кости при увеличении содержания углерода в сплаве (от О до 6,67%), т. е. при переходе от чистого железа к цементиту (эта линия соответствует изменению износостойкости чистых металлов и сталей в отожженном состоянии). На отрезке /- располагаются значения относительной износостойкости для отожженных доэвтектоидных сталей, на отрезке 2-*? -для заэвтектоидных, а на отрезке 3- -для белых чугунов. Точки

О 7 2 5 5 5 6,67

Рис. 1.3. Зависимость относительной износостойкости 8 от микроструктуры железоуглеродистых сплавов:

л - феррит+перлит; б - феррит+сорбит; в--фер-рит+троостит; г - феррит+мартенсит; д - пер-лит+цементит; е - сорбит-Ьцементит; ж - тро-остит+цементит; з - мартенсит+цементит; и - мартенсит

1, 2 п 4 характеризуют соответственно относительную износостойкость феррита, перлита и цементита. Линия 2-6 отвечает изменению износостойкости эвтектоидной стали в зависимости от степени дисперсности частиц цементита.

В зависимости от условий взаимодействия детали с абразивными частицами разрушение металла может происходить в результате микрорезания, многократного пластического деформирования поверхности трения и коррозионно-механического изнашивания. Установлено, что механизм абразивного изнашивания определяется главным образом соотношением значений твердости материала Ям и твердости абразивных частиц На (Кт=Ям/Яа). Микрорезание и интенсивное пластическое деформирование поверхностей трения могут наблюдаться при Ны<.Нл. При более высокой твердости сплава процесс разрушения протекает в основном за счет коррозионно-механического изнашивания или хрупкого выкрашивания.

При малых значениях Кг (<0,6) интенсивность изнашивания велика. Увеличение /Ст до значений, превышающих 0,6, приводит к интенсивному росту износостойкости деталей.

На рис. 1.4 приведена диаграмма зависимости износостойкости от твердости для конструкционных сталей разных марок, подвергнутых термической и химико-термической обработкам, составленная М. М. Те-ненбаумом при испытании этих сталей на

карборундовой и песчаной шкурках. Область / относится к нйзкоуглеродистым сталям (СтЗ, 20, 20ХН, 12ХНЗА и др.). Так как максимальная твердость этих сталей достигаемая при закалке, на 60% ниже твердости абразива, рассматриваемая зависимость имеет линейный характер. Влияния различия в степени легированности этих сталей опытом не отмечается. Область 2 отражает изменение износостойкости среднеуг-леродистых сталей (50Г, 65Г, 45Г2, 40Х,. 40ХН и др.). К высокоуглеродистым сталям (У12А, ШХ15, ШХ15СГ и др.) относится область 3\ выше расположены области

твердость /

Рис. 1.4. Зависимость износостойкости от твердости сталей, подвергнутых термической и химико-термической обработкам:

/ - азотированные; - нитроцементованные об-разцы

для цементированных 4 нитроцементиро-ванных 5, цементированных высокоуглеродистых 6 и азотированных 7 сталей. Основ-пая прямая 9, отражающая изменение износостойкости чистых металлов и отожженных сталей (при испытании на карборундовой шкурке), в области высоких значений твердости (при испытании на песчаной шкурке) отклоняется вверх (кривая 5).

Схемы разрушения поверхностей трения представлены на рис. I 5 При движении абразивной массы по поверхности изделия происходит непрерывное деформирование основы сплава вместе с мелкими карбидами рассеянными по всему объему. Эти деформационные процессы определяют интенсивность изнашивания изделия при условии, что твердость металла Ям<0,8Яа. При этом, чем выше твердость и ниже пластичность матрицы, тем больше сопротивление сплава истиранию в абразивной среде. При взаимодействии твердых структурных составляющих с мягким абразивным материалом процесс изнашивания может протекать вследствие истирания окисной пленки, непрерывно восстанавливающейся в атмосферных условиях, или вследствие выкрашивания структурных элементов сплава при наличии динамических нагрузок.

Зависимость износостойкости от твердо--сти материала имеет линейный характер только при микрорезании и пластическом оттеснении. При увеличении твердости сплава более 0,8Яа наблюдается нелинейная зависимость е=ЬЯ , где коэффициент пропорциональности, Зависящий от условий изнашивания; Н - твердость материала; лпоказатель степени, при Ям<0,6Яа его

твердых тел, и их разрушение; молекулярное схватывание поверхностей, сопровождающееся глубинным вырыванием материала (сварка в узлах схватывания).

С увеличением давления на трущиеся поверхности интенсивносгь изнашивания в большинстве случаев возрастает плавно, без резких скачков (рис. 1.6). Лишь при очень высоком давлении в результате ин-

Рис. 1.5. Схема разрушения поверхностей трения абразивными частицами (по

В. Н. Ткачеву):

а - микрорезание (дЯа) б - пластическое оттеснение (Я <0,6Я); в - коррозионно-механический износ (H>0,8Hq)

величина равна единице, по мере роста твердости абсолютное значение п увеличивается.

