Поверхностные явления при трении и смазке

Весьма радикальным средством увеличения долговечности тормозных барабанов оказалось хромирование поверхности трения, в результате чего образуется твердый поверхностный слой, хорошо сопротивляющийся износу [1841. Опыты, проведенные в ИМАШ АН СССР, показали, что наличие на поверхности трения хрома полностью устраняет явления схватывания рабочих поверхностей, имевшие место при трении без смазки по барабану и без хромирования поверхности трения. Опыты, проведенные Р. В. Купель с барабанами, имеющими после суперфиниша слой хрома толщиной около 0,1 мм, показали снижение износа барабана [c.576]

В последнее десятилетие избирательный перенос широко реализуют в узлах трения, где обычные минеральные смазки неприменимы, т. е. в условиях смазки растворами солей и кислот, водой, различными эмульсиями, трение с твердой смазкой. В связи с этим установлен ряд явлений при трении с внешними признаками, указывающими на их родство с явлением избирательного переноса снижение интенсивности износа и силы трения, формирование поверхностных защитных металлических пленок. В работе [72 ] проведено разделение формирующихся защитных металлических пленок на типы, представляющие модификации избирательного переноса. Разделение обусловлено различием условий формирования и свойств поверхностных слоев в. процессе контактного взаимодействия. [c.100]

Нужно признать, что в развитии проблемы трения, смазки и износа наблюдается отставание в смысле использования фундаментальных результатов классических наук. Именно это отставание приводит к отсутствию или противоречивости объяснений явлений, наблюдаемых при трении и износе новых материалов, при работе в сложных режимах нагружения, в новых рабочих средах. Например, в большинстве теоретических работ по трению и износу явления деформации и разрушения рассматриваются с позиций макроскопических представлений. В классических дисциплинах (физика металлов, металловедение и др.) давно доказано, что для успешного решения этих явлений их необходимо рассматривать с точки зрения тонкой структуры с учетом несовершенств кристаллического строения — теории дислокаций. Еще большее отставание наблюдается при рассмотрении вопросов, связанных с физикой и химией поверхностных явлений. Эти обстоятельства приводят к недооценке использования современных методов металловедения, физики твердого тела, химии поверхностных явлений и других наук и в результате — к понижению теоретического уровня исследований по трению, смазке и износу и разрыву с задачами практики. [c.9]

Влияние смазки. Сильное влияние смазки на интенсивность изнашивания пар трения общеизвестно [51 90, 229, 246]. При сухом трении имеет место наибольшая скорость изнашивания, так как здесь создаются условия для возникновения молекулярного взаимодействия и таких явлений, как повышение температуры, концентрация давлений на отдельных участках, что интенсифицирует процесс разрушения поверхностных слоев. При работе деталей машин стремятся избежать сухого трения. [c.247]

Процесс контактной усталости отличается признаками, характерными для любого вида усталости (образование и постепенное развитие трещин, наличие в ряде случаев физического предела усталости, влияние концентрации напряжений, зависимость долговечности от нагрузки) и некоторыми индивидуальными. К иим относятся специфическое напряженное состояние при контактном нагружении, значительная пластическая деформация поверхностного слоя, явления трения и износа, протекающие параллельно с контактной усталостью, расклинивающая роль смазки, попадающей в трещины, а также некоторая условность критерия разрушения, связанная с тем, что контактно-усталостные выкрашивания в отличие от обычных усталостных разрушений приводят не к внезапным, а к постепенным отказам. [c.272]

Результаты исследования показывают, что характер влияния СОЖ на наклеп поверхностного слоя при фрезеровании определяется прежде всего величиной удельного давления резания и скорости резания. С увеличением подачи удельное давление на поверхности контакта между задней гранью и обрабатываемой поверхностью при резании может превосходить величину критического давления (разрывающего масляную пленку) для данной трущейся пары. При выдавливании смазки увеличивается работа сил трения на задней грани при врезании, а это способствует увеличению поверхностного наклепа. С увеличением скорости резания эффект, оказываемый применением СОЖ на наклеп поверхностного слоя, уменьшается, что, вероятно, связано с явлением адсорбции смазки на поверхности металла, время на развитие которого с увеличением скорости резания уменьшается. [c.101]

