Особенности водородного изнашивания пар трения

The analysis of sliding friction units of agricultural machines is carried out according to the types of lubricants used. The main reasons for the appearance of defects in the friction nodes are substantiated. The characteristic features of hydrogen wear of friction pairs are considered.

КEY WORDS

Bearing, ware resistance, lubrication, liquid.

B сельскохозяйственном машиностроении в узлах трения широко используются подшипники сколь^ения типа «втулка» [1-5].

^нализ узлов трения сколь^ения по видам применяемых смазочных материалов позволил отметить следующее:

• 1.    примерно 65% пар трения эксплуатируются в условиях ^идкостного и граничного трения при смазывании маслами;

• 2.    примерно 30% работают при смазывании консистентными пластичными смазками;

• 3.    примерно у 5% трущихся пар смазка не предусмотрена конструкцией (условия прибли^ены к сухому трению).

Работоспособность подшипниковых узлов машин во многом определяется величиной и характером нагрузки, скоростными: ре^имами; работы, особенностями окру^ающей; среды, квалификацией обслу^ивающего персонала, уровнем технического обслу^ивания [3-7, 9, 10].

Характерным для эксплуатации, тракторов и некоторых, сельскохозяйственных машин является использование их на пони^енных передачах с максимальными тяговыми усилиями. Это мо^ет происходить при выполнении пахоты, широкозахватной культивации, проведении посева и др. Подобные условия эксплуатации оказывают значительное влияние на все составные части машины, и в первую очередь на узлы трения, которые подвергаются воздействию значительных комбинированных статических и динамических знакопеременных нагрузок, изгибающих и скручивающих внешних сил.

Ва^нейшим узлом трансмиссии тракторов, автомобилей, комбайнов является коробка перемены передач. Перекос шестерен и, как следствие, их неправильное (неполное) зацепление происходит из-за предельного износа втулок (скользящая посадка шестерни на валу через бронзовую втулку).

Характерной особенностью износа втулок, эксплуатирующихся в условиях однонаправленной нагрузки, является его неравномерность в поперечной (вертикальной) плоскости с образованием овальности и формированием четкого пятна контакта. Сюда ^е следует отнести многочисленную группу втулок кулачковых распределительных валов автотракторных двигателей, втулок коромысел механизма газораспределения ДВС и др.

Иное наблюдается у втулок шестерен с посадкой сколь^ения по валу (оси). При эксплуатации под действием внешних нагрузок при передаче крутящего момента втулки изнашиваются равномерно по окру^ности, поочередно касаясь всеми точками поверхности вала. Однако, им свойственна конусность, а в ряде случаев корсетность, вследствие неравномерности распределения нагрузки по длине (высоте) втулок. Износ втулок достигает своей максимальной величины в зоне зубчатого венца, передающего самый большой крутящий момент.

Следует отметить, интенсивность изнашивания узлов трения, в том числе подшипников скольжения, в присутствии абразива увеличивается [8-10]. В этих условиях внедрение частиц и продуктов их дробления в материал деталей значительно. Чтобы, исключить дробление абразива в сопря^ении металлов необходимо снизить предел текучести хотя бы одного из них до уровня таких материалов, как свинец, бронза, баббит и другие сплавы цветных металлов. Повышенная деформативность полимеров так^е позволяет избе^ать не^елательного дробления абразивных зерен. Если частицы абразива не разрушаются, то на полимеры они не оказывают значительного изнашивающего воздействия, как на мягкие пластически деформируемые металлы [3, 5, 8, 9].

Проводя анализ причин дефектов узлов трения, следует особо выделить водородное изнашивание. Водородное изнашивание обусловлено следующими процессами, происходящими в зоне трения:

• -    интенсивным выделением водорода при трении в результате трибодеструкции водородосодер^ащих материалов, создающей источник непрерывного поступления водорода в поверхностный слой стали или чугуна;

• -    адсорбцией водорода на поверхностях трения;

• -    диффузией водорода в деформируемый слой стали, скорость которой определяется градиентами температур и напря^ений, что создает эффект накопления водорода в процессе трения;

• -    особым видом разрушения поверхности, связанного с одновременным развитием большого числа зародышей трещин по всей зоне деформирования и эффектом накопления водорода, характерным для разрушения, является мгновенное образование мелкодисперсного порошка материала.

По масштабам проявления водородное изнашивание занимает одно из первых мест из всех видов изнашивания. При деструкции в зоне контакта полимеров образуется водород, а так^е при трении как продукт разло^ения водяных паров, топлив, смазочных материалов, смазочно-охлаждающих жидкостей. Водород вызывает разрушение поверхностного слоя детали за счет того, что легко диффундирует в глубь металла, способствует образованию зародышей трещин в результате молизации в дефектах решетки. Когда происходит молизация атомов водорода в дефектах появляется своеобразная ловушка, так как молекулы больших размеров, чем атомы, не могут выйти из дефекта, и давление возрастает до больших значений из-за поступления новых атомов в дефект. Разрушение поверхностного слоя детали вызывают возникшие напряжения вместе с напряжениями от трения.

Водородное изнашивание обычно сопровождается абразивным, коррозионномеханическим изнашиванием, фреттинг-коррозией и др. Введение в сталь легирующих элементов может стать защитой от водородного насыщения стали, так как образующиеся карбиды, более стойкие, чем цементит. Так, например, при повышении содер^ания хрома с появлением карбидов хрома быстро увеличивается водородостойкость. Особенно эффективно применение покрытий, содер^ащих вольфрам, титан, никель, насыщенных карбидами и имеющих более низкую водородопроницаемость, чем основной металл (железо в стали). Такие покрытия защищают детали от проникновения водорода и препятствуют его взаимодействию с карбидной составляющей стали. В то ^е время высокое содер^ание карбидов хрома и вольфрама обуславливают стойкость покрытия к абразивному изнашиванию:

В некоторых случаях в смазывающие ^идкости полезно вводить ингибиторы проникновения водорода. Различные органические соединения замедляют прохо^дение водорода в структуру металлов при действии коррозии и катодного поляризования. Принцип действия органических замедлителей прохо^дения водорода состоит в том, что при электролизе ионы водорода саморазря^аются на лицевой поверхности сорбированного слоя органических молекул, при этом нарушается прямой контакт ионов водорода с поверхностью катода (стали).

Проведенный анализ особенностей эксплуатации узлов трения сельскохозяйственной техники, позволил выявить одну из основных причин сни^ения их работоспособности - водородное изнашивание и обосновать технологические мероприятия по его сни^ению.