ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы теории трения и износа машин из "Применение смазочных масел в двигателях внутреннего сгорания" Особенности трения и износа в значительной степени определяются строением приповерхностных слоев пары трения и взаимодействием их со смазочной пленкой. Принципиальная схема строения приповерхностных слоев показана на рис. 1. Наружный слой состоит из металлических окислов. Толщина окисиых пленок достигает нескольких десятков ангстрем. Следующий слой по глубине представляет собой ювенильную поверхность, т. е. поверхность абсолютно чистую, свободную ог каких-либо влияний внешней среды. [c.10] Механические свойства окисных пленок и их состав в значительной степени отличаются от свойств подложки, т. е. от основного металла. На поверхности окисных пленок находятся слои газов, воды или смазочная пленка. Применяющийся в литературе термин сухое трение весьма неудачен. В какой-то степени можно говорить о сухом трении лишь в условиях глубокого вакуума. В действительности же несмазанная поверхность всегда покрыта адсорбированными на ней пленками различнога происхождения. Поэтому в тех случаях, когда масло на поверхности трения не подводится, более удачным следует считать термин трение (износ) в отсутствие смазки . Неточны также термины полусухое и полужидкостное трение. Трение ювенильных поверхностей можно рассматривать теоретически как предельный случай. Вторым предельным случаем является гидродинамический режим смазки, когда поверхности трения полностью разделены масляной макропленкой. Тогда коэффициенг трения определяется не свойствами металлических поверхностей, а вязкостью масла и иными его особенностями, о которых будет сказано ниже. В указанных пределах находится обширный класс граничных масляных пленок, обеспечивающих так называемое граничное трение. [c.10] В этом аспекте основная роль смазки заключается не только в снижении силы трения и ослаблении температурного эффекта, но и в уменьшении молекулярной составляющей. Наличие смазки, покрывающей микрошероховатости поверхностей, способствует увеличению расстояния между ними, т. е. уменьшению силы адгезии, которая, как известно, обратно пропорциональна четвертой степени расстояния между телами. [c.11] Виды изнашивания в машинах приведены на рис. 2. [c.12] Появление теории несовершенств кристаллического строения материалов дало возможность объяснить явления, происходящие при пластической деформации кристаллов в процессе их взаимодействия во время трения [1]. [c.13] Рассмотрим более подробно понятие несовершенства кристаллического строения материалов и его роль в пластическо течении материала. Без этого невозможно достаточно глубоко понять сущность трения и изнашивания. [c.13] На рис. 4 схематически изображена винтовая дислокация. Кристалл как бы состоит из непрерывной винтовой плоскости, расположенной вокруг некоторой стержневой линии. Если шаг винта по сравнению с шириной плоскости мал, дефектной будет только часть кристалла, примыкающая к оси. Эта область и является винтовой дислокацией. [c.15] Дефекты в кристаллах не являются независимыми. Перемещаясь, они сталкиваются, изменяют направление своего движения, переходят в иные виды дефектов. Так, совокупность вакансий может переходить в дислокацию, совокупность дислокаций перерождается в микротрещину, которая может перейти в макротрещину. Высокая концентрация дислокаций приводит к торможению их перемещения, что непосредственно влияет на прочность металлической поверхности. Причинами, вызывающими перемещение дислокаций и некоторых других дефектов, являются не только приложенные внешние силы, но и действие различных внутренних полей напряжений. Пластическое течение кристалла связано с перемещением дислокаций в плоскости скольжения и выходом их на поверхность. [c.15] Будучи дефектом термодинамически неустойчивым, дислокация стремится выйти на поверхность. Выход дислокаций является завершением сдвига в плоскости скольжения и сопровождается образованием ступеньки, ширина которой имеет порядок, соответствующий одному межатомному расстоянию. Создание каждой новой ступеньки требует затраты работы. При уменьшении поверхностной энергии работа образования ступеньки уменьшается и, следовательно, выход дислокаций на поверхность и пластификация приповерхностных слоев облегчается. В результате этих процессов создается особый субмикрорельеф поверхностей. [c.15] Наиболее существенным проявлением взаимодействия смазки с твердой поверхностью является эффект П. А. Ребиндера, заключающийся в облегчении выхода дислокаций на поверхность тела, обусловленного взаимодействием образца со средой. Это взаимодействие выражается в снижении свободной энергии поверхности образца под влиянием обратимой адсорбции полярно-активных компонентов из окружающей среды. Смазочное масло в зависимости от содержания в нем полярных молекул не только образует граничные пленки, но и непосредственно влияет на состояние приповерхностных слоев металла. [c.15] Эффект П. А. Ребиндера играет чрезвычайно важную роль в процессе трения, так как пластифицирование поверхностного слоя способствует резкому снижению сопротивления сдвигу, локализации внешнего трения в тонком поверхностном слое, снижению силы трения и износа. [c.16] В зависимости от соотношения сил притяжения дислокаций к поверхности, работы, затрачиваемой на образование ступенек, и от других факторов поверхности могут пластифицироваться, упрочняться, охрупчиваться и даже, как считают некоторые исследователи, переходить в квазижидкое состояние. Следовательно, помимо геометрической характеристики поверхностных слоев (микрошероховатости) необходимо учитывать ее физические особенности, связанные с несовершенствами кристаллического состояния и выходом дислокаций. [c.16] Пластическая деформация в процессе трения вызывает упрочнение поверхностных слоев, повышение твердости, предела текучести, сопротивления изнашиванию. Однако при значительных нагрузках и некоторых других условиях температуры в пятнах касания могут проявить более сильное влияние на поверхности трения, чем их деформирование, в результате чего может произойти разупрочнение. В этом случае охлаждающее влияние смазки становится особенно существенным. [c.16] За последние годы значительное развитие получила теория избирательного переноса. В соответствии с этой теорией пересматриваются элементарные представления о смазке как о защитной среде для поверхности трения смазка должна разрушать поверхности, переводя их в квазижидкое состояние. Безокислительное трение является более желательным, чем окислительное, сопровождающееся образованием тонких окисных пленок. Износ деталей, который раньше считался явлением неизбежным, может быть полностью исключен. Более того, путем применения металлоплакирующих смазок в результате трения возможно восстановление изношенных поверхностей. [c.16] В основе избирательного переноса лежат следующие факторы упоминавшееся уже превращение твердых поверхностей в квазижидкое состояние в результате их избирательного растворения смазкой, перенос материала с одной поверхности на другую образование на поверхности полимерной пленки смазки, наличие восстановительных процессов, исключающих окислительный характер износа, и интенсификация адсорбционного пластифицирования. Продукты износа удерживаются в зазоре за счет действия электрических сил. [c.16] Вернуться к основной статье