(перевод)

   L'usure ne varie généralement pas de manière progressive en fonction de paramètres comme la vitesse, la température ou le temps. Si certaines formes d'usure sont relativement régulières, d'autres au contraire connaissent des sauts très brutaux.
   La plupart du temps, l'usure globale d'un mécanisme est due à plusieurs processus qui agissent simultanément, plus rarement à un processus bien défini et identifiable. L'effet de ces actions simultanées est souvent plus important que la somme des effets que l'on produirait en faisant agir séparément les divers processus.

   Общие положения

   Как правило, величина износа не изменяется пропорционально таким параметром как скорость, температура или время. Если отдельные виды износа протекают относительно равномерно, то другие, напротив, изменяются скачкообразно и могут отличаться на 3 - 4 порядка, превышая критические значения.
   В течение основного времени работы общий износ механизма или машины обусловлен различными процессами, часто происходящими одновременно, реже - одним определенным или неопределенным процессом. Эффект от этих одновременных воздействий часто более значителен, чем сумма эффектов, которые могли бы произойти, если бы различные процессы действовали бы раздельно, при этом иногда говорят о "сверхаддитивности". В других случаях наоборот, отдельные формы износа взаимно исключаются: например, зубья главным образом подвергаются осповидному износу или абразивному износу, но эти два процесса никогда не происходят одновременно.

   Фазы жизни машины

   Рисунок 1. Потеря материала в единицу времени

   Обычно механизм проходит три последовательные фазы износа:
   Последняя приработка поверхностей во время обкатки (притирки): большая шероховатость (неровность) поверхности изменяется в течение времени, пики постепенно сглаживаются, тогда как впадины остаются нетронутыми. Величина износа и коэффициент трения уменьшаются, опорная поверхность улучшается, масляные плёнки утончаются. Новая топография поверхности заменяет начальную шероховатость изделия. Если износ замедляется в процессе пуска машины в эксплуатацию, то при этом констатируют улучшение состояния поверхности, и наоборот.
   Период стабильной эксплуатации (полезная жизнь изделия) соответствует режиму слабого износа: сформировавшийся твёрдый поверхностный слой удаляется мало помалу в виде отслаивающихся малых чешуек. Слабый износ уменьшает шероховатость, тогда как грубый износ увеличивает её.
   И, наконец, старение характеризуется грубым износом, который приводит изделие к отказу.
   Продукты износа содержат в себе историю их образования. Процессы аварийного износа производят частицы достигающие размеров 0,1 мм, в то время как продукты слабого износа имеют размеры менее 15 мкм. Даже после смены масла в картере, наступает быстрое равновесие в смазочной жидкости между поступлением частиц и их отводом методом осаждения, фильтрации и притягиванием посредством магнитных устройств …

   Основные правила уменьшения износа

   Эти правила были сформулированы Жан-Жаком Кобэ (Jean-Jacques Caubet) в его книге "Теория и практика промышленного трения".

Избегать, по возможности, непосредственного контакта деталей при взаимном перемещении, учитывая состояние их поверхности. Избегать глубинного разрыхления материала воздействием переменного сверхдавления, образования трещин, отслаивания чешуек, благодаря чрезмерному наклёпу. Рационально распределять выделяющееся тепло. Избегать таких явлений как коррозия, кавитация, эрозия. Правильно разрабатывать в научно-исследовательских отделах графики приработки. Внедрить в процессе производства действенный контроль металлургии, геометрии, макро- и микротопологии трения. Соблюдать сбалансированность проекта: хорошая пара трения должна значительно продлевать срок службы машины, все детали изнашиваются или стареют совместно.

   Избегать, по возможности, непосредственного контакта деталей при взаимном перемещении, учитывая состояние их поверхности.

   Разделять детали толстым слоем твердой смазки (графит - пока еще недостаточно известен, бисульфид молибдена слабо известен как универсальное средство, хотя таковым не является), создавать масленый контакт, выполнять на деталях канавки, площадки, промежуточные емкости для подачи смазки, при этом, избегая "паучьих лапок", в частности, предусматривать резервные гидродинамические канавки для смазки плоских направляющих, предусматривать запуск механизма с обеспечением подачи достаточного количества смазки.
   Выбирать металлы, которые были бы совместимы, так же как и их оксиды. Механическое полирование, которое сохраняет поверхность, приемлемо для пар материалов, подверженных риску распада кристаллических связей (сталь и чугун), в других случаях суперфинишная обработка или электролитическое полирование, которые устраняют это явление, могу стать наилучшими технологиями (хром и серебро).
   Правильно выбирать шероховатость деталей. Хорошее качество поверхностей уменьшает удельное давление, ускоряет приработку, делает пленки оксидов более однородными и более твердыми, но слишком большая полировка вредит поступлению пленок смазочного материала. Направление рисок от инструментов имеют большое значение. Протяжка является лучшим процессом, чем токарная обработка, для коротких опорных поверхностей, но никогда не следует применять обработку протяжкой или на оправке осей для аксиальных перемещений. Максимально полировать поверхности цапф и шеек валов, а также вкладышей подшипников скольжения, применяя гидродинамический режим обработки.
   Вводить в сталь металлоид или материал переходной группы: углерод, серу, азот, фосфор, олово. В структурах поверхностей следует избегать феррита и аустенита, создавать остаточные напряжения сжатия, добиваться образования наклонных по отношению к направлению движения рисок обработки, цементировать, нитрировать и сульфидировать поверхности.

