Абразивное изнашивание (износ)   

Абразивным называется механическое изнашивание материала в результате, в основном, режущего или царапающего действия на него абразивных частиц, находящихся в свободном или закреплённом состоянии.

Абразивные частицы, обладая большей, чем металл твёрдостью, разрушают поверхность деталей и резко увеличивают износ. Это наиболее распространённый вид изнашивания.

В технологических машинах более 60 % изнашивания имеют абразивный характер. Основным источником попадания абразивных частиц в сопряжения машин является окружающая среда. В 1 м³ воздуха содержится от 0,04 до 5 г. Пыли  на 60 % состоящей из взвешанных частиц имеющих размеры от 5 мкм до 120 мкм, т. е. соизмеримых с зазорами в сопряжении машин. Основные состовляющие пыли: окись железаFe₂O₃, двуокись кремния SiO₂, соединения Al, Ca, Mg, Na. Данные частицы обладают достаточно высокой твёрдостью. Для SiO₂ прочность достигает 10780 – 11700 МПа, окись алюминия от 20900 до 22900 МПа, что превышает, что превышает твердость рабочих поверхностей большинства деталей технологических машин.

abrazivnuy_iznos_1

Рисунок 1.2 Схемы деталей машин в условиях абразивного изнашивания

а) рабочие органы, б) режущие кромки РО, в) опорные катки, г) опоры скольжения, д) детали трубопроводов, пневмосистем, гидроприводов; 1-деталь; 2-абразив.

В роли абразива могут выступать так же продукты изнашивания из выпавших в осадок присадок масел.

Если твёрдость абразивных соизмерима с твёрдостью основного материала рабочей поверхности детали, то при работе сопряжения абразивная частица будет способствовать разрушению окисной плёнки (рис.1.3. а). В результате этого в металле под воздействием окружающей среды (кислорода, воздуха, влаги) активизируются коррозионные процессы и происходит коррозионно механическое изнашивание поверхности.

Если твёрдость абразивной частицы превышает твёрдость основного материала детали (Н_а≈1,7Н_а), то при взаимодействии рабочей поверхности с частицами наблюдается пластическое оттеснение материала (рис. 1.3. б).

Если частица внедряется острой гранью в поверхность детали, то пластическое оттеснение переходит в микрорезание (рис. 1.3. в).

abrazivnuy_iznos_2

Рисунок 1.3. Виды взаимодействия поверхности детали с абразивными частицами.

а-при коррозионно-механическом изнашивании; б-при пластическом изнашивании; в-при микрорезании.

Интенсивность абразивного износа прямо пропорциональна твёрдости Н_а абразивных частиц и обратно пропорциональна твёрдости Н_мет поверхности трения. Поверхности большей твёрдости обладают большей износостойкостью.

abrazivnuy_iznos_3

Рисунок 4. Зависимость износа поверхности от твёрдости абразивных частиц

Н_а‹Н_мет; II. Н_а≈Н_мет; III. Н_а›Н_мет;

Абразивное изнашивание является одним из наиболее быстропротекающих процессов разрушения рабочих поверхностей деталей.

Детали ТТМ обладают следующими скоростями абразивного изнашивания, мм/ч.

Аустенитная марганцовая сталь:

Низколегированная высокоуглеродистая сталь

Перлитный белый чугун

Для снижения абразивной составляющей изнашивания твердость рабочей поверхности детали должна быть в 1,3 раза больше твёрдости абразива. Но обычно твёрдость материала на такую величину не повышают в следствие низкого экономического эффекта. С повышением твёрдости поверхность становиться хрупкой и растрескивается под действием динамических нагрузок.

Для защиты от абразивного изнашивания обычно применяется:

-герметизация сопряжений с помощью уплотнительных элементов;

-обеспечение частоты применяемых в машинах топлив, смазочных материалов и рабочих жидкостей;

-фильтрация дизельных топлив перед заправкой машин.

Все эти мероприятия позволяют снизить интенсивность износа в 10 раз.