В промышленности широко используется «предметная» классификация, т. е. систематизация основных видов изнашивания для отдельных деталей и узлов машин. Так, изучаются процессы изнашивания подшипников качения, поршневых колец и подшипников скольжения, тяговых и приводных цепей и пр. На рис. 1 и 2 представлена в качестве иллюстрации классификация видов разрушения и износа зубьев шестерен. В редукторостроении хорошо известны признаки каждого вида повреждения зубьев и применительно к ним ведутся многочисленные исследования в самых различных направлениях. Поэтому отнесение любого частного случая изнашивания зубьев шестерен к определенному классу позволяет использовать весь накопленный в этой части опыт и выбрать приемлемое решение для повышения срока службы шестерен.

Рис. 1. Виды износа и разрушения поверхностного слоя зубьев шестерен:
а — приработочный питтинг; б — прогрессирующий питтинг; в — абразивный износ с образованием отдельных царапин; г — задиры в результате металлического контакта при недостаточной смазке; д — заедание; е — ожог поверхности зуба в результате перегрузки при высоких скоростях и недостатке смазки (наблюдается на твердых зубьях).

Рис. 2. Виды повреждения зубьев шестерен:
а — смятие поверхностного слоя; б — образование трещин; в — выкрашивание поверхностного слоя; г — подрезание ножки зуба; д — хрупкое разрушение зубьев вследствие перегрузки; е — усталостное разрушение зубьев 3. О разновидностях изнашивания деталей и узлов горных машин 1

Разрушение поверхностного слоя деталей при изнашивании происходит:
1) путем среза (скорость изнашивания детали при этом зависит от внешнего силового воздействия и сопротивления материала этому виду разрушения в том состоянии, в котором он находится в заданных условиях трения);
2) путем отрыва, т. е. хрупко, без предварительного пластического деформирования материала;
3) в результате постепенного разупрочнения материала при многократном (циклическом) деформировании его микрообъемов; такое разрушение по своей природе является усталостным, конечная стадия его (для металлов и их сплавов) — отрыв, т. е. хрупкое разрушение до предела наклепанного материала.

Указанные виды разрушения поверхностного слоя происходят в разных условиях и потому с различной скоростью- Обследования большого количества изношенных деталей горных машин показали, что условия трения и соответственно процессы изнашивания подразделяются на три характерные группы.
1. Абразивный (чисто механический) процесс изнашивания происходит в условиях, не осложненных тепловым и коррозионным действием на материал детали. При оценке износостойкости в этом случае имеется много общего с задачей определения стандартных прочностных характеристик” материалов в объеме (условная оценка сопротивления их заданному виду разрушения), но при этом должны приниматься во внимание специфичные условия внешнего силового воздействия при трении и особенности поведения материала в поверхностном слое. Зная схему фрикционного контакта, количественную характеристику параметров, определяющих скорость изнашивания, и сопротивление материалов определенным видам разрушения, можно с достаточной достоверностью оценить износостойкость материалов и тем самым решать задачи по повышению срока службы изнашивающихся деталей в части подбора для них материалов и методов упрочнения.
2. При трении деталей с большими скоростями и нагрузками, особенно при недостаточности или полном отсутствии смазки, поверхностный слой подвергается сильному нагреву. Термическое действие не только изменяет исходные механические свойства поверхностного слоя в связи с его нагревом, но и способно также приводить к изменению химического состава и фазового состояния материала. Износостойкость материала в этом случае определяется свойствами продуктов превращения. Термомеханический характер воздействия на поверхностный слой определяет необходимость подбора таких материалов, исходные свойства которых обеспечивают по возможности большую стабильность механических характеристик при повышении температуры и устойчивость фазового состояния. Одновременно необходимо принять меры к уменьшению тепловыделения и интенсификации теплопередачи от трущихся поверхностей за счет улучшения условий трения и применения материалов с высокими термическими характеристиками.
3. При наличии влаги процесс изнашивания приобретает коррозионно-механический характер, при этом первоначально происходит образование непрочных и хрупких продуктов взаимодействия материала детали со средой, а затем их разрушение

Износостойкость материала при коррозионно-механическом процессе изнашивания определяется, естественно, способностью противостоять образованию пленок непрочных химических соединений и разрушению под действием внешних сил с учетом расслабляющего влияния на материал коррозионной среды. Характерно, что само по себе определение процесса изнашивания детали как «коррозионно-механического» не является достаточным для выбора для нее износостойкого материала. Дело не только в том, что коррозионная среда может быть различной, но и в том, что соотношение активности механических и коррозионных процессов практически изменяется в очень широких пределах и при лабораторных испытаниях должно строго воспроизводиться, исходя из реальных условий работы деталей. Так, при относительно слабом абразивном воздействии и весьма активном химическом влиянии среды 2 нецелесообразно повышение твердости стальных рештаков скребковых конвейеров, ибо основным фактором, определяющим скорость изнашивания, является коррозия.

