Поверхность деталей машины шероховата и волниста. Самые гладкие металлические поверхности имеют неровности высотой 0,05…0,10 мк. Наиболее грубые металлические поверхности, располагаемые на некоторой волнистой поверхности, имеют выступы высотой 100…200 мк.

На рис. 16.1, а показана типичная профилограмма шероховатой поверхности, а на рис. 16.1,6 — волнограмма волнистости. Вследствие действия сил внешнего трения, а также других факторов, возникающих при взаимодействии деталей с внешней средой (например, при окислении поверхностных слоев металла кислородом воздуха, взаимодействии рабочих органов с обрабатываемой средой и т. п.), происходит изнашивание сопряженных деталей.

Изнашивание — это процесс постепенного разрушения изделия под воздействием внешних сил, трения и окружающей среды. Результатом изнашивания является износ, который проявляется в виде изменения свойств материала, формы и размеров детали.

Различают три основных вида изнашивания: механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое.

Механическое изнашивание — это процесс разрушения поверхностных слоев деталей упругими и пластическими деформациями. Они вызываются внешним механическим воздействием без существенных физико-химических изменений. Механическое изнашивание наблюдается при перемещении трущихся поверхностей с малыми скоростями и при удельных давлениях, превышающих предел текучести при отсутствии смазки и защитной пленки окислов.

Рис. 16.1. Шероховатость и волнистость точеной поверхности медной детали: а — профилограмма; б — волнограмма.

К механическому изнашиванию относят четыре его разновидности— абразивное, при пластической деформации, хрупком разрушении, кавитации. Абразивное изнашивание возникает при скольжении твердых абразивных частиц, которые внедряются в металл и срезают микростружку с истираемой поверхности. Возможно изнашивание твердыми выступающими частицами сопряженной поверхности. Интенсивность его зависит от твердости, геометрической формы и размеров истирающих частиц.

Изнашивание при пластическом деформировании происходит в процессе трения даже при небольших нагрузках, передаваемых сопряженной деталью или при контактных напряжениях, превышающих предел текучести материалов. В поверхностных слоях металл начинает течь, происходит сдвиг. Перемещение трущихся поверхностей приводит к упрочнению металла в местах схватывания и вырыванию менее прочного металла с образованием нароста, что вызывает быстрое изнашивание детали.

Изнашивание при хрупком разрушении наблюдается, когда поверхностный слой одной из деталей в результате трения, сопровождающегося пластическими деформациями, интенсивно наклёпывается и становится хрупким. Хрупкий слой разрушается, обнажая лежащий под ним менее твердый слой металла. При трении качения, когда многократно повторяются высокие контактные напряжения, возникает усталость металла поверхностных слоев с последующим образованием микротрещин, а также единичных или групповых впадин. Такое изнашивание называется контактной усталостью или «питингом».
Изнашивание при кавитации сопровождается хрупким разрушением поверхности металла в результате местных гидравлических ударов, при многократном повторении которых возникают большие напряжения в поверхностном слое деталей. В результате кавита- ционного воздействия на поверхности детали возникают глубокие ямы, каверны, которые разрастаются и могут приводить к аварийному разрушению машин.

Молекулярно-механическое изнашивание — процесс, обусловленный разрушением местных металлических связей на трущихся поверхностях и вырыванием из них частиц металла. При трении двух деталей возможно такое сближение молекул одного тела с молекулами другого, при котором начинают действовать молекулярные силы. В результате этого при скольжении наблюдается прилипание (схватывание частиц металла) одной поверхности к другой. Взаимодействие двух трущихся поверхностей имеет двойственную молекулярно-механическую природу. Молекулярное взаимодействие вызвано взаимным притяжением двух твердых тел, а механическое — их взаимным внедрением. Происходит вырывание частиц с поверхности одной детали и перенос металла на другую деталь, заедание сопряженных деталей. Схватывание металла приводит к образованию на одной поверхности углублений, а на другой выступов. При малой скорости скольжения частицы металла не разогреваются и не размягчаются, а получают наклеп. Если же скорости скольжения большие, налипшие частицы нагреваются и легко пластически деформируются, металл размазывается по поверхности.
Молекулярно-механическое изнашивание может протекать с различной интенсивностью. При этом возможны либо сравнительно медленные разрушения, либо образование задиров или глубинное вырывание значительных участков поверхности. Развитие схватывания в трущихся деталях вызывает большую скорость изнашивания (5… 10 мк/ч и более), коэффициент трения резко возрастает и сокращается срок службы деталей. Этот вид изнашивания чаще всего наблюдается при высоких скоростях скольжения, значительных удельных давлениях в условиях недостаточной смазки, в результате чего происходит быстрое разрушение поверхности, что приводит к поломке детали и может вызвать аварию механизма.

Коррозионно-механическое изнашивание — разрушение трущейся поверхности детали, обусловленное одновременно внешним механическим воздействием и интенсивным коррозионным процессом в поверхностных слоях металла детали. Этот вид изнашивания происходит в случае наличия агрессивной среды на поверхности трения.

При сочетании коррозионных воздействий различного характера с различными видами механического воздействия возможны следующие случаи коррозионно-механического изнашивания: разрушение под воздействием жидкой или газовой агрессивной среды; изнашивание, усиленное окислением атмосферы; разрушение при наличии вибрации; явление фретинг-коррозии (контактной коррозии).