Абразивное изнашивание

Абразивное изнашивание относится к механическому разрушению трущихся поверхностей в результате режущего или царапающего действия твердых тел или твердых частиц. При абразивном изнашивании могут иметь место следующие виды разрушения поверхностей трения:

– хрупкое;

– квазихрупкое при микропластической деформации;

– пластическое.

Поверхностное разрушение может происходить при однократном и многократном пластическом деформировании.

Характерным условием абразивного изнашивания является повышенная твердость изнашивающего тела:

– частицы минерального происхождения;

– шероховатость более твердой поверхности;

– наклепанные (упрочненные) металлические частицы износа;

– твердые структурные составляющие материала;

– оксидные пленки.

Проявляется влияние химической природы абразива и изнашиваемого материала, а также адгезионного взаимодействия (схватывания при трении), например при обработке материала абразивным инструментом. Твердые частицы (абразивы) имеют различную форму, грани и ориентацию к изнашиваемой поверхности. На изнашивающейся поверхности остаются следы в виде рисок, канавок, царапин как результат микрорезания, снятия стружки и пластического деформирования. Возникновение трения и удара в месте контакта приводит к ударно-абразивному разрушению.

Оценить объем износа V при абразивном изнашивании можно по следующей формуле:

,

где c – коэффициент, зависящий от абразивных свойств истирающей поверхности, условий взаимодействия контактирующих тел, кинематики движения и закрепления абразива, остроты ребер абразива; N – нормальная нагрузка; S – путь трения; a – размер абразивного зерна; H – начальная твердость металла.

Износ линейно возрастает с ростом размера зерна только до некоторой его критической величины, затем при увеличении размера зерна не изменяется. В механически наклепанных металлах, если в процессе наклепа не происходит фазовых превращений, относительная износостойкость не зависит от твердости стали после наклепа, так как в процессе самого изнашивания имеет место значительный наклеп. Скорость скольжения мало влияет на величину износа, если она не приводит к заметному нагреву трущихся поверхностей. Относительная износостойкость зависит от соотношения твердостей абразива и металла . При < в диапазоне износ незначительный (область I), при > в диапазоне относительная износостойкость сталей не зависит от твердости абразива (область III). В переходной области II износ металла возрастает с повышением твердости абразива (рис. 5.1).

Абразивное изнашивание наблюдается в сельскохозяйственных, горных, дорожных, строительных, транспортных, металлургических и в других типах машин. Дробление и транспортировка руды, камня и угля, добыча полезных ископаемых, работа с грунтом или почвой, при механической обработке деталей, попадание твердых частиц песчаной пыли в смазочный слой между деталями механизмов, находящихся в относительном движении, приводят к удалению материала в виде мелкой стружки, фрагментов материала, дисперсных кусочков.

Рис. 5.1. Зависимость относительной износостойкости и относительного

износа от соотношения твердости абразива и металла

Абразивному изнашиванию подвержены также лопатки газовых турбин, рабочие колеса и направляющие гидравлических турбин, трубы и насосы земснарядов и другие детали и узлы машин и технологического оборудования, выполненные из различных материалов.