Мета роботи: Вивчити вплив різних середовищ на процес зношування пари тертя

9.1 Короткі теоретичні відомості

Процес поверхневого руйнування речовини під впливом зовнішнього середовища називається – ерозією. У машинобудуванні під ерозією розуміють руйнування поверхні матеріалу внаслідок механічного впливу високошвидкісного потоку рідини, газу або пари. До ерозії відноситься і руйнування металів під дією електричних зарядів (оксиэрозия).

Ерозійний вплив високошвидкісного потоку рідини, газу або пари містить у собі тертя суцільного потоку і його ударів об поверхню. У результаті відбувається розхитування і вимивання окремих обсягів матеріалів.

Якщо потік містить абразивні частки, то зношування стає ерозійно-абразивним.

Корозійно-механічне зношування – зношування в результаті механічної взаємодії, що супроводжується хімічною та (або) електричною взаємодією матеріалу з середовищем.

Окислювальне зношування – зношування, при якому переважає хімічна реакція матеріалу з киснем або окислюючим оточуючим середовищем.

На інтенсивність абразивного зношення значний вплив мають вологість та агресивність середовища. Так при наявності в абразиві вологи (водопровідної води) біля 1% інтенсивність зношування збільшується в 1,2...2,7 рази.

Вчені Л.А.Юакши, І.Р. Клейс провели лабораторні досліди на центробіжному прискорювачі з метою дослідити залежність зношування від вологості абразиву та агресивності середовища. Для дослідів застосували воду, а також слабі розчини оцтової та щавлевої кислоти. Досліди демонструють, що вода діє як окислювач і може привести до корозії.

При досліджені впливу кислотності середовища на процес наводнення сталі та її зносостійкості були взяті слідуючі електроліти: 3% розчин оцтової кислоти, 3% розчин лугу (NaOH), рослинний сік, морська та прісна вода. Результати дослідів показують, що найбільш інтенсивно зношуються зразки, що з змочуються 3% розчином оцтової кислоти (рН=2,5). У випадку змочування рослинним соком, морською або прісною водою (рН=5,2...7) зношування було в межах 150...200 мг. При застосуванні 3% розчину NaOH (рН=11,5), тобто лужного середовища, зношення мінімальне (14...40 мг).

При терті стальних зразків в кислотному середовищі (розчин оцтової кислоти) питомий вміст водню в поверхневих шарах збільшується в 4,2...4,8 разів.

При терті в лужному середовищі велика зносостійкість обумовлена відсутністю збільшення питомого вмісту водню; це можна пояснити тим, що виділений при трибохімічних процесах водень вступає в реакцію з іонами ОН з утворенням води.

Практично всі поверхні тертя сталевих і чавунних деталей містять підвищену кількість водню і, отже, піддаються водневому зношуванню при терті. Механізм водневого зношування полягає у наступному:

1. Тертя у результаті трибо деструкції матеріалів, що містять водень, створює умови для утворення дифузійно-здатного водню (атомарний стан) з мастильного матеріалу, палива, парів води, з матеріалів пари тертя.

2. Далі відбувається адсорбція водню на поверхню деталі.

3. Відбувається дифузія водню в деформований шар сталі, швидкість якої залежить від температури і напруження.

4. Водень, що дифундує, концентрується на деякій глибині від поверхні тертя, там де знаходиться максимум температури при терті.

5. Далі відбувається утворення молекул водню (Н₂) питомий об’єм яких значно більше, ніж атомів водню, внаслідок чого поверхневі шари стають крихкими, що приводить до підвищеного зносу контактуючих поверхонь.

Титанові сплави також піддаються водневому зношуванню при терті (водень утворює з титаном хімічне з'єднання, що володіє високою крихкістю).

Основні методи зменшення і попередження водневого зношування:

- введення в сталь Cr, Ti, Va знижує проникнення в неї водню;

- введення в мастильний матеріал присадочних сполук, що містять хлор (хлор з'єднується з воднем, який виділяється на поверхні) знижує дифузію в деталі, що труться.

- зниження температури, швидкості ковзання і тисків, все це також зменшує насичення деталей воднем.

9.2 Обладнання та матеріали

Лабораторна установка (рис. 9.1), зразки з алюмінію, вода, розчин лугу (NaOH), набір важелів, штангенциркуль.

Рисунок 9.1 – Схема навантаження зразків