Работа любого производственного оборудования сопровождается естественными процессами ухудшения его эксплуатационных характеристик, изменением свойств деталей и узлов. Однако, накапливаясь, они могут привести к серьезным поломкам или полной остановке машин.


Чтобы избежать негативных экономических последствий, связанных с простоем оборудования на время его ремонта, предприятия организовывают процесс управления износом и своевременно обновляют свои технические фонды.

Что же такое износ и какие виды этого процесса известны? Какими способами замедлить разрушение деталей, продлить ресурс и энергоэффективность машин? На эти и другие вопросы ответим далее.

Определение и виды износа

Износом (старением) называют постепенное снижение эксплуатационных характеристик изделий, узлов или оборудования в целом в результате изменения форм, размеров или физико-химических свойств деталей.


Износ вала


Негативные изменения носят накопительный характер. С увеличением продолжительности работы деталей их износ возрастает непрерывно, но с различной интенсивностью. Так, например, в процессе приработки поверхностей их износ, как правило, растет быстро. После приработки он замедляется, но затем вновь растет, достигая предельных значений. Дальнейшая эксплуатация деталей недопустима во избежание их полного разрушения.

Ускоряют старение трение, статические, импульсные или периодические механические нагрузки, экстремальные температурные режимы.


В зависимости от характера внешних воздействий на материалы изделия различают следующие виды износа:

  • Абразивный
  • Фреттинговый
  • Коррозионный
  • Окислительный
  • Тепловой
  • Кавитационный
  • Усталостный

Рассмотрим разные виды старения подробнее.


Абразивный износ


Заключается в разрушении поверхностного слоя детали в ходе контакта с твердыми частицами различной природы.

Такой вид износа характерен для механизмов, работающих в условиях повышенной запыленности: горного оборудования, транспорта, дорожно-строительных и сельскохозяйственных машин, оборудования, используемого при строительстве и производстве стройматериалов.


Абразивный износ


Одной из разновидностей абразивного старения является газоабразивный износ. Он отличается способом перемещения твердых абразивных частиц – в газовом потоке. В результате материал поверхности крошится, срезается или иным образом деформируется.

Газоабразивный износ характерен для пневмопроводов, лопастей вентиляторов и насосов для перекачки загрязненных газов, узлов доменных установок, компонентов твердотопливных турбореактивных двигателей.

Зачастую газоабразивное воздействие усугубляется высокими температурами и плазменными потоками.

В том случае, если роль носителя абразива выполняет не газовая среда, а поток жидкости, следут говорить о гидроабразивном износе. Его разрушительному воздействию подвержены гидротранспортные системы, узлы турбин ГЭС, компоненты намывочного оборудования, различная горная техника.

Иногда гидроабразивные процессы усугубляются воздействием агрессивной жидкой среды.


Фреттинговый износ


Фреттинг – это явление микроразрушения деталей, которые тесно контактируют друг с другом в условиях вибраций малой амплитуды (от сотых долей микрона). Такой тип износа характерен для заклепок, резьбовых и шлицевых соединений, шпонок и штифтов, соединяющих детали механизмов.


По мере нарастания фреттингового старения и отслоения частичек металла последние выступают в роли абразива, усугубляющего процесс износа.

Адгезионный износ


При продолжительном трении, сопровождающемся пластическими деформациями контактирующих поверхностей, периодическое сближение участков позволяет силам межатомного взаимодействия проявить себя. Иными словами, начинается взаимопроникновение атомов вещества одной детали в кристаллические структуры другой.


Адгезионный износ


Неоднократное возникновение и прерывание адгезионных связей приводит к отделению поверхностных зон от деталей. Адгезионному старению подвержены высоконагруженные пары трения: подшипники, валы, оси, вкладыши скольжения.

Противостоять фреттинговому и адгезионному износу можно, применяя для пар трения специальные «сухие смазки», которые образуют на поверхностях нелипкий защитный слой. Он разделяет сопряженные основы, предупреждая их контакт, образование задиров и схватываний.

Технологию сухой смазки давно взяли на вооружение зарубежные производители смазочных материалов. В России она обрела популярность сравнительно недавно – c появлением конкурентоспособных отечественных покрытий MODENGY

Данные покрытия состоят из связующей смолы, растворителя, высокодисперсных частиц твердых смазок и функциональных добавок.

