Изнашивание определяется как процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела (ГОСТ 27674-88 «Трение, изнашивание и смазка». Термины и определения).

Износ – это результат изнашивания, выражаемый в установленных единицах (длины, объема или массы). Процесс изнашивания часто описывают его интенсивностью. Не существует единого стандарта для определения интенсивности изнашивания. Используемые единицы зависят от вида изнашивания и природы трибосистемы, в которой оно происходит.


Интенсивность изнашивания может быть определена как:

  • Объем материала, удаленный за единицу времени, с единичного пути трения, за один оборот детали или за одно колебание тела
  • Потеря объема на единицу нормальной силы при единичном пути скольжения (мм3/Н*м), которую иногда называют коэффициентом износа
  • Потеря массы за единицу времени
  • Изменение определенного размера за единицу времени
  • Относительное изменение размера или объема по отношению к тем же изменениям в эталонном материале

Величина, обратная интенсивности изнашивания, получила название износостойкости. Она является мерой сопротивления тела изнашиванию. Иногда рассматривается относительная износостойкость с использованием произвольных стандартов.

Основные механизмы изнашивания

Можно выделить три стадии изнашивания: взаимодействие поверхностей, изменения в поверхностных слоях и повреждение поверхностей. Все эти стадии взаимосвязаны и протекают на единичных пятнах контакта.


Взаимодействие поверхностей может быть механическим и молекулярным. Механическое взаимодействие включает внедрение и зацепление неровностей. При относительном перемещении поверхностей происходит упругое и пластическое оттеснение материала внедрившимися неровностями.


Зацепление неровностей приводит к их взаимному деформированию, а в предельном случае более мягкая неровность может даже срезаться. Молекулярное взаимодействие проявляется в адгезии пленок, покрывающих контактирующие поверхности, а в отдельных случаях прочность адгезионных связей столь велика, что их разрушение сопровождается глубинным вырыванием материала.

Изменения в поверхностных слоях возникают под действием механических напряжений, температуры и химических реакций.

Нормальные напряжения при пластическом контакте неровностей близки к твердости при индентировании более мягкого материала. Однако если поверхности очень гладкие, конформные (совпадающие по форме) или легко нагруженные, то контакт может быть упругим. Таким образом, приложенная к системе нагрузка определяет переход к пластическому течению в контакте неровностей; при достаточно малой нагрузке или конформных поверхностях изнашивание будет протекать очень медленно вследствие упругого деформирования.

Величина и положение максимума тангенциальных напряжений зависят от коэффициента трения ƒ, меньшем ≈ 0,3, максимальное напряжение сдвига и связанное с ним пластическое течение находятся под поверхностью, а пластическая деформация, накопленная при каждом проходе пути трения, мала. Такие условия характерны для систем, работающих со смазочным материалом либо имеющих защитный слой.

При ƒ, больших ≈ 0,3, максимальное напряжение сдвига находится на поверхности и возможно накопление значительной пластической деформации. Имеются различные механизмы изнашивания, в которых доминирует пластическое течение, включая адгезию и срез неровностей или зарождение и рост подповерхностных трещин, приводящих к образованию пластинчатых частиц износа. Другие механизмы включают развитие трещин усталости. При относительно низких скоростях скольжения и высоких нагрузках превалируют механизмы, обусловленные пластичностью: они приводят к жесткому износу.


Изменения в поверхностных слоях возникают под действием механических напряжений, температуры и химических реакций.

Нормальные напряжения при пластическом контакте неровностей близки к твердости при индентировании более мягкого материала. Однако если поверхности очень гладкие, конформные (совпадающие по форме) или легко нагруженные, то контакт может быть упругим. Таким образом, приложенная к системе нагрузка определяет переход к пластическому течению в контакте неровностей; при достаточно малой нагрузке или конформных поверхностях изнашивание будет протекать очень медленно вследствие упругого деформирования.

Вследствие несовершенной структуры материала циклическое упругое деформирование вызывает выкрашивание поверхностей качения при определенных условиях. Пластическая деформация изменяет структуру поверхностного слоя.

