, перемещающихся

Рис.3.4. Схема возникновения трещины при встрече двух двойников

Рис.3.5. Схема торможения одного двойника другим.

относительно друг от друга. Субмикротрещины имеют размер порядка 10 мкм. Их рост происходит путем объединения с другими трещинами или взаимодействия с вакансиями и скоплениями дислокаций до образования микротрещины порядка 1 мкм.

Дальнейшее поведение трещин зависит от того, по какому механизму (хрупкому или вязкому) будет происходить ее рост.

Хрупкое разрушение представляет собой разрыв среды с незначительной предшествующей пластической деформацией. Оно требует мало энергии и распространяется с большой скоростью за счет саморазвивающейся трещины перпендикулярно направлению действия напряжения растяжения. Распространение трещины продолжается до тех пор, пока местные напряжения, возникающие на фронте трещины, не окажутся ниже предела прочности .

Вязкое разрушение сопровождается значительной пластической деформацией и распространяется в направлении наибольших касательных напряжений. Для вязкого разрушения требуются значительные затраты энергии.

Хрупкое разрушение чаще всего происходит по кристаллографическим плоскостям внутри зерна. Такое разрушение называется транскристаллитным или внутризеренным. Однако при низких температурах и наличии на границах зерен дисперсных фаз и примесей металлы и сплавы могут разрушаться и по границам зерен - так называемое инкристаллитное (межз¨ренное) разрушение.

Хрупкое разрушение наблюдается у металлов и сплавов с ОЦК решеткой и проявляется особенно заметно в присутствии примесей, образующих твердые растворы внелрения.

Вязкое разрушение сопровождается значительной пластической деформацией и распространяется в направлении наибольших касательных напряжений. Для вязкого разрушения требуются значительные затраты энергии.

Вязкое разрушение происходит в несколько этапов. На первом этапе в металле возникают поры, которые соединяются друг с другом с образованием трещины. Второй этап - рост трещины. На третьем этапе происходит отделение частей металла по плоскостям, расположенным под углом, близким к 450 к оси растяжения.

Одни и те же металлы могут разрушаться и хрупко, и вязко в зависимости от условий, среди которых основными являются скорость деформации, температура и структурное состояние

Хрупкое разрушение возникает при низких температурах и резком приложении нагрузки. Вязкое разрушение связано с высокими температурами и малыми скоростями нагружения. Температура перехода от вязкого к хрупкому разрушению не является постоянной для данного металла. Она зависит от чистоты металла, величины зерна, режимов термообработки.

Контрольные задания

Задание 3.1

Что такое разрушение структуры?

Задание 3.2.

Дайте понятие микрорезания.

Задание 3.3

Этапы разрушения металла путем образования и развития трещин.

 

 

Лекция 4

 

4. Основные виды изнашивания

4.1. Классификация узлов трения

Для определения условий изнашивания деталей, работающих в узлах трения, с целью обоснованного применения отделочно-упрочняющей обработки для повышения износостойкости поверхностей требуется использование классификации узлов трения, учитывающей влияние параметров качества поверхностного слоя, образующегося в процессе изготовления деталей.

Рис.4.1. Классификация видов изнашивания.

4.2. Водородное изнашивание

4.2.1. Сущность и определение водородного изнашивания

Водородное изнашивание зависит от концентрации водорода в поверхностных слоях трущихся деталей. Он выделяется из материалов пары трения или из окружающей среды (смазочного материала, топлива, воды и др.) и ускоряет изнашивание. Водородное изнашивание обусловлено следующими процессами, происходящими в зоне трения:

· интенсивным выделением водорода при трении в результате трибодеструкции водородсодержащих материалов, создающей источник непрерывного поступления водорода в поверхностный слой стали или чугуна;

· адсорбцией водорода на поверхностях трения;

· диффузией водорода в деформируемый слой стали, скорость которой определяется градиентами температур и напряжений, что создает эффект накопления водорода в процессе трения;

· особым видом разрушения поверхности, связанного с одновременным развитием большого числа зародышей трещин по всей зоне деформирования и эффектом накопления водорода.

