Поняття зносу і зносостійкості
Для визначення конструкції біметалічного вироби: потужності шару зносостійкого чавуну, кута нахилу кордону зчленування сплавів і речового складу зносостійкого чавуну, необхідно зрозуміти механізм зносу для кожного конкретного виду обладнання.
ЩО ТАКЕ ЗНОС?
За своєю природою знос, стосовно до частин промислового обладнання, які виготовляються з металевих сплавів, можна поділити на п'ять великих груп:
- Механічний знос. вдає із себе руйнування структури сплавів внаслідок впливу на них знакозмінних механічних впливів мінеральних часток сировини, що переробляється.
- Термічний знос. вдає із себе руйнування структури сплавів через циклічних різноспрямованих високотемпературних тривалих термічних впливів.
- Хімічний знос. вдає із себе руйнування структури сплавів через хімічних реакцій під впливом різноманітних окисників. Як правило цьому сприяє підвищена вологість.
- Кавітаційний знос - представляє з себе механічне зношування при русі твердого тіла щодо рідини, при якому бульбашки газу закриваються поблизу поверхні, що створює місцеве високе ударне тиск або високу температуру.
- Динамічний знос (прочностной знос), що представляє собою руйнування структури сплавів через тривалі статичних або знакозмінних навантажень.
Робочі органи дробильного обладнання піддаються, в основному, механічного зносу.
В даний час ні у вітчизняній, ні в зарубіжній практиці немає більш-менш загальноприйнятих термінологічних визначень та підходів до проблеми механічного зносу. Внаслідок цього, нижче буде представлено наше бачення на проблему зносу.
Механічний знос являє собою зменшення розмірів і форми виробів шляхом одночасної дії двох основних механізмів:
Задирания (мікрозадіранія) або різання (мікрорізання) поверхні металів мінеральними зернами неправильної (гострої) форми з твердістю, яка перевершує твердість самого сплаву, що рухаються паралельно уздовж площини вироби. У загальноприйнятої термінології даний механізм зносу позначають як абразивний знос.
Розтріскування (мікрорастресківаніе) поверхні металів і видовбування (мікровидалбліваніе) частинок під дією шматків матеріалу, що переробляється, вдаряються об них під тупими кутами (близькими до 90 о). У загальноприйнятої термінології даний механізм зносу позначають як ударний знос.
Відповідно, виходячи з природи вище перерахованих видів зносу слід, що основним критерієм оцінки інтенсивності абразивного зносу є твердість, ріжуча здатність мінеральних часток і швидкість їх руху, а для ударного зносу - енергія удару, яка так само залежить від трьох чинників - маси шматків, їх міцності і швидкості.
У разі слабкості шматків, викликаних крихкістю матеріалу або його трещиноватостью, під час удару вони розсипаються, гасячи кінетичну енергію удару і не приносячи серйозних деформацій металевого виробу, розлітаючись по поверхні виробу і виробляючи вже абразивну дію. У разі міцності шматків, велика кількість кінетичної енергії йде на руйнування поверхні виробу, приносячи йому найбільші пошкодження. Крайній випадок зіткнення металевого виробу з металевим предметом має специфічне позначення - пружний удар, що приводить як правило, при великій масі шматків, до аварійних ситуацій.
Виходячи з вище сказаного, можна перерахувати ті фактори, які надають максимальний механічний вплив на поверхню виробу, згрупувавши їх за причинами виникнення і характеристикам (Табл.7):
Фактори зносу і їх характеристики
Фактори що впливають на знос
До чого відносяться
На здатність до абразивного впливу
Всі перераховані вище фактори мають пряму дію, тобто від зростання їх чисельного значення збільшується і ступінь зносу, пов'язана з цим фактором, причому в більшості випадків ця закономірність має не лінійний, а експонентний характер.
Природно, в реальних умовах знос має комбінований характер, за тієї умови, що абразивний знос присутній завжди.
Нижче наведені загальноприйняті назви механічних зносів в міру зростання їх інтенсивності:
- ерозійний знос;
- абразивний знос (різновид - гідроабразивний знос);
- абразивний знос з тиском;
- ударно-абразивний знос;
- абразивно-ударний знос;
Три останніх зносу мають комбінований характер. Найбільш інтенсивним є абразивно-ударний знос з максимальною енергією впливу на зношуються.
