Процессы старения, протекающие при контакте поверхностей

Существуют классификации процессов старения

- по скорости протекания;

- по внешним признакам.

Классификация процессов старения по скорости протекания представлена в таблице 9.1.

Таблица 9.1 - Классификация процессов старения по скорости протекания

Процессы (по g-характеристике) U (t) Примеры
Стационарные Постоянные Износ U = k × t
Псевдостационарные Износ при переменных режимах
Монотонные Возрастающие U = k × tn; n > 1 U = A × (eк×t – 1) Износ при засорении поверхностей
Убывающие Износ в период приработки, распад мартенсита U = k × tn; n < 1 U = A × (1 – e-к×t)
Экстремальные С максимумом Коррозия, коробление g = a × t × e-b×t
С минимумом Ползучесть, износ, коррозия
С запаздыванием Усталость, хрупкое разрушение
Знакопеременные Изменение механических характеристик

Наиболее характерные для машин процессы старения протекают при контакте двух поверхностей, особенно если имеет место их относительное перемещение. В этом случае, как правило, происходит износ поверхностей.

Изнашиваются направляющие элементы (подшипники и направляющие скольжения и качения), поверхности трения фрикционных муфт и тормозов, зубчатые, винтовые, червячные и другие передачи, цилиндры и поршневые кольца, кулачковые и кулисные механизмы, шарниры, оси и многие другие детали машин.

Износ - это результат процесса постепенного изменения размеров детали по ее поверхности при трении. Если речь идет о процессе разрушения поверхности, то применяют термин «изнашивание»!

Износ включает:

- истирание поверхностей, связанное с удалением материала со всей поверхности трения;

- смятие - когда имеет место перемещение материала под действием сил трения;

- усталость поверхностных слоев, когда под действием контактных нагрузок возникают локальные очаги разрушения поверхности.

Основные виды износасвязаны главным образом с характером контакта поверхностей и их относительного движения:

- если нет относительного перемещения поверхностей, то это, как правило, вызывает их смятие (пластическую деформацию). Смятие поверхностей является характерным видом разрушения шпоночных, зубчатых соединений, осей цепных передач, резьбовых соединений и других деталей машин;

- при малых относительных перемещениях сопряженных деталей возникает специальный вид износа, который называется фреттинг-коррозией;

- качение без скольжения (обкатка) двух тел вызывает усталость поверхностных слоев в виде отслаивания мелких частиц металла с поверхности контакта. Это относится, например, к подшипникам качения, роликам кулачковых механизмов. При недостаточной твердости материалов и больших удельных давлениях наблюдается также смятие.

- при качении с относительным скольжением, как это имеет место в зубчатых передачах, наблюдается износ и усталость. Зона усталости расположена там, где относительное скольжение минимально или равно нулю (в зоне начальной окружности зуба). Зона более интенсивного износа расположена в местах большего относительного скольжения (головка и ножка зуба).

Таким образом, каждому виду взаимодействия поверхностей соответствует наиболее характерный вид повреждения.

Следует иметь в виду, что при износе также происходят коррозия, адгезия и другие физико-химические процессы.

Область существования процесса старения

Любой процесс старения возникает и развивается лишь при определенных внешних условиях. Для оценки возможных видов повреждения материалов деталей машин необходимо установить область существования процесса старения и в первую очередь условия его возникновения. Для возникновения процесса обычно должен быть превзойден определенный уровень нагрузок, скоростей, температур или других параметров, определяющих его протекание. Этот начальный уровень или порог чувствительности особенно важно знать для быстропротекающих процессов старения, когда после возникновения процесса идет его интенсивное лавинообразное развитие. Часто порог чувствительности связывают с некоторым энергетическим уровнем, который определяет начало данного процесса. Например, упомянутая выше энергия активации определяет энергетический уровень, начиная с которого может идти процесс изменения свойств материала.