1)Механическое изнашивание происходит в результате механических воздействий. Оно имеет четыре подвида.
Абразивное изнашивание проявляется вследствие попадания между трущимися поверхностями абразивных частиц деталей вместе с атмосферным воздухом, топливом, смазочным материалом, техническими жидкостями или образования таких частиц из продуктов изнашивания. Эти частицы имеют большую твердость, чем твердость поверхности трения, пластически деформируют поверхность трения, образуя на них риски и царапины. Абразивное изнашивание в автомобиле является доминирующим и происходит, например, в поршневых узлах, парах скольжения, шкворневых соединениях и т.д.
Изнашивание при пластическом деформировании сопровождается изменением макрогеометрических размеров детали без потери массы под действием передаваемой нагрузки и под влиянием сил трения, что сопровождается перемещением металлов в сторону скольжения. По пластическому механизму происходит изнашивание резьбовых соединений, вкладышей подшипников скольжения, различных втулок и т.д.
Изнашивание при хрупком разрушении заключается в том, что поверхностный слой трущихся деталей в результате трения и деформирования (чаще многоциклового) подвергается интенсивному наклепу, становится хрупким и разрушается. Этот вид изнашивания первоначально происходит по механизму предыдущего вида изнашивания, но характерен более высокими нагрузками в контакте трения, что и приводит к образованию наклепа и последующему разрушению поверхностей деталей уже с потерей массы. Самый характерный пример — изнашивание беговых дорожек подшипников качения.
Усталостное изнашивание (питтинг) заключается в образовании на поверхности трения усталостных трещин под действием повторных знакопеременных сил. Впоследствии микротрещины растут и выкрашиваются. При этом росту трещин и выкрашиванию в них материалов способствует смазка, работающая по механизму расклинивания. Этот вид изнашивания наиболее характерен для трущихся поверхностей газораспределительного механизма (ГРМ), зубчатых передач и т.д.
2) Молекулярно-механическое изнашивание происходит в результате молекулярного взаимодействия трущихся поверхностей. Часто наблюдается при недостатке смазки, больших нагрузках, температурах и скоростях скольжения. Оно имеет два подвида.
Изнашивание схватыванием (схватывание первого рода) заключается в микросваривании участков трущихся поверхностей; после последующего их взаимного перемещения возникшая связь разрушается.
Адгезионное (тепловое) изнашивание (схватывание второго рода) проявляется следующим образом. Первые этапы идентичны предыдущему виду изнашивания, а далее схватывание контактирующих поверхностей разъединяется не в месте сваривания, а происходит с переносом части одного металла на поверхность другого (адгезия металла). При более жестких условиях трения трущиеся сварившиеся металлы вообще могут не разъединиться, что приводит к заклиниванию или полной потере подвижности контактирующих деталей. Результаты это вида изнашивания легко наблюдать, например, на шейках коленчатого вала, зеркале цилиндра и т.д. Часто заклинивают поршни в двигателях, коленчатые валы и т. п.
3) Коррозионно-механическое изнашивание — механическое изнашивание, усиленное явлениями коррозии. Оно имеет два подвида.
Окислительное изнашивание происходит под действием химически агрессивных сред (вода, неорганические и органические кислоты), в результате чего на трущихся поверхностях образуются оксиды металлов. Износостойкость оксидов существенно ниже износостойкости основных металлов. После выработки оксидов металлы оголяются и опять окисляются. В результате общий износ поверхностей деталей интенсифицируется. Данный вид изнашивания наблюдается на всех трущихся поверхностях деталей автомобиля, контактирующих с агрессивными средами — детали цилиндропоршневой группы двигателя, шарниры систем автомобиля и т.д.
Фреттинг-коррозионное изнашивание характерно для поверхностей трущихся деталей, подверженных, помимо окисления, вибрациям, т. е. колебаниям с высокой частотой и малой амплитудой. Частицы оксидных пленок при этом не только истираются, но и отделяются (осыпаются) с поверхностей. Таким образом, увеличивается износ металлов. Продукты окисления к тому же являются абразивными частицами, интенсифицирующими абразивное изнашивание. Фреттинг-коррозия наблюдается в соединениях больших корпусных деталей, например в местах прилегания фланцев блока цилиндров и картера сцепления. Другой типичный пример — поверхности контакта вкладышей шеек коленчатого вала и постелей в картере двигателя.
Эрозионное изнашивание заключается в вырывании частиц материалов деталей с поверхностей, омываемых газами с высокой температурой и скоростью, например поверхности деталей камер сгорания двигателей (в первую очередь поршней и головок цилиндров), поверхности выпускных клапанов. Подвидом эрозионного изнашивания является электроэрозионное изнашивание, которое заключается в вырывании частиц металлов с поверхностей в результате воздействия дуги электрического разряда, например в контактах системы зажигания.
