Деформация и изломы возникают при чрезмерном увеличении напряжения в материале детали, превосходящем предел текучести или предел прочности. Деформация материала сопровождается изменением формы и размеров детали.
Механический износ проявляется в результате взаимодействия трущихся пар. В зависимости от природы трущихся пар и условий их взаимодействия различают износ металлических пар при трении качения или скольжения и абразивный износ. Интенсивность износа зависит от условий взаимодействия трущихся пар.
По характеру смазки различают три основных вида трения.
Жидкостное трение – трущиеся поверхности тел совершенно отделены друг от друга слоем смазки.
Трение при неполной или несовершенной смазке – трущиеся поверхности частично соприкасаются своими выступами. Этот вид трения разделяется на три подвила:
полужидкостное трение, когда слой смазки недостаточно толст и происходит частичное сухое трение ( твердое трение);
полусухое трение, когда происходит трение твердых поверхностей, на которых имеется некоторое количество смазки;
граничное или молекулярное трение, когда геометрическая форма трущихся тел правильная, а обработка поверхностей высокого класса чистоты, в результате чего между трущимися поверхностями образуется молекулярная пленка смазки.
Сухое трение – трение металлических поверхностей без смазки.
Наименьший износ трущихся пар отмечается при жидкостном трении. Сопряжения, работающие в условиях жидкостного трения, изнашиваются при пуске машины, перегрузках и перемещении несоответствующей смазки.
По условиям жидкостного трения рассчитывают подшипники скольжения валов, имеющих большую частоту вращения. Если вал находится в покое, то он касается поверхностей подшипника. При вращении вал захватывает и увлекает в клинообразный зазор смазку, создавая разделяющую жидкостную пленку.
Во многих современных машинах осуществить жидкостное трение не удается, и в этих условиях происходят процессы сухого и граничного трения. Поскольку эти два вида трения обусловлены взаимодействием неровностей поверхностей пар трения, характер шероховатости оказывает существенное влияние на интенсивность износа материала. Очень гладкие поверхности склонны к возникновению узлов схватывания, вызванных молекулярными силами. Следовательно, для обеспечения максимальной износостойкости необходимо выбирать оптимальную шероховатость поверхности, при которой коэффициент трения будет наименьшим.
Абразивный износ проявляется в подвижных сопряжениях вследствие царапающего и режущего действия твердых абразивных частиц. В результате абразивного износа деталей машин интенсивно разрушаются.
Эрозионно-кавитационные повреждения деталей машин и оборудования возникают при действии на металл потоков жидкости или газа, загрязненных механическими примесями и движущихся с большой скоростью. На участках, где давление жидкости падает ниже давления насыщенных паров, возникают пузырьки пара и воздуха. Исчезая с большой скоростью в зоне повышенного давления, они вызывают гидравлические удары о поверхность металла и его разрушение. С увеличением твердости поверхности интенсивность разрушения резко снижается.
Коррозияметаллов и сплавов представляет собой процесс их разрушения вследствие химического и электрохимического воздействия внешней среды. По характеру внешней среды коррозия разделяется на три основных вида: атмосферную, газовую, и коррозию в электролитах.
Коррозионно-механические повреждения возникают под влиянием коррозии и механических факторов (напряжений, деформаций, трения и др.). Например, коррозионная усталость представляет собой процесс разрушения металлов и сплавов при одновременном воздействии коррозионной среды и циклических напряжений. Для повышений долговечности деталей машин. Работающих в условиях коррозионной усталости, необходимо тщательно изолировать рабочую поверхность детали от коррозионной среды, снижая величину и цикличность напряжений, действующих в поверхностных волокнах металла.
Из изложенного выше следует, что износ – это сложный и многообразный процесс. Его можно уменьшить, но устранить полностью нельзя.
Все встречающиеся в машинах износы можно разделить на две группы: естественные и аварийные. Износы, медленно нарастающие и являющиеся следствием длительной работы сил трения, воздействия высоких температур, кислот и щелочей при нормальных условиях эксплуатации, называются естественными. Аварийные износы возникают из-за грубых нарушений правил технического обслуживания и эксплуатации. Наиболее распространен механический износ. В работе каждой трущейся пары более или менее четко выделяются три периода: приработка, период естественного износа, аварийный износ.
