II. Поверхностные процессы повреждений

1. Механические:

– смятие – пластическая деформация поверхностного слоя, например, между цапфой и посадочным местом на оси, искажение профилей зубьев тяжело нагруженных колес при образовании канавок на поверхности зубьев одного колеса, а наплывов – на другом;

– обмятие – пластическая деформация по периметру детали, например, шейки вала;

– наволакивание металла на посадочные поверхности; например, происходит при небольшом проворачивании кольца подшипника качения;

– усталостное выкрашивание (питтинг) – образование раковин, например, на дорожках и телах качения подшипников из-за действия циклических нагрузок;

– отслаивание наблюдается на деталях с явно выраженным поверхностным слоем, т.е. упрочненных поверхностной закалкой, цементацией, нитроцементацией. Процесс отслаивания зарождается под упрочняющим слоем.

2. Разъедание:

– атмосферной коррозии подвергаются внешние части машин при действии на них атмосферных осадков и влажного воздуха.

– электрохимической коррозии способствует неоднородность материала, связанная с различными значениями электродного потенциала отдельных участков поверхности.

– коррозия газовая или химическая возникает при контакте металлов и сплавов с сухими газами или неэлектролитными теплоносителями,

– эрозия – это «размывание» поверхностного слоя потоком жидкости или газа при больших скоростях. Наличие в них абразивных частиц вызывает на поверхности появление локальных пятен, выбоин, кратеров, царапин и т.п.;

– кавитация – явление местного гидравлического удара вследствие образования в потоке жидкости пузырьков пара и газа, которые при переходе в область с высоким давлением при конденсации пара схлопываются;

– прогар – процесс, характерный для деталей, работающих при высоких температурах и соприкасающихся с горячей струей газа.

– растрескивание – процесс, происходящий при одновременном действии коррозионной среды и статических или повторно-статических нагрузок.

3. Наростообразование – присоединение (нарост) материала, в результате которого поверхность и ее материал изменяют размеры и свойства:

– адгезия – процесс налипания вследствие интенсивного молекулярного взаимодействия, например, нарост на токарном резце из-за высоких температур и давлений в зоне резания, изменяющий режущие свойства инструмента и влияющий на его долговечность;

– когезия – процесс сцепления молекул взаимодействующих деталей;

– адсорбция – процесс поглощения одного контактирующего материала другим;

– диффузия – процесс взаимопроникновения материалов контактирующих деталей;

– нагар – процесс налипания, например, продуктов сгорания на поверхности камер сгорания;

– облитерация – процесс заращивания каналов особенно с малыми проходными сечениями, связанный с налипанием твердых частиц и примесей в жидкости на его стенки.

4. Изменение свойств поверхностного слоя:

– шероховатости – изменение микрорельефа контактирующих поверхностей;

– твердости – изменение показателя твердости от наклепа или разупрочнения, полученного ранее при определенном технологическом процессе изготовления детали;

– напряженного состояния – процесс его изменения при эксплуатации;

– контактной жесткости – изменение упругих свойств материала поверхности;

– отражательной способности – процесс старения отражающих покрытий.

5. Изнашивание. Согласно ГОСТ 27674-88 установлены следующие виды и разновидности изнашивания деталей машин: механическое, происходящее в результате механических воздействий; коррозионно-механическое, происходящее при трении материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой; окислительное; при фреттинг-коррозии; электроэрозионное. В данной классификации изнашивание представлено следующим образом:

– абразивное – механическое воздействие частицами и продуктами износа, попавшими извне на поверхности трения;

– гидро - и газо-абразивное – изнашивание в результате действия твердых частиц, увлекаемых потоками жидкости или газа;

– усталостное – следствие циклического воздействия на микровыступы трущихся поверхностей;

– адгезионное – изнашивание, связанное с интенсивным молекулярным взаимодействием, силы которого превосходят прочность связей материала поверхностных слоев с основным материалом;

– окислительное – разрушения пленок окислов, образовавшихся при взаимодействии кислорода воздуха с материалами трущихся поверхностей;

– фреттинг-коррозия – многостадийный процесс изнашивания, протекающий при незначительных колебательных перемещениях контактирующих поверхностей в результате вибраций или пластических деформаций элементов конструкции.

Эрозионное и кавитационное изнашивания отнесены к процессам разъедания.

Разрушение материала детали может произойти как в результате возникновения недопустимых статических или динамических нагрузок, так и при длительном действии переменных нагрузок, приводящих к усталостным разрушениям. В первом случае имеют место внезапные отказы, не связанные с длительностью предшествующей эксплуатации детали, а усталостные разрушения относятся к постепенным отказам, так как время предшествующей эксплуатации (число циклов нагружения) уменьшает несущую способность материала, что влияет на вероятность отказа.

Процесс усталостного разрушения рассматривается как три последовательные стадии:

– накопление в металле упругих искажений кристаллической решётки от действия циклических напряжений;

– после определённого числа циклов нагружений упругие искажения кристаллической решётки достигают критической величины и появляются субмикроскопические трещины;

– субмикроскопические трещины развиваются до размеров микротрещин и происходит окончательное разрушение испытуемого образца.