Излом стали крупнозернистого строения с характерными блестками. И. н. является признаком брака при термической обработке быстрорежущей стали.

Плохо отожженная быстрорежущая сталь после закалки имеет нормальную твердость и нормальное количество остаточного аустенита, но при этом очень хрупкая, излом такой стали - грубозернистый, чешуйчатый, напоминающий нафталин.

Вид излома металла под действием знакопеременных напряжений. И. у. характеризуется наличием трех зон: зарождения трещины, развития трещины и долома. Каждая зона И. у. имеет характерный вид.

Излом ковкого чугуна с большим числом графитных включений в ферритной основе.

И. ч. имеет ферритный ковкий чугун, называемый черносердечным.

Процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и (или) его остаточной деформации. И. характерно для всех подвижных соединений машин и механизмов – трибосопряжений.

Контактное взаимодействие элементов трибосопряжения в трибологии принято классифицировать по признаку элементарных процессов разрушения, которые проф. И.В.Крагельский предложил называть видами нарушения фрикционных связей. Процесс контактного разрушения при этом предлагается рассматривать, как совокупность единичных актов возникновение и нарушение фрикционных связей (рис. 1).

Каждый вид нарушения фрикционных связей характеризуются определенным числом циклов n взаимодействия элементов трибосопряжения до разрушения. При этом речь идет о микроразрушении, когда с поверхности контакта элементов трибосопряжения отделяется фрагмент материала, который будем называть частицей износа. Частица износа может представлять собой как фрагмент материала элемента, так и продукт взаимодействия материала элемента со смазкой и окружающей средой.

По аналогии с объемной прочностью способность материала сопротивляться трибологическому нагружению принято называть контактной прочностью. Контактная прочность материала контролируется как объемными свойствами изнашиваемого материала, так и локальными свойствами поверхностного слоя.

Согласно классификации И.В.Крагельского все разнообразие видов контактного взаимодействия сведено к пяти основным видам по характеру разрушения и числу циклов нагружения, предшествующих разрушению:

I – упругое оттеснение материала взаимодействующих элементов, число циклов да разрушения n→. Упругое оттеснение является предпочтительным видом контактного взаимодействия, поскольку имеет минимальную интенсивность изнашивания элементов;

II – пластическое оттеснение материала взаимодействующих элементов, число циклов да разрушения >n>1;

III – микрорезание материала, n→ 1.

IV – разрушение вторичных пленок, формирующих в процессе контактного взаимодействия, n→;

V – глубинное вырывание материала (адгезия), n→ 1.

Изнашивание подразделяется на виды, которые реализуются по одному из представленных на рис.2. механизмов.

В случае n→ вид изнашивания называют допустимым. В этом случае имеем высокую износостойкость поверхностей трения.

При n→ 1 вид изнашивания считается недопустимым. В этом случае износостойкость низкая. Такой вид изнашивания необходимо, по возможности, исключить, заменив менее интенсивным процессом поверхностного разрушения.

Адгезионное схватывание относится к недопустимым видам и является следствием нарушения нормальной эксплуатации машин или ошибок при подборе материалов. Стараются также избежать процессов микрорезания, так как при этом значительно возрастает интенсивность процесса разрушения поверхностных слоев.

Основным процессом, возникающим при трении материалов и приводящим к износу, является упругопластическая деформация как результат взаимодействия микрорельефов поверхностей. В свою очередь, этот процесс порождает и сопровождается целой гаммой производных физических, химических и механических процессов, протекающих на поверхностях и в поверхностных слоях трущихся тел.

Изнашивание является процессом, сопровождающим работу подвижных сопряжений технических устройств. Причем изнашивание нельзя избежать, поскольку оно является одной из форм старения машины, его можно лишь минимизировать, увеличив тем самым время межремонтного пробега оборудования. В этой связи виды контактного взаимодействия разделяют на допустимые (n→) и недопустимые, когда n→ 1. С этой точки зрения упругое оттеснение и разрушениевторичных пленок относится к допустимым, а микрорезание и глубинное вырывание к недопустимым видам контактного взаимодействия.

Вид	Схема	Характер разрушения
I		Упругое оттеснение материала n→
II		Пластическое оттеснение материала >n>1→
III		Микрорезание материала n→ 1
IV		Разрушение пленок n→
V		Разрушение основного материала n→ 1

Рис. 1 Виды нарушений фрикционных связей
(по И.В. Крагельскому)

Однако следует оговориться, что в ряде случаев конструктор – триболог вынужден мириться с наличием в создаваемом техническом устройстве трибосопряжений, в которых имеют место недопустимые виды контактного взаимодействия.

