Введение

Износ или повреждение нагруженных поверхностей, фреттинг в музыке

Фреттинг – это износ и иногда коррозионное повреждение нагруженных поверхностей, находящихся в контакте, при наличии небольших колебательных движений, касательных к поверхности. Фреттинг вызывается адгезией неровностей контактирующих поверхностей, которые затем разрушаются под действием этих небольших движений. Это разрушение приводит к образованию частиц износа. Если частицы износа и/или поверхность впоследствии вступают в химическую реакцию, в основном окисление, то этот механизм называется фреттинг-коррозией. Фреттинг ухудшает состояние поверхности, увеличивая ее шероховатость и образуя микротрещины, что снижает усталостную прочность компонентов. Амплитуда относительного скольжения обычно составляет от микрометров до миллиметров, но может достигать и 3 нанометров. Фреттинг часто встречается в посадочных соединениях с натягом, опорах подшипников, болтовых соединениях, шлицах и шпоночных соединениях.

Сталь

Повреждение стали от фретинга можно определить по наличию поверхности с углублениями и мелкой "красной" пыли оксида железа, напоминающей какао-порошок. Строго говоря, этот продукт не является "ржавчиной", так как для его образования вода не нужна. Эти частицы гораздо тверже, чем контактирующие стальные поверхности, поэтому абразивный износ неизбежен; однако, для начала фретирования наличие частиц не требуется.

Алюминий

Фреттинг в алюминии приводит к образованию черного осадка в зоне контакта из-за мелких частиц оксида.

Затронутые продукты

Примеры фреттинга включают износ шлицов приводов на карданных валах, колес в месте соединения со шпильками, и прокладки головки блока цилиндров, подверженные различиям в коэффициентах теплового расширения. В настоящее время исследования фреттинга особенно актуальны для аэрокосмической промышленности. Соединение "ласточкин хвост" основания лопатки и шлицевое соединение авиационных газотурбинных двигателей подвержены фреттингу. Другим примером, где может возникнуть фреттинг-коррозия, являются опорные подшипники современных ветровых турбин, работающие в условиях колебательного движения для управления мощностью и нагрузками турбины. Фреттинг также может возникать между возвратно-поступательными элементами в человеческом теле. Особенно подвержены воздействию фреттинга имплантаты, например, тазобедренные.

Фреты в подшипниках прокатных элементов

В подшипниках качения может возникать фреттинг при работе подшипников в колебательном движении. Примеры применения включают подшипники лопастей ветровых турбин, подшипники изменения шага ротора вертолета и подшипники в роботах. Если движение подшипника ограничено небольшими смещениями, повреждения могут классифицироваться как фреттинг или ложный брейнлинг, в зависимости от преобладающего механизма. Основное различие заключается в том, что ложный брейнлинг возникает в смазанных условиях, а фреттинг – при сухом контакте. Между ложным брейнлингом и фреттинг-коррозией установлена зависимость во времени.

Утомление

Износ от трения снижает предел выносливости материалов, работающих при циклических нагрузках. Это может привести к усталостному разрушению от трения, при котором усталостные трещины могут инициироваться в зоне трения. Впоследствии трещина распространяется вглубь материала. Нахлёстные соединения, часто используемые на поверхностях фюзеляжа, являются основным местом возникновения коррозии от трения. Это также известно как фретаж или фретинговая коррозия.

Смягчение

Основной способ предотвращения фреттинга – проектирование, исключающее относительное движение контактирующих поверхностей. Шероховатость поверхности играет важную роль, поскольку фреттинг обычно возникает при контакте неровностей сопрягаемых поверхностей. Для снижения фреттинга часто используются смазочные материалы, так как они уменьшают трение и препятствуют окислению. Однако это может привести и к обратному эффекту, поскольку более низкий коэффициент трения может вызвать большее перемещение. Таким образом, решение должно быть тщательно продумано и проверено. В авиационной промышленности применяются покрытия для повышения твердости поверхности и/или изменения коэффициента трения. Мягкие материалы часто более подвержены фреттингу, чем твердые материалы аналогичного типа. Соотношение твердости двух трущихся материалов также влияет на фреттинговый износ. Однако более мягкие материалы, такие как полимеры, могут проявлять обратный эффект, захватывая твердые частицы, которые внедряются в их опорные поверхности. Впоследствии они действуют как высокоэффективный абразив, изнашивая более твердый металл, с которым они контактируют.