09.04.2012 | Служба новостей Росфирм
Усталостное разрушение поверхностей деталей профилегибочных станков
Усталостное разрушение – это постепенное изнашивание трущихся поверхностей с течением времени, вызванное большим количеством циклов нагружения/разгружения (или просто повторного нагружения). Наблюдается практически во всех деталях сопряжения, где есть циклические нагрузки, как при трении скольжения, так и при трении качения. Механизм усталостного разрушения довольно прост и хорошо изучен. В процессе многочисленных циклов сопряжения поверхностей деталей друг с другом в слое материалов возникают многослойные поля напряжений. Величина их значений в верхних слоях достигает 700-800 МПа и стремится к бесконечности у самой поверхности.
При этом эта сфера напряжения самая маленькая – всего на несколько порядков больше площади поверхности сопряжения. Подобно волнам, которые распространяются в стороны после того как камень упал в воду, от точки соприкосновения разных деталей профилегибочного оборудования расходятся расширяющиеся сферы напряжений. Они уходят в глубину материалов деталей, постепенно снижая свою величину до 50-100 МПа. При увеличении расстояния между конкретной глубинной точкой и точкой соприкосновения поверхностей трущихся деталей эта величина стремится к нулю. Сама нагрузка меняет свой характер от сжатия на поверхности до касательных напряжений в глубине материала.
Если поверхность сопрягающихся деталей недостаточно чиста (например, присутствуют остатки оксидной пленки) то интенсивность усталостного изнашивания существенно возрастает. А вообще на интенсивность влияние оказывают множество факторов, среди которых чистота плоскостей – далеко не первая. Так, среди других концентраторов напряжения отмечаются любые крупные включения и дисклокации. Большое значение имеет величина остаточных напряжений, наличие неровностей: впадин, вмятин, сколов, царапин. Не стоит сбрасывать со счетов и такие важные факторы, как вид трения (качения, скольжения), распределение нагрузки (перекос деталей, зазор и т.п.).
Усталостное разрушение – это постепенный процесс, во многом обусловленный верованиями микрочастиц материала выступами другой сопрягающейся детали. Помимо этого Крагельский показал, что отделение микрочастиц может происходить и по другом механизму, когда они сами отделяются под действием локальных напряжений микрообъёмов, вызванных многочисленными циклами нагружения детали. Сначала в толще материала образуется множество пустотелых микрообъёмов (трещин), которые постепенно скапливаются и в буквальном смысле слова «срастаются» друг с другом, образуя одну большую (в молекулярных масштабах) трещину, после чего происходит отрыв частицы материала. Такой механизм получил название фрикционно-контактной усталости, он наблюдается даже на поверхности рабочих валков оборудования для производства профнастила.
Усталостное разрушение «работает» против прочности материала, поэтому избежать его возникновения возможно следующими превентивными мерами: повышением частоты обработки поверхностей сопрягающихся материалов, с целью предотвращения оставления на поверхности выступов и неровностей; повышением твердости и износостойкости верхних слоев материала при сохранении высокой пластичности внутренних.