Это относится в основном к микрорезанию, поскольку в ряде случаев условия функционирования машины таковы, что избежать микрорезание невозможно. Например, дизирующие и транспортирующие устройства для абразивных сред в химической, горнообогатительной и строительной промышленности, почвообрабатывающие орудия в сельском хозяйстве и др.

В трибосопряжении реализуется определенный механизм изнашивания. Изнашивание принято классифицировать на три группы механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое.

Механическое изнашивание – вид изнашивания, при котором контактное разрушение деталей происходит в результате механических воздействий на взаимодействующие элементы трибосопряжения.

Молекулярно-механическое изнашивание – вид изнашивания, при котором контактное разрушение деталей происходит с участием межмолекулярных сил, возникающих на взаимодействующих поверхностях элементов трибосопряжения.

Коррозионно-механическое изнашивание – вид изнашивания, при котором контактное разрушение деталей происходит в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) электрохимическим взаимодействием материала элемента трибосопряжения со средой, находящейся на контактной поверхности.

Внутри названных групп различают следующие виды изнашивания:

• усталостное изнашивание – контакное разрушение многократного передеформирования поверхностного слоя. Типичным представителем усталостного изнашивания является питтинг (усталостное выкрашивание) дорожек и тел качения шарико- и роликоподшипников, опорно-поворотных устройств и др.

• кавитационное изнашивание – контактное разрушение на границе раздела твердое тело-жидкость. Наблюдается в высокоскоростном потоке жидкости. Кавитация наблюдается в трубопроводах, гидромоторах, турбинах и др.

• эрозионное – изнашивание потоком жидкости (гидроэрозионное) или газа (газоэрозионное). Эрозия представляет собой разрушение поверхности детали вследствие механического воздействия скоростного потока жидкости, газа или пара.

Среди различных видов механического изнашивания деталей машин наиболее распространенным является абразивное изнашивание.

Абразивное изнашивание поверхности происходит в результате режущего или царапающего воздействия твердых частиц с отделением стружки. Происходит это вследствие недостаточной очистки смазки или наличия абразива на поверхности трения, попадающего в трибосопряжение из окружающей атмосферы. Часто абразивные частицы являются продуктами износа.

Абразивное изнашивания имеет место при трении элементов машин о перерабатываемый или транспортируемый материал. Оно характерено для работы бурового, горного, металлургического, химического оборудования, а также строительных, дорожных, сельскохозяйственных и других машин.

Интенсивность абразивного изнашивания существенно зависит от соотношения твердости металла H_м и абразива Н_а (рис.4).

I - область усталостного разрушения (n→)

Н_А < К₁Н_М К₁ = 0,7…1,0

II - область пластического передеформирования

К₂Н_М >Н_А > К₁Н_М

III – область микрорезания

Н_А>К₂Н_М К2 = 1,3…1,7

Микрорезание является самым опасным режимом работы трибосопряжения, поскольку оно сопровождается быстрым разрушением контактных поверхностей.

Для исключения микрорезания в трибосопряжениях возможны два варианта. Это конструктивный вариант, заключающийся в исключении попадания абразивных частиц в трибосопряжение, и материаловедческий – состоящий в переводе трибосопряжения в область усталостного разрушения на контакте. Для этого необходимо обеспечить выполнения условия

Конструктивный вариант исключения микрорезания приемлем в случаях, когда наличие абразивных частиц в трибосопряжении не связано с функционированием технического устройства (системы смазки, гидравлические системы и др.).

Материаловедческий вариант борьбы с микрорезанием в трибосопряжениях используется в случаях, когда взаимодействие с абразивными частицами является функциональным назначением трибосопряжений (буровые долота, дозаторы, дробильное оборудование и т.п.).

Если частицы абразива переносятся средой, то имеем изнашивание незакрепленными частицами абразива – газо- и гидроабразивное. Этим видам износа подвержены лопатки газовых турбин, направляющие гидравлических турбин, трубы и насосы земснарядов и др.

Эрозия характерна для деталей оборудования, взаимодействующих с потоками жидкости или газа: теплообменники, топливные системы, регулирующие устройства гидравлических и паровых систем , поршневые кольца ДВС и компрессоров.

К молекулярно-механическому изнашиванию относится заедание – изнашивание в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и несовместимо с нормальной эксплуатацией технического устройства..

Явление схватывания имеет место при некоторых технологических процессах, происходящих при Т < Т_рекр : холодная сварка металлов, получение биметаллов методом холодной прокатки. В этом случае схватывание желательно. В трибосопряжениях схватывание всегда вредно и несовместимо.