Сущность водородного изнашивания в том, что при трении двух тел максимальная температура образуется не на поверхности тел, а на некоторой глубине. Это создает условия при которых водород под действием температуры диффундирует вглубь поверхности, там концентрируется и вызывает охрупчивание поверхностных слоев, а следовательно, усиливает изнашивание.

Область проявления водородного изнашивания весьма обширна. Практически все трущиеся поверхности стальных и чугунных деталей содержат повышенное количество водорода и, следовательно, подвержены повышенному изнашиванию. Наличие в воздухе паров воды создает благоприятные условия для водородного изнашивания. водородное изнашивание может быть вызвано не только водородом, который образуется при трении, но и водородом, который может образоваться при различных технологических процессах. При выплавке чугуна в доменном процессе из влаги дутья образуется водород, который и попадает в металл При термической обработке, например в результате азотирования (при диссоциации аммиака), выделяющийся водород диффундирует в сталь и т.д.

4.2.2 Водородное охрупчивание

Влияет на прочность. Различают несколько видов охрупчивания, которые делятся на две группы:

· охрупчивание первого рода, обусловленное источниками, которые имеются в исходном металле вследствие повышенного содержания водорода.

· охрупчивание второго рода, обусловленное источниками, которые развиваются в металле с повышенным содержанием водорода в процессе пластической деформации.

Охрупчивание первого рода является обратным и усиливается с повышением скорости деформации.

Охрупчивание второго рода развивается при малых скоростях деформации и может быть как обратимым, так и необратимым.

Теории водородного охрупчивания можно разделить на четыре группы.

1. Теория давления молекулярного водорода, согласно которой охрупчивание есть результат давления молекулярного водорода в макро- и микропустотах, а также в трещинах внутри металла. Давление возникает в результате молизации атомарного водорода.

2. Адсорбционные гипотезы, объясняющие снижение разрушающего напряжения вследствие уменьшения поверхностной энергии внутри трещин при адсорбции водорода (водород действует как поверхностно-активное вещество).

3. Теория взаимодействия водорода с решеткой металла; водород является разновидностью дефекта, понижающего прочность когезионной металлической связи.

4. Теории, основанные на взаимодействии водорода с дисклокациями; водород производит блокирующее действие на дислокации.

Для защиты металлов от воздействия водорода рекомендуются методы:

· введение в сталь сильных карбидообразующих элементов ( хром, молибден, ванадий, ниобий и титан) для стабилизации карбидной составляющей и предупреждения обезуглероживания стали.

· футеровка стали металлами, имеющими более низкую водородопроницаемость ( например медь, алюминий и др.)

· уменьшить содержание в сталях соединений серы, сурьмы, селена и др., которые способствуют проникновению в металл водорода.

4.2.3 Отличия водородного изнашивания от водородного охрупчивания

Водородное изнашивание не имеет общих черт с водородным охрупчиванием стали ни по интенсивности и характеру распределения водорода в стали, ни по характеру разрушения. Водородное изнашивание связано только с процессом трения и обусловлено трением: трение создает условия для диффундирования водорода из смазочного материала на некоторую глубину от поверхности трения, где располагается максимум температуры при трении. Там образуются множественные трещины, которые сливаясь разрушают металл.

4.2.4 Методы уменьшения и предупреждения водородного изнашивания

1. При выборе материалов для узлов трения необходимо учитывать степень их наводороживания и охрупчивания. Введение в сталь меди, хрома, ванадия, титана снижает проникновения в нее водорода.

Холоднодеформированная сталь может поглотить в 1000 раз больше водорода, чем отожженная.

Водородная хрупкость проявляется в основном в сталях ферритного класса. В закаленных и слабоотпущенных сталях хрупкое разрушение может быть даже при ничтожно малом количестве водорода.

Необходимо, где возможно, исключать из узлов трения полимеры, способные к быстрому разложению и выделению водорода.

2. В смазывающие жидкости полезно вводить ингибиторы проникновения водорода (кремний и органические соединения, содержащие несколько атомов хлора). Механизм их действия: при электролизе ионы водорода разряжаются на внешней поверхности ионов- в результате нарушается непосредственный контакт ионов водорода с поверхностью катода.

