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