Твердость за методом Роквелла

Здесь индентором выступает алмазный конус. Твердость определяется по глубине отпечатка после вдавливания индентора. Числа твердости находят на шкалах – черной или красной – зависимо от способа испытания.

По черной шкале С находят твердость закаленной стали, белого чугун. Индентор – алмаз, масса гири – 150 кг. Твердость обозначается HRC.

Для очень твердых материалов, например твердых сплавов, когда вдавливание алмаза может привести к охрупчиванию последнего, масса гири уменьшается до 60 кг. Используют черную шкалу, твердость обозначается HRA.

Методы испытания механических свойств:

Износ является следствием трения двух поверхностей. В Процессе трения у менее износостойкого материала (обычно, но не всегда, менее твердого) износ больше. Износ состоит в отрыве отдельных ча­стиц. Важное значение при износе имеет химическое и физическое взаимодействие трущихся пар.

В лабораторных условиях обычно износостойкость определяют взвешиванием образца до испытания и после и износостойкость характеризуют потерей массы ( , где г — потеря массы в граммах; м² — поверхность износа, ч — время из­нашивания). Износостойкость весьма сильно зависит от условий трения.

Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию оце­ниваемое величиной, обратной скорости изнашивания, принято называть износостойкостью. В результате изнашивания изме­няются размеры детали, увеличиваются зазоры между трущи­мися поверхностями, вызывающие биение и стук. Все это вызывает отказ машин.

Изнашивание является сложным физико-химическим процес­сом и нередко сопровождается коррозией. Реальные поверх­ности имеют сложный рельеф, характеризующийся шерохова­тостью и волнистостью. При трении существует дискретное каса­ние шероховатых тел и, как следствие этого, возникают отдельные фрикционные связи, определяющие процесс изнашивания.

При относительном перемещении контактирующих материалов возникает сила трения F, препятствующая взаимному переме­щению. Сила трения равна F = Рf где Р — нормальная состав­ляющая внешней силы, действующей на контактную поверхность, а f — коэффициент трения. Коэффициент трения (безразмерная величина) может быть определен из уравнения: f = А ( /Р), где А — коэффициент, — динамическая вязкость и v — отно­сительная скорость перемещения. Чем ниже значение f, тем меньше износ.

Обычно между трущимися поверхностями имеется тонкая плен­ка оксидов, которая изолирует поверхности соприкасающихся металлов. Механизм изнашивания и величина износа зависят как от свойств материала пар трения, так и от характера их дви­жения (трение скольжения, качения и т. д.), величины Р, скоро­сти перемещения v и физико-химического действия среды. Ниже описаны различные разновидности изнашивания. Чаще имеют место коррозионно-механическое или окислительное изнашивание. Окислительным называется изнашивание, при котором основное влияние на изнашивание оказывает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой.

В результате трения на самой поверхности толщиной ~- нм образуется особая структура, содержащая большое количество оксидов. Под вторичной структурой располагается сильно дефор­мированный тонкий слой металла с высокой плотностью дислока­ции.

При нормальном окислительном изнашивании разрушается только вторичная структура, после удаления, которой она легко

восстанавливается, и процесс много­кратно повторяется. Наличие вторич­ной структуры уменьшает изнашива­ние поверхностного слоя. Наиболее высокая износостойкость достигается при минимальной толщине вторичной структуры, высокой ее прочности и хорошей связи с основным металлом. При нормальном окислительном из­нашивании

Рис.4. Кривая износа

коэффициент трения 0,01— 0,10 и толщина разрушающегося слоя 0,001—0,01 мм.

При постоянных условиях трения имеют место три стадии изнашивания (рис.1): 1 — период приработки, при котором происходит интенсивное изнашивание, изменяется микрогеомет­рия поверхности и материал наклепывается; эти процессы обеспе­чивают упругое контактное взаимодействие тел; после прира­ботки устанавливается равновесная шероховатость поверхности, характерная для заданных условий трения, которая в дальней­шем не изменяется и непрерывно воспроизводится;

2 — период установившегося износа, в течение которого интенсивность из­носа минимальная для заданных условий трения.

3 — период катастрофического износа.

Окислительное изнашивание наблюдается в подшипниках скольжения, валах, втулках, поршневых кольцах пальцах и т. д.

Различают трение без смазочного материала и трение со смазочным материалом.

