Файл: Крылов К.А. Повышение износостойкости деталей самолетов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.07.2024
Просмотров: 160
Скачиваний: 1
Величина микронеровностей поверхностен трущихся деталей зависит от вида и характера их обработки. Самые гладкие метал лические поверхности имеют неровности высотой 0,05—0,1 мкм. Наиболее грубые металлические поверхности, встречающиеся в машиностроении, имеют выступы высотой 100—200 мкм [43].
Для оценки микрорельефа поверхностен приняты: среднеквад ратическое отклонение неровностей от средней линии профиля (Иск), среднее арифметическое отклонение неровностей от средней линии профиля (Ra) и высота^неровностей (Rz).
В Советском Союзе (ГОСТ 2789—59 «Шероховатость поверх ности») установлены два параметра, определяющие шерохова
тость: среднее |
арифметическое отклонение и высота неровностей. |
С р е д и и м |
а р и ф м е т и ч е си и м о т к л о н е н и е .м п р о ф и- |
л я называется среднее значение расстояния |
точек измеренного |
профиля до его средней линии (рис. 1): |
|
R a = Ar \ \ Y \ d x , |
' (1) |
или приближенно |
|
1—/I |
|
2 [Д-i |
|
R a = — ------- |
(2) |
п |
|
Положение средней линии профиля определяется на профило грамме, снятой с поверхности детали так, чтобы площади по обе стороны от нее до контура профиля были равны между со;бой.
Вы с о т а н е р о в н о с т е й Rz — это среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины пятью высшими тонна ми выступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от ли нии, параллельной средней линии профиля:
уг^ „ Vh + Ч~ • ' • т ІЦ) —Uh + h\ -!-•••+ До) .
о
ГОСТ 2789—59 не регламентирует и не налагает каких-либо ограничений на форму неровностей, их шаг и регулярность мпкропрофиля.
В процессе работы на трение микрогеометрия поверхностей де талей, изменяясь качественно, может-изменяться и в количествен ном отношении. Шероховатость поверхности детали сохраняется
+у і
Рис. Г. Схема действительного профи
ля поверхности' (ОХ —средняя ли
ния)
-У
8
первоначальной, если она является наивыгоднейшей для данных: условий изнашивания.
Положение о наивыгоднейшей шероховатости подтверждено ■экспериментально [17, 27, 82]. Оно оказалось действительным а
для |
авиационных деталей, в частности цилиндров двигателей |
[34, |
45]. |
Неровности одинаковой высоты могут быть при различных ви дах обработки. Но расположение их, ориентировка относительно направления скольжения, прочность выступов, сопротивляемость их деформациям при изнашивании будут зависеть от направления следов обработки. Микрогеометрия может служить мерилом из носостойкости лишь в пределах поверхностей с одним и тем же ви дом механической обработки [26, 28].
Неточности изготовления деталей, искажение их формы под воздействием рабочих нагрузок и температуры, волнистость и ше роховатость приводят к тому, что поверхности сопрягаемых дета лей всегда контактируют лишь на отдельных малых площадках. Фактическая площадь соприкосновения двух деталей, представля ющая собой сумму ’малых площадок контакта, всегда во много разменьше номинальной геометрической площади, очерченной разме рами деталей. Количество пятен 'контакта, а следовательно, и фактлчѳокая площадь соприкосновения зависят от действующей на1 деталь нагрузки и от начальной шероховатости поверхности.
Давление |
на пятнах контакта распределяется неравномерно. |
На наиболее |
выступающих неровностях оно достигает максималь |
ных значений. По мере сглаживания неровностей происходит вы равнивание давления и снижение его вследствие увеличения фак тической площади соприкосновения.
Современные представления о контакте шероховатых поверх ностей, закономерностях изменения фактической площади контак та в зависимости от исходной их шероховатости, удельного давле ния, физико-механических свойств материала, метода расчета пло щадей контакта для различных случаев касания поверхностей по дробно рассмотрены в работах И. В. Крагельского [43] и спе циально посвященной этим вопросам книге Н. Б. Демкина [25].
Поверхностные слон материала деталей формируются в резуль тате проведения различных технологических операций. Это при водит к тому, что физическое состояние и свойства тонких поверх ностных слоев существенно отличаются от состояния и свойств самого металла. Граничный слой состоит из адсорбированной пленки газов, влаги, смазочной жидкости. Далее идет деформиро ванный, сильно раздробленный металл с искаженной решеткой кристаллов. Толщина граничного слоя составляет 2—3 ангстрема, второго слоя до нескольких десятков ангстрем [70]. Еще глубже лежит относительно толстый слой (десятки тысяч ангстрем), со стоящий из деформированных при обработке зерен, переходящий' в основную структуру.
Тончайшие слои металла, находящиеся на границе с окружа ющей средой, имеют несколько пониженную микротвердость по
9-
■сравнению с лежащими непосредственно под поверхностью. Это связано, по-видимому, с особым состоянием поверхностных слоев, их разрыхлением и наличием системы субмикроскопических тре щин. Глубже лежащие слои имеют наиболее высокую микротвер дость, что объясняется их максимальным упрочнением от разного рода обработок. -Под 'упрочненным слоем лежит основной металл несколько пониженной твердости.