Наличие химически активной среды на поверхности трения приводит к параллельному протеканию трибологического и химического процесса.При контакте металла с обезвоженными газами и неэлектропроводящими жидкими средами происходит химическая коррозия.

При контакте металла с электролитами (водные растворы кислот, солей, щелочей, расплавы солей и т.п.) возникает электрохимическая коррозия, сопровождаемая анодными и катодными процессами.

Коррозионно-механическое изнашивание проявляется в виде окислительного изнашивания и фреттинг-коррозии.

Окислительное – коррозионно-механическое изнашивание, при котором преобладает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей средой. Фреттинг- коррозия (фрикционная коррозия, коррозия трения, контактная коррозия, просто фреттинг) – коррозионно-механическое изнашивание плотно контактирующих твердых тел при наличии относительных тангенциальных микросмещений.

Фреттинг-коррозии подвержены поверхности контакта прессовых соединений ступица-вал, шпонка-вал, центрирующие поверхности, опорные поверхности пружин, ножевые опоры силоизмерительных устройств, поверхности затянутого стыка.

Наиболее радикальным методом предотвращения фреттинг-коррозии является уменьшение микросмещений.

Электроэрозионное – эрозионное изнашивание поверхности в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока.

Этому виду изнашивания подвержены скользящие контакты электрических машин и сварочных аппаратов, токосъемы транспортных и подъемно-транспортных машин, в радиоэлектронной аппаратуре, средствах автоматики и, связи слаботочные подвижные контакты реостатов, потенциометров, кодовых датчиков и др.

Для снижения интенсивности электроэрозионного изнашивания используют: создание на поверхностях контакта тонких переходных слоев, не ухудшающих токопроводимость, но снижающих вероятность схватывания; создание композиционных материалов, содержащих электропроводные смазки; создание токопроводящих смазочных материалов.

Б.П. Сафонов

Эксплуатационное свойство материала, характеризующее его способность сопротивляться изнашиванию.

Трение - комплекс физико-химических явлений в зоне контакта поверхностей двух перемещающихся относительно друг друга тел, в результате чего в этой зоне возникают контактные силы.

Трение как физико-химический феномен принято разделять на виды по двум идентифицирующим признакам:

классификация видов трения, реализуемого в конкретных трибосопряжениях технических устройств, представлена на рис.1. Как видно из рисунка трение присуще всем без исключения техническим устройствам, в которых имеет место контактирование деталей, поэтому в настоящее время трибология фундаментальная и инженерная развиваются бурными темпами.

В общем виде физическая картина трения может быть представлена следующим образом. При функционировании технического устройства на дискретных площадках фактического контакта развиваются высокие удельные давления, которые в сочетании со скольжением, обусловливающим значительные температурные градиенты в объемах материала контактирующих элементов, прилежащих к зонам касания взаимодействующих элементов, создают в них специфическое напряженно-деформированное состояние, которое не имеет аналога при объемном нагружении.

Интенсивное механо-термическое воздействие на материал, осложненное влиянием окружающей среды на свойства поверхностных слоев, приводит к модифицированию материала в микро- и макрообъемах, прилежащих к поверхности контакта.

Вторым процессом контактного взаимодействия при трении является изнашивание взаимодействующих элементов.

Изнашивание - это процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и (или) его остаточной деформации.

Локальные свойства модифицированного поверхностного слоя в сочетании с объемными свойствами материала определяют сопротивление взаимодействующих элементов контактному нагружению, называемому И. материала.

Рис.1. Классификационная схема видов трения

При соприкосновении под нагрузкой двух элементов технического устройства сопряженными поверхностями, сопровождающемся их относительным перемещением, в поверхностных слоях элементов возникают механические и молекулярные взаимодействия, которые приводят к развитию контактных деформаций, после достижения которыми предельных значений наступает контактное разрушение, именуемое износом.

Износ - результат изнашивания, определяемый в установленных единицах.

Существуют разнообразные методы измерения износа от простейших, когда обычными средствами производят измерение размеров изнашивающихся деталей, до методов, использующих ядерно-физические процессы. Классификация методов измерения износа приведена в табл.1.

Наиболее целесообразны дифференциальные методы измерения износа (микрометрирования, искусственных баз и др.), которые позволяют определить распределение износа по всей поверхности трения взаимодействующих элементов и оценить влияние, которое оказывает неравномерность износа на выходные параметры изделия. В ряде случаев применяются также методы оценки износа по выходным параметрам сопряжения.

В инженерной практике для расчета трибосопряжений используют две количественные характеристики протекания процесса изнашивания во времени и пространстве. Кинетической характеристикой процесса изнашивания является скорость изнашивания, а пространственной - интенсивность изнашивания.