Роль смазки сводится не только к уменьшению трения вследствие скольжения слоев смазки друг подругу. Исследования Ребиндера показали, что смазка, проникая в имеющиеся на поверхности твёрдого тела микропоры, резко изменяет механические свойства поверхностных слоев [23]. Эффект адсорбционного понижения твёрдости , заключающийся в значительном облегчении пластического деформирования материала, что способствует процессу приработки трущихся поверхностей, резко изменяет коэфициент трения и является основным фактором, объясняющим наблюдаемое при полужидкостном трении пластическое течение поверхностных слоёв металла. Последнее явление получило математическое оформление в теории полужидкостного трения [39]. [c.128]

Выше было показано, что в начальный период трения в поверхностно-активной среде происходит одновременно два процесса формирование собственно слоя с пониженной плотностью линейных дефектов (дислокаций) и высокой плотностью точечных дефектов (вакансий) и формирование оксидной гран-ицы раздела между поверхностным слоем (пленкой меди) и подложкой (основным металлом). Результаты исследования перио, а кристаллической решетки существенно расширяют представления о природе. межфазной границы раздела. Увеличение периода решетки меди при трении в вазелиновом масле, содержащем добавки ПАВ, указывает на то, что подповерхностные слои (граница раздела) представляют собой твердый раствор внедрения в меди не только кислорода, но и элементов смазки — продуктов ее деструкции и превращений в результате химических реакций на поверхности. Механизм этого явления заключается в диффузии элементов кислорода, водорода, углерода и др. в подповерхностные слои, где они вступают во взаимодействие с атомами металлов. Наличие максимума периода кристаллической решетки в подповерхностных слоях свидетельствует о более высоких температуре и степени деформации на этой глубине, что согласуется с результатами работы [58]. В общем случае формирование границы раздела между пластифицированной пленкой и основой образца определяется, при данных условиях испытаний, химическими свойствами как основного металла, так и смазочной среды. [c.128]

При нарушении нормальных условий эксплуатации узлов трения и сопряжений процесс разрушения защитных пленок вторичных структур начинает преобладать над процессом их восстановления. Возникают недопустимые явления схватывания I и П рода. Такие явления могут протекать при перегрузках в зоне контакта и разрывах смазочной пленки, при нарушении теплового режима, при явлениях десорбции и потере свойств смазки, при недостаточной граничной смазке и контактировании ювенильных участков, при работе в нейтральных и восстановительных газовых и жидких средах [17]. При недостаточной защите зоны контакта от загрязнений могут возникать абразивные процессы с интенсивным деформированием и разрушением поверхностных слоев. При перегрузках в условиях трения качения могут возникать недопустимые процессы усталостного разрушения поверхностных слоев металла, связанные с образованием трещин, отслаиваний металла, впадин возможны явления смятия. Качество поверхности при недопустимых видах трения обусловлено в основном спецификой процессов разрушения. Состояние поверхности при наличии повреждаемости достаточно ярко характеризуется внешними признаками и имеет резкие различия при разных видах повреждений, что иллюстрируется рис. 138, 140, 142, 144, 147. [c.56]

Поверхности трения деталей машин при эксплуатации претерпевают существенные изменения. Меняются размеры и геометрические характеристики, структура, свойства и напряженное состояние поверхностных слоев. Эти изменения могут иметь монотонный и резко выраженный скачкообразный характер. Они могут охватывать макро-, микро- и субмикроскопические объемы. Характер изменений в значительной мере зависит от кинематики движения (рода трения—качения или скольжения), условий механического нагружения, наличия и состава жидкой, твердой или газообразной среды, вида смазки, концентрации кислорода, материала (химического состава, структуры, механических свойств и методов обработки и т. п.). Изменения могут быть полезными, нормализующими внешнее трение и способствующими минимизации износа, или приводить к недопустимым явлениям резко выраженной повреждаемости. [c.250]