Кавитационное изнашивание происходит при омывании твердого тела жидкостью. Обусловлено местными изменениями давлений и температур. Например, в двигателях этому виду изнашивания подвержены внешние поверхности мокрых гильз цилиндров, лопастей водяного насоса и т.д.
Каждый из видов изнашивания редко встречается в чистом виде, обычно они проявляются комплексно. Например, если лопасти водяного насоса подвержены только кавитационному изнашиванию, то на зеркале цилиндра, кроме кавитационного, наблюдаются в большей или меньшей степени все виды изнашивания.
В последние годы изучают так называемое водородное изнашивание. Это процесс разрушения металлического элемента пары трения вследствие поглощения металлом водорода.
Водород попадает в металл при выплавке, в результате коррозии, в ходе химико-термической обработки деталей, гальванических процессов, смазывания, травления. В узлах трения в процессе работы всегда выделяется водород. В зоне контакта в условиях повышенной температуры смазочные материалы, топливо, пластмасса и другие углеводородные соединения, а также вода из воздуха выделяют водород. Водород имеет свойство концентрироваться в нагретых местах, поэтому в процессе трения он сосредоточивается в поверхностных слоях металлов. Некоторая часть водорода просачивается в пространственные дефекты металла. В зародышах микротрещин протоны водорода постепенно образуют молекулы. Увеличиваясь в размерах, они с огромной силой распирают поверхность в месте дефекта. В результате такого расклинивающего действия микротрещины сливаются одна с другой, происходит интенсивное охрупчивание металла и разрушение поверхности.
Водородное изнашивание проявляется в той или иной степени практически во всех узлах трения. Разрушению этого вида подвержены детали из стали, чугуна, титана и других металлических материалов. Вследствие водородного изнашивания часто выходят из строя коленчатые валы двигателей, элементы стальных цистерн. Во влажном и холодном климате процесс водородного разрушения интенсифицируется, поэтому, например, в условиях Севера техника изнашивается в несколько раз быстрее, чем в средней полосе.
Для борьбы с водородным износом необходимо по возможности исключить из состава узлов трения те пластмассы и смазочные материалы, которые склонны к интенсивному выделению водорода. Введение кремния и органических соединений, содержащих хлор, вызывает связывание водорода в металле в безвредные химические соединения. Процесс проникновения водорода в поверхностные слои металла можно затормозить, уменьшив рабочую температуру поверхности до 50—60°С или создав электрический потенциал. Водород из металла после химико-термической обработки деталей удаляют при нагреве их и выдержке при температуре около 250°С.
Особого внимания заслуживают процессы разрушительных воздействий коррозии на элементы машин.
Под коррозионной надежностью понимается свойство изделий сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в условиях взаимодействия с коррозионной средой. Коррозия может не только являться процессом, приводящим к отказам, но она может также ускорять процессы изнашивания, усталостного разрушения, снижать прочностные и деформационные свойства материалов.
Критериями отказов по параметрам коррозии может быть величина коррозии или ее скорость. В тех случаях, когда бывает необходимо регламентировать или оценить надежность изделий в зависимости от коррозионного разрушения или проводить ее оценку при различных видах коррозии, могут использоваться показатели: средняя наработка на отказ при коррозии, срок сохраняемости при коррозии и др.
При необходимости вид коррозии должен конкретизироваться, например, средняя наработка при атмосферной коррозии, срок сохраняемости при газовой коррозии и т.п.
Данные показатели коррозионной надежности выражаются через параметры коррозионной стойкости, характеризующей способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды. Коррозионная стойкость оценивается:
· изменением массы металла в результате коррозии, отнесенным к единице поверхности и единице времени;
· объемом выделяющегося водорода (или поглощенного кислорода) в процессе коррозии, отнесенным к единице поверхности и единице времени;
· уменьшением толщины металла вследствие коррозии, выраженным в линейных единицах и отнесенным к единице времени;
· изменением какого-либо показателя механических свойств за определенное время коррозионного процесса, выраженным в процентах, или временем до разрушения образца заданных размеров;
· изменением отражательной способности поверхности металла за определенное время коррозионного процесса, выраженным в процентах;
· плотностью тока, отвечающей скорости данного коррозионного процесса;
· временем до появления первого коррозионного очага на образце заданных размеров или числом коррозионных очагов на образце по истечении заданного времени.
Критериями отказов из-за коррозии могут быть:
· разрушение детали из-за коррозии;
· достижение допустимого изменения массы или толщины металла под действием процесса коррозии;
· появление коррозионного очага на поверхности изделия;
· превышение допустимого уровня скорости коррозии или скорости проникновения коррозии и др.