3. Водородное изнашивание можно снизить удалением из зоны контакта веществ, способствующих проникновению водорода: селен, сурьму и др.

4.3 Абразивное изнашивание

Абразивным материалом именуют минерал естественного или искусственного происхождения, зерна которого имеют достаточную твердость и обладают способностью резания (скобления, царапания).

Абразивным изнашиванием называют разрушение поверхности детали в результате ее взаимодействия с твердыми частицами при наличии относительной скорости. В роли таких частиц выступают:

· неподвижно закрепленные твердые зерна, входящие в контакт по касательной либо под небольшим углом атакик поверхности детали (например, шаржирование посторонними твердыми частицами мягких антифрикционных материалов);

· незакрепленные частицы, входящие в контакт с поверхностью детали (например, насыпные грузы при их транспортировании соответствующими устройствами, абразивные частицы в почве при работе почвообрабатывающих машин и т. д.);

· свободные частицы, пребывающие в зазоре сопряженных деталей;

· свободные абразивные частицы, вовлекаемые в поток жидкостью или газом.

Абразивному изнашиванию подвергаются детали сельскохозяйственных, дорожно-строительных, горных, транспортных машин и транспортирующих устройств, узлы металлургического оборудования, металлорежущих станков, шасси самолетов, рабочие колеса и направляющие аппараты гидравлических турбин, лопатки газовых турбин, трубы водяных экономайзеров и паровых котлов, лопасти дымососов, трубы и насосы земснарядов, бурильное оборудование нефтяной и газовой промышленности, подшипники валов гребных колес, подшипники гребных валов судов при плавании на мелководье и т. п.

На процесс абразивного изнашивания может влиять:

· природа абразивных частиц;

· агрессивность среды;

· свойства изнашиваемых поверхностей;

· ударное взаимодействие;

· нагрев и другие факторы.

Изнашивание твердыми зернами- при контакте абразивные частицы (зерна), оставаясь целыми или разрушаясь упруго деформируют металл. При этом зерна могут вдавливаться в металл, повернуться или даже выйти из контакта, оставив полосу.

Изнашивание при ударе абразивных частиц - этот процесс называют ударно- абразивным изнашиванием. На него влияет природа и геометрическая форма, твердость, хрупкость абразивных частиц, толщина слоя абразива, энергия удара, твердость испытуемого материала, наличие жидкости в зоне удара и т.д. Поле ударно- абразивного износа на поверхности остаются лунки.

Изнашивание в зонах пары трения.Попавшие в зазоры пар трения абразивные частицы участвуют в восприятии приложенной нагрузки и могут в зависимости от условий впрессовываться в поверхности трения, раздавливаться на более мелкие фракции, скользить или перекатываться вдоль поверхности изнашивания, упруго и пластически деформируя ее.

Изнашивание в потоке газа или жидкости.Здесь контакт с деталью может протекать под разными углами атаки жидкости или газа. Износ зависит от массы частиц, скорости их падения, свойств абразива, физико-механических свойств металла. При этом на поверхности детали может возникнуть либо упругая деформация, либо пластическая деформация, хрупкое разрушение, перенаклеп с отделением металла в виде чешуек.

4.4 Окислительное изнашивание

Происходит в том случае, когда на соприкасающихся поверхностях образуются пленки окислов, которые в процессе трения разрушаются и вновь образуются; продукты износа состоят из окислов. Здесь нет агрессивной среды, процесс изнашивания протекает при нормальных и повышенных температурах при трении без смазочного материала.

Для окислительного изнашивания необходимо, чтобы промежуток времени между последовательными разрушениями пленки был достаточен для образования пленки относительно большой толщины.

Окислительному изнашиванию калибры, детали шарнирно-болтовых соединений тяг и подвесных устройств машин, работающих без смазочного материала; колеса фрикционных передач и т.д.

Повышение температуры способствует росту окислительных пленок, а вибрация- разрушению.

