Классификации видов изнашивания базируются на выделении основных факторов, определяющих тот или иной процесс изнашивания.
Все виды изнашивания можно разделить на три основные группы (рис. 4.1).
Рисунок 4.1 - Классификация видов изнашивания
Механическое изнашивание происходит в результате только механических взаимодействий материалов изделия; молекулярно- механическое изнашивание сопровождается также воздействием молекулярных или атомарных сил; коррозионно-механическое изнашивание происходит при трении материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой. Разновидности этих процессов характеризуются специфическими явлениями, вызывающими разрушение микрообъемов материалов при трении и неодинаковой интенсивностью процесса.
Абразивное изнашивание – это изнашивание, при котором на трущихся поверхностях имеются абразивные частицы, разрушающие поверхность за счет резания и царапания с отделением стружки. Хотя, как правило, принимаются меры для того, чтобы избежать износа этого вида, обладающего большой интенсивностью, часто имеются причины для его возникновения. Происходит это вследствие недостаточной фильтрации смазки или наличия абразива на поверхности трения, попадающего из окружающей атмосферы. Часто абразивные частицы являются продуктами износа — твердыми образованиями структурных составляющих разрушенных микрообъемов. Некоторые детали машин работают непосредственно в абразивной среде (лемеха плугов, зубья ковша экскаватора и др.)
Следует отметить, что абразивный износ может иметь место и без наличия посторонних частиц, если твердые составляющие одного из сопряженных тел могут отделять микрообъемы контртела в результате режущего или царапающего воздействия.
Гидро- и газоабразивное изнашивание этого вида, когда износ происходит в результате воздействия потока твердых частиц, увлекаемых потоком жидкости или газа, является разновидностью абразивного изнашивания. Этот вид изнашивания, а также такие, как эрозионное и кавитационное, когда нет контакта двух твердых тел, отнесены нами к процессам разъедания .
Усталостное изнашивание является следствием циклического воздействия на микровыступы трущихся поверхностей. Отделение частиц может также происходить в результате наклепа поверхностного слоя, который становится хрупким и разрушается (иногда его называют изнашиванием при хрупком разрушении).
Следует различать контактную усталость поверхностных слоев, которая возникает при чистом качении и проявляется в развитии местных очагов разрушения (питтинг), и чисто усталостный износ, когда при трении скольжения отделение микрообъемов поверхностей связано с усталостной природой разрушения. При разрушении поверхностей таких сопряжений, как кулачок—ролик, зубчатые передачи, опоры качения и др., могут иметь место оба вида разрушения. При большем проскальзывании основную роль играет изнашивание, которое протекает интенсивнее, чем образование осповидных (питтинговых) разрушений поверхности.
Адгезионное изнашивание связано с возникновением в локальных зонах контакта поверхностей интенсивного молекулярного (адгезионного) взаимодействия, силы которого превосходят прочность связей материала поверхностных слоев с основным материалом. Образование адгезионных связей происходит в процессе механического взаимодействия микровыступов контактирующих тел и сопровождается, как правило, значительным изменением потенциальной энергии поверхностных слоев. Это облегчает проявление атомно-молекулярных сил, которые зависят от природы контактирующих материалов.
Адгезионное изнашивание всегда связано с фрикционным переносом материала с одного тела на другое или с образованием прослоек. В некоторых случаях это может оказать благоприятное влияние на фрикционные характеристики пары, например при трении металлополимерной пары, когда полимер переносится на поверхность металла, образуя на ней мономолекулярный слой. Однако при трении металлических пар адгезионное изнашивание приводит, как правило, к схватыванию контактирующих участков, глубинному вырыванию материала, переносу его с одной поверхности трения на другую и воздействию возникших неровностей на сопряженную поверхность. Этот вид износа относится к недопустимым видам повреждения, так как обладает высокой интенсивностью и приводит, как правило, к заеданию и отказу сопряжения,
Изнашивание в условиях избирательного переноса, наоборот, характеризуется атомарными явлениями в зоне контакта (см. выше) и приводит к практически безызносным парам. Образовавшийся на поверхности в результате своеобразных механохимических процессов мягкий и тонкий слой, обогащенный медью, обеспечивает минимальное трение и способствует равномерному распределению давлений по поверхности трения.
Окислительное изнашивание происходит при наличии на поверхности трения защитных пленок, образовавшихся в результате взаимодействия материала с кислородом. Следует иметь в виду, что наличие окисных пленок не исключает возможности их усталостного разрушения, а лишь вносит свою специфику, так как разрушается более хрупкий материал. Особенность окислительного износа при трении качения заключается в том, что наличие больших деформаций в поверхностных слоях облегчает диффузию кислорода и его взаимодействие с металлом, Пластически деформированный и насыщенный кислородом слой под воздействием циклических нагрузок хрупко разрушается, затем этот процесс охватывает следующие слои металла.
Изнашивание при фреттинг-коррозии происходит при относительных колебательных перемещениях контактирующих металлических поверхностей в результате вибраций или периодических деформаций элементов конструкции. На участках, поврежденных фреттинг-коррозией, протекают процессы схватывания, абразивное разрушение, усталостно-коррозионные явления. Данный процесс является многостадийным, который по современным представлениям состоит из следующих этапов.
Вначале происходят упрочнение поверхностей контакта и циклическая текучесть подповерхностных слоев. При этом происходят пластическая деформация микровыступов, схватывание ювенальных участков металла, возникновение и разрушение окисных пленок.
Вторая стадия фреттинг-коррозии (инкубационная) характеризуется развитием коррозионно-усталостных процессов и формированием коррозионно-активной среды вследствие адсорбции на окислах влаги и кислорода. Скорость изнашивания на этой стадии обычно невелика. Износ связан с образованием и удалением из зоны контакта разрушающихся окисных пленок.
Третья стадия фреттинг-коррозии, которая характеризуется высокой интенсивностью процесса, связана с разрушением поверхностных слоев, предварительно разрыхленных усталостными и коррозионными процессами. В зоне контакта может образоваться повышенное количество продуктов износа, что способствует интенсификации процессов разрушения вплоть до абразивного изнашивания. Эта стадия фреттинг-коррозии является недопустимой при эксплуатации машин.
