Воздействие воздушно-абразивного потока

Воздействие абразивной частицы, переносимой воздушным потоком на поверхность трения, сопровождается ударом с последующим образованием на ней лунки или царапины. Уровень динамического воздействия и макрорельеф поверхности трения определяются ориентацией воздушно-абразивного потока к этой поверхности или так называемым углом атаки. При небольших углах атаки абразивная частица после соударения с поверхностью совершает направленное движение по ней; при угле атаки, близком к 90⁰, частица в момент соударения образует лунку с явно выраженными признаками деформации по ее контуру.

Угол атаки абразивного потока определяет уровень и характер внешнего силового воздействия, макрорельеф поверхности трения и критерии оценки износостойкости. Малые углы атаки предопределяют скользящее действие абразивного потока на поверхность трения. Это подтверждает макрорельеф, имеющий направленные царапины достаточной протяженности, свидетельствующие о том, что после соударения абразивная частица еще некоторое время скользит вдоль поверхности. При изменении угла атаки изменяется соотношение нормальной и тангенциальной составляющих нагрузки, а следовательно, и механизм изнашивания.

При углах атаки, близких к 90⁰, динамика соударения абразивного потока явно выражена, а рельеф поверхности трения весьма близок к рельефу при ударно-абразивном изнашивании и изнашивании при качении по слою незакрепленного абразива. В этом рельефе есть специфика, состоящая, в отличие от рельефа при ударно-абразивном изнашивании, в том, что индивидуальное внедрение единичной частицы выражено не столь четко, поскольку непрерывное действие соседних частиц искажает форму и размер образованной ею лунки. Из общего потока абразивных частиц, действующих на поверхность металла, только небольшая часть может образовывать лунки; остальные частицы действуют вокруг «активных» частиц, совершая удары в промежутке между «активными» частицами и тем самым формируя рельеф поверхности трения некоторой определенной шероховатости.

Таким образом, для изнашивания в воздушно-абразивном потоке (газоабразивном, по ГОСТ 27674–88) характерны непрерывность и множественность соударений отдельных частиц абразива, часть из которых попадает на открытые участки поверхности металла, образуя на ней лунки, другая часть воздействует по соседству с этими частицами или в промежутке между ними, не имея возможности всей формой и массой полностью участвовать в поражении поверхности. Есть еще одна группа частиц абразива, которые вообще не достигают поверхности, сталкиваясь с другими частицами на пути к поверхности либо непосредственно на поверхности металла.

Газоабразивному изнашиванию близко по характеру гидроабразивное изнашивание. Абразивная частица, находясь в потоке жидкости и взаимодействуя с поверхностью трения, разрушает ее путем микрорезания и деформирования – при малых углах атаки или образуя на ней лунки – при углах атаки, близких к 90°. Присутствие жидкости в зоне соударения абразивных частиц с поверхностью металла активизирует этот процесс в результате вымывания и очищения поверхности от мелких абразивных частиц, а также за счет расклинивающего действия жидкости в определенных условиях внешнего силового воздействия.

Абразивные частицы, движущиеся в жидкости с определенной скоростью, представляют собой более устойчивую и стабильную систему, в которой соударение частиц при их движении, отскок, рикошетирование от поверхности трения затруднены сопротивлением жидкой фазы определенной вязкости. Увлажненный абразив, по данным многих исследований, оказывает более интенсивное изнашивающее воздействие на металл по сравнению с воздушно-абразивным потоком. При определенных значениях скорости гидроабразивного потока и давления жидкости абразивное изнашивание в жидкости усиливается и усложняется малоизученным явлением – кавитации. Кавитация усложняет динамику внешнего силового воздействия гидроабразивного потока на поверхность деталей машин, существенно изменяя макрорельеф в зоне удара потока и активизируя процесс, предшествующий образованию и отделению частиц металла с поверхности трения.

Схема нагружения в этом случае более сложная, но анализ макрорельефа, сформированного под действием гидроабразивного потока и кавитации, не оставляет сомнения в том, что поверхность трения подвергается сложному силовому воздействию, при котором удар частиц абразива суммируется с кумулятивным ударом от действия жидкости. На поверхности в этом случае хорошо различимы лунки от удара частиц и разрушения типа мелкого выкрашивания, ориентированного по направлению струи жидкости, вызывающей кавитацию. Рельеф поверхности при кавитационном изнашивании имеет признаки деформирования металла. Критерии оценки износостойкости сталей и сплавов в условиях гидроабразивного изнашивания, осложненного явлением кавитации, еще предстоит выяснить.

Наиболее характерные примеры систем, подверженных газо- и гидроабразивному изнашиванию, – газо- и нефтепроводы, водоводы и т.д. Наиболее интенсивно изнашивается запорная арматура, устанавливаемая на трубопроводах.