Введение

Повреждение, постепенное удаление или деформация материала на твердых поверхностях.

Износ – это повреждение, постепенное удаление или деформация материала на твердых поверхностях. Причины износа могут быть механическими (например, эрозия) или химическими (например, коррозия). Изучение износа и связанных с ним процессов называется трибологией. Износ элементов машин, наряду с другими процессами, такими как усталость и ползучесть, приводит к деградации функциональных поверхностей, что в конечном итоге ведет к разрушению материала или потере функциональности. Таким образом, износ имеет значительные экономические последствия, что впервые было отмечено в докладе Джоста. Износ металлов происходит за счет пластической деформации поверхностного и подповерхностного материала, а также отрыва частиц, образующих продукты износа. Размер частиц может варьироваться от миллиметров до нанометров. Этот процесс может возникать при контакте с другими металлами, неметаллическими твердыми телами, текучими жидкостями, твердыми частицами или капельками жидкости, переносимыми потоком газа. Скорость износа зависит от таких факторов, как тип нагрузки (например, ударная, статическая, динамическая), тип движения (например, скольжение, качение), температура и смазка, в частности, от процессов осаждения и износа граничного слоя смазки. В зависимости от трибосистемы могут наблюдаться различные типы и механизмы износа.

Виды износа и механизмы

Типы износа классифицируются по характеру относительного движения, природе разрушения на изношенной поверхности, или "механизму", а также по влиянию на самовосстанавливающийся или базовый слой. Механизмы износа представляют собой физические процессы разрушения. Например, механизм адгезионного износа – это адгезия. Механизмы и/или подмеханизмы износа часто перекрываются и действуют синергически, приводя к более высокой скорости износа, чем сумма скоростей отдельных механизмов.

Износ клея

Адгезионный износ возникает между поверхностями при трении и обычно подразумевает нежелательное перемещение и прилипание частиц износа и материальных соединений с одной поверхности к другой. Можно выделить два типа адгезионного износа:

Адгезионный износ вызывается относительным движением, "прямым контактом" и пластической деформацией, которые приводят к образованию частиц износа и переносу материала с одной поверхности на другую. Когезионные адгезионные силы удерживают две поверхности вместе, даже если они разделены измеримым расстоянием, с передачей материала или без нее. Как правило, адгезионный износ происходит, когда два тела скользят или прижимаются друг к другу, что способствует переносу материала. Это можно описать как пластическую деформацию очень малых фрагментов в поверхностных слоях. Неровности, или микроскопические выступы (шероховатость поверхности), на каждой поверхности влияют на интенсивность отрыва фрагментов оксидов и их присоединения к другой поверхности, отчасти из-за сильных адгезионных сил между атомами, а спонтанные экзотермические химические реакции между поверхностями обычно приводят к образованию вещества с низкой энергией в адсорбированном состоянии. Адгезионный износ может приводить к увеличению шероховатости и образованию выступов (т.е. бугорков) над исходной поверхностью. В промышленном производстве это явление называется задиром, который в конечном итоге разрушает окисленную поверхностную пленку и соединяется с основным материалом, усиливая возможность более прочной адгезии, где – нагрузка, – коэффициент износа, – расстояние скольжения и – твердость.

Износ от удара

Износ от удара возникает при контакте двух тел. В отличие от эрозионного износа, ударный износ всегда происходит в одном и том же, четко определенном месте. Если удары повторяются, то обычно с постоянной кинетической энергией в момент контакта. Частота ударов может быть различной. Износ может происходить на обоих телах, но как правило, одно тело обладает значительно большей твердостью и вязкостью, и его износ не учитывается.

Другие виды износа

Другие, менее распространенные виды износа — кавитация и диффузионный износ.

Испытание износа

Существует несколько стандартных методов испытаний для различных видов износа, предназначенных для определения количества удаленного материала за определенный период времени в четко определенных условиях. Комитет G 2 организации ASTM International стандартизирует испытания на износ для конкретных областей применения, которые периодически обновляются. Общество инженеров по трибологии и смазке (STLE) задокументировало большое количество испытаний, связанных с трением, износом и смазкой. Стандартизированные испытания на износ используются для создания сравнительных рейтингов материалов на основе конкретного набора параметров испытаний, указанных в описании испытания. Для получения более точных прогнозов износа в промышленных условиях необходимо проводить испытания в условиях, имитирующих реальный процесс износа. Испытание на истирание – это испытание, проводимое для измерения стойкости гранулярного материала к истиранию.

Моделирование изнашивания

Закон Рейе — Аршара — Хрущёва является классической моделью прогнозирования износа.

Коэффициент износа

Коэффициент износа — это физическая величина, используемая для измерения, характеристики и установления взаимосвязи между износом материалов.

Анализ смазочных материалов

Анализ смазочных материалов – это альтернативный, косвенный метод оценки износа. В этом методе износ определяется по наличию частиц износа в жидком смазочном материале. Для более детального изучения природы этих частиц могут быть проведены химические (например, XRF, ICP OES), структурные (например, феррография) или оптические (например, световая микроскопия) анализы.