Глубина упрочненного слоя и интенсивность упрочнения зави сят от вида и режимов обработки [30].
Для создания наиболее целесообразных свойств поверхностно го слоя детали в каждом случае работы на трение применяют различные способы термической и химико-термической обработки. Поверхностные слои деталей насыщают азотом, углеродом, хро мом, бором и некоторыми другими элементами пли их сочетанием, что резко изменяет протпвоизносные свойства металла (стали).
Очень часто исходные поверхностные слои материала деталей полностью отстраняют от работы на трение за счет наложения на них (электролитически или иным способом) других металлов — хрома, меди, свинца, индия, висмута и т. д. В ряде случаев на поверхность трения наносят двухслойные покрытия с последующей их термической обработкой для осуществления диффузии метал лов друг в друге пли сплавы металлов, осаждающиеся одновре менно из комплексных электролитов. Широко применяют поверх ностные обработки деталей — фосфатирование, оксидирование, сульфидирование и другие, что весьма существенно изменяет ис ходное состояние их поверхностных слоев.
Все это говорит о том, что активные слои деталей, работаю щие на трение, весьма существенно отличаются по своим исход ным физическим свойствам от слоев, лежащих глубже. Особые свойства активных слоев или образуются произвольно при изго товлении детален, либо создаются преднамеренно для обеспече ния тех или иных эксплуатационных качеств. •
В процессе работы на трение в результате внешних силовых воздействий, а также влияния окружающей среды происходит дальнейшее изменение свойств поверхностных слоев. Поверхност ный слой может упрочняться и разупрочняться. В тяжелых случа
ях |
изнашивания в поверхностных слоях происходят |
структурные |
и |
фазовые превращения, что ведет к повышению |
их твердости |
и напряженности. В условиях деформирования и теплового воз действия в поверхностных слоях протекают различные диффузион ные процессы, наблюдается диффузия из внешней среды азота, кислорода и углерода [40].
При наличии между поверхностями смазочной прослойки про исходит диссоциация молекул смазки и диффузия химических эле ментов в металл. В поверхностных слоях металлов возможно так
же образование карбидных, |
о-кисных и нитридных фаз |
в виде |
белых, слаботравящихся слоев. |
|
|
Вопросы химико-диффузионных процессов при трении |
железа |
|
и стали исследованы Б. И. |
Костецким и П. Ф. Трусковым [77]. |
|
іо
При трении стали по бронзе при наличии соответствующих смазочных сред просходпт выделение атомов меди из бронзы и осаждение их на‘поверхность стальной детали, что весьма сущест венно изменяет износостойкость пары. Это явление было открыто и исследовано Д. Н. Гаркуновым и И. В. Крагельскнм и названо избирательным атомарным переносом (14]. Существование эф фекта атомарного переноса, обеспечение его в реальных узлах трения открывает возможности создания практически безызносных пар трения.
Образование на поверхностях трения адсорбированных пле нок, новых, вторичных структур, іплснО'К атомарного переноса ста новится определяющим в протекании процесса изнашивания де талей.
В целом видно, что процесс формирования поверхностных слоев материала, предназначенных для работы на трение, являет ся весьма сложным и обусловлен рядом факторов. Поверхност ные слон по своим свойствам и структурному состоянию отличны от глубинных слоев уже на стадии формирования при изготовле нии деталей и к тому же существенно изменяются в процессе ра боты на трение.
3. ДИНАМИКА ИЗНАШИВАНИЯ
Изнашивание деталей при трении, его характер и интенсив ность протекания в значительной степени зависят от внешних ме ханических условий (давление, скорость перемещения, температу ра, вибрации), свойств поверхностных слоев трущихся материалов (твердость, пластичность, способность удерживать смазку, каче ство обработки и т. д.) и факторов среды (смазочная способность масла, наличие загрязнений в масле, состав газовой среды и т. д.).
Влияние внешних условий трения на изнашивание металлов изучалось многими авторами. Весьма обстоятельные исследования влияния скорости скольжения, удельного давления и температуры в широком диапазоне их изменения применительно главным обра зом к изнашиванию за счет схватывания выполнены Н. Л. Голегой [21]. Влияние твердости материалов применительно к услови ям абразивного изнашивания тщательно изучено М. М. Хрущовым и М. А. Бабичевым [84]. Поведение металлов при их трении в га зовых средах наиболее подробно исследовано И. Г. Носовским [57]. В ряде работ А. Я. Алябьева показано влияние основных параметров вибрации на интенсивность изнашивания контактиру ющих поверхностей [8].
Для работы деталей характерно постепенное изменение усло вий изнашивания во времени. Вследствие износа меняются усло вия смазки, динамический режим натрузки, характер взаимодейст вия деталей, условия теплоотдачи и т. д. Зависимость нараста ния износа от длительности работы для наиболее общего случая
11