Зношування фізичне

ЗНО́ШУВА­Н­НЯ ФІЗИ́ЧНЕ — руйнува­н­ня поверх­невого шару матеріалу в результаті зовнішніх силових впливів при терті, що су­проводжується знеміцне­н­ням матеріалу. Роз­різняють зношува­н­ня (З.) пар тертя та З. внаслідок дії робочого середовища (рідини, газу й ін.). З. пар тертя від­бувається при від­нос. русі зчленов. деталей машин у результаті абразив. (твердими частками, що попадають у зону контакту), адгез., окис., втомлюваного З. або фретинг-корозії. Для З. другого типу характерні абразивне (напр., стира­н­ня ґрунтом), гідро- або газоабразивне (твердими частками, що пере­мішуються рідиною або газом), ероз., кавітац. та ін. З. У звʼязку з різномані­т­тям поверх­невих явищ, що від­буваються при різних умовах навантаже­н­ня (зокрема й при одночас. дії високих т-р), неможливо встановити універсал. механізм З. для різних умов навантаже­н­ня. Проте ві­дома низка ідеаліз. механізмів тертя та З., автори яких роз­глядають мікромеханізми цих процесів з різних позицій фізики твердого тіла, механіки, фізико-хімії поверх­невих явищ та ін. Найповніше силову взаємодію твердих тіл пояснює молекулярно-мех. (адгез.-деформац.) теорія тертя, що виходить із дис­кретності контакту тертьових поверхонь. Зі­ткне­н­ня поверхонь через шорсткості виникає лише в окремих ділянках торка­н­ня, що утворюються від взаєм. впровадже­н­ня мікронерівностей або їх пластич. змина­н­ня. Взаємодія ковзних поверхонь у цих ділянках — деформац. і адгез. походже­н­ня. Деформац. взаємодія об­умовлена багатораз. деформува­н­ням мікрообʼємів поверх­невого шару нерівностями контактуючого з ним контртіла. Опір цьому деформуван­ню називають деформац. складовою сили тертя. Адгез. взаємодія повʼязана з утворе­н­ням на ділянках контакту адгез. містків зварюва­н­ня. Опір зрізу цих містків і формува­н­ня нових ви­значає адгез. складову сили тертя. Процес З. можна звести до на­ступ. механізму: при впливі контртіла або абразив. часток на тверді складові матеріалу від­бувається їх не­знач. зсув щодо навколишньої від­носно них, порівняно мʼякої матриці. Зсув твердих зерен викликає видавлюва­н­ня матеріалу звʼязки із зони, роз­таш. між твердими частками. По­вторюване навантаже­н­ня призводить до того, що фіксуюча дія матриці та викликані нею стискаючі напруги у твердих частках зменшуються до рівня, при якому в остан­ніх зʼявляються тріщини. Під час на­ступ. актів навантаже­н­ня в міру видавлюва­н­ня звʼязки від­бувається по­ступове дробле­н­ня твердих зерен і видале­н­ня їх уламків із зони тертя. При роботі зносо­стійких матеріалів у вузлах тертя навантаже­н­ня характеризують зуси­л­лям, необхідним для подола­н­ня виникаючих фрикц. звʼязків між контактуючими поверх­нями при їх зрушен­ні й проковзуван­ні одна від­носно іншої. При зі­ткнен­ні двох поверхонь контакти спо­стерігаються на вершинах окремих ви­ступів, а сумарна площа фактич. контакту залежно від умов навантаже­н­ня й геометрії ви­ступів становить від 10-2 до 10-4 від номінал. поверх­ні контакту. У звʼязку з цим заг. діюче навантаже­н­ня роз­поділяється на ділянках фактич. контакту, що ви­значає там високий рівень напруг. Дотичні ре­активні сили на кожному з одночасно існуючих контактів у сумі створюють силу опору руху — силу тертя. При абразив. З. тверді частки абразиву інтенсивно взаємодіють як із твердими включе­н­нями гетерофаз. зносо­стій. матеріалу, так і з мʼякою матрицею. Стійкість до З. при такому навантажен­ні залежить від низки факторів, зокрема від твердості й опору твердої фази крихкому руйнуван­ню, твердості та міцност. властивостей матриці, міцності адгез. звʼязку між фазами. Унаслідок зовн. впливів при високих тертях на поверх­ні деталі від­буваються складні структурні й фазові пере­творе­н­ня, що су­проводжуються зміцне­н­ням або знеміцне­н­ням поверх­невого шару (процес самоорганізації структури в шарах, деформованих тертям). Протіка­н­ня того або ін. процесу за ін. рівних умов ви­значають вихідні властивості матеріалу й умови навантаже­н­ня. Мех. знеміцне­н­ня виникає в результаті деформації матеріалу і призводить до появи й роз­кри­т­тя мікротріщин, до окрихчува­н­ня матеріалу, під­вище­н­ня внутр. напружень та ін. Під дією генерованого при терті тепла (або тепла із зовн. джерела) від­бувається теплове знеміцне­н­ня, повʼязане зі структур. й фазовими змінами матеріалу. При цьому мех. властивості матеріалу змінюються у напрямі зниже­н­ня міцності, що призводить до зниже­н­ня опору зовн. силовому впливу. Хім. знеміцнен­ню характерне утворе­н­ня крихких і неміцних продуктів взаємодії матеріалу із зовн. середовищем. Найчастіше хім. знеміцне­н­ня матеріалу спричиняє окислюва­н­ня. У реал. умовах тертя часто від­бувається одночасно декілька процесів знеміцне­н­ня. Зміни властивостей поверх­невого шару (утворе­н­ня градієнта мех. властивостей по глибині) при З. (трибосинтез) можуть при­звести до зниже­н­ня або локалізації зовн. впливу. Напр., виникаючі при терті окисні плівки та продукти З. пере­шкоджають утворен­ню молекуляр. звʼязків сполучених тіл, що призводить до зниже­н­ня дотич. сил тертя. У випадку роз­плавлюва­н­ня локал. обʼємів матеріалу при терті утворюється захис. прошарок рідини, що пере­шкоджає концентрації контакт. напруг. Цю при­стосованість тертьових тіл регулюють варіацією вихід. властивостей матеріалу. Осн. стадії З.: приробля­н­ня, стале З., ката­строфічне З. Кількіс. від­нос. характеристиками З. є інтенсивність ліній. або вагового З. Дослідж. у галузі тертя провадив Леонардо да Вінчі, який вивів перші закономірності для його сили. Надалі тертя ви­вчали франц. фізики Г. Амонтон і Ш.-О. Кулон, англ. — І. Ньютон. Серед фахівців, які зробили найбільший внесок у сучасне ро­зумі­н­ня закономірностей процесів тертя й З., — Ф. Боуден, Д. Тейбор, М. Буше, І. Крагельський, В. Вино­градов, М. Хрущов, Б. Костецький. Роз­робле­н­ня високоефектив. антифрикц. композиц. матеріалів і дослідж. особливостей поводже­н­ня остан­ніх в умовах тертя виконано укр. фахівцями Ін­ституту про­блем матеріало­знавства НАНУ на чолі з І. Федорченком, ви­вче­н­ня механізмів З. литих металів і сплавів — спів­робітниками Фіз.-технол. ін­ституту металів та сплавів НАНУ (В. Тихонович, В. Гаврилюк; обидва — Київ).

Завантажити статтю