Процессы  эрозионного разрушения поверхностей характерны, например, для деталей  глубинных насосов, перекачивающих глинистые растворы или нефть, механизмов угольных комбайнов, распределителей гидравлических и топливных агрегатов и др. Часто процессы эрозии и коррозии протекают одновременно.

    Характерным для деталей гидравлических машин  является кавитация, когда в потоке жидкости создаются пузырьки пара и  газа и при переходе в область с более высоким давлением происходит конденсация пара, и создаются условия для местного гидравлического удара. При этом воздействия на поверхность могут быть столь значительны, что появляются глубокие каверны, которые могут сливаться и создавать кратер или даже сквозное отверстие.

    При определенных условиях процессы кавитации  могут протекать весьма интенсивно, особенно, если они сопровождаются коррозионными явлениями, например, при работе механизмов в морской воде. Кавитация наблюдается в гидронасосах, гребных винтах, гидротурбинах, трубопроводах и в ряде специальных систем.

    К процессам, приводящим к потере материала  поверхности, относится также прогар, характерный для деталей, работающих в условиях высоких температур и  соприкасающихся с горячей струей газа. Этот процесс является одной из разновидностей эрозионно-коррозионных процессов, где, однако, главное влияние оказывают не те частицы, находящиеся в потоке, а их тепловое воздействие. Этот вид повреждения характерен для жаровых труб и камер сгорания авиационных двигателей, выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания и т.п. деталей. 
 
 

    

4. Процессы наростообразования.

 

    Многие  поверхности деталей машин, взаимодействуя с окружающей средой, претерпевают такие изменения, в результате которых происходит присоединение (нарост) материала и поверхность изменяет свою форму и свойства.

    Налипание на поверхность посторонних частиц происходит в результате процессов  адгезии, когезии, адсорбции, диффузии, в результате молекулярных взаимодействий, проявления различных химических связей и действия сил электрического происхождения. Типичным примером интенсивных адгезионных процессов является наростообразовние на режущих поверхностях инструментов в процессе обработки металлов. В результате действия в зоне резания высоких температур и давлений облегчается молекулярное взаимодействие между материалами инструмента и сбегающей стружки и на поверхности инструмента (например, резца) образуется нарост, который изменяет режущие свойства инструмента и оказывает решающие влияния на его стойкость (долговечность). Нарост часто проявляется в виде загрязнения фильтров (рис. 4а), внутренних стенок корпусов редукторов, открытых поверхностей (рис.4б).

    

    Рис. 4. Примеры нароста постороннего материала на поверхность детали. 

    Наростообразование  может происходить одновременно с другими процессами. Так, например, корпуса морских судов одновременно с коррозией обшивки подвергаются интенсивному наращиванию различных  водорослей и микроорганизмов, что  изменяет параметры судна (его ход).

    В отдельных случаях налипание  носит специфический для данных условий работы деталей характер и проявляется, например, в виде нагара на свечах двигателей внутреннего сгорания (рис. 4в).

    Для гидравлических систем, имеющих малые  проходные сечения, часто происходит процесс заращивания каналов, так называемая облитерация. Этот процесс связан с соударением и слипанием твердых частиц и примесей в жидкости и их налипанием на стенки гидроканалов. Процесс облитерации зависит от вязкости масла, наличия полярных молекул, способных удерживаться на стенках каналов, концентрации и размера примесей в масле, активности поля поверхности гидроканала и других факторов (Рис.4г).

    Поскольку сильное сцепление со стенкой  канала проявляется для слоев  толщиной в несколько микрон, явление облитерации особенно опасно для малых сечений гидроканалов (например, в дроссельных золотниках).

    В результате изменяется расход жидкости через канал, изменяется давление в  системе, что может привести к  параметрическому отказу системы или даже к отказу ее функционирования.

    При взаимодействии поверхности детали с окружающей средой часто происходят такие процессы, которые не вызывают ни налипания, ни удаления материала, а  лишь изменяют геометрические и физические свойства поверхности – ее шероховатость, твердость, отражательную способность, напряженное состояние и т.п. 
 
 

5. Процессы старения, протекающие при контакте поверхностей.

 
 

          Наиболее характерные для машин  процессы старения протекают  при контакте двух поверхностей, особенно если имеет место их относительное перемещение. В этом случае, как правило, происходит износ поверхностей.

      Изнашиваются  направляющие элементы (подшипники и  направляющие скольжения и качения), поверхности трения фрикционных  муфт и тормозов, зубчатые, винтовые, червячные и другие передачи, цилиндры и поршневые кольца, кулачковые и кулисные механизмы, шарниры, оси и многие другие детали машин.

      Износ – это результат процесса постепенного изменения размеров детали по ее поверхности  при трении. Если речь идет о процессе разрушения поверхности, то применяют термин «изнашивание».

      Износ включает не только истирание поверхностей, связанное с удалением материала  со всей поверхности трения, но и  смятие – когда имеет место  перемещение материала под действием  сил трения, и усталость поверхностных слоев, когда под действием сил трения, и усталость поверхностных слоев, когда под действием контактных нагрузок возникают локальные очаги разрушения поверхности. Основные виды износа связаны главным образом с характером контакта поверхностей и их относительного движения.

      В табл. 2 приведены наиболее характерные виды повреждений, возникающие в результате взаимодействия двух поверхностей.

Таблица 2. Виды повреждения при взаимодействии поверхностей.

