Рис. 1. Схематическое изображение поперечного сечения царапины на металлической поверхности:

Та же пирамида при десятикратном прохождении по одному месту привела к разрушению материала в зоне наиболее сильного пластического передеформирования на краях царапины. В результате образовавшихся надрывов материала определенная часть его может быть удалена с поверхности при последующем прохождении в этих местах частиц абразива.

Рис. 2. Царапины на стальной поверхности после однократного (внизу) и десятикратного прохождения алмазной пирамиды по одному месту (Х300)

Этот опыт показывает, что для разрушения поверхностного слоя не обязательно наличие абразива с высокой твердостью, способного срезать материал детали. При определенных условиях взаимодействия даже относительно мягкие частицы (например, уголь) могут вызывать локальное пластическое деформирование я затем разрушение материала детали. Последнее объясняет значительное повышение износа деталей редукторов при засорении смазки угольным штыбом.

Следует отметить, что интенсивность изнашивания при таком механизме разрушения материала во много раз меньше, чем при срезе (удаляются меньшие объемы материала и требуется многократное прохождение абразивных зерен по одному месту).

б. Разрушение материала при изнашивании происходит спорадически, т. е. от случая к случаю. Это объясняется двумя обстоятельствами, одно из которых было отмечено выше.

При абразивном процессе изнашивания весьма твердыми частицами, когда разрушение материала происходит путем среза, только незначительная часть зерен способна разрушать поверхностный слой детали.

При изнашивании закрепленным абразивом (например, на шкурке) вероятность разрушения материала при прохождении абразивных частиц по поверхности образца не равна единице, но имеет достаточно высокое значение, что находит подтверждение в высокой скорости процесса изнашивания. В этом случае вероятность элементарного акта разрушения зависит в основном от абразивных частиц (их расположения, углов при вершине и пр.).

При изнашивании незакрепленным абразивом вероятность элементарного разрушения зависит также от свойств изнашиваемого материала.

Именно различием величин i принципиально отличается абразивный процесс изнашивания от абразивной обработки деталей (при сходстве механизма разрушения). В реальных условиях работы деталей вероятность элементарных актов изнашивания очень мала и даже может быть равна нулю (материал не будет изнашиваться совсем)..

Учет показателя имеет значение для правильной постановки испытаний на износ, особенно неметаллических материалов.

В точных, хорошо рассчитанных трущихся сопряжениях, смазываемых маслом, износ деталей может быть полностью исключен, если устранить возможность периодически заклиниваний абразивных частиц или продуктов износа, вызывающих локальное разрушение поверхностного слоя. В этом отношении характерны наблюдения за износом плунжерной пары топливного насоса, износ которой обусловлен случайными актами абразивного воздействия.

в. Условия работы многих деталей горных машин определяют ударное действие абразива на поверхностный слой. В связи с этим износостойкость материала должна зависеть от способности его противостоять динамическому приложению нагрузки. Для приближенной оценки прочностных свойств материалов в этих условиях автором был спроектирован склерометр СТ-4, в котором алмазная пирамида при скорости около 0,24 м/сек прорезает на поверхности испытуемого материала лунку определенного размера. Характеристикой свойств материала при этом испытании является работа Лц (г-см), затраченная на образование углубления заданного объема.

В зависимости от свойств испытуемого материала лунка образуется в результате пластического оттеснения материала по сторонам, путем среза или хрупкого разрушения. На рис. 9 показаны характерные лунки при испытании металла и минералов. Как видно, в последнем случае разрушение материала вышло за пределы трассы алмаза.

На рис. 3 представлены результаты испытаний углеродистых сталей, по которым можно судить о том, что с повышением твердости до определенного предела увеличивается также и сопротивление поверхностного слоя сталей разрушению при динамическом воздействии. Однако пои повышении твердости свыше 700—750 кг/мм2 работа царапания на сталях У7 и У12 снижается. Здесь наблюдается переход от разрушения путем среза к хрупкому разрушению (отрыву). Характерно, что коэффициент, равный отношению и характеризующий процесс образования лунки, при указанных значениях твердости приближается к единице, что свидетельствует об отсутствии пластических образований по краям царапины.

Приведенные данные показывают, что при ударном характере абразивного воздействия не во всех случаях предельно высокая твердость отвечает максимальной износостойкости материала (как это имеет место при испытании на шкурке). Для некоторых деталей снижение твердости на несколько единиц (по Роквеллу) может существенно снизить износ. При этом не безразлично, за счет каких структурных изменений достигается снижение твердости (за счет отпуска мартенсита или допущения некоторого количества остаточного аустенита). В каждом случае, когда небольшое снижение твердости детали может показаться целесообразным, следует произвести проверку в условиях трения, близких к реальным. Это необходимо сделать в связи с тем., что область перегиба кривой Лц —Я зависит от многих частных факторов (состава и структурного состояния материала детали, твердости абразива, скорости его перемещения и пр.).

Рис. 4. Вид лунок на поверхности металла (справа) и минерала (Х25)