Наличие нелинейной зависимости между износостойкостью и твердостью объясняется тем, что по мере увеличения твердости сплава способность абразивных частиц деформировать поверхность утрачивается и процессы пластической деформации уступают место коррозионно-механическим явлениям. Если нагрузки имеют динамический характер, в формулу необходимо ввести дополнительный поправочный коэффициент, учитывающий характер их приложения.

При относительном движении сочлененных деталей машин между контактирующими поверхностями возникает трение. Поэтому детали машин подвергаются изнашиванию, интенсивность которого зависит от условий взаимодействия трущихся пар. Трение металлических пар может быть жидкостным, при неполной (несовершенной) смазке и твердым (сухим). Наибольший износ отмечается при сухом трении. Согласно концепции И. В. Крагельского, сухое трение имеет двойственную молекулярно-механическую природу. При взаимодействии неровностей характер разрушения металла в пятнах касания зависит от глубины внедрения, геометрических параметров внедрившихся элементов и соотношения их механических свойств, а также от сил адгезии, проявляющихся при молекулярном контакте.

В зависимости от условий взаимодействия неровностей наблюдаются следующие явления: срез внедрившегося материала (микрорезание); пластическое оттеснение металла; упругое оттеснение металла; схватывание пленок, покрывающих поверхность

тенсивной деформации микронеровностей на поверхности трения возможно появление грубых рисок и адгезионного схватывания металла.

П 28 42 56 ДаВленив, rnjcM

Рис. 1.6. Зависимость износа термически обработанной стали У10А от давления при скорости скольжения, м/с:

/ - 3,11; 2-4,6; 5 - 0,49

Влияние скорости скольжения на интенсивность изнашивания показано на рис, 1.7. Разные участки кривой соответствуют различным видам износа. Точки 1-11 характеризуют качественные изменения в поверхностных слоях металла в зависимости от скорости скольжения.

Помимо указанных факторов, существенное влияние на взаимодействие трущихся

металлических поверхностей при сухом трении оказывают качество поверхности, температура металла в зоне трения, структура и свойства материалов трущихся пар и др.

Влияние содержания углерода и условий термической обработки на твердость и износостойкость углеродистой стали при сухом трении показано на рис. 1.8. Легирование стали марганцем повышает износостойкость, однако в закаленном состоянии и после низкого отпуска влияние марганца

5 70 15 20

Рис. 1.7. Зависимость износа термически обработанной стали У10А при давлении 14 кгс/см от скорости скольжения, м/с:

/~0,28; 2 - 0,49; 5-0.98; 4-1,44; 5-1,78; 6 - 2,59; 7 - 3,11; 5 - 4,6; 5 - 8,63; /-11,5; -20,7

невелико. При повышении температуры отпуска износостойкость марганцовистых сталей снижается, но по сравнению с углеродистой сталью характеризуется значительно большей величиной. Хром также повышает износостойкость стали. Его введение в марганцовистую сталь (38ХГН) устраняет отрицательное влияние никеля на износостойкость. Однако при отсутствии марганца износостойкость хромоникелевой стали (40ХН) невелика. Введение значительных количеств никеля приводит к резкому снижению износостойкости. Так, износостойкость хромоникелевой стали, содержащей 4% Ni, оказывается ниже, чем углеродистой. Высокая износостойкость стали достигается при совместном легировании ее хромом, кремнием и вольфрамом. Более других повышает износостойкость стали кремний.

Действие легирующих элементов наиболее сильно проявляется в средне- и высокоот-пущенной стали. В мартенситном состоянии влияние легирующих элементов сказывается значительно слабее, что связано с их воздействием на микроструктуру стали.

Одним из видов абразивного износа является абразивная эрозия. Возможны следующие виды перемещения абразивных частиц, при котором возникает абразивная эрозия:

а) в виде струи (износ некоторых типов броневых плит по тракту перемещения шихтовых материалов, деталей загрузочно-

го устройства доменных печей, деталей дробилок, сопел пескоструйных установок и др.);

б) в газовом потоке (износ большого в малого конусов загрузочного устройства, деталей газоотводов и пылеуловителей доменных печей, труб и других деталей различных пневматических установок и др.);

800 700 600

200 Ш 600 Тетер а тур а om/jyc/ra, °0

Рис. 1.8. Влияние температуры отпуска на твердость (а) и износ (б) закаленных углеродистых сталей:

/-У12А; 2-У10А; 3 - У8А; 4-У7А; 5-45s 5-35; 7 -\%\ 8- 08

в) В потоке жидкости (износ глиссажных труб нагревательных печей, многих типов водоохлаждаемых деталей, лопастей рото- ров гидравлических установок, лопастей насосов и др.).

Таким образом, абразивная эрозия представляет собой процесс разрушения поверхности материала под действием мелких частиц, находящихся во взвешенном состоянии в струе газа или жидкости. Мелкие частицы абразива, имеющие острые углы, с силой ударяются о поверхность металла, вызывая износ. Царапины, образующиеся при абразивном воздействии, являются концентраторами напряжений, способствуя усталостному разрушению металла.

Одновременно поверхность металла разрушается вследствие образования микро- и макротрещин, возникающих под действием*