Скорость изнашивания g - отношение величины износа ко времени, в течение которого он возник.

Скорость изнашивания может определяться, опираясь на различные характеристики износа (толщину, массу или объем), в этом случае будем иметь скорость изнашивания линейную g_h, по массе g_m или объему g_v. Следует различать среднюю и мгновенную скорость изнашивания.

Средняя скорость изнашивания представляет собой отношение конечного приращения величины износа дh, дm, дv к интервалу времени дt

g_h =Δ h/Δt, g_m = Δm/Δt, g_v = Δv/Δt. (1)

Таблица 1

Классификация методов измерения износа

поверхностей трения

Метод измерения		Разновидности метода
Интегральный	Оценка суммарного износа	По изменению массы образца (массовый Δm) По изменению объема образца (объемныйΔ V) Измерение зазора сопряжения (линейный износ Δh)
	Продукты износа в смазке	Химический анализ Спектральный анализ При помощи радиоактивных изотопов
Дифференциальный	Микрометрирование	Измерение размеров Профилографирование
	Метод искусственных баз	Метод отпечатка Метод лунок Метод слепков
	Метод поверхностной активации	Активация участка Применение вставок
Изменение выходных параметров сопряжения		Измерение: Коэффициента трения; Утечек или расхода смазки; Температуры

Мгновенная скорость изнашивания находится как отношение бесконечно малых приращений износа и времени, т.е. отношение их дифференциалов.

Скорость изнашивания имеет размерность, соответствующую размерностям входящим в формулу для ее определения величин:

[g_h] = м/с; [g_m] = кг/с; [g_v] = м³/с.

Линейная скорость изнашивания используется при расчетах трибосопряжений на долговечность. Скорость изнашивания по массе и объему находит в инженерных трибологических расчетах значительно меньшее применение.

Второй, пространственной характеристикой протекания процесса изнашивания является интенсивность изнашивания.

Интенсивность изнашивания I - отношение величины износа к пути трения l, на котором происходил этот износ.

если в качестве износа принята линейная характеристика Δh, то это будет линейная интенсивность изнашивания I_h. Может быть также интенсивность изнашивания по массе I_m , и объемная интенсивность изнашивания I_v

I_h = Δh/Δl, I_m = Δm/Δl, I_v = Δv/Δl. (2)

Линейная интенсивность изнашивания величина безразмерная, поскольку в числителе и знаменателе величины с одинаковой размерностью. I_m и I_v - величины размерные:

[I_m] = кг/м; [I_v] = м³/м.

Количественно И., обозначаемая в общем случае, И определяют как величину, обратную или износу, или скорости изнашивания, или интенсивности изнашивания:

И =Δh^-1, в этом случае [И] = м^-1;

И = Δm^-1; в этом случае [И] = кг^-1

И =Δv^-1; в этом случае [И] = м^-3.

И. применяется в основном для анализа качественно характера процесса изнашивания материала, а интенсивность изнашивания удобна для построения статистических моделей при трибологических исследованиях.

Б.П.Сафонов , А.В.Бегова

Закалка с выдержкой при постоянной температуре в процессе охлаждения.

И. з. применяют для уменьшения закалочных напряжений и получения определенной структуры (чаще всего структуры бейнита – бейнитная закалка) в сталях.

Фазовые превращения в сплавах, протекающие при постоянной температуре и приводящие к образованию механических смесей. В сталях И. п. имеют место при температурах 1499^оС (перитектическое), 1147^оС (эвтектическое) и 727^оС (эвтектоидное). Результатом эвтектического превращения является образования в стали эвтектики - ледебурита (смесь аустенита и цементита), эвтектоидного - эвтектоида - перлита (смесь феррита и цементита). Ледебурит и перлит являются важнейшими структурными составляющими железоуглеродистых сплавов.

Железоуглеродистым сплавам присущи следующие изотермические превращения:

Перитектическое (t = 1499^оС) - жидкость L_В состава точки В взаимодействует с кристаллами феррита Ф_Н состава точки Н с образованием аустенита А_J состава точки J.

L_В + Ф_Н→А_J

Эвтектическое превращение (t = 1427^оС)

L_С→ (А_Е + Ц_F)

Эвтектика Л = (А_Е + Ц_,), представляющая собой механическую смесь аустенита состава точки Е и цементита, носит название ледебурит.

Эвтектоидное превращения (t = 727^оС)

А_S → (Ф_Р + Ц_К) (17)

Эвтектоид П = (Ф_Р + Ц_К), представляющий собой механическую смесь феррита состава точки Р и цементита, носит название перлита.

