Реальным условиям работы оборудования и инструмента при абразивном изнашивании соответствуют различные схемы внешнего силового нагружения. Все эти схемы можно систематизировать по характеру воздействия абразивной частицы на поверхность трения:
· царапание (микрорезание) кромками абразивных частиц поверхности материала с отделением микростружки;
· многократное пластическое оттеснение материала кромками абразивных частиц с образованием канавок и валиков оттесненного материала на поверхности трения,их охрупчиванием и усталостным разрушением;
· образование и распространение трещин на поверхности материала в результате воздействия абразивных частиц, хрупкое отделение (разрушение) материала;
· образование на поверхности трения материала оксидных и коррозионных плен, сопровождающее и усиливающее износ по первым трем схемам.
Интенсивность изнашивания материала зависит от того, какой из указанных процессов преобладает в конкретных условиях трения, поэтому и темп износа может колебаться в широких пределах: от 0,1 до 100 мкм/ч.
Наиболее часто абразивное изнашивание происходит при воздействии частиц кварцевого песка, имеющих твердость 800-1000 HV.
В ряде исследований показано, что интенсивность изнашивания существенно зависит от природы абразива, его физико-механических свойств, соотношения твёрдости абразива На и испытуемого материала Нм. В частности, Хрущов М. М., Бабичев М. А. установили три области значений этого соотношения (рис. 5.1).
В области I при На/Нм < 1 разрушение металла абразивом путем микрорезания не происходит, поэтому его износостойкость стремится к бесконечности.
В области II при На/Нм =1,5 характерно снижение износостойкости материала до определенной величины.
В области III при На/Нм > 1,5 износостойкость не зависит от этого соотношения.
Рис. 5.1. Зависимость относительных износа (1/Ки) и износостойкости (Ки) материала от соотношения твердости абразива и материала
В числе факторов, оказывающих большое влияние на интенсивность изнашивания, кроме твердости абразива, следует назвать размер и форму частиц. С увеличением размера частиц, их остроугольности (с уменьшением радиусов выступов) интенсивность износа увеличивается. Помимо этого, условия изнашивания потоком абразивных частиц в жидкости или газе описываются концентрацией абразива в потоке, скоростью удара частиц и углом наклона вектора этой скорости к поверхности детали (угол атаки a).
По данным М. Е. Гарбера белые чугуны наиболее износостойки при малых углах атаки (10°) в отличие от пластичных сталей, которые более стойки при углах, близких к 90°. Если при малых углах атаки с увеличением содержания углерода и, следовательно, количества карбидной фазы износостойкость сплавов растет, то при больших углах атаки (70°) износостойкость практически постоянна при всех содержаниях углерода.
Интенсивность износа в большой степени зависит от скорости перемещения абразивных частиц, которая определяет их кинетическую энергию к моменту встречи с изнашиваемой поверхностью.
Зависимость износа w от скорости v абразивных частиц выражается формулой
w= а v n,
где а - коэффициент, равный величине износа при
v = 1 м/сек;
n - показатель, характеризующий чувствительность
изнашиваемых материалов к изменению скорости.
3.М. Гамольской, В.М. Гутерман и С.П. Козырев изучали влияние скорости перемещения абразивных частиц на износостойкость чугуна при угле атаки близком к 90о. Результаты исследований показали, что износостойкость белых чугунов при больших скоростях перемещения абразивных частиц резко снижается. Снижение износостойкости при повышении скорости наблюдается и при малых углах атаки (до 30°), что, по-видимому, связано с воздействием нормальной составляющей скорости абразивных частиц, которое при высоких скоростях и, следовательно, при больших энергиях удара, приводит к хрупкому разрушению материала.
Необходимо отметить, что при хрупком разрушении поверхностного слоя различие в износостойкости материалов уменьшается, и применение в данных условиях износа белых чугунов становится нерациональным. В таких случаях можно изменить конструкцию детали с тем, чтобы устранить или уменьшить воздействие абразивных частиц, приводящее к хрупкому разрушению.