Коррозийно-механическое изнашивание оборудования (стр. 1 из 3)

Содержание

Коррозионно-механическое изнашивание цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания

Коррозия подшипников

Изнашивание рубашек валов

Изнашивание центробежных водяных насосов

Изнашивание деталей оборудования пищевой промышленности

Геометрия поверхности как функция процесса обработки

Высота неровностей в зависимое от скорости резанья стали

Список литературы

Коррозионно-механическое изнашивание цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания

Поршневые кольца и цилиндровые втулки (гильзы) двигателей, изготовленные из литейных чугунов, при наличии электролита образуют гальванические пары как друг с другом, так и между структурными составляющими чугуна - перлитом, графитом, фосфидной эвтектикой, а внутри перлита между цементитом и ферритом. Кроме того, вследствие неравномерности температуры образуются анодные участки в областях с более высокой температурой. Точно так же анодный участок появляется в областях с более интенсивным облучением.

Сжигание в цилиндрах дизелей топлив с повышенным содержанием серы увеличивает интенсивность изнашивания поршневых колец и цилиндровых втулок в 3...4 раза и более. Сера сгорает, образуя S0₂, и только около 7% ее идет на образование S0₃ в результате каталитического окисления S0₂. Серный ангидрид SO₄ с водяными парами продуктов сгорания образует серную кислоту. Влияние серы на коррозию связано с явлением конденсации H₂S0₄. Температура конденсации двухкомпонентной смеси Н₃0 и H₂SO₄ значительно выше, чем температура конденсации чистого водяного пара, поэтому в конденсат начинает выпадать концентрированная серная кислота. Для конденсации серной кислоты из продуктов сгорания на стенки цилиндра необходимо, чтобы температура точки росы двухкомпонентной смеси Н₂0 и H₂SO₄ превышала температуру рабочей поверхности втулки. Такие условия существуют. Так, при содержании в дизельном топливе 0,9% S, давлении вспышки 6 МПа и коэффициенте избытка воздуха 2 температура точки росы смеси при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) составляет 245°С, а в среднем положении поршня 215°С. Между тем в ряде судовых двухтактных дизелей температура стенки цилиндровой втулки при положении поршня в ВМТ 130...140°С В таких двигателях можно ожидать примерно одинакового износа на всей верхней рабочей половине втулки. При более высокой тепловой нагрузке, когда температура рабочей поверхности в верхней части втулки превышает 200°С, наибольшему коррозионному воздействию будет подвергаться средняя часть втулки - район выпускных и продувочных окон. Эпюра износа будет иметь бочкообразный характер.

Некоторого снижения интенсивности изнашивания можно достигнуть повышением температуры стенок за счет регулирования количества охлаждающей воды, но кардинальным решением является нейтрализация выпавших на стенки кислот с помощью щелочных добавок в смазочное масло. Имеется ряд эмульсионных цилиндровых масел, снижающих интенсивность изнашивания цилиндро-поршневой группы при работе двигателя на сернистом топливе, но применение некоторых из них сопровождается повышением корродирующей способности картерного масла по отношению к антифрикционному металлу подшипников вследствие попадания в картер цилиндрового масла.

Коррозионные процессы между неподвижными поверхностями изучать легче, чем между подвижными поверхностями, где процессы трения осложняются явлением коррозии и порой могут привести к неожиданным результатам. Известно, например, что хром благороднее чугуна, хотя это может быть не во всех случаях. Ван-дер-Хорст испытывал двухцилиндровый двухтактный с прямоточной продувкой дизель с диаметром цилиндра 190 мм, мощностью 74 кВт на топливе, содержащем 2,5% серы, смазочное масло дистиллатное, конечная температура охлаждающей воды 65°С, цилиндр с хромовым покрытием, поршневые кольца чугунные. Поршень электрически изолирован от штока, поршень и цилиндр присоединены к катодному осциллографу [5].

После работы двигателя в течение 30 мин на холостом ходу наблюдалась незначительная разность потенциалов. Это означало, что в пространстве между цилиндром и поршневыми кольцами не было электролита и непосредственного контакта. При работе двигателя под нагрузкой 54 кВт в течение 40 мин потенциал цилиндра был на 300 мВ положительное потенциала поршня, что объясняется присутствием между поверхностями трения электролита высокой электрической проводимости и пребыванием хрома в состоянии пассивности. Еще через 15 мин началось разблагораживание электродного потенциала цилиндра при положении поршня в ВМТ. Через 1 ч установилось состояние, сохранившееся стабильным до конца 40-часового испытания, а именно: верхняя часть поверхности цилиндра высотой около 60 мм обладала потенциалом на 40 мВ отрицательнее потенциала поршня; потенциал следующих 60 мм высоты оказался положительное потенциала поршня; в нижней части цилиндра не наблюдалось сколько-нибудь существенной разницы потенциалов.

