Основні характеристики зношування
Для характеристики зношування використовують такі показники: швидкість зношування, інтенсивність зношування, зносостійкість, відносна зносостійкість.
Швидкість зношування - відношення значення зносу до інтервалу часу, протягом якого він виник
Інтенсивність зношування - відношення значення зносу до обумовленого шляху, на якому відбувається зношування, або обсягу виконаної роботи
Зносостійкість - властивість матеріалу чинити опір зношування в певних умовах тертя, що оцінюється величиною, зворотної швидкості зношування або інтенсивності зношування.
Відносна зносостійкість - відношення зносостійкості даного матеріалу та матеріалу, прийнятого за еталон, при їх зношуванні в однакових умовах.
Основними факторами, що впливають на процес зношування є:
конструктивні характеристики сполучення, що забезпечують різні види тертя (ковзання, кочення),
швидкість відносного переміщення,
•характер руху (рівномірний, нерівномірний),
якість обробки поверхонь, що сполучаються,
•матеріали деталей, що сполучаються,
•твердість поверхні. Ці фактори відносяться до конструктивних характеристик сполучення.
Крім конструктивних є ще експлуатаційні характеристики:
-Навколишнє робоче середовище (запиленість, температура),
-якість застосовуваних мастильних матеріалів,
-Фактично діючі навантаження.
На швидкість зношування деталей основний вплив має питомий тискРі швидкість відносного ковзанняv. Ця залежність може бути виражена формулою
де k - коефіцієнт, що характеризує вплив матеріалу деталі та якостіповерхні; m і n - постійні, що характеризують вид мастила, якість мастильних шарів.
Для абразивного зношування М. М. Хрущовим встановлено, що m=n=l і Формула набуде вигляду
При пластичному контакті швидкість зношування поверхні пов'язана з фізико-механічними властивостями матеріалу поверхонь, що труться, і може бути визначена за формулою
Аналізуючи формулу можна дійти невтішного висновку, що швидкість зношування залежить від пластичності матеріалу (Gт і τ), фрикційних властивостей (Gт і τ), твердості НВ і розривного подовження δ; t - коефіцієнт втоми (приймається 2. 3).
При пружному контакті швидкість зношування для гладких металевих поверхонь приблизно визначається за залежністю
де Е – модуль пружності.
Однією з найважливіших характеристик металів і сплавів, що впливають швидкість майже всіх видів зношування, є твердість. Зі збільшенням твердості зносостійкість матеріалу підвищується (рис, 12), хоча й прямої залежності
НЕ мається. Підвищена зносостійкість пояснюється тим, що тверді матеріали чинять великі опори проникненню в них продуктів зносу. Крім того, вони деформуються менше.
Рисунок 12 – Зносостійкість вуглецевих сталей при терті ковзання
Дослідженнями встановлено, що значний вплив на зносостійкість має структура металу. Найбільш зносостійкою із сплавів є сталь. З підвищенням вмісту вуглецю зносостійкість сталі зростає. Сталі із гартовими структурами менш схильні до зносу. Легування сталей марганцем, хромом, нікелем, вольфрамом та ін.
Антифрикційні властивості чавунів та їх зносостійкість визначається структурою основи та властивостями хімічних сполук домішок та різних присадок, що містяться в них.
У сірих чавунах перлітна структура основи підвищує зносостійкість у 1,5÷2 рази порівняно з феритними чавунами.
Якщо вуглець перебуває у чавуні як цементиту Fe3C2, такий чавун більш стійкий до зносу.
Використовуючи хіміко-термічну обробку чавунів, можна значно підняти їх зносостійкість. Найбільш висока зносостійкість спостерігається у чавунів при легуванні їх спеціальними присадками - нікелем, хромом, міддю, молібденом та ін. Присадки утворюють тверді хімічні сполуки або входять до розчину.
Під якістю поверхні розуміють сукупність геометричних параметрів та фізичних властивостей поверхневого шару матеріалу, з якого виготовлено деталь.
Геометричні параметри характеризуються макрогеометрією, хвилястістю, шорсткістю та напрямом слідів обробки (штрихів). Н - макронерівності (овал, конус, бочкоподібність та ін).
Малюнок 13 - Макро- та мікронерівності на обробленій поверхні:
Н – висота хвиль; Нм - мікронерівності, шорсткості; L - крок хвилі нерівностей
Кількісна оцінка шорсткості поверхні на базовій довжиніlвстановлює шість параметрів (рис. 14):
Рисунок 14 - Основні параметри шорсткості поверхні
Середньоарифметичне відхилення профілю Ra; максимальна висота нерівностей профілю Rmax; середній крок нерівностей Smin; середній крок нерівностей по вершинах Sj; відносна опорна довжина профілю tn, де р значення рівня се-ня профілю; висота нерівностей профілю по десяти точках Rz.
Фізичні властивостівизначаються структурою, мікротвердістю, глибиною наклепу, залишковою напругою, теплостійкістю, взаємодією з мастилом, хімічною спорідненістю з киснем. Стандарти визначають макроге-ометрію, шорсткість і твердість поверхні і в деяких випадках направ-
лення слідів обробки. Інші характеристики враховують під час проведення досліджень.
Від макрогеометрії залежить правильність відносного розташування та
переміщення поверхонь деталей, що сполучаються.
Хвилястість і напрямок слідів обробки хоч і впливає на зносостійкість деталей, але вони менш значні проти шорсткістю.
Підвищена шорсткість поверхні знижує інтенсивність зношування. Однак слід зауважити, що певним умовам роботи має відповідати своя оптимальна чистота поверхні (рис. 15).
Рисунок 15 - Схема залежності зносу від мікронерівності поверхні
На малюнку зображено дві криві 1 і 2. За важких умов роботи крива 2 зміщується вправо. В цьому випадку потрібна знижена чистота поверхні. За легких умов роботи потрібна висока чистота поверхні, крива 1 зміщена вліво.
Точки O1 та О2 характеризують оптимальну чистоту поверхні, при якій знос деталей у легких та важких умовах роботи є мінімальним.
Навколишнє середовище значно впливає на зносостійкість деталей машин, що працюють у найрізноманітніших умовах - підвищена вологість, коливання температури, запиленість повітря та ін.
Змащування поверхонь, що труться, має істотне значення для підвищення зносостійкості деталей. Правильний вибір мастила та безперервна його подача в зону тертя забезпечує стійку та нормальну роботусполучення. Мастило повинно відповідати заданим умовам роботи машини.