Перлит (0,8% С) и ледебурит (4,3% С) рассматривается как самостоятельные структурные составляющие сплавов. Они оказывают заметное влияние на свойства сплавов. Перлит чаще всего имеет пластинчатое строение и является прочной малопластичной структурной составляющей cплава: у_В = 80…90 кгс\мм² (800…900 МПа); у_0,2 = 45 кгс\мм² (450 МПа); д = 15%; ш = 20%; 180…200 НВ.

Ледебурит в сплавах присутствует до температур выше линии SK (см. рис. 1), при более низких температурах аустенит, входящий в состав ледебурита, превращается в перлит. При комнатной температуре ледебурит представляет собой смесь цементита и перлита. Цементит образует сплошную матрицу, в которой размещены колонии перлита. Присутствие матрицы цементита служит причиной большой твердости (› 600 НВ) и хрупкости ледебуритных сплавов. Их нельзя обрабатывать давлением и трудно обрабатывать резанием.

Описание процессов, протекающих на линиях диаграммы «Fe-Fe₃C» при охлаждении железоуглеродистых сплавов, представлено в табл.

Таблица.

Линии диаграммы «Fe - Fe₃C» и соответствующие

им процессы в сплавах при охлаждении

Линия	Название (обозначение)	Процессы
АBCD	Ликвидус	Начало кристаллизации (выделение аустенита (при С<4,3%) или первичного цементита (при С>4,3%)
AHJECF	Солидус	Конец кристаллизации
HN	Начало полиморфного превращения	Высокотемпературное Ф→А превращение
JN	Конец полиморфного превращения (А4)
HJB	Изотерма t = 1499°C	Перитектическая реакция LВ + ФH →AJ
ECF	Изотерма t = 1147°C	Эвтектическая реакция LС →(AЕ + ЦF)
GS	Начало полиморфного превращения (А3)	Низкотемпературное А→ Ф превращение
GP	Конец полиморфного превращения
MO	Изотерма t = 768°C (А2)	Появление ферромагнитных свойств у сплава
ES	Сольвус (Аcm)	Выделение вторичного цементита
PSK	Изотерма t = 727°C (А1)	Эвтектоидная реакция АS →(ФР + ЦК)
PQ	Сольвус	Выделение третичного цементита

Рис 1. Диаграмма состояния «железо-цементит»

Б.П.Сафонов

Вид отжига стали и чугуна, заключающийся в нагреве изделия до аустенитного состояния, выдержке при такой температуре, охлаждении примерно до 600-700^оС, новой выдержке до окончания распада аустенита, а затем охлаждении до комнатной температуры.

В настоящее время И. о. применяют чаще, чем отжиг с непрерывным охлаждением, особенно для легированных сталей, т. к. это сокращает продолжительность операции.

Процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре. К И. п. относится, например, кипение жидкости или плавление твёрдого тела при постоянном давлении.

Для осуществления И. п. систему обычно помещают в термостат (массивное тело, находящееся в тепловом равновесии), теплопроводность которого велика, так что теплообмен с системой происходит достаточно быстро и её температура практически не отличается от температуры термостата. Можно осуществить И. п. иначе — с применением источников или стоков тепла, контролируя постоянство температуры с помощью термометров. В идеальном газе при И. п. произведение давления на объём постоянно (Бойля — Мариотта закон).

При И. п. системе, вообще говоря, сообщается определённое количество теплоты (или она отдаёт теплоту) и совершается внешняя работа. Работа, совершенная идеальным газом в И.п., равна NkT*ln(V2/V1), где N — число частиц газа, Т — температура, V1 и V2 — объём газа в начале и конце процесса, k — Больцмана постоянная.

В твёрдом теле и большинстве жидкостей И. п. очень мало изменяет объём тела, если толь-ко не происходит фазовый переход.

В. Л. Покровский

От изо... и греч. trуpos - поворот, направление.

Изотропность - одинаковость физических свойств среды по всем направлениям (в противоположность анизотропии). Все газы, жидкости и твёрдые тела в аморфном состоянии изотропны по всем физическим свойствам. У кристаллов большинство физических свойств анизотропно. Однако чем выше симметрия кристалла, тем более изотропны его свойства. Так, у высокосимметричных кристаллов (алмаз, германий, каменная соль) упругость, прочность, электрооптические свойства анизотропны, но показатель преломления света, электропроводность, коэффициент теплового расширения и т. д. - изотропны (в менее симметричных кристаллах эти свойства также анизотропны).

Однородные поликристаллы обычно изотропны в отношении всех свойств, если рассматривать их свойства в объёме, значительно большем, чем величина зерна.

М. П. Шаскольская