Узлы трения являются диссипативными системами. При внешнем трении рассеивание суммы кинетической и потенциальной энергии системы с частичным переходом в тепловую происходит в тонких слоях сопряженных тел. В нижележащих слоях температура увеличивается в результате теплопередачи и вследствие рассеяния механической энергии волн напряжений. На характер изменения температуры в поверхностных слоях пластмассовых подшипников можно эффективно влиять, подбирая соответствующий смазочный материал и регулируя интенсивность смазки. Проявление гистерезисных явлений в пластмассах значительно сильнее, чем в металлах, поэтому интенсивность и глубина температурных полей в полимерных телах трущихся пар определяется внешними силовыми условиями, преимущественно нагрузкой и скоростью относительного скольжения. Способность пластмасс поглощать механическую энергию влечет за собой быстрый рост температуры и тем самым отрицательно влияет на работоспособность подшипника — Прим. ред. [c.231]

При первых же наблюдениях было замечено, что коэффициент трения в присутствии смазки, содержащей поверхностно-активные молекулы, падает со временем, достигая устойчивого значения только через 1—2 часа после нанесения слоя. Аналогичное явление было впервые отмечено (под названием латентного периода) и исследовано [c.152]

Но роль смазки не ограничивается снижением трения. Уменьшение нагрузки на резец при применении смазки можно объяснить и так называемым адсорбционным понижением твердости . На основании исследований этого явления П. А. Ребиндером и И. В. Гребенщиковым были предложены физико-химические методы облегчения разнообразных производственных процессов (разрушения горных пород, резания металлов, полирования поверхностей и т. д.). Дело в том, что поверхность любого твердого тела, как бы она ни была тщательно обработана, имеет мельчайшие микротрещины, на которые частицы жидкости оказывают расклинивающее действие. Это так называемое диспергирование, т. е. разрушение, начинающееся с поверхности, может быть усилено путем присадок к жидкости некоторых поверхностно активных веществ (жирные кислоты, сера). При этом замечается также ускорение пластического течения здесь имеет место своеобразная внутренняя смазка по возникающим в металле плоскостям скольжения. В результате значительно облегчается процесс резания. [c.121]

За последние 10—15 лет усилилось внимание к проблемам физики резко неоднородных по составу и структуре границ раздела в металлических системах. Научно-технический прогресс в таких важных областях, как коррозионные явления, вакуумная техника, процессы при трении и смазке и многих других, требует детальных сведений о микроскопической природе поверхности твердого тела и поверхностных явлений. Исследования структуры и свойств поверхностей твердых тел показывают, насколько сложны и разнообразны поверхностные явления. При трении эти поверхности взаимодействуют между собой непосредственно или через смазочную среду поэтому нетрудно представить, насколько многообразны физико-химические процессы в контактной зоне, протекающие на фоне механического взаимодействия поверхностей. Например, решение такой проблемы при трении, как деформируемость материала в тонком поверхностном слое, связанная с дислокационным, диффузионным и самодиффузионным механизмами пластичности в широком интервале температур, скоростей и деформаций, связано с большими экспериментальными и теоретическими трудностями. [c.3]

Математическое моделирование, закон поверхностного разрушения твердых тел при трении в общем случае должны учитывать физические, химические, механические явления, контактную ситуацию, изменение геометрических характеристик твердых тел во времени, кинематику движения, структуру и состав поверхностных и приповерхностных слоев, образование химических поверхностных соединений, состояние смазочного слоя. Получение уравнений, характеризующих в общем случае процесс поверхностного разрушения при трении, должно базироваться на синтезе эксперимента и математических моделей, учитывающих физико-химические процессы, механику сплошных сред, термодинамику и материаловедческий аспект проблемы. Разрабатываемый теоретико-инвариантный метод расчета поверхностного разрушения твердых тел при трении основывается на уравнениях эластогидродинамической и гидродинамической теории смазки, химической кинетики, контактной задачи теории упругости, кинетической теории прочности и учитывает теплофизику трения, адсорбционные и диффузионные процессы. Цель данных исследований —в получении из анализа и обобщений экспериментальных результатов критериальных уравнений с широкой физической информативностью структурных компонентов, полезных для решения широкого класса практических задач и необходимых для ориентации в направлении постановки последующих экспериментальных работ. Исследования в данной области будут углубляться и расширяться по мере развития знаний о физико-химических процессах, г[ротекающих при трении, получения количественных характеристик и развития математических методов, которые обобщают опытные наблюдения. [c.201]