          

      Если  нет относительного перемещения поверхностей, то это, как правило, вызывает их смятение (пластическую деформацию).Смятие поверхностей является характерным видом разрушения шпоночных, зубчатых (шлицевых) соединений, упоров и штифтов, осей цепных передач, резьбовых соединений и других деталей машин.

      Относительное скольжение поверхностей вызывает их износ. При этом влияние пластических деформаций, сопровождающих изнашивание, может быть уменьшено или почти  устранено путем повышения твердости  элементов пары.

      При малых относительных перемещениях сопряженных деталей возникает специальный вид износа, который называется фреттинг-коррозией.

      При начальном касании поверхностей по линии или в точке имеется  большее число вариантов относительного перемещения тел.

      Качение без скольжения (обкатка) двух тел, как правило, вызывает усталость поверхностных слоев, которая проявляется в виде отслаивания мелких частиц металла с поверхности контакта. Это относится, например, к подшипникам качения, роликам кулачковых механизмов. При недостаточной твердости материалов и больших удельных давлениях наблюдается также смятие.

      При качении с относительным скольжением, как это имеет место в зубчатых передачах, наблюдается износ и  усталость, а в ряде случаев и  смятие поверхностей. Зона усталости  расположена там, где относительное скольжение минимально или равно нулю (в зоне начальной окружности зуба). Зона более интенсивного износа расположена в местах большего относительного скольжения (головка и ножка зуба).

      Таким образом, каждому виду взаимодействия поверхностей соответствует наиболее характерный вид повреждения.

      Следует иметь в виду, что при износе также происходят коррозия, адгезия  и другие физико-химические процессы, которые приобретают специфические  черты в результате взаимодействия двух поверхностей.

      При контакте поверхностей, если износ и не проявляется в течение некоторого периода времени, может произойти изменение условий контакта: изменение площади контактирующих поверхностей, глубины взаимного внедрения микровыступов, разрыв масляной пленки и другие, что, в свою очередь, изменит выходные параметры сопряжения – коэффициент трения, контактную жесткость и др.

      Например, для крепежных деталей колебание  или уменьшение сил трения может  привести к ослаблению начальной  затяжки и нарушению нормальной работы изделия. Повышение коэффициента трения в прецизионных узлах, например в опорах гироскопов, может явиться причиной их отказа.

      Рассмотренная классификация процессов старения говорит об их большом разнообразии и сложности физико-химических явлений, определяющих интенсивность данного процесса. 
 
 
 
 
 
 
 
 

                               Федеральное агентство по образованию

            Ухтинский государственный технический  университет

                                         Кафедра ЛДМ и М 

                                                  РЕФЕРАТ

 

На тему «Классификация процессов старения»               

по дисциплине «Надежность машин» 
 
 
 
 
 

 Выполнил студент                                      

 группы МЛК-07 Кустышев П.Н

                                                                         «   » декабря 2010г. 
 

. 

                                                Ухта 2010

 

АННОТАЦИЯ К  РЕФЕРАТУ

      Подавляющее большинство необратимых изменений  в машине появляется в результате действия медленно протекающих процессов. Под влиянием этих процессов происходит изменение начальных свойств и состояния материалов, из которых выполнены элементы машины, что является первопричиной потери ею работоспособности, так как эти изменения могут привести к повреждению деталей и узлов машины и к опасности возникновения отказа.

      Законами  старения называются закономерности, описывающие необратимые процессы и, следовательно, позволяющие оценить  те изменения начальных свойств  материалов, которые происходят или  могут происходить в процессе эксплуатации объекта. Законы старения, оценивающие степень повреждения материала в функции времени, позволяют прогнозировать ход процесса старения, определять возможные его реализации и выявлять наиболее существенные факторы, влияющие на интенсивность процесса.

      Любой процесс старения возникает и  развивается лишь при определенных внешних условиях. Для оценки возможных  видов повреждения материалов деталей  машин необходимо установить область  существования процессов старения, в первую очередь условия их возникновения. Для реализации того или иного процесса обычно должен быть превзойден определенный уровень нагрузок, скоростей, температур или других параметров, обуславливающих его протекание. Поэтому для выявляемых в результате исследований закономерностей процессов старения должны быть определены границы их применения.

      Процессы  старения характеризуются сложными и разнообразными явлениями, происходящими  в материалах деталей машин. Однако о степени повреждения материала  детали можно судить по его внешнему проявлению, то есть по деформации детали, ее износу, изменению свойств и другим показателям. Поэтому классификацию процессов старения целесообразно провести в зависимости от того внешнего проявления, к которому привел данный процесс.

      Тело  детали может подвергаться разрушению, которое является наиболее опасным проявлением процессов старения, деформироваться, могут изменяться свойства материала, из которого изготовлена деталь, - пластичность, электропроводность и т.п.

      Наиболее  часто процессы старения протекают в поверхностных слоях деталей, испытывающих температурные, химические, механические и иные воздействия внешней среды. В результате могут происходить явления, связанные с потерей поверхностью материала вследствие коррозии, эрозии, кавитации и других процессов, которые объединены одним термином – разъедание поверхностей. На поверхностях могут протекать и такие процессы, как адгезия, адсорбция, нагар и другие, связанные с присоединением к ним других материалов. Эти процессы будем называть термином нарост. В результате внешних воздействий возможно также изменение свойств поверхностного слоя.

      Специфические процессы протекают при контакте двух сопряженных поверхностей, что  наиболее характерно для механизмов и элементов машин. В этом случае в подвижных соединениях протекают разнообразные процессы изнашивания, включающие как истирание поверхностей, так и усталость материалов поверхностных слоев и их пластическое деформирование.