Трение без смазочного материала наблю­дается во фрикционных передачах, тормозных парах и т. д. Широко применяется граничная смазка, когда масляная пленка толщиной от сотых до десятых долей миллиметра адсорбируется па поверх­ности детали. Коэффициент трения для этого случая составляет 0,01—0,03. При жидкостной смазке — трущиеся поверхности раз­делены находящимся под давлением слоем смазочного материала, который является несущим, так как уравновешивает внешнюю нагрузку. В этом случае слой смазочного материала имеет зна­чительную толщину, трение происходит внутри масляного слоя, что приводит к снижению коэффициента трения (~0,001).

При других видах изнашивания разрушение затрагивает по­верхностные слои большей толщины.

Виды изнашивания. По ГОСТ 27674—88 различают следующие виды изнашивания: механическое, коррозионно-механическое и электроэрозионное (изнашивание при действии электрического тока).

К механическому изнашиванию относят абразивное, ридроаб-разивное, газоабразивное, эрозионное, кавитационное, усталостное, изнашивание при фреттинге и изнашивание при заедании. Абразивное изнашивание материала происходит в результате режущего или царапающего действия твердых тел и (или) абра­зивных частиц. Эти частицы попадают между контактирующими поверхностями со смазочным материалом или из воздуха, а также могут появиться в результате развития других видов изнашива­ния (схватывания, выкрашивания, окисления). Абразивное изна­шивание может иметь место с преобладанием процессов окисления (окисление и последующее разрушение оксидных пленок) и с преобладанием механического разрушения (внедрения абразивных частиц) и разрушения поверхности. При окислительной форме абразивного изнашивания коэффициент трения 0,05—0,30 и тол­щина разрушающегося слоя до 0,1 мм. Абразивное изнашивание является типичным для многих деталей горных, буровых, строи­тельных, дорожных, сельскохозяйственных и других машин, ра­ботающих в технологических средах, содержащих абразивные частицы (грунт, разбуриваемые породы и т. д.).

Изнашивание, происходящее в результате воздействия час­тиц, увлекаемых потоком жидкости, называют гидроабразивным изнашиванием. Оно имеет место, например, в мешалках и про­пеллерах реакторов, в колесах и корпусах насосов, в шнеках и т. д.

Если абразивные частицы увлекаются потоком газа (напри­мер, в дымоходах и воздуходувках), то вызываемое ими изнаши­вание называется газоабразивным изнашиванием.

Под кавитационным изнашиванием понимают изнашивание по­верхности при относительном движении твердого тела в жидкости. В условиях кавитации работают гребные винты, гидротурбины, детали машин, подвергающиеся принудительному водяному ох­лаждению, трубопроводы.

Усталостное изнашивание (контактная усталость) происходит в результате накопления повреждений и разрушении поверх­ности под влиянием циклических контактных нагрузок, вызываю­щих появление «ямок» выкрашивания. Усталостное изнашивание проявляется при трении, качении или реже качении с проскаль­зыванием, когда контакт деталей является сосредоточенным.

Так, контактную усталость можно наблюдать в тяжелонагру­женных зубчатых и червячных передачах, подшипниках качения, рельсах и бандажах подвижного состава железнодорожного тран­спорта и т. д.

Изнашивание при фреттинг-коррозии происходит в болтовых и заклепочных соединениях, посадочных поверхностях подшип­ников качения, шестерен, муфт и других деталей, находящихся в подвижном контакте. Достаточны для образования фреттинг-коррозии даже весьма малые относительные перемещения с амп­литудой 0,025 мкм.

Причиной изнашивания является непрерывное разрушение защитной оксидной пленки в точках подвижного контакта. Коэф­фициент трения 0,1—1,0.

Изнашивание при заедании, при котором имеет место задир, приводит к катастрофическим видам износа. При этом происходит разрушение поверхности, и трущиеся детали выходят из строя.

Различают схватывание I рода (холодный задир) и II рода (горячий задир). Холодный задир происходит при трении с не­большими скоростями относительного перемещения (до 0,5 — 0,6 м/с) и удельными нагрузками, превышающими , при от­сутствии смазочного материала и защитной пленки оксидов. Го­рячий задир, наоборот, имеет место при трении скольжения е большими скоростями (>0,6 м/с) и нагрузками, когда в зоне контакта температура резко повышается (до 500— 1500 °С). При схватывании I рода коэффициент трения 0,5 — 4,0 и толщина раз­рушающегося слоя до 3 — 4 мм, а при схватывании II рода соот­ветственно 0,10 — 1,0 и до 1,0 мм.

Легированую сталь очень часто применяют для легковых машин серийного производства, т.к. они не подвергаются очень большим нагрузкам в повседневной езде.

При выборе легированой стали можно гарантировать что она будет высокоизносостойкой.