Что такое износостойкость?
Что такое износостойкость?
Что такое износостойкость – это важнейшее служебное свойство поверхностных слоев деталей машин, определяющее в большинстве случаев их работоспособность. Классификации износа приведены в ряде работ. Одним из наиболее распространенных и интенсивных видов износа является абразивный, который характерен для деталей строительных, дорожных, транспортных, сельскохозяйственных и других машин. Воздействие минеральных частиц высокой твердости, для которых характерны неметаллические типы межатомных связей, приводит к незначительной роли адгезивных взаимодействий при изнашивании материалов, вследствие чего основную роль играют деформационные процессы. Различают элементарные процессы отделения частицы износа в результате однократного и многократного воздействия абразивного тела, т.е., микрорезание (вязкого и хрупкого характера) или усталость малоцикловую (в пластической области) и многоцикловую (в упругой плоскости). Многообразие условий абразивного износа обуславливает самые различные сочетания этих элементарных процессов разрушения и разупрочнения поверхностных слоев, которые часто интенсифицируются химической активностью окружающей среды. Во всех этих процессах с разной долей вероятности имеет место интенсивная пластическая деформация. Очевидно, что роль пластичности наряду с твердостью должна быть значительна при абразивном износе.
Поскольку твердость является одним из основных и легко определяемых показателей механических свойств поверхностных слоев, то вполне естественно, что абразивная износоустойчивость сопоставляется в первую очередь именно с этой характеристикой. Линейные зависимости износостойкости от твердости для сталей с одинаковым химическим составом получены в ряде работ, причем эта зависимость тем четче, чем большая часть металла удаляется за счет микрорезания вязкого характера. Вместе с тем, ряд исследователей свидетельствует, что во многих случаях нагружения твepдость не является единственной характеристикой, определяющей износостойкость.
Отмечается, что при докритических углах газообразованная износостойкость существенно зависит от твердости, а при критических и закритических − закономерности изнашивания отличаются от общеизвестных. Исследования гидроабразивной износостойкости наплавочных материалов показывают, Что при углах атаки, близких к 900, имеет место слабая линейная корреляционная зависимость между износостойкостью и твердостью материалов, а более надежную связь дает сопоставление износостойкости с произведением твердости и ударной вязкости. Следует отметить, что одинаковая и достаточно высокая твердость может быть достигнута различными вариантами упрочняющих технологий, которые обеспечивают различные значения износостойкости; при этом возникает вопрос, за счет каких структурно-чувствительных характеристик это происходит.
Во многих работах высказывается мнение, что важнейшей характеристикой, определяющей сопротивление изнашиванию, является удельная работа поглощенная металлом до разрушения, которая однако еще не находит практического применения из-за трудностей, связанных с установлением энергии единицы длины дислокаций.
Имеются и другие трактовки, однако, и они включают трудноопределимые параметры. В связи с этим в первом приближении поглощающую энергию можно оценить величиной, пропорциональной удельной деформации при растяжении. Если, однако, сравнивать площади диаграмм растяжения мягкой отожженной малоуглеродистой стали и прочной легированной стали после закалки и отпуска, можно сделать ошибочный вывод о большой работоспособности малоуглеродистой стали. Это связано с тем, что испытания на растяжение образца из пластичных материалов, разрушающихся при усилии растяжения, меньшем максимального и малопластичных материалов, разрушающихся, проводятся в неадекватных условиях. Для пластичных материалов, разрушающихся по диаграмме 3 типа, прочностные характеристики определяются по одной точке диаграммы (точка B ), а деформирование − − по другой точке, иногда далеко отстающей от точки B. Для менее пластичных материалов, разрушающихся по диаграммам типов I − П, и прочностные и деформационные характеристики определяются по одной точке B.
Если принять во внимание известное положение, что увеличение плотности дислокаций и поглощение энергии при растяжении образца в основном заканчивается при в точке B, то оказывается, что удельная работа деформирования как для пластичных материалов, так и для малопластичных, будет определяться только частью диаграммы (от начала деформирования до точки B). Следовательно, оценка деформационных характеристик обоих типов материалов в более тождественных условиях может быть осуществлена при помощи критерия пластичности. Что касается метода определения, то здесь необходимо отметить следующее. Испытания на растяжение высокоуглеродистых, а также обработанных на мартенсит среднеуглеродистых сталей представляет большие методические трудности [2, 40]. Это особенно относится к материалам, подвергаемым поверхностной термической обработке.
Оценка износостойкости
Возможности же определения пластичности поверхностных слоев методами внедрения инденторов делают задачу косвенной оценки износостойкости более реальной. Во-первых, эти методы более приближены к условиям нагружения при изнашивании, во-вторых, может быть получена информация о свойствах активных поверхностных слоев, и в-третьих, эти методы могут быть непосредственно осуществлены в производственных условиях. Таким образом, если твердость является характеристикой, отражающей прочностные свойств поверхностного слоя, то пластичность, определяемая как и твердость методом внедрения индентора, может служить его деформационной xаpактеристикой. Произведение же этих характеристик (Н на) является комплексным показателем, пропорциональным удельной работе деформирования поверхностных слоев, которая часто связывается с их абразивной износостойкостью.
При выборе метода определения необходимо учесть, что для поверхностных слоев быстроизнашивающихся деталей обычно характерно высокопрочное состояние, и для нанесения отпечатка необходимы высокотвердые конические или пирамидальные инденторы. Кроме того, для большинства современных упрочняющих технологий характерен высокий и примерно одинаковый уровень твердости, но разные значения пластичности (и, естественно, износостойкости). В связи с этим определение пластичности как величины, обратно пропорциональной твердости (т.е. пропорциональной только глубине внедрения или только диаметру отпечатка), не приемлемо, и ее оценку необходимо проводить по двум относительно независимым параметрам отпечатка. Таким требованиям отвечает неразрушающий метод определения пластичности, изложенный выше.