Випробування механічних властивостей і випробування довговічності матеріалів (стр. 6 из 7)
На другому етапі випробувань звичайно проводиться оцінка впливу рівня заданих фізико-механічних властивостей матеріалів в поєднанні з вибраними режимами тертя на зносостійкість цих матеріалів.
Для правильного вибору методики і умов випробувань на лабораторній установці слід детально ознайомитися з умовами роботи досліджуваної деталі або вузла тертя, тобто виявити характер мастила поверхонь, що труть, швидкість ковзання, тиск в зоні контакту, температуру в поверхневому шарі деталей, що труть, і інші характеристики, а також визначити основний механізм зношування пари.
При проведенні випробувань на лабораторних установках потрібне відтворення всієї сукупності основних умов на поверхні тертя, які мають місце при реальній експлуатації деталей і вузлів з обов'язковим збереженням основного механізму зношування пари.
Виявити основний механізм зношування можливо тільки при детальному вивченні пошкоджень поверхні шарів деталей, а також при виявленні структурних змін, що відбуваються в активних шарах деталей в процесі тертя.
В тих випадках, коли пряме відтворення експлуатаційних умов тертя на лабораторних установках утруднено, використовуються наступні принципи правильності вибору умов випробувань.
Принцип В.А. Кисліка - забезпечення однакової форми руйнування матеріалу при випробуванні на лабораторній установці і при експлуатації деталі.
Принцип Б.І. Костецького - забезпечення однакового характеру пошкоджень поверхні, структурних змін і змін мікротвердості поверхневого шару матеріалу, випробуваного на лабораторних установках і в умовах реальної експлуатації.
Лабораторні машини для випробування на зношування підрозділяються на наступні групи:
- машини, відтворюючі певний заданий вид зношування;
- машини, відтворюючі певне задане поєднання умов тертя;
- машини універсального типу;
- машини для випробування в приватних умовах тертя (відмінних від перших двох груп).
Всього існує вісім типів лабораторних установок, що дозволяють відтворювати умови тертя і зношування, що виникають при експлуатації машин і механізмів.
Оскільки найпоширенішим є абразивний вид зношування, то серед лабораторних установок, призначених для випробування матеріалів на зношування можна виділити машину Х4-Б, на якій проводяться випробування на абразивне зношування при терті об абразивне полотно або папір (зношування закріпленим абразивом).
Рис. 2.6 Форма і розміри зразків дня випробування на зношування на машині типу Амслера: а - при чистому кочінні (верхній зразок вільний на осі) і при кочінні з прослизанням (верхній зразок обертається навколо осі); б - при ковзанні; в - при ковзанні, схема випробування «урізуванням»
На результат випробування великий вплив надає відношення твердості абразиву до твердості випробовуваного матеріалу
,/ 
„. При Hа <HМ знос зразка дуже малий або взагалі відсутній, при / 
1,4... 1,6 знос зберігає постійні значення, тобто вже не залежить від твердості абразиву. В цьому випадку основним механізмом зношування матеріалу закріпленим абразивом є мікрорізання.З машин універсального типу можна виділити машину для випробування на зношування типу МІ, аналогічну по конструкції широко вживаній машині Амслера. На цій машині можна вести випробування при терті ковзання, терті кочіння, терті кочіння з прослизанням, як з мастилом, так і без неї. Види зразків для випробування на зношування на машині МІ показані на рис. 2.6.
При проведенні стендових випробувань проводиться оцінка фактичного зносу самих деталей або вузлів в умовах, близьких до тих, в яких вони експлуатуються. Для цієї мети конструюються спеціальні стенди, що дозволяють імітувати реальні умови навантаження і зносу деталей і вузлів.
При випробуванні деталей машин і вузлів на зношування в умовах експлуатації (натурні випробування) визначають ресурс роботи деталей і вузлів і роблять остаточні висновки про правильність вибору матеріалів для пари тертя, що вивчається.
Зміна вихідних параметрів деталі і вузла дає лише непряме уявлення про величину зносу. Найповнішу інформацію про величину зносу і його розподіл по поверхні тертя дають диференціальні методи вимірювання зносу: мікрометрування, метод штучних баз, метод поверхневої активації.
• Метод мікрометрування заснований на вимірюванні деталей до і після випробувань за допомогою інструментальних мікроскопів, мікрометрів, індикаторів і інших приладів. Для визначення малих величин зносу і характеру розподілу його по робочій поверхні деталей застосовують метод профілографування поверхні за допомогою профілографів різних типів. Вертикальне збільшення профілографів складає 400-200000, що дозволяє з великою точністю визначати знос. Про величину зносу судять на основі зіставлення профілограм, знятих з робочої поверхні деталей до і після випробувань.