Период приработки характеризуется увеличением износа, который объясняется сглаживанием неровностей сопрягаемых поверхностей до достижения стабильной шероховатости и постоянной площади контакта. Важно соблюдать нормальные условия переработки, так как это позволяет предотвратить преждевременный выход оборудования из строя. Период естественного износа характеризуется приблизительно постоянной скоростью изнашивания. Третий период характеризуется быстрым нарастанием износа, так как увеличение зазора в спряжении приводит к работе с ударом между деталями, что вызывает пластические деформации материала. Эта зона износа называется аварийной, а износ носит название предельного.
Если деталь достигла предельного износа, ее необходимо немедленно заменить новой или восстановить. В отличии от предельного износа в ремонтной практике различают допустимый износ, при котором деталь в процессе ремонта может быть оставлена в машине, если ее предельный износ наступит не раньше следующего ремонта.
Существует и выбраковочный износ, который определяет полную непригодность детали к работе и восстановлению. Это относится к деталям, которые работали в зоне аварийного износа.
Нельзя доводить оборудование до аварийного износа. Его следует остановить до того, как износ станет предельным. Этого можно добиться только путем строгого соблюдения графиков технического обслуживания и ремонтов.
2.7 Выбор способов восстановления основных изношенных деталей
Под восстановлением изношенной детали понимают ее ремонт с доведением размеров, геометрической формы, чистоты поверхности и поверхностной твердости до первоначальных.
Существуют различные способы восстановления изношенных деталей, каждый из которых имеет свою рациональную область применения. Наиболее широко используются следующие:
Восстановление деталей механической обработкой путем получения новых ремонтных размеров, заменой части детали или добавлением целой детали;
Восстановление давлением, когда деталь подвергается осадке, раздаче, обжатию, вытяжке, накатке или правке.
Наращивание изношенных деталей слоем металла наплавкой, газотермическим напылением (металлизацией) или гальваническими покрытиями.
В последнее время получает распространение способ восстановления деталей полимерными материалами. Очевидно, что восстановление деталей механической обработкой и давлением – самые экономичные методы, не требующие долгой подготовки и специального оборудования.
Восстановление деталей способом ремонтных размеров
Сущность способа ремонтных размеров заключается в том, что одну из изношенных деталей сопряжения, обычно более трудоемкую, подвергают механической обработке до заранее установленного ремонтного размера для придания ей правильной геометрической формы и получения требуемой шероховатости поверхности, а другую деталь заменяют новой или заранее отремонтированной до этого же ремонтного размера, что обеспечивает первоначальную посадку в сопряжении.
Стандартные ремонтные размеры устанавливают заблаговременно, определяют их количество и числовые значения. Под эти размеры выпускаются комплекты запасных частей.
Преимуществами способа ремонтных размеров является увеличение срока службы и простота технологий ремонта дорогой и трудоемкой детали сопряжения; возможность заранее организовать изготовление заменяемых деталей сопряжения, что позволяет сократить сроки ремонта, снизить его стоимость.
К недостаткам этого способа следует отнести необходимость замены сопряженной детали и наличие нескольких ремонтных размеров деталей, что помимо эксплуатационных неудобств требует создания лишнего резерва запасных частей. Несмотря на эти недостатки, ремонт крупных и дорогих деталей бурового и нефтепромыслового оборудования часто производят способом ремонтных размеров.
Восстановление деталей способом дополнительных ремонтных деталей
Этот способ заключается в использовании дополнительных ремонтных деталей, которые закрепляют непосредственно на изношенной поверхности.
Толщина дополнительных ремонтных деталей обычно значительно превышает величину износа ремонтируемой детали, в связи с чем перед установкой дополнительной детали необходимо удалить с изношенной поверхности слой металла.
Пользуясь этим способом при восстановлении концевой шейки вала, обрабатывают шейку до меньшего размера, если позволяет механическая прочность, и напрессовывают дополнительную втулку, а затем производят ее механическую обработку до первоначального размера требуемой шероховатости поверхности. Возможно дополнительное крепление втулки на валу штифтами, резьбовыми стопорами или электросваркой.
Восстановление деталей способом замены части детали
Способ заключается в удалении изношенной части детали и присоединении вместо нее дополнительной детали. Заменяемая часть детали соединяется с основной при помощи сварки, резьбы, клея или других способов, после чего производится ее окончательная механическая обработка для получения требуемой точности и шероховатости поверхности. Многие детали бурового и нефтепромыслового оборудования имеют одну или несколько прилегающих друг к другу поверхностей, изнашиваемых наиболее интенсивно. Подобные детали целесообразно ремонтировать способом замены части детали. Указанный способ используют, например, при ремонте корпуса турбобура, стола ротора и других деталей.
К недостаткам способа следует отнести сложность его применения для термически обработанных деталей.