Коррозионно-механическое изнашивание

Коррозионно-механическое изнашивание характеризуется процессом трения материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой. При этом на поверхности металла образуются новые, менее прочные химические соединения, которые в процессе работы сопряжения удаляются с продуктами изнашивания. К коррозионно-механическому изнашиванию относят окислительное изнашивание и изнашивание при фреттинг-коррозии.

Окислительным называют изнашивание, при котором основное влияние на разрушение поверхности оказывает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой. Оно возникает при трении качения со смазочным материалом или без него. Скорость окислительного изнашивания невелика и составляет 0, 05...0, 011 мкм/ч. Процесс активизируется с повышением температуры, особенно во влажной среде.

Изнашиванием при фреттинг-коррозии называется коррозионно-механическое изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях. Этот вид изнашивания отличается от изнашивания при фреттинге механического изнашивания соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях. Основное отличие заключается в том, что изнашивание при фреттинге происходит в отсутствие окисляющей окружающей среды без проявления химической реакции материалов деталей и продуктов изнашивания с кислородом. Учитывая это, нетрудно провести аналогию в механизмах развития изнашивания при фреттинге и фреттинг-коррозии.

Изнашивание при фреттинге и фреттинг-коррозии обычно происходит на сопряженных поверхностях валов с напрессованными на них дисками колес, муфтами и кольцами подшипников качения; на осях и ступицах колес; на опорных поверхностях пружин; на затянутых стыках, пригнанных поверхностях шпонок и пазов; на опорах двигателей и редукторов. Необходимым условием возникновения фреттинг-коррозии является относительное проскальзывание сопряженных поверхностей, которое может быть вызвано вибрацией, возвратно-поступательным перемещением, периодическим изгибом или скручиванием сопряженных деталей. Фреттинг-процесс сопровождается схватыванием, окислением, коррозией и усталостным разрушением микрообъемов.

В результате фреттинг-коррозии предел выносливости поверхности уменьшается в 3-6 раз. На поверхностях деталей в местах сопряжений образуются натиры, налипания металла, вырывы, раковины, а также поверхностные микротрещины. Отличительным признаком износа вследствие фреттинг-коррозии является наличие на поверхностях трения раковин, в которых сосредоточены спрессованные оксиды, имеющие специфическую окраску. В отличие от изнашивания других видов при фреттинг-коррозии продукты изнашивания в основной своей массе не могут выйти из зоны контакта рабочих поверхностей деталей.

Изнашивание при фреттинг-коррозии влечет за собой нарушение размерной точности соединения (если часть продуктов изнашивания находит выход из зоны контакта) либо заедание и заклинивание разъемных соединений (если продукты изнашивания остаются в зоне трения). Для фреттинг-коррозии характерны низкая скорость (около 3 мм/с) относительного перемещения поверхностей и путь (0, 025 мм) трения, эквивалентный амплитуде колебаний, при частоте колебаний до 30 Гц и выше; локализация повреждений поверхности на площадках действительного контакта вследствие малых относительных смещений; активное окисление

При взаимодействии эластомерных материалов с металлическими деталями также наблюдается явление схватывания. Эластомер изнашивается, если коэффициент трения между ним и твердой поверхностью достаточно велик, а прочность эластомера на разрыв мала. Если поверхностные слои материала находятся в состоянии максимальной деформации, то в направлении, перпен­дикулярном к направлению скольжения, появляется царапина или небольшая трещина. Далее происходит постепенное вырывание части упругого материала эластомера, находящегося в состоянии схватывания с твердой поверхностью. При этом слой эластомера, отделяемый от поверхности, скручивается в ролик и образует частицу износа. Интенсивность изнашивания эластомера в этом случае существенно зависит от температуры, нагрузки и вида смазочного материала. Подбирая смазочный материал с учетом внешних условий и упругих свойств эластомера, можно полностью исключить этот вид изнашивания.

Процесс изнашивания при фреггинг-коррозии в условиях трения без смазочного материала можно разделить на три этапа.

Первый этап сопровождается разрушением выступов и оксидных пленок вследствие циклически повторяющихся колебательных относительных перемещений контактирующих поверхностей под действием высоких нагрузок. Происходят процессы упрочнения материалов и пластического деформирования выступов микронеровностей, вызывающие сближение поверхностей. Сближение поверхностей вызывает молекулярное взаимодействие и схватывание металла в отдельных точках контакта. Разрушение вследствие усталости выступов и узлов схватывания порождает продукты изнашивания, часть которых окисляется. Для этого этапа характерен повышенный износ с монотонно убывающей скоростью изнашивания.

На втором этапе в поверхностных слоях накапливаются усталостные повреждения. В зоне трения формируется коррозионно-активная среда под действием кислорода воздуха и влаги. Между поверхностями создается электролитическая среда, интенсифицирующая процесс окисления металлических поверхностей и их коррозионное разрушение. Для этого этапа характерны стабилизация процесса изнашивания, уменьшение скорости изнашивания по сравнению со скоростью изнашивания на первом этапе.

На третьем этапе вследствие усталостных коррозионных процессов разупрочненные поверхностные слои металлов начинают интенсивно разрушаться с постепенно возрастающей скоростью. Процесс имеет коррозионно-усталостный характер разрушения.

Интенсивность разрушения поверхностей при фретгинг-коррозии зависит от амплитуды и частоты колебаний, нагрузки, свойств материалов деталей и окружающей среды.