Смазка образцов осуществлялась окунанием нижнего ролика в ванну с маслом (автол 6). Для получения быстро протекающего абразивного процесса изнашивания в масло вводился песок в количестве 20% объема масляной ванны. Абразивные частицы имели в исходном состоянии размер в. поперечнике 0,1—0,2 мм.

Рис. 1. Влияние количества абразива в смазке на величину износа материала

Рис. 2. Связь между нагрузкой и величиной износа при наличии между трущимися поверхностями абразивных частиц

Опытами было установлено:

а. Изменения количества абразива в смазке приводят к пропорциональному изменению скорости процесса изнашивания и соответственно— величин износа. Это подтверждается также результатам других исследований.

В процессе испытания происходит постепенное измельчение абразивных частиц и потеря ими абразивной способности.

б. При абразивном процессе изнашивания связь между износом и давлением чаще всего предполагается линейной. В наших опытах характер зависимости N— W оказался близким к линейному только при небольших нагрузках (примерно до 15 кГ на 1 мм линии контакта). При увеличении нагрузки выявился экспоненциальный характер связи между нагрузкой и величиной из износа. Нагрузка, при которой происходит перегиб кривой, несомненно зависит от прочности абразивных зерен, твердости сопряженных деталей и других факторов.

Характер зависимости износа от нагрузки необходимо учитывать в тех случаях, когда ставится задача уменьшить износ деталей за счет снижения удельных давлений. Так, например, увеличение ширины зубьев шестерен открытых передач с целью снижения их износа (имеющего абразивный характер) может дать заметные результаты только в том случае, если нагрузки не очень велики и соответствуют начальной части кривой.

СлеДует предположить, что экспоненциальный характер зависимости N—W справедлив для большинства схем абразивного изнашивания; перегиб кривой определяется скорее всего прочностью зерен абразива. В тех экспериментах, в которых разные авторы получили линейный характер зависимости, вероятно не достигались высокие удельные давления (или испытуемый материал деформировался раньше, чем достигался предел прочности абразива на раздавливание).

в. При трении качения на скорость изнашивания сильное влияние, как известно, оказывает степень относительного проскальзывания. Для количественной оценки роли проскальзывания при наличии между трущимися поверхностями абразивных частиц были проведены испытания на машине Амслера с образцами разных диаметров, которые подбирались с таким расчетом, чтобы получить степень проскальзывания в пределах от 0 до ± 16%.

Эти опыты проводились в указанных выше условиях на образцах из сталей У8 и 40Х с различной твердостью; результаты испытаний приведены на рис. 16.

Правые ветви кривых относятся к тем испытаниям, при которых окружная скорость верхнего ролика была выше скорости нижнего.

Прежде всего можно отметить, что для всех сочетаний образцов наивысшая износостойкость наблюдается при чистом качении. С увеличением проскальзывания (как положительного, -так и отрицательного) износостойкость снижается, причем наиболее сильно при малых степенях проскальзывания.

Износостойкость растет не только с увеличением твердости обоих образцов, но и в том случае, когда увеличивается твердость одного образца. В связи с этим наивысшее положение занимают кривые 3—4, относящиеся к испытаниям двух твердых образцов; ниже расположены кривые 1—2 для относительно мягких образцов.

При одинаковой твердости материалов больше изнашивается тот образец, который имеет меньшую линейную скорость.

Изменение степени проскальзывания заметно влияет на скорость изнашивания, вероятно, из-за различий в кинетике абразивного воздействия. При чистом качении зерна песка, попадая в зазор между роликами, раздавливаются и при этом) вызывают локализованные разрушения поверхностного слоя в виде ямок. Но при проскальзывании к этому добавляется срезывающее действие обломков зерен и тем большее, чем выше степень проскальзывания

Рис. 3. Влияние степени проскальзывания поверхностей

Приведенные данные показывают, что скорость изнашивания при проскальзывании может быть от 3 до 5 раз выше скорости изнашивания при чистом качении. Этим объясняется, в частности, характер изменения профиля зубьев шестерен при абразивном изнашивании.

Проскальзывание при качении вредно сказывается на трущихся деталях не только в присутствии абразива. Наложение сил трения скольжения при всех условиях качения поверхностей деталей усложняет напряженное состояние материала на фрикционном контакте и тем самым форсирует процесс изнашивания.

г. При анализе возможного механизма изнашивания при III схеме фрикционного контакта (табл. 8) можно установить, что износостойкость трущихся деталей должна зависеть от твердости каждой из деталей в отдельности.

Вопрос о влиянии различных соотношений твердости образцов на их износ исследовался на образцах из сталей 40Х и У12. Испытания проводились по описанной выше методике при проскальзывании 10%.

Образцы были термически обработаны для получения различных значений твердости и скомплектованы попарно с таким расчетом; чтобы получить большой диапазон отношений твердости верхнего и нижнего роликов. При полученном десятикратном различии в соотношениях значений твердости можно было достаточно отчетливо выявить, как влияет твердость каждого из образцов в отдельности на износостойкость трущегося сопряжения.

Среднее квадратичное отклонение экспериментальных величин износостойкости от вычисленных по формуле не превышает 14,5%.

Полученные результаты могут быть выражены также в виде номограммы относительной (условной) износостойкости, представленной на рис. 4. По координатным осям отложены значения твердости сопряженных образцов. Условная износостойкость определяется (с учетом масштабного коэффициента) длиной отрезка, идущего от точки с координатами Яв и Ян в начало координат. Дуги окружностей, показанные на номограмме, являются линиями равных значений износостойкости: Линии одинаковых отношений значений твердости сопряженных образцов представлены в виде лучей, исходящих из начала координат (возле каждой линии указано значение этого отношения).

Рис. 4. Номограмма относительной (условной) износостойкости для деталей, работающих в условиях трения качения и подверженных абразивному изнашиванию

Номограмма относительной износостойкости позволяет дать приближенную количественную оценку изностойкости углеродистой стали заданного химического состава при повышении ее твердости путем закалки. Рассмотрим пример использования номограммы.

Предположим, что твердость обоих образцов составляет 180 кГ/мм2. Откладывая по осям номограммы эти значения твердости, получим условное значение износостойкости ( ах =2,5). Необходимо установить, во сколько раз повысится износостойкость обоих роликов, если твердость одного из них будет увеличена до 725 кГ/мм2. Для этого найдем по номограмме условную износостойкость а2 и перенесем отрезок Ооу на шкалу. Из сопоставления величин о! и а 2 видно, что износостойкость сопряжения возрастет в 3 раза (7,5 : 2,5).

Рост износостойкости сопряженных образцов в приведенном примере обусловлен одновременным уменьшением износа как твердого, так и мягкого роликов.