Втомне зношування

Уто́мне зно́шування — механічне зношування внаслідок руйнування від утоми в умовах багаторазового деформування мікрооб'ємів матеріалу поверхневого шару.

Природа утомного зношування

Циклічно змінні контактні напруження, що виникають у парах тертя викликають поверхневе втомне руйнування у вигляді утомних тріщин, викришування і відшаровування матеріалу.

Незначні тріщини зароджуються в зоні максимальних дотичних напружень на деякій глибині під поверхнею і поширюються до поверхні. Тріщини можуть зароджуватися також на поверхні і поширюватися в глиб матеріалу. Розкриття тріщин відбувається під дією пульсуючого тиску мастила. На пізнішій фазі тріщина, досягнувши основи антифрикційного шару, змінює свій напрямок, поширюючись по стику між антифрикційним шаром і основою. У результаті окремі ділянки поверхневого шару відокремлюються в решти шару, а потім викришуються.

Викришування характеризується утворенням ямок на поверхні тертя в результаті відділення частинок матеріалу при утомному зношуванні. Утворені раковинки (ямки) діаметром від сотих часток міліметра до декількох міліметрів збільшуються в процесі роботи вузла тертя, виникає лущення поверхні тертя (відшаровування).

Опір утомному зношуванню

Опір втомі антифрикційного шару залежить від низки факторів: режиму роботи і конструкції підшипника, антифрикційного матеріалу, фізичних властивостей з’єднування шару з основою, жорсткості вала тощо.

Конструктивні фактори

Недостатня жорсткість вала, корпусів і кришок підшипників може стати причиною перекосів цапф відносно підшипників і зосередження навантажень біля країв. Результатом цього у підшипниках може відбуватись утворення тріщин або пластичний зсув м'якого сплаву. Конусність і овальність шийок, неправильна геометрія форми і невідповідність розмірів вкладишів (особливо тонкостінних) часто служать причиною перенапруження антифрикційного шару.

Умови роботи

Чим більший тиск, чим більша амплітуда переміщення дотичних поверхонь, чим швидкохідніша машина, тим швидше вичерпується витривалість підшипникового матеріалу. Швидкість зростання навантаження відіграє важливу роль. Опір втомі окоолов'яних бабітів у парових поршневих машинах при важких навантаженнях вищий, аніж у дизельних двигунах, для яких характерні швидкості прикладання тиску.

Досить значний вплив на опір втомі має робоча температура підшипника, причому цей вплив проявляється як безпосередньо, так і через температурні напруження. Звичайна робоча температура підшипників транспортних дизельних двигунів 80...100 ºС, але є двигуни, в яких температура підшипників досягає 150 ºС. З підвищенням температури зменшуються всі показники механічної міцності, особливо у бабітів: при температурі 100 ºС вони зменшуються приблизно в 2 рази в порівнянні з показниками за нормальної температури. Порівняно невелике число повторних нагрівань і охолоджень у вказаному інтервалі температури в результаті циклічних термічних напружень призводить іноді до появи тріщин у бабіті поблизу стику з основою вздовж по колу. Ці напруження можна зменшити, застосовуючи бронзовий вкладиш, а при алюмінієвому вкладиші вони майже зникають.

Роль матеріалу тертьових поверхонь

Опір втомі бабітів на олов'яній основі тим більший, чим більший вміст міді і сурми, але при цьому підвищується крихкість і погіршуються антифрикційні властивості сплавів. Свинець в олов'яних бабітах є шкідливою домішкою. Уже при 0,5% Ρb утворюється багата свинцем з низькою температурою плавлення фаза у вигляді сітки. Руйнування сітки призводить до викришування основних структурних складових. Антифрикційні матеріали на кадмієвій основі в особливо важких умовах працездатніші, аніж олов'яні й свинцеві бабіти. Ще більшу опірність втомі мають мідно-свинцеві сплави при порівняно великій товщині шару (понад 2 мм).

Свинцеві бронзи із сіткою свинцю в мікроструктурі володіють високими антифрикційними властивостями, але недостатнім опором втомі. Олово, нікель і срібло як легуючі домішки служать для регулювання структури. З підшипникових матеріалів найбільший опір втомі має срібло.

Див. також

• Абразивне зношування
• Кавітаційне зношування
• Гідроерозійне зношування
• Фретингове зношування
• Корозійна втома

Примітки

1. ДСТУ 2823-94 Зносостійкість виробів тертя, зношування та мащення. Терміни та визначення.

Джерела

• Зносостійкість сплавів, відновлення та зміцнення деталей машин: Навчальний посібник. За ред. Попова В. С. — Запоріжжя: Мотор Січ, 2006. — 420 с.
• Костецкий Б. И. Трение, смазка и износ в машинах [Текст] / Б. И. Костецкий. — К.: Техніка, 1970. — 396с.
• Кондрачук М. В. Трибологія / М. В. Кондрачук, В. Ф. Хабутель М. І., Пашечко Є. В. Корбут. – К.: Вид-во Національного Авіаційного університету «НАУ-друк», 2009. — 232 с.
• Закалов О. В. Основи тертя і зношування в машинах: Навчальний посібник./О. Закалов, І. Закалов. — Тернопіль: Видавництво ТНТУ ім. І.Пулюя, 2011. — 322 с.