Сукупність природних чинників зносу формують так звану зношується середу. а техногенні фактори відповідають за умови зносу. Природно ці дві сукупності повністю взаємопов'язані і їх оцінку можна зробити єдиним показником, який носить назву - агресивність зношується середовища.
Даний показник є відносним! Він має сенс тільки при оцінці абсолютного показника, яким є зносостійкість матеріалів (виробів).
ЩО ТАКЕ ЗНОСОСТІЙКІСТЬ?
За смисловим значенням термін зносостійкість визначає здатність об'єкта протистояти агресивності зношується середовища.
Для оперування ним у практичній діяльності необхідно визначиться з об'єктом застосування. В даному випадку, в загальноприйнятних практиці їх два - матеріали і вироби.
Існує цілий клас матеріалів, які відносять до класу зносостійких - це сплави, композити, кераміка, гума, полімери.
У той же самий час, вироби, виготовлені з цих матеріалів внаслідок неправильної конструкції або неправильного обліку умов зносу і агресивності зношується середовища можуть бути зовсім не зносостійкими. Тобто зносостійкість матеріалів не завжди забезпечує зносостійкість вироби. Дане положення має принципове значення для практичного застосування, тому - що в більшості випадків апріорі мається на увазі, що виріб виготовлений з зносостійких матеріалів теж буде зносостійким і виникає велике непорозуміння між виробниками зносостійких матеріалів і їх споживачами, коли в процесі експлуатації виробів, виготовлених з зносостійких матеріалів виходять незадовільні результати, і виробники, захищаючи свою позицію оперують якісними показниками виробів, а до якісно показниками матеріалів.
Так як для цілей експлуатації найбільш важливим є властивості виробів, а не властивості матеріалів з яких вони виготовлені, то конкретизуємо термін зносостійкість щодо об'єктів застосування, залишивши його за характеристикою якості тільки виробів, а для характеристики матеріалів можна застосувати термін - зносостійкі властивості матеріалів.
В результаті отримуємо:
Зносостійкі властивості матеріалів - фізичні властивості матеріалів, які полягають в їх здатності протистояти локальним зовнішніх механічних абразивним і ударних впливів. Визначаються в лабораторних умовах і вимірюються в одиницях втрати маси або суцільності форми за певний час.
Зносостійкість виробів - це їх здатність протистояти агресивності зношується середовища під час експлуатації. Зносостійкість виробів, через велику кількість факторів, що впливають на здатність матеріалів протидіяти зносу і існуючих між ними взаємозалежностей, можна визначити тільки після закінчення їх експлуатації.
У цьому полягає фундаментальна проблема визначення якості зносостійких виробів, яке неможливо визначити до того моменту, по виріб не введено в експлуатацію.
На відміну від агресивності зношується середовищ, зносостійкість є абсолютним показником.
В даний час зносостійкість вимірюється в двох одиницях - часу роботи вироби (як правило в годинниках) або обсязі переробленого матеріалу в розрахунку на одиницю переробленої маси сировини (г / тн або г / м 3). Обидва види вимірювання значимі, доповнюють один одного і характеризують різні сторони процесу експлуатації основного технологічного обладнання, служачи для різних цілей. Оцінка періоду експлуатації в годинах застосовується для розрахунку режимів експлуатації і графіків ремонту обладнання, а оцінка в г / т сировини, що переробляється - в плануванні закупівель зношуються елементів і в розрахунку операційної собівартості.
Зносостійкість виробів - це комплексний мультиплікативний і адитивний показник трьох груп факторів, що впливають на його кінцеве значення.
Один з них - агресивність зношується середовища, ми розглянули вище.
Але існує ще дві групи факторів, що роблять істотний, порівнянне з агресивністю зношується середовища, значення на зносостійкість виробів, це:
- якість виробів, і
- режими експлуатації технологічного обладнання.
Нижче на схемі, з метою демонстрації складності явища, показані найбільш суттєві фактори, що впливають на кінцеву зносостійкість виробів.
Якщо з агресивністю зношується середовища, як з зовнішньої групою факторів, нічого не можна вдіяти і потрібно приймати як належне, то два останніх, безпосередньо залежать від людини і потребують управлінні.