Освещается современное состояние вопроса учета износа при проектировании. Рассматриваются различные виды износа адгезионный и абразивный износы, образование изъязвлений и выкрашивание, образование раковин, электрохимическая коррозия, коррозия вследствие трения, коррозия вследствие напряжения. Приведены экспериментальные данные. В книге освещены также трение, смазка, поверхностные явления при высоких температурах, защита поверхностей от износа и коррозии с помощью нанесения гальванического покрытия, анодирования, металлизации распылением,. электромеханической полировки, по-BepxHO THoii закалки, цементации, индукционной закалки, азотирования, цианирования, нитроцементации и пламенной закалки. [c.252]

В. И. Тихонович и Ю. И. Короленко исследовали образцы высокопрочного чугуна в условиях трения со смазкой в контакте с серым чугуном при небольщом нагреве (до 50° С) на поверхности высокопрочного чугуна отмечены довольно значительные разрушения и отдельные сколы [67]. С ростом температуры до 120°С поверхностный слой чугуна приобретает повышенную пластичность, деформация локализуется в этом слое и поверхность выглаживается. При этом значительных разрушений поверхности не наблюдали. Дальнейшее повышение температуры материала несколько изменяет микрорельеф поверхности в сторону более значительного разрушения, а работа образцов при нагреве до температуры 245° С приводит к еще большему увеличению геометрических параметров микрорельефа пову)хности трения. Работа на последнем режиме характеризовалась высоким и неустойчивым коэффициентом трения, наблюдались явления схватывания материала. Минимальный износ соответствовал температуре нагрева 90—100 С. [c.20]

Усталостная трещина на шарике или на дорожке трения шарикового подшипника может образовываться или под поверхностью и распространяться наружу, или на поверхности и распространяться вглубь. Это определяется прежде всего условиями трения, в частности, свойствами смазки [25]. При отсутствии в смазке поверхностно-активных веществ зарождение трещины происходит на поверхности, так как современные стали содержат много включений, препятствующих подповерхностному течению. Трещины распространяются в глубь материала под небольшим углом к поверхности, а затем параллельно последней. При тяжелых режимах нагружения давление под точкой контакта подшипника может достигать 400 кгс/мм Образующиеся на поверхности трещины попеременно по мере прохождения шарика подвергаются действию очень высоких и очень низких давлений. Попадающая в трещины смазка также подвергается действию очень высоких давлений и попеременно то попадает в трещину, то выбрасывается из нее. Многократное повторение этого процесса полирует стенки трещины, образуется слой Бейльби, который разрушается с образованием тонких чешуек. Чешуйки, сформировавшиеся в трещине или занесенные Б нее смазкой, образуют сферы в результате пластической деформации. Детальный механизм этого явления до конца еще не ясен. [c.99]

Весьма перспективным для изучения трибологаческих процессов является разработка и изучение математических моделей процесса трения, износа и смазки твердых тел (деталей, механизмов и машин) с помощью электронно-вычислительных машин. Для формулировки математических моделей могут быть использованы уравнения, характеризующие процесс течения смазки, контактную и общую деформацию трущихся тел и всего узла трения, тепловые процессы - образование и распространение теплоты, а также явления, связанные с физическими, химическими и механическими фактороми, определяющие в главном процесс поверхностного разрушения деталей при трении. Известно, что широко распространенные методы классической математики часто используют принцип суперпозиции и пригодны в основном для решения линейных задач. Характерная особенность теоретических задач в области трибологии деталей машин заключается в их существенной нелинейности. В качестве примера можно сослаться на систему уравнений, указанных в данной главе. Совместное решение системы нелинейных уравнений представляет значительную математическую трудность, а если учесть также возможность возникновения качественных (и количественных) скачков исследуемых характеристик, например при возникновении процесса заедания при малых и средних скоростях, характеризующихся резким увеличением коэффициента трения скольжения и скорости изнашивания тел, то становятся ясными сложность и необходимость детального исследования адекватных математических моделей с помощью численных методов. В результате получается приближенное решение сложной научно-технической задачи с необходимой точностью. [c.169]

