Виды абразивного изнашивания деталей

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

______________________________________________

институт

_________________________________________________________________

кафедра

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ ПО ОРТС

 

«Виды абразивного  изнашивания деталей»

_________________________________________________________________________

тема

 

 

 

Преподаватель                         __________               ______________

                                                              подпись, дата                           инициалы, фамилия

 

         Студент  ____________ ________________   __________  _____________

                                      номер группы        номер зачетной книжки         подпись, дата      инициалы, фамилия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2013

Содержание

 

 

 

Введение ……………………………………………………………………….3

 

Понятие о процессе абразивного  износа …………………………………….5

 

Наиболее общие механизмы абразивного  износа …………………………..8

 

Решения проблем износостойкости …………………………………………13

 

Лабораторные испытания на износ ………………………………………….16

 

Литература  ……………………………………………………………………17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Основной причиной нарушения работоспособности  СДПТМ являются изменения деталей  вследствие изнашивания.

Изнашивание — процесс разрушения и отделения материала с поверхности  твердого тела и (или) накопления его  остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном  изменении размеров и (или) формы  тела. Изнашивание может сопровождаться коррозионными процессами, происходящими  в материалах деталей под воздействием химически активных составляющих среды, и является сложным физико-химическим процессом. Теории трения и изнашивания  посвящена обширная отечественная  и зарубежная литература.

В соответствии с ГОСТ 27.674-88 изнашивание  делится на три основные группы: механическое, происходящее в результате только механического взаимодействия материалов трущихся поверхностей, коррозионно-механическое, характеризующееся процессом трения материалов при химическом и (или) электрическом  взаимодействии со средой, и изнашивание  при действии электрического тока (рис. 1 ).

Рис. 1 . Классификация видов изнашивания

 

Наиболее распространенными разновидностями  механического изнашивания являются абразивное и усталостное.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Понятие о процессе абразивного  износа.

 

Износ – это серьезная и дорогостоящая  проблема во многих областях промышленности. Для того чтобы уменьшить ущерб, наносимый абразивом промышленному  оборудованию, очень важно ясно понимать механизмы абразивного износа и  знать поведение материала, используемого  в деталях и компонентах в  условиях абразивного износа с точки  зрения: 
- обработки (возможности изготовления износостойких изделий сложной формы); 
- относительного рабочего ресурса (увеличение срока службы оборудования).

Обычно износ определяют как  механическое повреждение твердой  поверхности, приводящее, в общем, к  прогрессивной потере материала, и  происходящее из-за относительного движения контактирующих поверхностей. Износ  металлических деталей обычно классифицируется в зависимости от механизма уноса  материала с поверхности:

Абразивный износ: это износ, вызываемый движением твердых частиц под действием силы по поверхности твердого тела. 
 
Трение: износ металла при трении о металл, этот термин используется для описания износа в результате скольжения двух металлических деталей без присутствия абразивных частиц. 
 
Усталость: усталостный износ вызывается периодическим нагрузками (поверхностная усталость), механизмом износа является подповерхностные микротрещины. 
 
Эрозия: эрозионный износ вызывается режущим действием движущихся частиц, несомых потоком жидкости или газа, который уносит фрагменты материала с твердой поверхности.

 

Абразивный износ.

Абразивный износ является наиболее распространенным и наиболее быстрым  механизмом износа, встречающимся в  различных областях промышленности. Это явление может развиваться  в любой среде, в почве, на воздухе, в жидкости в присутствии абразивных частиц, и в более общем случае при погрузке-разгрузке и переработке  сырьевых материалов (руд, минералов, металлических  материалов). 
 
В зависимости от степени повреждения поверхности, абразивный износ различают трех типов – царапающий, истирающий и истирающий с ударными нагрузками.

 

Царапающий износ . 
Этот вид также называют износом при свободном скольжении, и он является наименее тяжелым, так как частицы абразива не ломаются и не сжимаются. Он происходит под действием повторяющихся царапаний твердыми, острыми и мелкими частицами, движущимися по твердой поверхности с разными скоростями.

 

Истирающий износ.  
Это один из наиболее тяжелых видов абразивного износа, он происходит, когда мелкие абразивные частицы прижимаются к поверхности металла с силой достаточной для разрушения и дробления металла. В результате образуются свежие острые режущие кромки. Это приводит к увеличению скорости износа по сравнению с округлыми абразивными частицами.

 

Ударно-истирающий износ. 
Из указанных трех видов износа этот механизм приводит к наиболее тяжелым повреждениям. Он происходит в том случае, когда абразивный износ сочетается с сильным воздействием крупных и тяжелых тел, которые с силой давят на твердую поверхность, оставляя на ней заметные выемки и вмятины. 

 

В общем, износ является результатом  действия более чем одного механизма. Механизмы действуют одновременно, поэтому выделить действие каждого  механизма затруднительно. 

 

 

 

С другой стороны, износ может происходить  одновременно с действием различных  физических и химических процессов, происходящих во время эксплуатации. Эти процессы могут усиливать  абразивный износ, увеличивая скорость последнего. К наиболее известным  процессам относятся: 
 
- коррозия (в основном ржавление во влажных условиях эксплуатации или в присутствии влаги)

- высокие рабочие температуры  (эффект разупрочнения).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наиболее общие механизмы  абразивного износа.