В противоположном случае, например для насосов, применяемых в процессе обогащения в тяжелых суспензиях в случае невысокой агрессивности воды, материал изнашивающихся деталей должен обладать прежде всего высоким сопротивлением абразивному (механическому) воздействию в потоке воды и относительно слабыми антикоррозийными свойствами-

Далее рассмотрим типичные для большинства деталей горных машин схемы фрикционного контакта, характеризующие взаимодействие поверхностей деталей с абразивными частицами.

I схема контакта. Поверхности деталей непосредственно соприкасаются с частицами угля и породы, которые перемещаются с заданной скоростью.

Под абразивом здесь и в дальнейшем подразумеваются посторонние частицы, но не обязательно очень высокой твердости (хотя это и входит собственно в понятие об абразиве). Учет твердости угля и породы при оценке износостойкости отражает специфические условия изнашивания деталей угольных машин, поэтому в следующей главе приведены сведения, касающиеся абразивных свойств тех материалов, которые вступают в контакт с поверхностями деталей.

I схема характерна для всех случаев перемещения угля и породы по конвейерам скребкового типа, по наклонным желобам, по рештакам качающихся конвейеров и т. п. Такой же характер взаимодействия абразива с поверхностью детали наблюдается и в рабочей части и днище ковшей экскаваторов, стругов и при работе различных исполнительных органов забойных машин и горного инструмента.

II схема контакта. Попадание посторонних частиц между поверхностями сопряженных деталей не исключено даже в прецизионных узлах, что же касается трущихся деталей горных машин, то такой случай является для них типичным (шарнирные соединения режущих и тяговых цепей, поршневая часть ударника и цилиндр перфораторов, подшипники скольжения и шейки валов, шлицевые соединения, зубчатые муфты и пр.). Износостойкость трущегося сопряжения зависит от условий трения и свойств материалов сопряженных деталей, причем при желании можно изменять соотношение величин износа деталей (например, для сохранения более дорогой части).

III схема контакта. Абразивные частицы определяют скорость изнашивания также при трении качения; причем с увеличением степени проскальзывания процесс изнашивания делается интенсивнее.

Эта схема контакта характерна для работы шестерен, подшипников качения, колес шахтного подвижного состава, соединения звеньев круглозвенных тяговых цепей и др.

IV схема контакта. Летящие с большой скоростью твердые частицы (чаще всего в- потоке воздуха) ударяются о поверхность детали и вызывают разрушение поверхностного слоя. Эта схема контакта реализуется на лопатках роторов вентиляторов, на деталях различного пневматического оборудования, в том числе на эжекторах перфораторов с пылеотсосом, соплах пескоструйных аппаратов и пр.

V схема контакта. Абразив перемещается в потоке жидкости и действует на поверхностный слой одновременно с жидкой фазой (как правило, сильно снижающей сопротивление материала разрушению). Эта схема фрикционного контакта характерна для изнашивающихся деталей шламовых и водяных насосов, насадок гидромониторов, различных узлов обогатительного оборудования, узлов- и коммуникаций гидротранспорта и т. п.

Помимо перечисленных, есть еще несколько схем фрикционного контакта (для трения сухих или смазанных поверхностей без посторонних частиц в стыке деталей, для фреттинг-коррозии, кавитации и др.), которые не приведены из-за их меньшей распространенности в узлах горных машин.

Рассмотрение схем фрикционного контакта необходимо в связи с возможностью создания на их основе расчетных методов определения износостойкости деталей машин а также для правильной постановки лабораторных испйтаний материалов на износ.

В каждой схеме фрикционного контакта предусматривается возможность изменения различных параметров, влияющих на скорость изнашивания, в пределах, имеющих практическое значение. Так, в I схеме абразив может быть в виде монолита, сыпучей массы или в закрепленном состоянии (например, в виде шлифовальной шкурки).

Применительно к V схеме контакта содержание и размер абразивных частиц, а также агрессивность жидкой фазы могут колебаться в пределах, позволяющих использовать эту схему как для деталей водяных насосов, так и для трубопроводов, транспортирующих пульпу, а также для лотков, по которым перемещается влажный уголь.