ИП в своей основе имеет и другие полезные физикохимические явления или группы явлений. Варианты различной модификации ИП — плазмообразующая смазка, металлоплакирующая смазка, ионная, траверсив-ная и др. Так, при плазмообразующей смазке используется группа углеводородных смазочных материалов, обеспечивающих возникновение ИП путем трибоде-струкции части своих компонентов в зоне контакта при трении, хемосорбции продуктов деструкции на анодных компонентах сплава узла трения и образования поверхностно-активных веществ (ПАВ) и сервовитной пленки. Такая смазка вызывает ИП только в узлах трения, содержащих пленкообразующий материал — бронзу, медь и т. д. [c.322]

Процесс внешнего трения представляет собой сложную совокупность механических, физических и физико-химических явлений. Основные факторы, влияющие на трение и износ фрикционных пар, условно разделяют на три группы технологические (структура, химические, физические и механические свойства) конструктивные (схема контакта, макро- и микрогеометрия поверхностей трения, геометрический фактор Ква конструкция рабочих поверхностей, способ подвода смазки) эксплуатационные (удельная работа трения, относительная скорость скольжения, удельная нагрузка, температурный режим, смазка и ее свойства). В процессе трения под влиянием указанных факторов формируются поверхностные слои твердых тел, 6б усЖ0Нливаюш ие механизм трения и износа и отличающиеся специфическим структурным состоянием. Образующиеся в процессе трения поверхностные слои твердых тел характеризуются повышенной свободной энергией, физической и химической активностью, а также иными механическими свойствами, чем более глубоко лежащие слои, не участвующие в процессе контактирования. Поверхностные слои определяют механизм контактного взаимодействия и уровень разрушения при трении. [c.26]

В работе [98] исследовано влияние на процессы трения и износа 26 поверхностно-активных веществ (ПАВ) различных классов органических кислот, спиртов, солей, сложных эфиров. Показано, что условием существенного снижения трения и повышения износостойкости узлов трения является введение в смазочную среду ПАВ, способствующих достижению режима избирательного переноса. Известно, что добавление ПАВ в пресную и морскую воду также приводит к проявлению режима избирательного переноса. При этом следует особо подчеркнуть, что основным треботзанием к Свойствам смазочной среды, обусловливающим реализацию явления избирательного переноса, является присутствие ПАВ либо они должны содержаться в смазке в исходном (до трения) состоянии, либо должна быть предусмотрена возможность их образования в результате процессов в смазочной среде при контактном взаимодействии. - [c.96]

По нашему мнению, разделение трения на сухое и граничное в большой мере условно, так как внешнее трение возможно только при наличии положительного градиента механических свойств по глубине, поэтому поверхностный слой должен быть отличен от нижележащих. Всякое внешнее трение является граничным, так как при нем деформации сосредоточены в тонком поверхностном слое. В противном случае, например при чистых металлических поверхностях, всегда возникает внутриметал-лическое трение (глубинное вырывание—5-й вид нарушения фрикционной связи). Для предотвращения этого необходимо, чтобы поверхности были разделены пленкой (оксидной, сульфидной и др.), которая должна предохранять нижележащие слои от разрушения. Однако силы молекулярного взаимодействия между этими пленками, тоже являющимися твердыми телами, все же достаточно велики, что приводит к высоким значениям коэффициента трения и соответственно к избыточному выделению тепла. Для понижения трения применяют жидкую смазку. При малой толщине слоя, смазка теряет свои объемные свойства, в частности теряет подвижность вследствие влияния молекулярного поля твердого тела. Жидкость, вступая в физическое и химическое взаимодействие с металлом, сильно деформированным при трении, резко меняет его свойства. Комплекс процессов, происходящих в тонких поверхностных слоях измененного материала и разделяющем их тонком слое жидкости, обусловливает явление граничного трения. [c.237]

