Лабораторна робота 4

Визначення видів зношування та руйнування ПТМ,

розробка методів підвищення їхньої довговічності та надійності

Мета роботи: практичне ознайомлення з видами зношування і руйнування деталей ПТМ, вивчення характерних ознак кожного виду зношування і руйнування; самостійна, на основі лекційного матеріалу, розробка заходів щодо підвищення опору деталей ПТМ кожного виду зносу та руйнування.

4.1 Теоретичні відомості

4.1.1 Характеристика видів зношування деталей ПТМ

Відповідно до сучасної класифікації основними видами зношування деталей підйомно-транспортних машин вважаються:

- абразивне зношування;

- зношування внаслідок пластичного деформування металу робочих поверхонь;

- зношування внаслідок крихкого руйнування металу робочих поверхонь;

- зношування при заїданні.

Абразивне зношування відбувається при сухому та напівсухому терті, при влученні абразивних часток (пісок, пил й ін.) у зону контакту. При цьому тверді абразивні частки або зерна роблять пошкодження на більш м'якій поверхні контактуючої деталі. Це процес може носити різний характер - від шліфування до руйнування. При абразивному зношуванні його продукти самі виводяться з деталей.

Зношування у виді пластичної деформації робочих поверхонь виникає при досить великих контактних напругах, що викликають пластичні деформації металу. При цьому метал витісняється з зони контакту і може утворювати напливи (накати) за межами робочої поверхні або при багаторазовому деформуванні може виводитися у виді окремих ділянок (на відтиснутому металі).

Зношування у виді тендітного руйнування робочих поверхонь виникає внаслідок тендітних або утомних тріщин на робочих поверхнях деталей. При блокуванні окремих ділянок робочих поверхонь відбувається викрашування цих ділянок, на поверхні залишаються вм'ятини («оспоподібний» знос).

Зношування при заїданні виникає внаслідок молекулярної взаємодії (схоплювання) металу двох контактуючих поверхонь. Таке молекулярне схоплювання виникає при досить великих питомих тисках на площадках фактичного контакту та при відсутності масляної плівки між контактуючими площадками. Такі великі питомі тиски найбільше часто виникають при малих (недостатніх) площах місць фактичного контакту, тобто в початковий період роботи.

У результаті схоплювання відбувається перенос окремих обсягів металу з однієї деталі на іншу; на поверхні однієї деталі утворяться грубі вириви, а на іншій – налипання металу контактуючої деталі.

Розглянуті види зношування на реальних деталях можуть зустрічатися як у чистому виді, так і (що зустрічається частіше) у сполученні один з одним. При цьому завжди можна визначити ведучий (основний) вид зношування.

4.1.2 Характеристика видів руйнування деталей ПТМ

Руйнування деталей ПТМ можна розділити на три основних види:

1) в’язке руйнування;

2) крихке руйнування;

3) руйнування утомного характеру.

В’язкому руйнуванню деталі передує пластична деформація, сліди якої можуть бути помітні на зовнішній поверхні деталі або на самому зламі. Злам у цьому випадку має волокнисту будівлю із слідами зрушення матеріалу. В’язке руйнування спостерігається на деталях з відносно пластичного матеріалу при переході робочих напруг за межу міцності матеріалу. Основними причинами в’язкого руйнування є помилки в розрахунках конструктора та разові перевантаження деталі в процесі експлуатації машини.

При крихкому руйнуванні деталей немає помітних слідів попередньої пластичної деформації, поверхня зламу має кристалічну будівлю. Величина зерна в зламі залежить від термічної обробки матеріалу. При неоднорідному загартуванні по всьому перетині деталі злам за своїм видом також неоднорідний. Так, наприклад, при поверхневому загартуванні деталі злам у зоні поверхневого шару може бути дрібнозернистим, а в серцевині - грубозернистим.

Крихке руйнування починається з появи тріщин, розвиток яких і приводить до руйнування деталі.

Крихке руйнування найчастіше має місце у деталях з матеріалів із відносно малою пластичністю при переході робочих напруг за межу опору розриву матеріалу. Однак за певних умов крихкому руйнуванню можуть бути піддані деталі з відносно пластичних матеріалів при робочих напругах значно нижче межі текучості. Виникненню таких умов сприяють:

- концентрація напруг;

- залишкові напруги після зварювання або термічної обробки;

- місцеве або загальне зниження пластичності металу внаслідок старіння або наклепу;

- динамічне прикладення навантажень;

- низька температура навколишнього середовища.

Утомним руйнуванням називається руйнування металу під дією циклічних напруг. Циклічне навантаження викликає руйнування металу при напругах, не тільки менших за межу міцності, але і менших за межу текучості. Максимальна напруга, що не викликає руйнування деталі при дуже великому числі циклів навантаження, називається межею утоми. При напругах, що перевищують межу утоми, тобто при перевантаженнях, витривалість металу знижується.

Руйнування від утоми носить, як правило, місцевий характер. Утомна тріщина зароджується в мікроскопічному обсязі, називаному осередком, і від нього поширюється по всьому перетину деталі. Розвиток тріщини йде доти, поки в перетині, що залишається, не буде перевищена межа міцності та не відбудеться раптова поломка деталі.

Утомні злами мають досить характерний вигляд, що найчастіше дозволяє точно установити причини поломки деталі.

У характерному утомному зламі розрізняють дві зони: перша (зона поступового утомного руйнування) - із дрібнозернистою будівлею, іноді з блискучою поверхнею; друга (зона одноразового руйнування) - з волокнистою або крупнокристалічною будівлею.

Різна будівля зламів зони утомного та зони одноразового руйнування порозумівається тим, що при зміні напруги утомна тріщина періодично стискується, і її поверхні давлять один на одного, що призведе до зминання і стирання. Чим більше число контактів, тим більш гладкими будуть поверхні тріщини. Зона одноразового руйнування утвориться швидко й у ній зберігається будівля, характерна для руйнування даного матеріалу.

Співвідношення площ зон утомного й одноразового руйнування залежить від ступеня циклічного навантаження. При значному перевантаженні зона утомного руйнування в порівнянні з зоною одноразового руйнування невелика.

4.1.3 Методи зниження зношування і підвищення

міцнісної надійності деталей ПТМ

1 Конструктивні методи

Термін служби деталей ПТМ, а також їх міцнісна надійність можуть бути підвищені шляхом відповідної зміни конструкції вузла або деталі, а також шляхом заміни матеріалу.

При цьому прагнуть домогтися наступного:

- зниження концентрацій напруги;

- зниження загального рівня робочих напруг;

- перекладу сухого та напівсухого тертя на рідинне або тертя катання;

- зменшення питомих тисків у зонах контакту деталей.

2 Технологічні методи

Підвищенню надійності та довговічності деталей ПТМ сприяють наступні основні технологічні фактори:

- одержання заготівель куванням, штампуванням або прокаткою замість лиття;

- поліпшення чистоти поверхні;

- відповідна термічна обробка;

- поверхневе зміцнення наклепом або накаткою.

3 Експлуатаційні методи.

Під експлуатаційними методами підвищення надійності та довговічності деталей ПТМ розуміють організаційні технічні заходи, що виключають порушення норм експлуатації і змащення, а також відповідне технічне обслуговування і нагляд.