   Избегать глубинного разрыхления материала воздействием переменного сверхдавления, образования трещин, отслаивания чешуек, благодаря чрезмерному наклёпу.

   Любой ценой избегать перегрузок и опоры на кромки деталей, допускать бочкообразность поверхностей. Предусматривать пары трения – это прежде всего правильно назначать допуски с учетом возможных деформаций и температурных расширений…
   Если трутся пары из одного и того же металла при достаточно низкой температуре, чтобы не ослаблять наклёп, необходимо, чтобы именно большая поверхность истиралась быстрее, а меньшая наклёпывалась дополнительно и становилась более твердой, в это же время поверхностная абсорбированная плёнка становилась более сопротивляющейся. Кроме того, сульфидированный подшипник скольжения обеспечивает лишь посредственную надежность, тогда как сульфидирование поверхности вала дает наилучший результат.
   Жесткость поверхностей является предпочтительной при условии повышения твердости абсорбированных оксидных плёнок и наименьшей склонности к холодной спайке, но она способствует повышению влияния цикличных нагрузок и старению глубинных слоев материала.
   Иногда вместо исследований и поиска более совершенных материалов более предпочтительным является изменение характеристик нагружения.

   Рационально распределять выделяющееся тепло.

   Зона трения всегда является источником выделения тепла.
   Обозначим L теплопроводность материала, с – его массовую теплоёмкость и d – его плотность. Когда трение имеет место между двумя поверхностями, геометрически и кинематически эквивалентными, выделяющееся тепло распределяется между ними пропорционально показателю √Lcd. Тело, для которого этот показатель имеет наибольшее значение, должно быть сконструировано наилучшим образом.

   Антифрикционная поверхность получает намного меньше калорий, чем графит, трущейся по стальной поверхности.
   Как правило, изделие, на котором зона трения распространяется на большую площадь, подвергается вентиляции (охлаждению) наилучшим образом (например, тормозной диск).
   Поэтому именно эта поверхность должна получать максимум калорий. Необходимо избегать любого режима смазки, если существует малейший риск повышения температуры: нагрев благоприятствует выделению из абсорбированных слоев. В этом случае необходимо предусматривать применение пар металлов, нерастворимых друг в друге.

   Избегать таких явлений как коррозия, кавитация, эрозия.

   Необходимо избегать адгезии совмещаемых материалов и, более того, бороться с окислением поверхности, например, с помощью покрытий мягкими или благородными металлами (медь, серебро, золото, никель, молибден) или специальными методами обработки (сульфидирование, азотирование, обработка порошковым алюминием, анодное окисление). Для черных металлов предпочтительны мартенситные структуры.
   Эрозия является особым абразивным износом, обусловленным воздействием твердых частиц, содержащихся в жидкости или жидких частиц, находящихся в газе. В процессе ударных нагрузок имеет место расталкивание частиц материала поверхности и разрушение кристаллической системы. Повреждения зависят от величины кинетической энергии, т.-е. от величины массы и квадрата скорости частицы. Удаление материала возрастает очень быстро с повышением скорости. Можно обработать поверхности или покрыть их металлами или твердыми сплавами, но лучшим решением является уменьшение воздействий любыми возможными способами. В случае эрозии как и в случае абразивного износа в результате воздействий слабыми нагрузками, возможно использование некоторых пластических материалов и эластомеров таких, как специальных полиуретанов, используемых для покрытий.
   Кавитация возникает при относительном движении твердого и жидкого тел. Она касается в первую очередь износа деталей, работающих в жидкости, например, насосов, корабельных винтов…, но также и некоторых механизмов системы смазки: например, подшипников скольжения двигателей, зубчатых зацеплений. Главным мероприятием для уменьшения этого вида износа является улучшение конфигурации деталей, чтобы избегнуть насколько возможно образование зон с пониженным давлением. Затем необходимо уменьшить количество зародышей (центров кристаллизации): для этого тщательно фильтровать масло, улучшать состояние поверхностей и их кристаллическую целостность.
   Кроме широко известных методов борьбы с коррозией, упомянем способ плазменного напыления металлами, хорошо сопротивляющимися этому виду износа (молибден или сплавы на базе кобальта или никеля). Хороший результат дают также остаточные напряжения сжатия, обработка поверхностей методом азотирования и сульфидирования.

