Наиболее общие механизмы абразивного износа

Рис. X01

Для лучшего понимания поведения при износе в наиболее тяжелых условиях работы необходимо сделать краткий обзор явлений, случающихся при ударно-абразивном износе и износе при скольжении под действием высокого напряжения. Какой бы тип износа не рассматривался, его механизм сильно зависит от угла наклона и формы абразивных частиц (округлые или острые)

Рис. X02

В случае ударно-абразивного износа, характеризуемого большими углами наклона (Рис. X01), накопление повреждений в поверхностных слоях выражается в присутствии глубоких вмятин, которые возникают в результате повторяющихся ударов или сжимающих нагрузок, оказываемыми тяжелыми и крупными абразивными частицами (рис. X02). На микроуровне такой механизм износа контролируется пластической деформацией контактной поверхности. Заметьте, что новая вмятина, появляющаяся при ударе, не приводит к отрыву материала с поверхности износа, так как в зоне повреждения материал деформируется упруго-пластически, растекаясь вниз и навстречу частице абразива. Однако потери объема будут происходить при повторных ударах из-за отрыва осколков от поверхностных слоев. Таким образом, в условиях высоких напряжений и ударных нагрузок для увеличения стойкости к абразивному износу при эксплуатации износостойкие материалы должны иметь высокую вязкость в сочетании со способностью к пластической деформации. В противном случае хрупкий материал будет растрескиваться в подповерхностной зоне, окружающей вмятину, что может приводить к значительному ускорению износа при эксплуатации.

В случае абразивного износа в условиях скольжения под высоким напряжением, которые определяются малыми углами падения (рис. Y01), накопление повреждений на микроуровне в поверхностных слоях реализуется по одному из следующих механизмов:

Образование борозд. Этот механизм износа в основном контролируется пластической деформацией. Действительно, скольжение сжатой частицы абразива происходит без удаления материала с поверхности износа, так как он смещается к краям борозды.

Резание. И в этом случае износ частично управляется пластической деформацией. Фактически, частица абразива действует как режущий инструмент и перед режущей кромкой частицы образуется стружка. В этом случае потери материала на изнашиваемой поверхности по объему равны объему следа (канавки).

Растрескивание (хрупкое разрушение). Всегда происходит под действием высокой концентрации напряжений, создаваемой абразивной частицей. Вследствие низкой деформационной способности рассматриваемого материала большие фрагменты отделяются от поверхности износа путем образования микротрещин и их распространения. Объем теряемого материала при износе больше, чем теряется при образовании канавок.
В заключение, образование борозд и резание являются основными механизмами износа, встречающимися в пластичных материалах, а растрескивание становится важным в хрупких материалах, в которых твердость считается адекватным способом противостоять износу в процессе работы.

Изнашиванием называется процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела. Износ является результатом изнашивания и определяется в установленных единицах (толщины слоя, объема, массы).
Процесс изнашивания обычно происходит в три стадии. На стадии / идет приработка сопряженных поверхностей деталей, занимающая небольшой отрезок времени. При этом износ А изменяется нелинейно, скорость изнашивания высокая, но постепенно убывает. Стадия // является наиболее продолжительной и характеризуется стабильностью процесса. Скорость изнашивания в этом случае небольшая и постоянная. Стадия /// ускоренное изнашивание, характеризующееся резко возрастающей скоростью изнашивания. Причиной этого является изменение условий трения из-за изменения размеров и формы трущихся поверхностей.