•Метод штучних баз полягає в тому, що на робочу поверхню деталей наносять поглиблення строго певної геометричної форми (конус, піраміда, сфера і ін.). При зношуванні поверхні і шару деталі відбувається зменшення глибини і інших розмірів поглиблення, по яких судять про величину лінійного зносу даної ділянки поверхні.
Метод штучних баз призначений для оцінки місцевого або локального лінійного зносу деталей. Система поглиблень дозволяє оцінювати характер руйнування зносу на робочій поверхні деталей. Використовування відбитків, що наносяться за допомогою приладу ПМТ-3 (для визначення мікротвердості), дозволяє оцінювати величину зношування окремих структурних складових матеріалу (наприклад, фази карбіду).
У виробничих умовах при вимірюванні лінійного зносу в труднодоступних місцях деталей великих розмірів відбитки наносять конічними кернами або висвердлюють отвори конічної форми.
•Метод поверхневої активації, розроблений В.І. Постниковим, заснований на створенні радіоактивного поверхневого шару глибиною 0,05-0,5 мм в заданій ділянці поверхні деталі за допомогою опромінювання його зарядженими частинками (протонами, нейтронами, а-частинками), прискореними до енергії 10-20 МЕВ. Опромінювання деталей здійснюється на спеціальному прискорювачі (циклотроні). Одночасно з деталями активізуються зразки, які потім використовуються для побудови тарировочного графіка залежності зміни радіоактивності поверхні від глибини зношеного шару. Тарировочний графік будують на основі лабораторних випробувань активованих зразків, а потім використовують для визначення величини зносу деталі в процесі їх експлуатації по зменшенню радіоактивності поверхні. Чутливість методу 1-2 мкм.
Висновки
Як ми бачимо, до випробувань механічних властивостей пред'являється ряд вимог. Температурно-силові умови проведення випробувань повинні бути по можливості наближені до службових умов роботи матеріалів в реальних машинах і конструкціях. Разом з тим методи випробувань повинні бути достатньо простими і придатними для масового контролю якості металургійної продукції. Враховуючи необхідність зіставлення якості різних конструкційних матеріалів, методи випробувань механічних властивостей повинні бути строго регламентовані стандартами.
Результати визначення механічних властивостей використовують в розрахунковій конструкторській практиці при проектуванні машин і конструкцій. Найбільше розповсюдження мають наступні види механічних випробувань.
При експлуатації металевих конструкцій в умовах радіаційного випромінювання (космічного, сонячного, технологічного) менш стійким виявляються метали с ГЦК решіткою, ніж метали з ОЦК і ГЩС решітками. Найбільший вплив на властивості мають нейтрони, які не маючи заряда, здатні проникати в глибину кристалічної решітки. При цьому вони викликають порушення електронної структури, локальні підвищення температури, радіаційну ерозію, яка виникає на поверхні під дією високошвидкісних частинок.
Такі дефекти призводять до зміни структурно чутливих властивостивостей, а саме знижується пластичність, в'язкість, підвищується питомий електроопір, міцність і опір малим пластичним деформаціям - оа2, тобто, зростає імовірність крихкого руйнування. Це і є до дії радіації найбільш небезпечним наслідком — після дії радіації до радіаційного випромінювання. Наприклад, критична температура температури крихкості при крихкості молібдена після дії охолодженні після дії нейтронного випромінювання нейтронного випромінювання підвищується від -ЗО до + 70°С.
При виготовленні конструкцій необхідно оцінювати їх температурний запас в'язкості. Для цього необхідно знати поріг холодноламкості матеріалу, з якої виготовляється конструкція і температурні умови її експлуатації в майбутньому. Температурний інтервал між цими величинами і складає запас в'язкості. Поріг холодноламкості визначають при випробуванні ударним згином надрізаних зразків при різних температурах. По отриманим даним будують графіки залежності ударної в'язкості від температури
Такими особливостями володіють керамічні матеріали, які складаються із оксидів і інших з'єднань Аl; Ве; Сr; Мg; Sі; Ті; Zn. Такі з'єднання здатні довгий час працювати в умовах глибокого вакууму.
Інша проблема, яка виникає при експлуатації деталей в умовах глибокого вакууму - холодне зварювання, яке пояснюється тим, що у вакуумі різко збільшується коефіцієнт тертя завдяки відсутності оксидних плівок. Це ускладнює процес ковзання в парах тертя і призводить до „схоплювання" деталей. Рідкі змащувальні матеріали при цьому використовувати не можливо, оскільки вони випаровуються. В таких умовах як змащувальні матеріали використовуються золото, срібло, кобальт, нікель і більш довговічні: графіт; МoS2, вольфрам.