   Правильно разрабатывать в научно-исследовательских отделах графики приработки.

   Приработка – это совокупность механических, химических и металлургических процессов, которые улучшают пригонку, топографию и совместимость поверхностей трения механизмов новой машины. В разговорной речи этот термин соответствует понятиям принятию определенных предосторожностей в первые часы работы машины. На самом деле, это не что иное, как первый износ вначале очень быстрый, затем замедляющийся, который необходимо тщательно организовать, чтобы гарантировать в будущем нормальное функционирование машины.
   В начальный, наиболее ответственный, период нужно, по возможности, устранять неровности поверхности и снижать шероховатость для лучшего перераспределения нагрузок. Парадокс состоит в том, что новые структуры, порожденные в поверхностных слоях, должны защищать поверхности от износа, но своим появлением они мешают снижению шероховатости, что есть ни что иное, как износ…
   Нагрев должен быть контролируемым: он облегчает перераспределение напряжений, приводит к риску заклинивания (заедания) или поверхностному схватыванию. Необходимо плавно повышать нагрузки и скорости для того, чтобы получить наиболее благоприятные условия для поворота зерен, предпочтительно для их самостоятельного наклепа. Никогда не допускать появления новых остаточных напряжений (например, царапанием поверхности) после того, как они были устранены!
   Обработка поверхностей может облегчить многое. На необработанной поверхности в процессе приработки металл течет с обеих сторон неровностей, образуя выступы (валики), которые немедленно будут устранены в процессе работы. В этом случае период приработки должен будет преодолеваться с осторожностью, и дальнейшая работа машины не будет достаточно надежной. Напротив, поверхность детали, защищенная слоем одновременно твердым и пластичным, будет течь в глубину без значительной эмиссии частиц износа. Приработка будет происходить хорошо и упрочнит поверхность, таким образом, поведение детали в процессе эксплуатации будет более удовлетворительным.
   Улучшение геометрии поверхности происходит до полного исчезновения рисок. Арифметическая сумма неровностей обеих деталей должна быть больше суммы допусков, в противном случае приработка никогда не закончится.
   Абразивы должны быть запрещены, кроме случаев, когда необходимы притирка или полировка деталей из твердых сталей (не ферритных и не аустенитных), или для деталей, последующая обработка которых, например, методом сульфидирования, позволит отделить или покрыть защитной оболочкой абразивные фрагменты, которые оказались втертыми в поверхность.
   Давление должно распределяться по достаточной площади, которая еще более увеличивается в процессе приработки. Аморфные отходы износа заполняют канавки и выемки на поверхности и содействуют этому явлению, но они становятся нежелательными в случае слишком быстрого увеличения нагрузок. В этом случае они способствую износу.
   Смазочные материалы (например, побочные продукты переработки нефти), вязкость которых растет вместе с ростом давления, очень хорошо способствуют перераспределению нагрузок. Необходимо применять смазку чистую и хорошо регенерированную, обычно с соответствующими присадками. Хорошая паста, применяемая для приработки, обычно содержит:

основу: мазь или другое смазочное вещество, извлеченное из нефти, легкий абразив: серу, которая еще издавна применялась для полировки подшипников скольжения, нагревающихся в период приработки. Сера ведет себя как абразивный материал при только малых скоростях, но становится активной из-за своей легкой химической агрессивности, если температура резко повышается, потребляемый элемент: жирную или другую подобную кислоту, которая химически соединяется с частицами, выделяющимися при приработке.

   Если деталь предназначена для трения под большими нагрузками, она должна подвергаться в конце приработки воздействию поверхностных усилий более значительных, чем те, которые потребуются позднее, чтобы увеличить толщину наклепанного слоя. Скорость, напротив, должна оставаться ниже номинальной, предусмотренной для дальнейшей эксплуатации.

   Много опытов и исследований позволили уточнить параметры приработки и слабого износа механизмов в процессе длительной эксплуатации.

   Внедрить в процессе производства действенный контроль металлургии, геометрии, макро - и микротопологии трения.

   Вот несколько примеров:

русский

français

українська

english

Портал магистров Донецкий Национальний Технический Университет Французский Технический Факультет адрес: 58, ул.Артема 83000 Донецк, УКРАИНА телефон: 8(062)3052469 e-mail: dfst@dgtu.donetsk.ua

© ДонНТУ Hélène SYDOROVA