4.5 Изнашивание вследствие пластической деформации

Этот вид изнашивания (смятия) заключается в изменении размеров или формы детали в результате пластической деформации ее микрообъемов.

Смятие является характерным видом шпоночных пазов и шпонок, шлицевых соединений, штифтов и упоров, резьбовых соединений и др.

Смятие характерно для деталей, входящих в контакт с ударом.

В тихоходных зубчатых передачах с колесами невысокой твердости возникают значительные пластические деформации с образованием канавок у ведущих зубьев.

Пластической деформации также подвергаются рельсы, колеса подвижного состава железных дорог.

Вмятины и углубления могут появиться на подшипниках качения за счет попадание сторонних частиц.

На подшипниках скольжения появляются повреждения из-за выдавливания баббитового слоя из зоны контакта.

4.6 Изнашивание вследствие диспергирования

Многие детали трения не имеют на рабочих поверхностях следов схватывания и заметных царапин; они работают при достаточно хорошем смазывании и умеренных температурах. В тонких поверхностных слоях таких деталей не происходит каких-либо химических и структурных изменений. При этих условиях разрушение поверхностного слоя происходит в результате диспергирования (измельчения) отдельных участков контакта. Интенсивность этого вида изнашивания невысока.

4.7 Изнашивание в результате выкрашивания вновь образуемых структур

При тяжелых условиях работы на поверхностях трения происходят физико-химические изменения. Они являются результатом пластического деформирования, повышения температуры слоев металла, прилегающих к зоне контакта, последующего быстрого охлаждения и химического действия окружающей среды. Эти физико-химические изменения, заключающиеся в образовании новых структур, в свою очередь изменяют вид взаимодействия и характер разрушения поверхностей.

На поверхностях трения стальных и чугунных деталей иногда образуются блестящие белые пятна или полосы, полностью или почти не травящиеся обычными металлографическими реактивами.

Этот слой получил название белого слоя. Твердость этих слоев выше, чем твердость основного металла. Слой отличается высокой хрупкостью, структура слоя высокодисперсная. В основном белые слои состоят из мартенсита, цементита и феррита.

Одновременно с образованием белого слоя возникает система внутренних напряжений, которая совместно с рабочими напряжениями приводит к растрескиванию слоя и выкрашиванию его отдельных частиц. Продукты износа, попадая в зазоры между

сопряженными деталями, могут вызывать интенсивное, доходящее до катастрофического, изнашивание.

4.8 Коррозия

Коррозией называют разрушение поверхности металла в результате химического или электрохимического воздействия среды. Чистая металлическая поверхность легко подвергается химическому воздействию среды. Однако, если в процессе начавшейся коррозии продукты ее образуют прочно связанную с металлом пленку, изолирующую поверхность от коррозионной среды, то металл приобретает пассивность по отношению к ней. Процесс искусственного образования тонких окисных пленок на поверхности металла для защиты его от коррозии и придания изделию лучшего вида называют пассивированием.

Химическая коррозияпротекает при взаимодействии металлов с сухими газами, парами и жидкими неэлектролитами.

Газовой коррозии подвержены цилиндры двигателей внутреннего сгорания, выпускные клапаны, элементы паровых котлов и т.д. На углеродистой стали газовая коррозия проявляется в виде пленки окислов уже при температуре 200- 300С0 , с повышением температуры примерно до 600С0 в связи с образованием под действием внутренних напряжений трещин в защитной пленке скорость коррозии возрастает и образуется окалина.

Электрохимическая коррозия.Обусловлена неоднородностью металла в контакте с электролитом. Эта неоднородность проявляется в различных формах:

1. Неоднородность сплавов связана с тем, что они состоят из двух и более структурных составляющих;

2. Неоднородное физическое состояние металла обусловлено различием между зерном и его границей, неоднородностью структуры (ликвация, газовые пузыри и неметаллические включения);

3. Различное напряженное состояние смежных участков детали под нагрузкой изменяет физическое состояние даже одного металла.;

4. Различие в концентрации раствора электролита, смачивающего металл, и неодинаковые условия подвода кислорода к




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.