 
 
Рис. 1

Для лучшего понимания поведения  при износе в наиболее тяжелых  условиях работы необходимо сделать  краткий обзор явлений, случающихся  при ударно-абразивном износе и износе при скольжении под действием  высокого напряжения. Какой бы тип  износа не рассматривался, его механизм сильно зависит от угла наклона и  формы абразивных частиц (округлые или острые) 
 

 
 
Рис. 2

В случае ударно-абразивного износа, характеризуемого большими углами наклона (Рис. X01), накопление повреждений в  поверхностных слоях выражается в присутствии глубоких вмятин, которые  возникают в результате повторяющихся  ударов или сжимающих нагрузок, оказываемыми тяжелыми и крупными абразивными  частицами (рис. X02). На микроуровне такой  механизм износа контролируется пластической деформацией контактной поверхности. Заметьте, что новая вмятина, появляющаяся при ударе, не приводит к отрыву материала с поверхности износа, так как в зоне повреждения материал деформируется упруго-пластически, растекаясь вниз и навстречу частице абразива. Однако потери объема будут происходить при повторных ударах из-за отрыва осколков от поверхностных слоев. Таким образом, в условиях высоких напряжений и ударных нагрузок для увеличения стойкости к абразивному износу при эксплуатации износостойкие материалы должны иметь высокую вязкость в сочетании со способностью к пластической деформации. В противном случае хрупкий материал будет растрескиваться в подповерхностной зоне, окружающей вмятину, что может приводить к значительному ускорению износа при эксплуатации.

 

 
   

 

 

В случае абразивного износа в условиях скольжения под высоким напряжением, которые определяются малыми углами падения (рис. Y01), накопление повреждений  на микроуровне в поверхностных  слоях реализуется по одному из следующих  механизмов:

 

 

 

 

 
 

Образование борозд. Этот механизм износа в основном контролируется пластической деформацией. Действительно, скольжение сжатой частицы абразива происходит без удаления материала с поверхности износа, так как он смещается к краям борозды. 

 

 

 

Резание. И в этом случае износ частично управляется пластической деформацией. Фактически, частица абразива действует как режущий инструмент и перед режущей кромкой частицы образуется стружка. В этом случае потери материала на изнашиваемой поверхности по объему равны объему следа (канавки).

 

 

Растрескивание (хрупкое  разрушение). Всегда происходит под действием высокой концентрации напряжений, создаваемой абразивной частицей. Вследствие низкой деформационной способности рассматриваемого материала большие фрагменты отделяются от поверхности износа путем образования микротрещин и их распространения. Объем теряемого материала при износе больше, чем теряется при образовании канавок.  
В заключение, образование борозд и резание являются основными механизмами износа, встречающимися в пластичных материалах, а растрескивание становится важным в хрупких материалах, в которых твердость считается адекватным способом противостоять износу в процессе работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решения проблем износостойкости.

На практике технические решения  для обеспечения стойкости при  абразивном износе требуют применения разнообразных материалов в различных  изделиях (по форме и размерам), таких  как листы, плиты или отливки. Один из способов их представления - это  ранжирование по рабочей температуре  эксплуатации:

- До 80°C мы можем использовать  гибкие изделия, такие как натуральная  резина (имеющая исключительные  энергопоглощающие свойства) или полиуретановые композиции. 

   
Синтетика (полиуретан)

   
Натуральная резина

 
 

- Если температура повышается  максимум до 250°C, следует применять  плоские формы стальной продукции  (листы и плиты). Наиболее часто  используется обычная износостойкая  закаленная в воде сталь. Можно  так же использовать возможности  активных сталей Creusabro®, которые способны противостоять абразивному износу при более высоких температурах эксплуатации (до 450°C).

- При более высоких температурах  могут потребоваться другие износостойкие  материалы. 
 
Литые изделия. Имеется большой выбор материалов для исключительно твердых отливок, предназначенных для применения в условиях абразивного износа. Это высоколегированные материалы, в которых содержание углерода поддерживается на высоком уровне, достаточном для образования при затвердевании первичных карбидов хрома или вольфрама. Такая продукция выпускается разной формы и разных размеров и используется без дополнительной обработки.

Плиты с наплавленным твердым  слоем. Это плиты со слоем карбидов хрома или вольфрама, они состоят из основы из мягкой стали, на которую наваривается высоколегированный слой (хром, вольфрам, молибден, …). Эти материалы предназначены для применения в условиях среднего ударного и тяжелого абразивного воздействия 

  

Керамика. Это неметаллические материалы, обычно они изготавливаются в виде дисперсных порошков, которые затем прессуются в готовые к применению изделия без необходимости дальнейшей обработки. Керамические материалы являются жаростойкими и могут применяться при высоких температурах (до 1200°C). Основное ограничение для применения керамики в качестве износостойкого материала - это ее хрупкость.

    

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторные испытания  на износ.

В общем, полномасштабные испытания  на износ являются дорогостоящими операциями, нарушают ритм производства и требуют  много времени для их проведения. Более того, в течение года параметры  испытания могут меняться, и найти  корреляцию между испытаниями, сделанными в разное время года, становится сложным.

Опыт показывает, что только 30% полевых  испытаний дают надежные данные, пригодные  для использования. С целью снижения затрат на испытания и ускорения  сбора данных были разработаны испытания  на износ с целью ранжирования марок сталей согласно их характеристикам  при испытаниях на износ.

В Научно-исследовательском центре компании Industeel используются два типа испытания на износ:

Испытание   на истирание   в условиях проскальзывания при умеренных нагрузках (ASTMG65).

Мешалка, в которой создаются условия истирания и ударных нагрузок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  используемой литературы.

 

1. http://www.creusabro.ru/concept/laboratory_wear_tests.aspx
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Износ_(техника)