На поверхностях деталей они формируют тонкий композиционный слой с высокими защитными и смазочными свойствами. Он уменьшает и стабилизирует трение, предупреждает коррозию металла, препятствует налипанию абразивов.

Твердые смазочные частицы заполняют впадины микронеровностей поверхности, увеличивая ее опорную площадь и несущую способность.


Схема трения до и после нанесения АТСП


Благодаря высокому сопротивлению сжатию и малому сопротивлению сдвигу коэффициент сухого трения достигает значений в несколько сотых при контактных давлениях, соизмеримых с пределом текучести материала основы.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY обладают высокими противозадирными свойствами и несущей способность до 2500 МПа, работают при температурах до +600 °С, устойчивы к химически агрессивным средам – кислотам, щелочам, органическим растворителям и др.

АТСП обладают не только антифрикционными, но и антикоррозионными свойствами, толщина слоя покрытия на детали регулируется в пределах от 5 до 30 мкм, что мало влияет на исходную точность размеров детали.


Коррозионный износ


Коррозией называется процесс (или результат процесса) разрушения металлов при их химическом, электрохимическом или биологическом взаимодействии с окружающей средой.

Данный вид износа сопровождает эксплуатацию деталей из черных металлов (в основном, из стали), ускоряется с увеличением влажности и агрессивности внешних условий.


Коррозионный износ


Коррозия может возникать и на таких металлах как медь и алюминий, однако в этом случае она не вызывает износа, а приводит к снижению электрической проводимости (что активизирует окислительный процесс и способствует развитию электроэрозии).


Окислительный износ


В результате взаимодействия материала с кислородом или окисляющей окружающей средой на поверхностях трения образуются защитные пленки. Процесс появления и разрушения этих пленок постоянно повторяется, сопровождается нормальными или повышенными температурами, проходит в отсутствие смазочного материала или при его недостаточном количестве.


Окислительное изнашивание возникает при трении скольжения и трении качения. В первом случае оно становится ведущим, во втором – сопутствующим другим видам износа.

Тепловой износ


Тепловой вид старения заключается в разрушении поверхностного слоя материала или изменении свойств его глубинных слоев под воздействием нагрева элементов конструкции до температуры пластичности.

Данный вид износа характерен для высоконагруженных узлов тяжелого оборудования, валков прокатных станов, машин горячей штамповки и др. агрегатов.


Кавитационный износ


Перепады давления в жидкостном потоке, обтекающем конструкции, приводят к тому, что в зоне относительного разрежения возникают пузырьки газа, которые в дальнейшем подвергаются взрывному схлопыванию с образование ударной волны.

Эта волна является основным действующим фактором кавитационного разрушения поверхностей. Такое разрушение встречается на гребных винтах больших и малых судов, в гидротурбинном и технологическом оборудовании. Усложнять ситуацию могут агрессивные рабочие среды с абразивными взвесями.


Кавитационный износ


Усталостный износ


Связан с усталостью металла, испытывающего переменные или статические механические нагрузки. Напряжения сдвигового типа приводят к возникновению на деталях трещин и общему снижению прочности материала.

Трещины приповерхностного слоя растут, объединяются и пересекаются друг с другом. Это приводит к эрозии мелких чешуеобразным фрагментов, а со временем может вызвать разрушение детали.

Усталостный износ наиболее характерен для узлов транспортных систем, рельсов, колесных пар, горных машин, строительных конструкций и т.п.

Способы минимизации износа

Замедлению износа деталей способствуют грамотные конструктивные решения, соблюдение нормальных условий эксплуатации оборудования и его своевременное техническое обслуживание. Важнейшее значение играет применение современных и качественных смазочных материалов.

Для узлов, работающих в экстремальных условиях – при очень высоких температурах, контактных давлениях, в запыленных и химически агрессивных рабочих средах – особенно актуальны покрытия на основе твердых смазок.


В отличие от традиционных жидких и пластичных материалов, покрытия выдерживают до +600 °С, не выдавливаются при высоких нагрузках, не разрушаются под воздействием кислот, щелочей и органических растворителей.

Отечественные покрытия, описанные в статье выше, наносятся однократно на весь срок службы изделий. Это позволяет создавать уникальные необслуживаемые узлы трения. Детали, прошедшие обработку, имеют минимальный износ при регулярной эксплуатации, чем значительно повышают ресурс оборудования.