Выше были рассмотрены явления трения при отсутствии смазки, т. е. явления сухого трения. Исследования поверхности металлов методолГ бомбардировки поверхностей электронами и изучение диф-фракционных решеток поверхностной структуры показали, что металлические поверхности всегда загрязнены. [c.118]

Молекулярно-механические виды изнашивания характеризуются явлениями молекулярного сцепления (схватывания) материалов на отдельных участках поверхностей трущихся деталей и последующим разрушением металла в местах связей. Изнашивание коррозионно-механических видов отличается физическими явлениями, происходящими на поверхности сопряженных деталей. Продукты физического взаимодействия металла трущихся деталей и среды удаляются механическим действием сил трения или смазкой. Предложены и другие классификации изнашивания, для ознакомления с которыми мы отсылаем читателя к специальной литературе. Для повышения износостойкости ответственные детали автомобилей подвергают поверхностной обработке закалке токами высокой частоты, нитроцементации, пористому хромированию и др. Ведутся работы по сульф ни-зации — насыщению поверхностей деталей серой Сульфинизация улучшает процесс приработки деталей и предохраняет их от задиров при больших нагрузках. [c.13]

Научной основой теории расчета зубчатых и червячных передач и подшипников качения должна служить контактно-гидродинамическая теория смазки, зародившаяся в СССР. Работы в области этой теории позволили объяснить и численно обосновать ряд важнейших явлений контактной проч-ности деталей машин. Показано существенное повышение контактной прочности oпepeн aющиx поверхностей по сравнению с отстающими при качении со скольжением, связанное с резким изменением напряженного состояния в тонких поверхностных слоях от изменения направления сил трения в связи с пикой у эпюры давлений на выходе из контакта. Установлено численное значение (достигающее 1,5—2) коэффициента повышения несущей способности косозубых передач при значительном перепаде твердости шестерен и колес вследствие повышения контактной прочности опережающих поверхностей головок зубьев. [c.68]

Износ схватыванием I рода характеризуется возникновением контакта чистых металлических поверхностей, не разделенных смазкой или пленками химических соединений металлов. При этом возникают молекулярные связи. между металлами трущейся пары. На участках схватывания наблюдается образование текстуры, т. е. значительное деформирование и течение довольно глубоких (порядка десятков микрон) поверхностных слоев металла. Происходит упрочнение деформированных участков и их вырывание. В практике такое явление известно как задир поверхностей трения. Износ схватыванием наблюдается при недостаточной смазке, высоких удельных нагрузках и малых скоростях скольжения. Этот вид изнашивания — явление аварийное, недопустимое в работе маилин. [c.6]

Средний срок службы превышает расчётный от 2 до 5 раз. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей выражается обычно в том, что в зоне контакта отделяются небольшие кусочки металла, на месте которых остаются мелкие углубления, так называемые питтинги. Явление питтингообразования возникает как при одновременном смятии и волочении поверхностных слоев металла, т. е. при комбинированном трении скольжения и качения, так и при чистом качении в присутствии смазки. Под распорным гидравлическим воздействием смазки, попадающей в предпиттин-говые трещины, происходит постепенное выкрашивание частиц при проходе через зону нагружения [13, 14, 19, 25]. [c.583]

Явление образования раковин (язвин или шелущения) возникает как при одновременном смятии и волочении поверхностных слоев металла, т. е. при комбинированном трении скольжения и качения, так и при чистом качении в присутствии смазки. [c.291]

Огкрьп-ие П.А. Ребиндером (1898-1972 гг.) эффекта адсорбщюнного понижения прочности твердых тел позволило понять, что в процессе трения при граничной смазке активно участвует не только адсорбционный слой, но и тончайшие поверхностные слои трущихся тел, свойства которых изменяются под действием активных компонентов смазочного материала. Это явление детально изучено П.А. Ребиндером, В.И. Лихт-маном, С.Я. Вейлером, Б.Д. Щукиным, Г.И. Фуксом и др. [c.562]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...