Коррозионный фактор может стать составной частью процесса изнашивания двигателей внутреннего сгорания, независимо от рабочего процесса в них. Так, при сгорании бензина помимо водяных паров образуются двуокись углерода, небольшое количество окислов серы из органических сернистых соединений в составе топлива, окись азота в весьма малых количествах (результат окисления азота при высокой температуре сгорания рабочей смеси) и соединения брома или хлора, выделяемого из тетраэтил свинца, входящего в состав топлива в качестве антидетонатора. В итоге взаимодействия с водяными парами эти продукты образуют кислоты - угольную, сернистую, серную, азотистую и азотную, бромистоводородную, соляную, которые в основном выносятся из цилиндра с отработавшими газами. При пониженной температуре стенок цилиндра кислоты легко конденсируются, повышая интенсивность изнашивания стенок и поршневых колец, коррозию поршня, бобышек и поршневого пальца. Испытания двигателя без регулирования температуры в системе охлаждения и такого же двигателя с термостатом показали, что износ деталей второго двигателя составлял 1/3...1/4 износа первого.

На поверхностях трения зеркала цилиндров двигателей внутреннего сгорания может и не наблюдаться каких-либо специфических признаков коррозионно-механического изнашивания, поверхности трения могут иметь блеск и малую шероховатость.

Коррозия подшипников

Проблема коррозии подшипников возникла после внедрения в быстроходные двигатели внутреннего сгорания антифрикционных свинцовых, медно-свинцовых и кадмиевых сплавов. Все антифрикционные сплавы в какой-то мере корродируют под воздействием органических кислот, содержащихся в маслах или образующихся в них во время работы. Масла, окисляясь, дают перекиси, которые вызывают реакции, заканчивающиеся образованием органических кислот. Воздействию последних слабо подвержены оловянные баббиты, сильнее реагируют свинцово-мышьяковистые сплавы и свинцовый баббит. По данным Б.В. Лосикова, коррозионная стойкость медно-свинцовых, свинцово-щелочных и кадмиево-серебряных сплавов в 500. Л700 раз ниже, чем оловянных баббитов [2].

Процесс разрушения медно-свинцовых сплавов имеет следующие стадии: появление черных точек, концентрация их на отдельных участках поверхности, образование мелких каверн с пористой поверхностью, появление трещин между отдельными кавернами и выкрашивание кусков заливки по этим трещинам. Последовательное разрушение свинцово-щелочного сплава происходит следующим образом: вначале на гладкой блестящей поверхности появляются матовые шероховатые на ощупь пятна, представляющие собой скопления тончайших каналов, уходящих в глубь заливки на всю ее толщину; образование раковин в местах пятен; появление трещин между раковинами и выкрашивание заливки по линии трещин.

Органические кислоты со свинцом образуют свинцовые мыла, которые уносятся протекающим маслом; вымывание свинцовой составляющей сплава резко ослабляет его механическую прочность.

Сечение поврежденной коррозией поверхности подшипника из свинцовистой бронзы, хЗО

Характерно, что в то время, как на нагруженной стороне подшипников вкладыши подвергаются интенсивному разрушению, вкладыши ненагруженной стороны очень медленно или вовсе не разрушаются. Таким образом, нагруженние вкладыша значительно ускоряет процесс разрушения.

Проблема защиты от коррозии свинцовых, медно-свинцовых и кадмиевых сплавов была решена при использовании антикоррозионных присадок к маслу. Эти присадки представляют собой органические вещества, содержащие серу и фосфор.

Пассивизация поверхности подшипника происходит в результате образования на ней защитной пленки, ближайшие к металлу слои которой связаны с ним химически, а последующие слои удерживаются силами физической адсорбции.

Пленка срабатывается и восстанавливается. Б.В. Лосиков установил, что для каждой пары сплав - присадка существует определенный температурный интервал, в котором присадка наиболее эффективна. Для большинства применяемых присадок он составляет 80...120°С. При более низкой температуре коррозионный процесс опережает образование пленки, а при более высокой температуре усиливается диффузия через пленку агрессивных ингредиентов масла [2].

Другой вид коррозии медно-свинцовых подшипников, заключающийся в разъединении медного каркаса, обязан накоплению в картерном масле кислот вследствие конденсации отработавших газов из цилиндра.

Изнашивание рубашек валов

Гребные валы в неметаллических подшипниках дейдвудов и кронштейнов, смазываемые водой, для защиты от коррозии покрывают рубашками в основном из бронзы или латуни. Опыт эксплуатации морских судов показал, что алюминиевые бронзы и марганцовисто-железистые латуни непригодны в качестве материала для облицовки. Эти сплавы коррозионно-стойки в морской воде благодаря защитному действию первоначально образующихся поверхностных пленок, предохраняющих металл от дальнейшего разрушения. На поверхностях трения эти пленки изнашиваются, и коррозионная стойкость падает. Особенно быстро разрушаются такие компоненты как алюминий и железо. Из уже ослабленных участков выкрашиваются более стойкие составляющие. В дальнейшем разъединение облицовки приводит к интенсивному изнашиванию рабочей поверхности подшипника [4].