К  ВОПРОСУ ОПТИМИЗАЦИИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ УЗЛОВ

ТРЕНИЯ

        

Пилюшина Г.А. (БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

Geht es die Rede von strukturichen Verwandlungen auf den Werkstoffoberfläche in Reibung Vorgange. Die Frage hat den Wirkung plastischen Verformungen auf der Verschleibfestigkeit Werkstoffe gebrachtet. Hat es Bedingungen Verschleib der Oberfläche in Reibung Vorgange bei den Vorhandensein das Spanen bezeichnet.

        

Износостойкость  узлов  трения  лесопильного  оборудования  помимо  эксплуатационных  факторов  определяется  сложной  совокупностью  характеристик изнашиваемых  поверхностных слоев: физико-химическими  свойствами,  шероховатостью,  волнистостью,  показателями  напряженного  и  дефектного состояний, а также структурой контактирующих  материалов.  Поэтому  важно  установить  оптимумы  значений  указанных  характеристик,  обеспечивающих  благоприятные  условия  контактирования,  к  достижению  которых  надо  стремиться  при  выполнении  упрочняющей  обработки.

Химический состав, структура и физико-механические свойства поверхностных слоев сопряженных деталей лесопильного оборудования, а следовательно, и их износостойкость в значительной степени зависят от химического состава  применяемого материала, вида и режима термической обработки.

Известно, что в процессе трения возникает пластическая деформация поверхностных слоев. Скорость пластической деформации определяется скоростью подвижных дислокаций и скоростью их движения. Многочисленные исследования показывают, что при повышении температуры поверхностных слоев скорость движения дислокаций у поверхности возрастает на несколько порядков по сравнению со скоростью перемещения дислокаций в объеме металла. При этом возрастает и плотность дислокаций и на начальной стадии создается упрочненный фрагментированный слой. При установившимся режиме трения на контактирующих поверхностях наблюдаются меньшая плотность дислокаций и разупрочненные слои. Есть предположение, что дислокации на поверхности  вносят иной вклад в увеличение прочности, чем дислокации, расположенные в глубине.

Неравномерная пластическая деформация приводит к возникновению остаточных напряжений сжатия на поверхности материала и остаточных растягивающих напряжений  внутри образца. Поэтому отделение частиц при усталостном износе происходит на некоторой глубине.

Для процесса трения наиболее важными характеристиками являются микротвердость, модуль упругости и предел прочности металла при сдвиге. Две первые характеристики определяют площадь фактического касания, а третья – значение удельной силы трения. Неравномерность пластической деформации по глубине        существенно сказывается на показателях микротвердости. Упрочнение поверхностных слоев является следствием изменения плотности дислокаций.

Повышенная поверхностная энергия определяет химическую активность поверхностей, проявляемую при трении без смазки, и при жидкостной смазке. Поэтому, как правило, поверхности покрыты оксидными, адсорбированными газовыми, водяными, углеводородными пленками. Причем химическая активность возрастает с увеличением степени наклепа поверхностей.

Большинство металлов вступает в химическую реакцию с содержащимися в атмосфере окислителями, в первую очередь с кислородом и серой. Наличие оксидной пленки изменяет свойства поверхностных слоев. Во многих случаях оксидная пленка бывает достаточно прочной, плотной и надежно сцепленной с металлом. Так происходит, если окисел, занимает больший удельный объем, чем металл, из которого он образовался. В этом случае возникает существенное препятствие движению дислокаций, поскольку упругие характеристики и механическая прочность оксидных пленок значительно отличаются от металла. При этом возрастает предел текучести всего металла и особенно поверхностных слоев.

Степень окисления металлов во многом зависит от среды. Специфические особенности  имеет изнашивание трущихся деталей при контакте с древесной массой различного фрикционного состава. Особенностью такого взаимодействия трущихся поверхностей является наличие между металлическими поверхностями прослойки древесных частиц и слоя масла.

Многие авторы, занимавшиеся вопросами изнашивания деревообрабатывающего оборудования, приводят мнение, что попадание древесной пыли и опилок  в узлы трения способствуют абразивному изнашиванию поверхностей, так как древесина часто загрязнена, а в клетках древесины содержатся твердые минеральные частицы. Однако исследования механизма и закономерностей изнашивания трущихся поверхностей при наличии контакта с отдельными структурными составляющими древесного вещества для решения задачи повышения износостойкости в достаточном объеме до сих пор не проводились.

 Измельченная древесина обладает повышенной химической активностью, отличается высокими адгезионными свойствами по отношению к материалу трущихся поверхностей. Не менее чем на 90 % древесина состоит из органических соединений, элементный химический состав которых практически одинаков для всех пород (50% углерода, 43% кислорода, около 6% водорода и менее 1% азота). Основные составляющие органических соединений клеточных стенок древесины – это целлюлоза, лигнин, гемицеллюлезы. Целлюлоза обладает упорядоченной (кристаллической) структурой. При нагревании до температуры разложения она сохраняет свойство стеклообразного тела. Целлюлоза – химически стойкое вещество, не растворимое в воде и в большинстве органических растворителей. И присутствие ее в узлах трения действительно может вызвать абразивный износ. Гемицеллюлезы – группа полимеров, содержащихся в клеточных стенках древесины.. По строению они близки к целлюлозе, но длина их молекул, молекулярная масса и механические показатели намного меньше. Лингин – высокомолекулярное ароматическое соединение – представляет собой аморфный  полимер сложного и до конца еще не выясненного строения. Он содержит значительно меньше кислорода и больше углерода, чем целлюлоза. Химически лингин менее стоек.

Пока не понятно, как влияет присутствие этих структурных составляющих древесного вещества на процесс изнашивания трущихся поверхностей и на условия их смазывания, но очевидно, что между смазочным материалом и древесиной, а также древесиной и поверхностью трения происходят химические, физические и механические процессы.

Поверхностный слой металла обладает большей активностью, чем основной материал. Это обусловлено тем, что расположенные внутри объема материала атомы кристаллов окружены другими атомами и прочно связаны  с ними по всем направлениям, а у атомов, расположенных на поверхности с внешней стороны нет «соседей» в виде таких же атомов. Поэтому в поверхностном слое у атомов остаются свободные связи, создающие вблизи поверхности межмолекулярное притяжение.

 Следовательно состояние поверхностных слоев не является стабильной системой, а постоянно изменяется, начиная с первых операций при шлифовании или полировании и заканчивая процессом его изнашивания при эксплуатации. В инженерной практике обычно рассматривается и регламентируется состояние поверхностного слоя, формируемое при выполнении формообразующей и упрочняющей обработок сопряжений. В меньшей степени учитывают изменения поверхностных слоев, происходящие в процессе изнашивания, однако именно в этот период они приобретают устойчивое равновесное состояние, определяемое условиями фрикционного взаимодействия рабочих поверхностей узлов трения. Это состояние определяет главным образом сопротивляемость поверхностей изнашиванию. Вместе с тем оно в силу преемственности свойств поверхностных слоев наследует характеристики исходных поверхностей. Поэтому важно установить динамику изменения свойств материала в процессе выполнения упрочняющей обработки и изменение состояния поверхностных слоев при изнашивании.