Возрастает концентрация подповерхностных и приповерхностных дислокаций, что приводит к упрочнению поверхностного слоя. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не произойдет температурная рекристаллизация, резко уменьшится концентрация дислокаций, способствуя отпуску поверхностного слоя. Наклеп и отпуск многократно повторяются, инициируя процессы изнашивания.

Локальная температура на границе контакта может значительно превышать температуру окружающей среды и также может быть повышенной в контактах неровностей за счет кратковременных «вспышек» или «горячих пятен». Прирост температуры вспышки может превышать 1000 К, а увеличение стационарной температуры на границе раздела за счет диссипации работы трения может составлять более ста градусов.

Такие высокотемпературные переходы могут привести к локальным фазовым превращениям: например, к образованию аустенита, который затем закаливается до мартенсита, в углеродистых и низколегированных сталях. Эти переходы также ответственны за быстрое окисление поверхности и другие реакции между поверхностью и окружающей средой.


Окисные пленки, образуемые на воздухе практически всеми металлами, предохраняют поверхности от схватывания. Металлические поверхности, взаимодействующие с содержащимися в смазке поверхностно-активными веществами, покрываются пленками, действующими подобно пленкам окислов.

Перечисленные выше механизмы и многие другие, не приведенные здесь, являются основой процесса изнашивания. Однако большое число механизмов и их взаимосвязь не позволяют четко классифицировать процессы изнашивания. Бесспорно лишь, что двойственность природы трения играет решающую роль в процессах изнашивания. Поэтому его виды могут быть разделены по тому вкладу, который вносят деформация и адгезия.

При этом адгезионное и усталостное изнашивание занимают крайние положения, поскольку усталость обусловлена в первую очередь деформационными процессами, а адгезия играет решающую роль в адгезионном изнашивании. Естественно, что такой подход к описанию процессов трения является очень упрощенным. Фрикционное взаимодействие всегда происходит в определенной среде, которая оказывает значительное влияние на трибологические процессы, например посредством химических реакций. Такие реакции изменяют скорость деформирования и прочность адгезионных связей, но и в этой ситуации адгезия и деформация продолжают играть ведущую роль. Эти соображения легли в основу классификации видов изнашивания, представленных в табл.

Здесь следует отметить, что не только классификации, предлагаемые разными авторами, часто существенно разнятся, но и наименования и даже определения отдельных видов изнашивания могут не совпадать, особенно если сравнивать отечественную и англоязычную литературу. Поэтому ниже при рассмотрении наиболее распространенных видов изнашивания (абразивное, адгезионное, усталостное, коррозионное, эрозионное, кавитационное и фреттинг) предлагается некий терминологический компромисс.

Определение видов изнашивания согласно ГОСТу 27674-88


Механическое - Изнашивание в результате механических воздействий
  • Абразивное - Изнашивание в результате режущего или царапающего действия твердых тел или твердых частиц
  • Гидроабразивное (газоабразивное) - Абразивное изнашивание в результате действия твердых тел или твердых частиц, увлекаемых потоком жидкости (газа)
  • Гидроэро­зионное (газоэро­зионное) - Изнашивание поверхности в результате воздействия потока жидкости (газа)
  • Усталостное - Изнашивание в результате усталостного разрушения при по­вторном деформировании микрообъемов поверхностного слоя
  • Кавитационное - Изнашивание при движении твердого тела относительно жид­кости, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, что создает местное высокое давление или высокую температуру

Адгезион­ное
  • При фретинге - Изнашивание соприкасающихся тел при колебательном относи­тельном микросмещении
  • При заедании - Изнашивание в результате схватывания, глубинного вырыва­ния материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность

Коррозионно-механическое - Изнашивание в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) электрическим взаимодействи­ем материала со средой
  • Электроэрозионное - Эрозионное изнашивание поверхности в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока

Химичес­кое
  • Окислительное - Изнашивание, при котором преобладает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой
  • При фреттинг-коррозии - Изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях