Фреттинг коррозия: () – – – +7 812 718-4090

alexxlab | 07.04.1976 | 0 | Разное

Содержание

что это, как не допустить развития фреттинг-коррозии

Фреттинг-коррозия – это распространенное явление, которое потенциально может привести к тому, что металл потеряет свои характеристики и постепенно будет разрушен. Именно процесс ржавения приводит к тому, что различные детали и металлоконструкции теряют свои эксплуатационные возможности.

В этой статье мы расскажем о том, какими факторами вызывается фреттинг коррозия, как она протекает и какими способами можно увеличить степень защищенности материала от потенциальных повреждений.

Процесс коррозии при трении и его важные особенности

Коррозия при трении – это достаточно опасный процесс, который сильно распространен в различных промышленных областях.

Фреттинг коррозия начинается в том случае, когда две детали постоянно соприкасаются друг с другом и возникает сильное трение. Главное условие – небольшая амплитуда колебаний. Даже если материал был оцинкован или на него нанесено полимерное покрытие, защитная пленка начинает стираться – это стимулирует процесс контакта материала с катализатором окисления.

Когда материал оказывается затронут трением, на небольшом участке начинает скапливаться механическое напряжение. Главная особенность в том, что процесс может протекать в различных средах, в том числе, вакуумной, атмосферной, водной и с высокой степенью агрессивности.

Когда протекает фреттинговая коррозия, на поверхности материала появляется рыжий налет. При этом поражение оказывается очень стремительным, быстро распространяется по поверхности. Процесс может захватывать обе детали, которые в процессе использования соприкасаются друг с другом.

Если рассматривать элементы, которые чаще всего оказываются подвержены коррозии, можно занести в список все виды стальных элементов. Процесс может развиваться во всех областях вне зависимости от того, какие именно нагрузки воздействуют в процессе.

Среди основных видов нагрузок, которые могут стимулировать развитие фреттинга, есть такие, как:

  • Колебательные.
  • Вращательные.
  • Вибрационные.

При этом, постепенно от ржавчины могут повреждаться многие детали, такие, как муфты, шестерни, подшипники, металлические канаты и многое другое.

Коррозия может проявляться как при контакте металлов, так и металла с неметаллом. При этом металл может повреждаться от соприкосновения с резиной, пластиком и многими другими изделиями.

В отличие от межкристаллитной коррозии, фреттинговую можно достаточно быстро определить. Она начинает появляться на поверхности.

Среди основных признаков:

  • Появление налета.
  • Разрыхление поверхности.
  • Возникновение язв, пятен, полос.

Как только вы заметите признаки такого процесса, необходимо использовать один из методов снижения износа при фреттинг коррозии. Если на ранней стадии предпринять все нужные действия, можно обезопасить деталь от разрушения и потери эксплуатационных характеристик.

Как не допустить развития фреттинг-коррозии

Чтобы не допустить постепенного появления и стремительного протекания такого процесса, нужно использовать несколько основных способов:

  • Используйте материалы, на которых есть оксидная пленка. Для создания защитного покрытия также могут применяться и такие элементы, как нитрид титана, цирконий.
  • При изготовлении изделий всегда учитывайте отраслевые нормы и правила.
  • Следите за тем, как именно размещаются детали. Нужно, чтобы различные детали не контактировали друг с другом и не возникало процесса трения.
  • Используйте ионную или азотную защиту. Она гарантирует высокий уровень защищенности от коррозии такого типа, значительное уменьшение износа деталей.
  • Применяются специальные прокладки и смазки. Важно, чтобы коэффициент трения у них был минимальным. При использовании такого средства важно помнить о своевременности замены смазочного покрытия.

Так как далеко не всегда удается предотвратить возникновение ржавчины, нужно четко знать, в каких узлах возникает фреттинг коррозия. Проще изначально спроектировать конструкцию так, чтобы в ней не было мест соприкосновения различных деталей. Так получится значительно увеличить длительность безремонтного использования и общий уровень защиты.

Главные особенности и последствия фреттинг-коррозии

Существует сразу несколько основных отличительных черт фреттинг-коррозии, которые характеризуют процесс. К ним относятся такие, как:

  • Если вы все-таки столкнулись с появлением коррозии в труднодоступных местах, правильно удалить ее будет очень сложно. Именно по этой причине нужно приостановить работу изделия и сделать все для того, чтобы не допустить дальнейшего прогрессирования проблемы.
  • Когда в изделии важен правильный процесс скольжения деталей, коррозия дополнительно замедлит его. Это может привести к тому, что эксплуатационные характеристики будут значительно снижены.
  • Скорость разрушения будет очень высокой. И это характерно даже при сравнении с другими типами процессов протекания ржавения.
  • Чаще всего в качестве продуктов трения определяются минералы. Также наблюдается возникновение соединения кислорода или металла.

При этом важно также обратить внимание и на то, какие последствия появляются после фреттингового разрушения. В месте поражения начинает скапливаться напряжение. Со стороны процесс проявляет себя коричневым налетом, пятнами, язвами на металле.

Вернуться к статьям

Поделиться статьей

Фреттинг-коррозия

Фреттинг-коррозия – коррозионное разрушение на границе раздела двух тел, контактирующих друг с другом. Эти поверхности, находясь под воздействием коррозионной среды, двигаются (скользят) относительно друг друга. Т.е. фреттинг-коррозия – коррозия при трении. Чаще всего скольжение имеет колебательный характер, а объекты испытывают дополнительную достаточно большую нагрузку.

Фреттинг-коррозия может наблюдаться при контакте двух металлических материалов, либо же металла и неметалла (резины, пластмассы, которые могут служить прокладочным материалом).

Фреттинг-коррозии подвергаются: прижатые друг другу детали, на которые воздействуют колебательные, вращательные, вибрационные напряжения. К ним можно отнести  болтовые, шпоночные, заклепочные, шлицевые соединения, контактирующие части подшипников, металлический канат, соприкасающиеся движущиеся валы и многое другое.  Фреттинг – механический износ металла при движениях небольшой амплитуды. Совмещение механического износа и воздействия коррозионно активной среды и дает нам фреттинг-коррозию.

Под воздействием окружающей коррозионной среды на поверхности металла образуется оксидная пленка (продукты коррозии). При трении эта пленка механически разрушается. Так как при фреттинг-коррозии взаимодействующие поверхности не разъединяются, то разрушенные продукты коррозии так и остаются между ними (в некоторых случаях вытесняются), в дальнейшем материалы истираются быстрее, а фреттинг-коррозия протекает интенсивнее. Разрушение защитной пленки может быть причиной дальнейшего протекания коррозии, обусловленной работой концентрационного элемента, или же вызвать контактную коррозию. Превращение поверхности металла в оксид  приводит к неисправностям, забиванию системы продуктами коррозии, заеданию и сбоя работы механизма.

При протекании фреттинг-коррозии поверхность металла обесцвечивается, а при воздействии колебательных напряжений на ней образуются язвы, в которых в дальнейшем зарождаются усталостные трещины.

Скорость фреттинг-коррозии зависит от природы используемых металлов (материалов), температуры, состава коррозионной среды и действующих нагрузок.

Во время трения  происходит нагрев металла, что дополнительно усиливает фреттинг-коррозию, особенно в условиях  отсутствия на поверхности смазки.

Фреттинг-коррозия протекает не по электрохимическому  механизму. Важнейшим фактором является приложенная нагрузка, в результате которой происходит усиленное питтингообразование на контактирующих поверхностях. При колебательном скольжении (трении) образовавшиеся окислы не могут быть удалены с контактирующей поверхности. Это приводит к увеличению напряжения между контактирующими деталями и фреттинг-коррозия в местах скопления окислов проходит намного интенсивнее.

Защита изделий от фреттинг-коррозии

Правильный подбор материалов. Целесообразно для предотвращения возникновения фреттинг-коррозии сочетать мягкие металлы с твердыми. Доказано, что при скольжении стальной поверхности о стальную  разрушение намного больше, чем скольжении стали о сталь, покрытую свинцом. Даже при больших нагрузках мягкий металл предотвращает контакт с окружающей средой. Разрушение также уменьшается из-за того, что более мягкий металл может при срезе «течь», а не тереться.

Для контакта со стальной поверхностью рекомендовано использовать сталь, покрытую оловом, индием, кадмием, свинцом, серебром.

Применение смазок для предотвращения фреттинг-коррозии. Эффективный метод, часто используемый в условиях небольших нагрузок. Поверхность предварительно подвергают фосфатированию. Полученную пористую пленку обрабатывают смазкой низкой вязкости, которая проникает глубоко в поры и благодаря этому достаточно долго остается на изделии. Недостатком этого метода можно считать то, что это все-таки временная защита, смазка рано или поздно удаляется в результате скольжения.

Проектирование контактирующих поверхностей с устранением скольжения. Эффективно, но достигнуть достаточно тяжело.

Применение специальных покрытий. Для предотвращения контакта поверхности раздела с воздухом.

Применение материалов с низким коэффициентом трения и прокладок.

Такие материалы используют только при маленьких нагрузках в связи с их небольшой прочностью. Резина, например, амортизирует колебания и предотвращает скольжение.

Применение кобальтовых сплавов. Дает положительный эффект  только в присутствии воды.

коррозия – это… Что такое Фреттинг-коррозия?

Фреттинг-коррозия
Fretting corrosion — Фреттинг-коррозия.

(1) Ускоренное изнашивание при трении между соприкасающимися поверхностями как результат коррозии и небольшого колебательного движения между двумя поверхностями. (2) Фреттинг, в котором доминирует химическая реакция. Фреттинг-коррозия часто характеризуется удалением частиц и последующим формированием оксидов, которые являются часто абразивом, и таким образом увеличивают износ. Фреттинг-коррозия может вовлекать другие продукты химической реакции, которые могут быть и не абразивными.

(Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО “Профессионал”, НПО “Мир и семья”; Санкт-Петербург, 2003 г.)

.

Синонимы:
  • Fretting corrosion
  • Fretting fatigue

Смотреть что такое “Фреттинг-коррозия” в других словарях:

  • фреттинг-коррозия — фреттинг коррозия: Физико химический процесс, разновидность коррозии металла в местах контакта плотно сжатых или катящихся одна по другой деталей, если в результате деформации их поверхностей возникают микроскопические смещения сдвига в условиях… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Фреттинг-коррозия — коррозия при минимальном повторяющемся (локальном) перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды. Фреттинг коррозии подвержены болтовые соединения, посадочные поверхности подшипников качения,… …   Википедия

  • Фреттинг-коррозия — – коррозия при колебательном перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды. [ГОСТ 5272 68] Рубрика термина: Виды коррозии Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • фреттинг-коррозия — сущ., кол во синонимов: 2 • коррозия (10) • фретинг коррозия (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • фреттинг-коррозия — Коррозия при колебательном перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды. [ГОСТ 5272 68] Тематики коррозия металлов …   Справочник технического переводчика

  • фреттинг-коррозия — фреттинг коррозия, фреттинг коррозии …   Орфографический словарь-справочник

  • фреттинг-коррозия — trinties korozija statusas T sritis chemija apibrėžtis Agresyvios aplinkos ir trinties sukelta korozija. atitikmenys: angl. fretting corrosion rus. коррозия при трении; фреттинг коррозия …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • ФРЕТТИНГ-КОРРОЗИЯ — коррозионномех. разрушение ме таллич. конструкций в местах проскальзывания плотно пригнанных (прижатых друг к другу) деталей при колебаниях с малой амплитудой, вращениях, вибрациях. Ф. к. наблюдается при разл. прессовых посадках на вращающихся… …   Химическая энциклопедия

  • Фреттинг-коррозия —         см. в ст. Коррозия металлов …   Большая советская энциклопедия

  • ФРЕТТИНГ-КОРРОЗИЯ — (англ. fretting, от fret разъедать, подтачивать) коррозия, наблюдаемая в местах контакта плотно сжатых или катящихся одна по другой деталей, если в результате вибраций между их поверхностями возникают микроскопич. смещения сдвига …   Большой энциклопедический политехнический словарь


Фреттинг-коррозия и фреттинг-усталость в малоподвижных соединениях Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 620.178.16. 194; 621.891

ФРЕТТИНГ-КОРРОЗИЯ И ФРЕТТИНГ-УСТАЛОСТЬ В МАЛОПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

© 2006 А.Н. Петухов

ФГУП «Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова», г. Москва

Рассматриваются модели механизмов фреттинг-коррозии и фреттинг-усталости, особенности напряженного состоянии в зоне контакта деталей, подверженных фреттингу. Приводятся экспериментальные данные по исследованию влияния фреттинга на сопротивление усталости конструкционных материалов.

Механизм фреттинга по своим характерным признакам относится к наиболее сложным по своей природе процессам. Он, с одной стороны, включает физикохимические процессы, протекающие на молекулярном уровне, вследствие чего в зоне реального контакта образуются окислы металлов сопряженных деталей (фреттинг-коррозия). С другой стороны, он включает механические процессы разрушения и абразивного износа в зоне контакта в субмик-роскопических и макроскопических объемах поверхностного слоя деталей. Эти процессы тесно связаны между собой, а преобладание того или иного механизма на различных этапах и при разных соотношениях параметров процесса, как правило, изменяется и по-разному влияет на сопротивление устало сти (фр еттинг-устало сть).

Отделяющиеся при фреттинге мельчайшие частицы материала обладают очень высокой энергией, поэтому для появления окислов достаточно наличие следов кислорода. В большинстве случаев твёрдость образующихся окислов существенно превышает твёрдость основных материалов.

Роль химического фактора оценивается по результатам взаимодействия неоднородных конструкционных материалов в различных средах, отличающихся химической активностью, или используется ряд химической активности Вольта [1,2]. Корреляции механических свойств материалов, например, по параметру твердости, с сопротивлением фреттинг-усталости не имеется. В частности, при одних и тех же параметрах процесса фреттинга (величине амплитуды относительных перемещений сопряженных поверхностей и величине давления в зоне контакта) повреждаемость поверхности кон-

такта стали 13Х11Н2В2МФ в состоянии отпуска на твердость НВ=2800 МПа выше, чем при отпуске на НВ= 3100 МПа, однако степень снижения предела выносливости при этом оказывается существенно ниже [36]. Это объясняется преобладанием в первом случае процессов абразивного износа, которые способствуют удалению слоев, где возникают усталостные микротрещины. Во втором – процессы схватывания материалов, благоприятствующие образованию и развитию усталостных микротрещин.

С точки зрения химической активности, результаты изучения поведения материалов в искусственно создаваемых условиях окисления и электрохимической коррозии показали, что на разных стадиях фреттинга изменяется характер коррозионных процессов. В начальной стадии преобладают процессы окисления, связанные с высокой энергетической активностью свободных ювенильных частиц материала и освобождающейся от окисной пленки поверхности детали. При избытке кислорода происходит пассивация поверхности. На следующей – преобладают электрохимические процессы, связанные с усилением коррозии из-за катодного деполяризатора (кислорода) [1].

Металлографические и электронномикроскопические исследования показывают, что тонкие поверхностные слои в зоне фактического контакта находятся в высокодисперсном состоянии, включающем ювенильные частицы и окислы материалов контактирующих пар. При этом состав и свойства окислов в зоне контакта при воздействии циклических нагрузок существенно отличаются от окислов, образующихся

при окислении материалов в стационарных условиях.

Известные предложения о моделях процесса обычно основаны на зависимости интенсивности процесса, как функции потери массы, от механических параметров процесса: скорости относительного переме-

щения, величины давления в зоне контакта, величины амплитуды перемещений, природы материалов контактирующих пар. Иногда при этом, основываясь на принципах равновесной термодинамики, дополнительно учитывают физические и химические свойства взаимодействующих материалов. Но модели, созданные на методиках изучения процессов износа [1,9], не позволяют прогнозировать влияние фреттинг-коррозии на сопротивление усталости.

Анализ таких методик, применявшихся для исследования процесса фреттинга, показывает некорректность большинства из них, следовательно и получаемых при этом результатов, т.к. значения основных параметров процесса фреттинга (амплитуда, давление и др.) оценивались косвенно. В их основу закладывались традиционные методы изучения механизма износа при трении-скольжении, где степень повреждения оценивалась по изменениям: массы образцов, профиля поверхности контакта и т.д. Работ, в которых исследовались связь между параметрами процесса и сопротивлением усталости, крайне мало.

Если для многих высокопрочных конструкционных материалов наблюдается соблюдение принципа суперпозиции: близость результатов испытаний на усталость образцов, предварительно повреждённых фрет-тингом, с результатами испытаний на

фреттинг-усталость, то для титановых сплавов имеются существенные различия результатов подобных испытаний на

усталость. Это свидетельствует об особенностях механизма повреждения титанового сплава при фреттинге и при фреттинг-

усталости. Зависимость сопротивления

фреттинг-усталости от природы материала сопряжённых пар, их механических свойств, твердости достаточно сложна, т.к. при фрет-тинге независимо друг от друга имеют место абразивные, адгезионные и усталостные процессы, связанные с механическими по-

вреждениями зон контакта. Кроме того, могут иметь место и электрохимические процессы, при которых между материалами сопряженных пар или их структурными составляющими могут возникать гальванические пары.

Для ряда высокопрочных конструкционных сталей и сплавов получены [3,11] зависимости для коэффициента влияния фреттинг-коррозии на предел выносливости от амплитуды относительных перемещений Ар и от величины давления в зоне контакта р. Наибольшее снижение предела выносливости наблюдается при таких сочетаниях Ар и р, когда в зоне контакта абразивные повреждения минимальны при Ар = 5…10 мкм, а наименьшее снижение – при Ар >> 20 мкм. Подобные результаты были получены в работе В. Функа на сталях Ск35, AISI 9310 и 4130.

Рассматривая процесс фреттинга с точки зрения механики деформируемого твёрдого тела, можно считать его одним из видов контактного взаимодействия тел, например, как частный случай контакта полусфер или полуцилиндров при наличии нормальной и касательных составляющих. Возникающее в контактах напряженное состояние является сложным, где действуют одновременно составляющие от нормальных напряжений сжатия и от сил трения, способствующих образованию знакопеременных касательных напряжений.

Таким образом, элементарный объем материала в зоне контакта находится в условиях трехосного напряженного состояния и подвергается циклическому деформированию. При этом возникает градиент напряжений по глубине слоя.

Теоретические и экспериментальные исследования, связанные с изучением напряженного и деформированного состояния при локальном контакте тел, показывают, что наиболее напряженными являются две зоны: зона крайнего поверхностного слоя, располагающаяся на некоторой глубине, и зона, где касательные напряжения достигают максимума (рис.1 а). При некоторых внешних условиях нагружения обе зоны смыкаются. При циклическом изменении сил поверхности возникает возвратное проскальзывание в пределах контактной пло-

б

Рис.1. Распределение напряжений (а) и деформаций (б) в зоне контакта шара с полуплоскостью

щадки и значительное воздействие сил трения, способствующее циклическим изменениями напряженного состояния во всех микрообъёмах материала по площадкам фактического контакта (рис.1 б). Микро- и макронеровности, существующие на рабочих поверхностях деталей, вызывают значительные изменения контактных напряжений в поверхностном слое площади контакта,

которые не учитываются при решении общей контактной задачи. Процесс проскальзывания приводит к уменьшению местной концентрации напряжений и подобен началу пластической деформации в упругих телах. Преодоление сил трения способствует диссипации энергии, проявляясь, как источник конструктивного демпфирования и фрет-тинга.

Учитывая дискретность контакта реальных деталей, определяемую шероховатостью поверхности, можно утверждать, что в зоне контакта всегда найдутся микро- и макрообъемы в виде выступов, где максимальные эквивалентные циклические напряжения превысят либо предел прочности материала, либо величину ограниченного предела выносливости. Следовательно, при соответствующем числе циклов нагружения на поверхности контакта будут иметь место статические, квазистатические, малоцикловые и усталостные разрушения материала. Эти процессы в сочетании с физикохимическим взаимодействием материалов, могут интенсифицироваться или тормозиться, являясь постоянными источниками образования свободных микрочастиц и окислов, участвуя в разрушении микрообъемов материала, образовании каверн и микротрещин .

Возникающие повреждения в поверхностном слое играют роль концентраторов напряжений или начальных трещин (рис. 2), дальнейшее развитие которых может в отдельных случаях прогнозироваться по законам линейной механики разрушения.

Но результаты экспериментальных исследований показывают, что развитие усталостных трещин, соизмеримых с размерами структурных составляющих материала, не подчиняется закономерностям развития справедливым для сравнительно длинных трещин. Предел выносливости при фреттин-ге в зависимости от материала контактирующих пар, условий в зоне контакта (наличия покрытий, упрочнения и т.д.) вида нагружения и величины нагрузок может достигать значений (0,60…0,15) а.1 – предела выносливости обычной многоцикловой усталости.

Силовое воздействие в контакте поверхностей (локальные участки при реальном контакте), находящихся, как правило, в

трёхмерном напряжённом состоянии и в условиях возвратно колебательных перемещений (изгибных, крутильных поступательных и т.д.), способствует возникновению микро-и макротрещин, которые становятся очагами разрушения от фреттинг – усталости при воздействии на детали даже умеренных по величине переменных напряжений. Твёрдые частицы окислов, взаимодействуя с поверхностью контакта сопряжённых деталей, могут образовать на них каверны.

(а)

отн

б

Рис.2. Примеры образования усталостных трещин и повреждений при фреттинге в зоне контакта:

а .1 1 м N

V М , м

.7 ) 3

0,75 0,5

0,25 0,125

0 50 100 150 200 250 р, МПа

б)

Рис. 3. Результаты испытаний на усталость: а) сталь 13X11Н2ВМФ; б) титановый сплав ВТ3-1: 1 – образцы, предварительно повреждённые фреттингом;: 2-образцов по схеме “вал-втулка”; 3-замковых соединений лопаток компрессоров

Как было сказано, по результатам испытаний образцов, предварительно повреждённых фреттингом (образцов типа вал-втулка и с замковым соединением, которые были изготовлены из стали), можно получить с удовлетворительной точностью представление о зависимости предела фреттинг-усталости от влияния на предел величины давления р зоне контакта, учитывать особенности напряженного состояния детали, а также об эффективности применяемых технологических мероприятий.

Раздельное испытание на фреттинг с последующим испытанием образцов (деталей) на усталость даёт искажённое представление степени их повреждения.

Разработаны модели оценки прочности поверхностного слоя в условиях реального контакта для различных видов нагружения малоподвижных соединений, включая замковые соединения лопаток компрессоров, знакопеременными нагрузками: при растяжении-сжатии, при кручении и при изгибе, а также методы испытаний на фреттинг-уста-лость, позволяющие выбрать оптимальные конструктивные и технологические решения

для натурных деталей, подверженных фрет-тинг- коррозией [5,6].

Наибольшее распространение при исследовании сопротивления фреттинг-

усталости получило соединение типа “вал-втулка”, нагружаемое циклическим плоским или круговым изгибом, растяжением-сжатием, кручением и др. Эти испытания позволяют воспроизвести основные условия нагружения прессовых или малоподвижных соединений. Для некоторых видов нагружения можно получить зависимость а = f (N;T), а иногда а =f (р). Такие испытания полезны при выборе технологических и конструктивных способов подавления фрет-тинг-коррозии и для оценки несущей способности соединения типа «вал-втулка»

На примере некоторых современных конструкционных материалов, применяемых в энергомашиностроении (теплопрочные стали, сплавы АК4-1, ВТЗ-1, ВТ8, и др.), рассмотрены особенности механизмов фрет-тинга и фреттинг-усталости. Выявлено существенное влияние на интенсивность процессов фреттинг-износа, фреттинга и фреттинг-усталости соединения типа вал-втулка амплитуды относительных перемещений в зоне контакта, вида нагружения соединения, материала контактирующих пар и т.д. [5,7].

Получены необходимые для прогнозирования пределов фреттинг-усталости значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений Кафр для малоподвижного соединения типа вал-втулка и замковых соединений из разных пар контактирующих материалов (при нормальной и при повышенной температурах), в том числе с защитными покрытиями и применении методов поверхностной обработки зон контакта [5].

При повышенных температурах проблема фреттинг-усталости сохраняется. Это показали исследования натурных узлов компрессора двигателей [10,12], изготовленных из различных конструкционных материалов. Условия нагружения этих конструктивных элементов, относятся к «жесткому».

У титановых сплавов отмечена максимальная повреждаемость фреттинг-усталос-тью, а минимальная – у никелевых. Это объ-

ясняется тем, что в механизме фреттинга для никелевых сплавов преобладающую роль играют процессы износа, где роль абразива играют окислы никеля, при которых начальные усталостные трещины не получают возможности развиваться. Вследствие этого проблема фреттинг-усталости для лопаток турбин, дисков и валов из равноосных никелевых сплавов менее остра, хотя процессы фреттинга в этих деталях имеют место и приводят к изменению геометрических размеров в зонах контакта сопряженных деталей. Вместе с тем, в хвостовиках моно-кристаллических лопаток турбин, где наиболее ярко проявляется анизотропия механических свойств материала, наблюдались разрушения, связанные с возникновением на площадке контакта очага разрушения от фреттинг-усталости и последующим быстрым развитием трещины по плоскости скольжения кристалла. При этом направление развития трещины определяется именно плоскостью скольжения, а не направлением действия главных напряжений.

Значения Кафр для высокопрочных конструкционных материалов остаются значительными и при повышенных температурах, а величина предела фреттинг-усталости изменяется пропорционально изменению предела выносливости материала при повышении температуры [3,5,6].

Список литературы

1. Голего Н.Л., Алябьев А.Я., Шевеля В.В. Фреттинг-коррозия металлов. г. Киев, “Техника”, 1974, 272 с.

2. Петухов А.Н. Методические особенности изучения процесса фреттинг-коррозии в связи с усталостью материалов. Заводская лаборатория, 1974г., №10, с.1246-1250

3. Петухов А.Н. Прогнозирование характеристик сопротивления усталости конструкционных материалов с учётом влияния эксплуатационных повреждений фреттин-гом. Механическая усталость металлов. Матер. VI Международного коллоквиума, Киев, «Наукова Думка»,1983, с.381-386

4. Филимонов Г.Н., Белецкий Л.Г. Фрет-тинг в судовых соединениях. Л.: “Судостроение”, 1983, с. 296.

5. Петухов А.Н. Метод оценки предела

выносливости деталей при фреттинг-

коррозии. В сб.: Проблемы прочности и динамики в двигателестроении. Вып.3 М.

ЦИАМ, 1985, с. 225-238 (Тр.ЦИАМ, № 1109).

6. Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД.М.: Машиностроение.1993. 240 с.

7. РеШскоу A.N. Fretting and fretting-fatigue of materials and components «Condition monitoring 94».Edited by M.N. Jones. Universiti College of Swansea. Proceedings of an International Conferece on Conditin on Monitoring held at. University of Wales, U.K. 21st-25th March, 1994. Pineridge press. Swansea U.K. p.694-704

8. Петухов А.Н. Проблемы фреттинга и фреттинг-усталости в узлах высоконагру-женных энергомашин. Сб.: Вторая международная конференция «Энергодиагностика и condition monitoring» Москва, Х- 1998г. Трибология, т.3,ч.1.М., ИРЦ Газпром,1999. с. 60-80

9. Петухов А.Н. О механизме фреттинга и

фреттинг-усталости в малоподвижных соединениях деталей машин. Конверсия в ма-шиностроении-Conversion in machine

building of Russia. 2002, №4, с.42-47

10. Петухов А.Н. Фреттинг-коррозия и фреттинг-усталость малоподвижных соединений ГТД и энергетических машин. Авиационно-космическая техника и технология №7 (15), 2004, Харьков, «ХАИ», с.128-134

11. Смыслов А.М., Селиванов К.С. Повышение долговечности деталей машин в условиях фреттинга. г.Уфа «Гилем», 2005. 180с.

12. Петухов А.Н. Фреттинг и фреттинг-усталость высоконагруженных малоподвижных соединений ГТД и ЭУ. Вопросы авиационной науки и техники. Серия.: Авиационное двигателестроение. М.:ЦИАМ 2006. Вып.4 (1328), с.29-58

FRETTING-CORROSION AND FRETTING-FATIQUE IN LOW-MOVING JOINST

© 2006 A.N. Petukhov Central Institute of Aviation Motors, Moscow

The mechanisms of fretting-corrosion and fretting-fatigue features of strain-stress state in contact zones of parts under fretting-fatigue are considered. Experimental data of fretting impact study on fatigue resistance of structure materials are given.

SKF. Идем по следу

Подшипники делают из металла, а потому ничто металлическое им не чуждо. Они могут ржаветь, страдать от электрического тока и банальным образом истираться. Слово — специалистам SKF

Отдел Экспертиз

Подшипники делают из металла, а потому ничто металлическое им не чуждо. Они могут ржаветь, страдать от электрического тока и банальным образом истираться. Слово — специалистам SKF.

Коррозия
Если вода или какая-либо агрессивная жидкость попадают внутрь подшипника в количестве, превышающем защитные способности смазки, коррозия стальных поверхностей неизбежна. Начавшись, этот процесс уйдет в глубь металла.

На открытых для воздуха стальных поверхностях образуется оксидная пленка. В отличие от образующейся на алюминии, она не является преградой ни для воды, ни для агрессивных сред, под воздействием которых возникают пятна травления. Очень быстро они превращаются в глубокую ржавчину, следствие которой — сколы и трещины.

Кислые жидкости разрушают сталь очень быстро, щелочные — не столь опасны. Соляные растворы (соли содержатся в воде почти всегда) — электролиты, вызывающие гальваническую коррозию, иногда называемую водным травлением. Особенно вредна соленая морская вода.

Внешние признаки
Серо-черные прожилки поперек беговых дорожек, обычно совпадающие с шагом тел качения. В более поздней стадии — питтинг (выкрашивание) дорожек и других поверхностей подшипника.

Причина
Присутствие воды, влаги либо агрессивных веществ на протяжении длительного времени.

Действие
Заменить неисправные сальники. Использовать смазку с более эффективными ингибиторами коррозии.

Фреттинг-коррозия
Если тонкая оксидная пленка разрушена, окисление уходит в глубь металла. Пример тому — коррозия, возникающая, когда соответствующие кольца подшипника из-за слабой посадки перемещаются относительно оси или постели. Такое повреждение называют фреттинг-коррозией.

Иногда процесс уходит в глубь металла достаточно глубоко. В результате относительного перемещения деталей, которые изначально были взаимно неподвижны, с их поверхностей могут вырываться микроскопические частицы металла, быстро окисляющиеся кислородом воздуха.

В результате фреттинг-коррозии кольца подшипника сжимаются неравномерно, неравномерным становится и распределение нагрузки. В коррозированных зонах возможны изломы и сколы.

Внешние признаки
Ржавчина на наружной поверхности наружного кольца или на внутренней внутреннего. Следы на соответствующих участках беговых дорожек.

Причина
Слишком свободная посадка.

Постель или ось имеют неправильную форму.

Действие
Подобрать посадку. Заменить неисправные детали.

Повреждения, вызванные электрическим током
При прохождении электрического тока через подшипник (от одного кольца к другому через тела качения) он неизбежно повреждается. Об этом надо помнить, ремонтируя генератор, обмотка ротора которого замкнула на массу. Процесс, происходящий в подшипнике, сродни электрической сварке. Металл в зоне контакта нагревается настолько, что происходит его закаливание, а то и плавление. На поверхности дорожек и тел качения в лучшем случае возникают цвета побежалости, в худшем — маленькие кратеры.

Береженого бог бережет: при ремонте «закоротившего» генератора подшипники лучше заменить. Если они повреждены электрическим током, ставить новые все равно придется.

Выкрашивание (шелушение)
Выкрашивание рабочих поверхностей подшипника может быть следствием нормального эксплуатационного износа. Однако это не самая главная причина неисправности. Ранние стадии дефекта могут быть выявлены по признакам, описанным в нашей предыдущей беседе (см. «Пятое колесо» № 10, 2001).

По мере развития разрушений неисправность проявляется шумом и вибрацией, которые указывают на необходимость замены подшипника.

Преждевременное выкрашивание может быть вызвано разными причинами: перегрузкой, неправильной посадкой, перекосом и овальностью постели и вала, осевым сжатием в результате, например, перегрева и т.д. К разрушению подшипника могут привести зазубрины, глубокая коррозия, электрический ток, засветление и т.п.

Выкрашивание из-за перегрузки
Внешние признаки
Явно выраженные следы на дорожках качения обоих колец.

Выкрашивание в наиболее нагруженных зонах.

Причины
Слишком глубокая установка подшипника на коническом посадочном месте.

Чрезмерная затяжка подшипника.

Слишком тугая посадка.

Большая разница температур наружного и внутреннего колец.

Действия
Устанавливать и регулировать подшипник согласно рекомендуемой технологии.

Правильно выбирать вид посадки.

Использовать подшипники с достаточными внутренними зазорами.

Выкрашивание из-за овальности

Внешние признаки

Явно выраженные следы на диаметрально противоположных участках обеих дорожек качения. Выкрашивание в тех же зонах.

Причина
Овальность оси или постели.

Действие
Заменить неисправные детали или отремонтировать путем наплавки и шлифования.

Выкрашивание из-за осевого сжатия
Внешние признаки
Шарикоподшипники с глубокими канавками в кольцах: явно выраженные следы качения, сдвинутые к краю беговых дорожек обоих колец.

Самоустанавливающиеся шарикоподшипники и сферические роликоподшипники: явно выраженные следы качения от одного ряда тел качения.

Однорядные шариковые и конусные роликовые подшипники: выкрашивание, как при перегрузке.

Причины
Ошибки при монтаже: повреждение, чрезмерная затяжка, отсутствие теплового зазора при значительной разнице температур.

Действия
Правильно устанавливать и регулировать подшипник.

Если разница температур между осью и корпусом не может быть уменьшена, обеспечить больший внутренний зазор в подшипнике.

Выкрашивание из-за несоосности
Внешние признаки
Шарикоподшипники с глубокими канавками в кольцах: диагональный выщербленный след качения, явно выраженный в двух диаметрально противоположных зонах дорожек качения.

Цилиндрический роликоподшипник: выкрашивание по краю дорожки качения.

Причина
Подшипник установлен с перекосом.

Действия
Выправить посадочные места.

Устанавливать подшипник, используя ровную оправку.

Выкрашивание из-за зазубрин
Внешние признаки
Выкрашивание, совпадающее по месту с шагом тел качения.

Выкрашивание рядом с зазубриной.

Причины
Зазубрины из-за нарушения технологии монтажа или перегрузки не вращающегося подшипника.

Зазубрины, вызванные попаданием на тела и дорожки качения посторонних частиц.

Выкрашивание из-за засветления
Внешние признаки
Выкрашивание в начале нагруженной зоны дорожки роликоподшипника.

Следы выкрашивания, совпадающие с шагом тел качения роликоподшипника.

Причины
Засветление из-за проворачивания подшипника.

Засветление из-за неправильного монтажа.

Выкрашивание из-за коррозии
Внешние признаки
Выкрашивание на заржавевших участках.

Причина
Глубокая коррозия.

Выкрашивание из-за фреттинг-коррозии
Внешние признаки
Выкрашивание беговой дорожки в местах, где с обратной стороны кольца имеется коррозия.

Причина
Фреттинг-коррозия.

Выкрашивание из-за кратеров
Внешние признаки
Выкрашивание рядом с кратером или вмятиной.

Причины
Износ, вызванный вибрацией неподвижного подшипника.

Действие электрического тока.

Трещины
Трещины колец подшипников могут возникать по разным причинам. Чаще всего — из-за неправильного монтажа. Удары молотком напрямую или через слишком твердую оправку могут привести к образованию микротрещин, которые в процессе эксплуатации будут быстро увеличиваться.

Другая причина — слишком глубокая посадка подшипника на конус. В таких случаях SKF рекомендует использовать специальную технологию. Разрушительна и горячая посадка на вал с превышенным диаметром.

Засветление может вызвать трещины, поперечные относительно плоскости вращения. Инициировать трещину могут и выкрашивание и фреттинг-коррозия.

Трещины из-за грубого монтажа
Внешние признаки
Трещины или отколотые фрагменты обычно с одной стороны подшипника.

Причины
Удары молотком напрямую или через жесткую оправку при монтаже.

Действие
Использовать оправку из мягкого металла.

Удары по подшипнику недопустимы.

Трещины из-за засветления
Внешние признаки
Одна или несколько трещин (как правило — поперечных) в зоне засветления.

Причина
Засветление.

Трещины из-за фреттинг-коррозии
Внешние признаки
Как правило, поперечные трещины внутренних колец и продольные наружных в зонах, поврежденных фреттинг-коррозией.

Разрушение сепаратора
Причину разрушения сепаратора выявить обычно сложно: очень часто повреждаются и другие компоненты подшипника. Как показывает практика, основные факторы, пагубно влияющие на состояние сепаратора, — вибрация, слишком большая скорость вращения, износ и заклинивание. О повреждениях при монтаже упоминать просто неудобно.

Вибрация
Вызванные вибрацией силы инерции могут быть столь велики, что в материале сепаратора возникают усталостные трещины. Рано или поздно сепаратор разрушится.

Слишком большая скорость
Центростремительные силы при превышении скорости вращения, на которую подшипник рассчитан, могут привести к разрыву сепаратора. Если вы собираетесь бить рекорды скорости, подберите соответствующие подшипники.

Заклинивание
Частицы металла, выкрошившиеся из рабочих поверхностей подшипника, как и посторонние частицы, могут попасть в зазор между сепаратором и телом качения. Последнее теряет подвижность, что приводит к выходу сепаратора из строя.

Износ
Износ сепаратора происходит при недостаточной смазке или попадании в нее посторонних частиц. В любом подшипнике качения в паре «тело качения — сепаратор» неизбежно имеет место и скольжение. Этим объясняется, почему при недостаточной смазке сепаратор первым выходит из строя. Делают его из более мягкого материала, чем остальные компоненты подшипника, потому и изнашивается он быстрее. Приобретая излишнюю свободу, тела качения перегружают сепаратор. В короткий промежуток времени подшипник разрушается.

Другие причины
Перекос шарикоподшипника с глубокими канавками приводит к тому, что шарики движутся по овалу, сжимая и растягивая сепаратор при каждом обороте. Скорое появление усталостных трещин неизбежно.

Способствуют износу сепаратора и центробежные силы, вызванные резкими ускорениями и замедлениями скорости вращения подшипника.

Редакция рекомендует:




Хочу получать самые интересные статьи

Фреттинг-коррозия и ее влияние на жизненный цикл электрических соединителей

Электрический соединитель — это электромеханическое устройство, состоящее из ряда узлов и деталей, которые также подвержены негативному влиянию ВВФ. Интересным
представляется рассмотрение воздействия одного
из малоизученных у нас ВВФ — фреттинг-коррозии. В общем случае она является следствием комплексного воздействия механических и климатических показателей окружающей среды.

Фреттинг-коррозия, ее природа


и влияние на технические устройства

Фреттинг-коррозия — это форма разрушения металла на границе раздела двух соприкасающихся поверхностей, которые колеблются относительно друг
друга [4]. Действующий ГОСТ 5272-68 «Коррозия
металлов. Термины» дает следующее определение:
«Фреттинг-коррозия — это коррозия при колебательном перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды». Разрушение металла происходит
вследствие его атмосферного окисления, однако скорость процесса значительно увеличивается в некоторой зависимости от показателей колебательного
движения.

В результате относительного колебательного движения контактирующих поверхностей возникают
силы трения, приводящие к истиранию пленок молекулярного кислорода, ранее адсорбированного металлом из атмосферы. В некоторый начальный момент времени это способствует увеличению площади чистого металлического контактирования и, как
следствие, снижению переходного сопротивления
соединителя. Далее, однако, наличие чистых металлических поверхностей, вкупе с повышающейся
вследствие трения температурой, приводит к химическим реакциям окисления контактирующих поверхностей. Вследствие постоянного механического
воздействия окислы также не являются защитой от
продолжающегося процесса механико-химического
износа контактов. Между токопроводящими частями соединителя образуется достаточно широкий слой
окислов, толщина которого с ростом времени эксплуатации может увеличиваться. Это приводит к непрогнозируемому увеличению переходного сопротивления контактов, снижению его стабильности во
времени и, как следствие, ухудшению характеристик
соединителя в целом.

Разработчики и эксплуатанты соединителей, используя их в нейтральной атмосфере или в вакууме,
сталкиваются с явлением фреттинга, то есть механического истирания поверхностей. Это приводит к изменению площади контактирующих поверхностей,
а значит, к изменению сопротивления стягивания,
сопротивления поверхностных пленок, переходного сопротивления всего контакта в целом и, в конечном итоге, к провоцированию явления самоиндукции с наведением в коммутируемой цепи паразитных сигналов.

Влиянию фреттинг-коррозии подвержены все материалы практически во всех средах и условиях.

Впервые термин «фреттинг-коррозия» был предложен в 1939 г. американскими учеными Томлинсоном,
Тропом и Гоудом в работе «Исследование коррозии
фреттинга близко соприкасающихся поверхностей».
Термин «фреттинг» используется для обозначения разрушения материала вследствие исключительно механических взаимодействий соприкасающихся поверхностей. Проводимые в течение XX века западными
учеными многочисленные исследования фреттингкоррозии привели к выводам о ее негативном влиянии, в том числе и на основную характеристику соединителей — электрическое сопротивление. Так, в 1974 г.
Бок и Витли, американские исследователи компании
АМР (в настоящее время TYCO), разрабатывающей
и производящей электрические соединители, с использованием механического стенда, моделирующего фреттинг, получили результат увеличения электрического
сопротивления всех из 36 опытных контактов. Причем контактные пары были изготовлены из различных металлов: как цветных, так и черных.

В ряде случаев фреттинг-коррозия даже являлась причиной потери контактирования [2].
В данной работе, в частности, отмечается, что
в течение достаточно малого времени воздействия фреттинг-коррозии сопротивление контактов изменилось с начальных значений диапазона тысячных долей Ом до единиц Ом. Контактная группа установки, моделирующей
фреттинг-коррозию, в этом случае представляла собой сегмент сферы и плоскость. Зависимость увеличения сопротивления контактной
пары от времени фреттинг-коррозии показана
на рис. 1. Горизонтальный график соответствует работе контактной пары в смазке. На рис. 1
видно, что за время 30 мин сопротивление возрастает с 5 мОм до 10 Ом при контактном нажатии 50 г. В работе [2] также исследована зависимость увеличения сопротивления во время фреттинг-коррозии от усилия контактного
нажатия. Установлено, что с ростом усилия увеличивалось и время достижения повышенного
сопротивления. Так, с ростом контактного нажатия в 3 раза время достижения заданного сопротивления при фреттинг-коррозии увеличивалось для оловянной контактной пары примерно в 2 раза.

Рис. 1. Рост сопротивления оловянной
контактной пары с увеличением времени фреттинга

Рис. 2. Схема аппарата, моделирующего фреттинг-коррозию в опытах

В 2007 г. японские ученые Ито, Мацушима,
Таката и Хаттори исследовали явление фреттинг-коррозии применительно к электрическим контактам слаботочных электрических цепей современной цифровой техники [3].
Для моделирования явления использовалась
специальная установка (рис. 2). Конфигурация
контакта показана на рис. 3. Основным предметом исследования здесь стала оценка влияния
толщины дополнительного покрытия контактной пары и усилия контактного нажатия на скорость роста сопротивления при фреттинг-коррозии. Полученные результаты представлены
на рис. 4. Видно, что с увеличением усилия
контактного нажатия в три раза достигнутое
за одно и то же время сопротивление контактной пары уменьшается минимум на порядок.
Что касается толщины защитного покрытия,
то полученный результат вначале обескураживает: с ростом толщины покрытия растет и сопротивление контакта в аналогичных условиях. На самом деле этот вывод не однозначный
и говорит о слабом изучении предмета. Материалы покрытий могут по-разному переносить
фреттинг, поэтому не факт, что в данном случае они являлись защитными.

Рис. 3. Конфигурация контакта

Рис. 4. Рост сопротивления контактной пары в ходе фреттинг-коррозии
при контактном усилии: а) 1 Н; б) 3 Н

Общий вывод, который можно сделать на
основании анализа двух работ — [2] и [3], заключается в установлении зависимости сопротивления при фреттинг-коррозии от усилия
контактного нажатия, толщины пленки защитного покрытия и наличия смазки в контактной зоне.

Интересно, что в работах [2] и [3] не проводилось исследование фреттинга в зависимости
от формы контактирующих поверхностей.
Контактная группа представляла собой пару
«сфера – плоскость», что, после начала испытаний, фактически сводилось к контактированию
по плоскости. И действующий ГОСТ 23.211-80
«Обеспечение износостойкости изделий. Метод
испытаний материалов на изнашивание при
фреттинге и фреттинг-коррозии» предписывает проводить исследования соприкасающихся плоскостей. Классический справочник [4]
дает информацию о степени влияния фреттинга в зависимости от используемых материалов, специфики эксплуатации и условий
окружающей среды. Очевидно, установление
зависимости фреттинг-коррозии от конструктивных особенностей контактов — предмет
дальнейших исследований. Ясно же то, что
фреттинг-коррозия минимизируется с увеличением и оптимизацией усилия нажатия в контактной паре. Авторы справочника [4] также
в качестве профилактических мероприятий
против фреттинг-коррозии рекомендуют минимизировать взаимное перемещение контактов, увеличив силу трения между ними.

В этой связи интересным будет проанализировать конструктивные особенности электрических соединителей по обеспечению и оптимизации усилия контактного нажатия.

Конструктивные особенности создания


контактного нажатия
в электрических соединителях

Упругие элементы — неотъемлемая часть
абсолютного большинства соединителей и упрощенно предназначены для обеспечения соприкосновения токоведущих частей. Токоведущие части любого соединителя состоят из
штыря и гнезда, где и размещаются упругие
элементы. Конструкции контактных устройств
постоянно совершенствуются, но, как правило, упругие элементы представляют собой
пружины различного вида, принципиальное
различие которых заключается в их способе
крепления в штыре или гнезде (таблицы 4.1
и 4.2 [1]). Фактически упругий элемент может
представлять собой либо консольную балку,
закрепленную с одного конца, либо балку, закрепленную с двух сторон. Примером упругого элемента в виде консольной балки может
служить стандартный соединитель с пластинчатой пружиной (рис. 5). Характерный пример упругого элемента в виде балки с двумя
опорами — соединитель с гиперболоидным
гнездом, выполненным в виде корзины, состоящей из натянутых упругих проволок
(рис. 6). При этом проволока гиперболоидного гнезда работает не только на изгиб, но и на
растяжение.

Рис. 5. Соединитель с упругим элементом гнезда
типа консольной балки

Рис. 6. Конструкция гиперболоидного гнезда

Усилие контактного нажатия Pk в контактной паре электрических соединителей в общем случае определяется выражением (1) [5]:

где f — прогиб упругого элемента, м; n — коэффициент пропорциональности, зависящий
от вида балки и точки приложения контактного усилия: он равен 3 для консольной балки и 48 для балки на двух опорах с силой, приложенной в центре; E — модуль упругости 1-го
рода, Н/м2; Ix — момент инерции поперечного сечения упругого элемента, м4; l — активная длина упругого элемента, м.

При анализе выражения (1) становится ясно, что при прочих равных условиях усилие
контактного нажатия, создаваемые упругими
элементами, в 16 раз больше у конструкции
в виде балки на двух опорах с результирующей
силой, приложенной в ее центре. Эта конструктивная особенность позволяет получать гораздо бóльшие контактные усилия, что, в конечном итоге, кардинально влияет на минимизацию вредных последствий фреттинг-коррозии.

Известно несколько принципиальных конструктивных схем упругих элементов электрических соединителей в виде балки на двух
опорах [1], однако схема гиперболоидной корзины имеет, теперь уже по сравнению с ними,
весьма важное преимущество. Оно заключается в гораздо большем числе контактных поверхностей, определяемых числом упругих
проволок корзины.

Важнейшей характеристикой любого соединителя является переходное сопротивление—
сопротивление зоны соприкосновения кон-
тактирующих поверхностей. В общем случае
величина переходного сопротивления соединителя определяется выражением [6]:

Rпер = ρ/2r — для одноточечных контактов,
Rпер = ρ/2rn — для многоточечных контактов,

где ρ — удельное электрическое сопротивление контактного материала, Ом·м; r — радиус контактной поверхности, м; n — число контактных поверхностей.

При прочих равных условиях соединитель
с гиперболоидным гнездом обеспечивает и высокую стойкость к фреттинг-коррозии и минимизирует величину переходного сопротивления, которая к тому же остается стабильной
за счет демпфирования внешних механических воздействий.

Кроме того, при использовании соединителей по предназначению, во время механической вибрации могут происходить локальные
потери контактирования с образованием искровых пробоев воздушных зазоров. Размер
и количество мест электрического пробоя обратно пропорционально зависят от усилия
контактного нажатия в соединителе. Увеличение температуры контактов в местах электрического пробоя является каталитическим фактором, приводящим к ускорению реакции
окисления, что также увеличивает скорость
разрушения от фреттинг-коррозии.

Гиперболоидное гнездо конструктивно состоит из упругих проволок, причем основания, к которым они крепятся, радиально развернуты относительно друг друга. Такая геометрия гнезда позволяет плотно охватить
штырь соединителя по всей его длине, демпфирует внешние механические воздействия
и препятствует образованию воздушных промежутков между контактирующими поверхностями.

С целью исключения потери упругости проволок гиперболоидной корзины, их провисания и ослабления в процессе эксплуатации на
стадии проектирования соединителя рассчитывается и закладывается выполнение простого условия [1]:

где σу — усталостное напряжение материала
пружины, при котором возможна его остаточная деформация—сохранение «растянутого»
состояния после расчленения контактной пары;
σпр — реальное напряжение, действующее
в пружине в момент максимального растяжения; n — коэффициент запаса упругости.
Обычно его выбирают в пределах 1,5–2.

Таким образом, действующие напряжения
значительно меньше усталостных, что и гарантирует исключение остаточных деформаций пружин корзины в течение всего срока
службы соединителя.

Впрочем, такая мера применяется при расчетах упругих элементов любых конструктивов, что и позволяет обеспечивать требуемое
усилие в течение установленного времени эксплуатации.

Заключение

Фреттинг-коррозия продолжает оставаться
уникальным и чрезвычайно мало изученным
феноменом комплексного воздействия внешней среды на электронную (электрическую) аппаратуру различных применений. Многие такие приборы, в частности, медицинские, аэрокосмические, транспортные и т. д., вообще не
должны выходить из строя, так как речь идет
о здоровье и жизни людей. Проведенный в статье анализ позволяет наметить меры противодействия фреттинг-коррозии в сфере электрических соединителей. Предложены способы минимизации последствий фреттинг-коррозии
с помощью конструктивных решений соединителей, так как использование благородных
металлов или усложнение технологии изготовления — меры не оригинальные и дорогостоящие. Возможное решение минимизации фреттинг-коррозии основано на использовании
в электрических соединителях гиперболоидного гнезда. Разработчиком и крупнейшим
производителем соединителей на этой основе является компания Hypertronics Corporation.
Гиперболоидные соединители этой компании применяются в аппаратуре в транспортной, медицинской, аэрокосмической и военной областях. Надежность и эффективность
этих продуктов подтверждается положительными результатами испытаний, эксплуатации, апробированным высоким ресурсом (до
100 000 циклов сочленения/расчленения) [7].

Такой ресурс может быть необходим в следующих приложениях:

  • В системах тестирования электронных компонентов (например, высокостабильных
    кварцевых генераторов, испытывающихся
    в различных режимах) в системах входного контроля производств радиоэлектронной промышленности.
  • На испытательных станциях предприятий,
    где приборы РЭА проходят испытания на
    влияние ВВФ.
  • В медицинских приборах и системах: физиотерапия, мониторы контроля состояния
    пациентов, аппараты магниторезонансной
    томографии и т. д.

Литература

  1. Белоусов А. К., Савченко В. С. Электрические разъемные контакты в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Энергия, 1967.
  2. Bock E. M., Whitley J. H. Fretting Corrosion in
    Electric Contacts. Prepared for Presentation at
    the Twentieth Annual Holm Seminar on Electrical
    Contacts. October 29–31, 1974.
  3. Ito T., Matsushima M, Takata K., Hattori Y.
    Factors Influencing Fretting Corrosion of Tin
    Plated Contacts // SEI Technical Review. No 64.
    April, 2007.
  4. Коррозия. Справочное изд. / Под ред.
    Л. Л. Шрайера, пер. с англ. М.: Металлургия,
    1981.
  5. Левин А. П. Контакты электрических соединителей радиоэлектронной аппаратуры
    (Расчет и конструирование). М.: Советское
    радио, 1972.
  6. Лярский В. Ф., Мурадян О. Б. Электрические соединители / Справочник. М.: Радио
    и связь, 1988.
  7. www.hypertronics.com

Фреттинг-коррозия (логические модели формирования повреждений)

1. Морозов Е.М., Зорин М.В. Контактные задачи механики разрушения. М.: Машиностроение, 1999.

2. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. М.: Металлургия, 1975.

3. Лукасевич Б.И., Трунов Н.Б., Драгунов Ю.Г., Давиденко С.Е. Парогенераторы реакторных установок ВВЭР для атомных электростанций. М.: Академкнига, 2004.

4. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976.

5. Коррозионная стойкость реакторных материалов. Справочник /В.В. Герасимов, ред. М.: Атомиздат, 1966.

6. Горбатых В.П. Начала коррозиологии // Вестник МЭИ. 2006. № 5. С. 11—16.

7. Горбатых В.П., Иванов С.О. Дислокационноводородная модель коррозионного растрескивания под напряжением // Надежность и безопасность энергетики. 2012. № 2 (17). С. 50—54.

8. Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита от коррозии. М.: Металлургия, 1974.
#
1. Morozov E.M., Zorin M.V. Kontaktnye zadachi Mekhaniki Razrusheniya. M.: Mashinostroenie, 1999. (in Russian).

2. Novikov I.I. Defekty Kristallicheskogo Stroeniya Metallov. M.: Metallurgiya, 1975. (in Russian).

3. Lukasevich B.I., Trunov N.B., Dragunov Yu.G., Davidenko S.E. Parogeneratory Reaktornykh Ustanovok VVER dlya Atomnykh Elektrostantsiy. M.: Akademkniga, 2004. (in Russian).

4. Zhuk N.P. Kurs Teorii Korrozii i Zashchity Metallov. M.: Metallurgiya, 1976. (in Russian).

5. Korrozionnaya Stoykost’ Reaktornykh Materialov. Spravochnik /V.V. Gerasimov, red. M.: Atomizdat, 1966. (in Russian).

6. Gorbatykh V.P. Nachala Korroziologii. Vestnik MPEI. 2006;5:11—16. (in Russian).

7. Gorbatykh V.P., Ivanov S.O. Dislokatsionnovodorodnaya Model’ Korrozionnogo Rastreskivaniya pod Napryazheniem. Nadezhnost’ i Bezopasnost’ Energetiki. 2012;2 (17):50—54. (in Russian).

8. Gutman E.M. Mekhanokhimiya Metallov i Zashchita ot Korrozii. M.: Metallurgiya, 1974. (in Russian).

Как распознать фреттинг-коррозию и что с этим делать

Скотт Эзертон

Скотт Эзертон / Генеральный директор / Wind Driven LLC

Вопрос: Как быстрее всего найти слабые места в механической конструкции?
Ответ: Установите в ветряную турбину.

Это не шутка. Спектры нагрузок в ветряных турбинах уникальны. Значительные колебания скорости ветра вызывают широкий диапазон крутящего момента вала, движения гондолы и неисправностей, которые приводят к высокочастотным вибрациям, ударным нагрузкам и реверсам крутящего момента.Таким образом, в дополнение к усталостным режимам микропиттинга, осевого растрескивания и выкрашивания, почти постоянные изменения ускорения подвергают ветряные турбины хорошо изученному, очень разрушительному, но малоизвестному виду износа: фреттинг-коррозии.

Ищите фреттинг-коррозию в этих местах ветряной турбины.

Фреттинг-коррозия влияет на многие критически важные системы ветряных турбин. Фактически, это может быть их наиболее распространенный неуталостный режим разрушения. В отличие от химической коррозии открытых внешних поверхностей, фреттинг происходит в зоне контакта двух и более деталей под давлением.Сюда входят болтовые соединения, зубья шестерен, роликовые подшипники и детали с натягом.

Фотография из четырех панелей иллюстрирует разрушительную силу фреттинга в коробке передач ветряной турбины (WT). При разборке вышедшего из строя редуктора мы неожиданно обнаружили дополнительную поломку. В шпоночной канавке вала было обнаружено несколько крупных трещин, вызванных фреттинг-коррозией. Это был потрясающий опыт. С тех пор я внимательно следил за появлением фреттинг-коррозии, особенно во время гарантийных осмотров.

Фреттинг-коррозия возникает при:

• Две металлические поверхности находятся в прямом контакте.

• Вибрация вызывает повторяющиеся мелкие колебательные движения между поверхностями.

• Прижимное давление, достаточное для срезания мельчайших выступов во время вибрации.

• Кислород присутствует в воздухе или растворен в смазочных материалах.

Портативное рентгеновское дифракционное оборудование (слева) от Olympus снизило стоимость испытаний на фреттинг-коррозию.Оборудование (слева) показывает несколько необходимых инструментов и принадлежностей. Прибор предоставляет много информации (справа), но наиболее важным является то, что образец состоит на 55% гематита, 30% магнетита и 15% железа.

Истирание также возникает как в смазанных, так и в бессмазочных соединениях.

Когда присутствует смазка, фреттинг принимает относительно мягкую форму ложного бринеллинга. Крошечные кусочки железа, срезанные с шероховатой поверхности, окисляются. Особым видом производимого оксида железа является магнетит, черный и сильно магнитный материал.

• При отсутствии смазки в результате фреттинг-коррозии образуется гематит, высокоабразивный вид оксида железа. Гематит представляет собой мелкозернистый порошок от красноватого до красно-коричневого цвета. Он используется в коммерческих целях для полировки драгоценных камней и широко известен как «румяна для ювелиров».

Но что делает эти два оксида железа такими абразивными, и почему гематит так опасен, а магнетит относительно безвреден? Ответ кроется в форме атомных связей и форме кристаллов.

Здесь нас интересуют две из трех форм атомной связи:

• Ионная связь: молекулы и кристаллы образуются, когда атомы, стремящиеся получить электроны, встречаются с атомами, стремящимися отказаться от электронов.Большинство абразивов представляют собой соединения с ионной связью.

• Металлическое соединение: молекулы и кристаллы образуются, когда все атомы металла получают выгоду от постоянного перемещения электронов по куску металла.

Ионные связи являются прочными и сильно направленными, в результате чего получаются твердые, чрезвычайно жесткие и прочные материалы. Они также неэластичны, хрупки и не обладают прочностью, необходимой для сопротивления растрескиванию. Эти характеристики делают ионно-связанные материалы самозатачивающимися, поэтому, когда они ломаются, а не изгибаются или деформируются, они образуют более острые края и углы.Сравните это с металлическими связями, которые являются прочными, но не очень направленными. В результате получаются твердые материалы, обладающие эластичностью, пластичностью и вязкостью, но уязвимые к истиранию.

Болты поворотной платформы вышли из строя из-за фреттинг-коррозии из-за конструктивного дефекта.

Как гематит, так и магнетит имеют твердость по шкале Мооса, равную приблизительно 6 единицам твердости лезвия ножа. Причина, по которой гематит является таким абразивным, заключается в форме его кристаллов, как показано на иллюстрации. Как форма влияет на абразивность.

Рентгеновская дифракция – это окончательный метод идентификации гематита и магнетита, например, во время гарантийного обслуживания. Стоимость в настоящее время составляет около 750 долларов США за образец из-за оборудования. Однако недавно, используя технологию, лицензированную НАСА, Olympus разработал два относительно доступных продукта в настольной и портативной версиях. Эти инструменты удобны в использовании, и на их освоение уходит всего несколько часов. На фотографии выше показана портативная версия, используемая в полевых условиях, и результаты анализа проб WT.Ось x графика – это углы дифракции рентгеновских лучей от плоскостей кристаллической решетки, которые однозначно идентифицируют материал. Ось ординат – интенсивность. Вертикальные зеленые линии обозначают гематит, красная – магнетит, синяя линия – железо.

Неисправные болты на угловых кронштейнах являются еще одним примером истирания компонентов WT. В каждом случае фреттинг приводит к истиранию материала болтового соединения. По мере износа материала рыхлость увеличивается, а вместе с ней увеличивается и скорость истирания материала при трении.Поэтому раздражение часто само по себе.

Болты накапливают упругую потенциальную энергию при затяжке или затяжке. Более длинные и более прочные болты накапливают больше энергии и сопротивляются расшатыванию из-за истирания. Эта энергия сохраняется за счет упругого растяжения болта примерно на 0,1% или 0,001 дюйма. на дюйм длины болта. Независимо от того, затянутый или растянутый, запасенная упругая энергия известна как предварительный натяг. Этот предварительный натяг позволяет болтам выдерживать очень изменчивый спектр нагрузок, характерный для WT. Так что подумайте: если раздражение стирается всего на 0.005 дюймов, 10 дюймов Болт теряет половину своего предварительного натяга и в конечном итоге изнашивается и выходит из строя.

Вот несколько методов уменьшения фреттинг-коррозии болтовых соединений:

• В недавно установленных WT повторно затяните все критически важные крепежные детали трансмиссии через несколько сотен часов, чтобы компенсировать ослабление крепежа, болтовых компонентов, а также краски и покрытий.

• Увеличьте момент затяжки. Используйте калибровку крутящего момента-натяжения, чтобы избежать чрезмерной затяжки и убедиться, что используемый крутящий момент создает необходимый предварительный натяг.

• Используйте прямое натяжение, а не затягивание.

• При затяжке болтов уменьшите вариабельность их предварительного натяга, нанеся противозадирный состав на резьбу. Требуемый крутящий момент будет намного ниже, чем у сухих болтов. Поэтому, чтобы болты не деформировались, используйте инструмент для калибровки крутящего момента к натяжению.

• Используйте проставки для увеличения длины болта. Более длинные болты уменьшают потерю предварительного натяга, так как истирание приводит к истиранию материала болтового соединения, что продлевает срок службы болтовых соединений, подверженных фреттинг-коррозии.

• Используйте фрикционные прокладки, чтобы уменьшить относительное движение между сопрягаемыми поверхностями и, следовательно, инициирование или скорость фреттинг-износа. Это тонкие прокладки из легированной стали, заделанные улучшающими трение частицами, такими как корунд, карбид вольфрама или алмаз.

• Используйте герметики, чтобы исключить доступ кислорода.


В рубрике: Болты и болты, Обучение
С тегами: Wind powered LLC

Различные типы коррозии: Фреттинг-коррозия

EC Сезонные трещины Каустик Охрупчивание SSC LME MIC SCC HB-HE-HIC Усталость Эрозия Фреттинг Блуждающий ток Индекс

Признание беспокойства Коррозия


Что такое фреттинг-коррозия? Раздражение Коррозия относится к износу на границе раздела между контактирующие поверхности в результате коррозии и небольших колебаний соскальзывать между двумя поверхностями.

Фреттинг-коррозия ожидается во многих детали, которые предназначены не для скольжения друг о друга, а при наличии вибрации и колебаний давления, эти части скользят по каждой другие, такие как болтовые или заклепанные детали, которые вибрируют.

Механизмы фреттинга Коррозия


Что вызывает фреттинг-коррозию?

Фреттинг-коррозия – серьезное коррозионное износ, который происходит к сильно нагруженным поверхностям, которые лишь слегка, но часто двигаются по друг с другом.Фреттинг-коррозия отличается от обычного износа тем, что происходит быстро с небольшим движением.

Предотвращение раздражения Коррозия


Как предотвратить фреттинг-коррозия? Фреттинг-коррозию можно предотвратить за счет:

  • Смазать поверхности

  • Регулярно проверяйте и поддерживайте смазку

Подробнее о Фреттинг-коррозия


Более подробная информация о фреттинг-коррозии содержится в следующих документах. курсы коррозии, которые вы можете пройти как внутренние учебные курсы, курс по запросу, онлайн курсы или дистанция курсы обучения:

Коррозия и ее предотвращение (5-дневный модуль)
Коррозия, металлургия, анализ отказов и Профилактика (5 дней)
Морская коррозия, причины и профилактика (2 дня)
Выбор материалов и коррозия (5 дней)
Нержавеющие стали и сплавы: Почему они противостоят коррозии и почему они не работают (2 дня)

Если вам требуется свидетельство эксперта по коррозии или консультация по коррозии на фреттинг-коррозия, наш сертифицированный специалист по коррозии NACE может вам помочь.Свяжитесь с нами, чтобы узнать цену.

Дом | Предметный указатель | Контакт Нас | PDF

Авторские права 1995-2021. Все права защищены.

Фреттинг и коррозия | Осмотр подшипников после эксплуатации | Практическое руководство. Обращение и последующий уход: уход и техническое обслуживание подшипников

Фреттинг и фреттинг-коррозия | Осмотр подшипников после эксплуатации | Практическое руководство. Обращение и последующий уход: уход и техническое обслуживание подшипников | Продукция и технологии | NTN Global

НА ГЛАВНУЮ> Продукты и технологии> Практическое руководство: обращение и последующий уход: уход и техническое обслуживание подшипников> Проверка подшипников после работы> Фреттинг и коррозия

Фреттинг-коррозия

Состояние

  • Фреттинг-поверхности изнашиваются, образуя частицы красного цвета ржавчины, образующие пустоты.
  • На поверхности дорожки качения образуются вмятины, называемые ложным бринеллингом, на расстоянии, равном расстояниям, соответствующим телам качения.

Причина

  • Если на контактирующие элементы воздействует вибрационная нагрузка, приводящая к колебаниям небольшой амплитуды, смазка вытесняется из контакта, и детали значительно изнашиваются.
  • Угол качания подшипника небольшой.
  • Плохая смазка (без смазки)
  • Колеблющаяся нагрузка
  • Вибрация при транспортировке

Решение

  1. Внутреннее и внешнее кольца следует упаковывать отдельно для транспортировки. Если подшипники неразборные, необходимо предварительно нагружать их.
  2. Используйте масло или консистентную смазку, если подшипники используются для колебательного движения.
  3. Заменить смазку

Состояние

Причина

  • Вибрация, прогиб вала, ошибка установки, неплотная посадка.

Решение

  1. Фиксировать вал и корпус
  2. Улучшить посадку

  • Кольцо внутреннее цилиндрического роликоподшипника.
  • Гофрированный резец по всей окружности дорожки качения.
  • Причина в вибрации.

  • Кольцо внутреннего радиального шарикоподшипника.
  • Истирание по всей окружности дорожки качения.
  • Причина в вибрации.

  • Кольцо наружное роликоподшипника цилиндрического
  • Фреттинг-ржавчина на поверхности внешнего диаметра

  • Кольцо наружное конического роликоподшипника
  • Фреттинг-ржавчина на поверхности внешнего диаметра

Предотвращение фреттинг-коррозии ортопедических устройств

В то время как имплантация ортопедических устройств часто приносит облегчение существующему состоянию здоровья, вторичный отказ из-за коррозии и образующийся продукт коррозии может обратить вспять положительные результаты.

Тестирование на биосовместимость помогает гарантировать, что материалы, включая нержавеющую сталь, PEEK (полиэфирэфиркетон), полиэтилен, титан и хром кобальт, безопасны для имплантации. Однако, поскольку эти материалы со временем начинают взаимодействовать с физиологической средой человека, это взаимодействие может привести к ускоренному отказу или диссоциации имплантатов, отторжению имплантата иммунной системой или отравлению из-за повышенных уровней ионов металлов в организме.

«Фреттинг-коррозия» вызывает особую озабоченность в многокомпонентных устройствах.Когда два компонента находятся в контакте друг с другом, циклическая нагрузка может вызвать микродвижение между сопрягаемыми поверхностями. Это колебательное движение может вызвать локальную деформацию, удаление материала и перенос, известный как фреттинг. Характеристики окружающей среды, включая повышенную температуру, жидкую электролитическую среду с ненейтральным pH и различия в химическом составе материалов, могут увеличить вероятность химического воздействия или коррозии на одной или обеих поверхностях. Фреттинг и коррозия сочетаются друг с другом, что приводит к возникновению фреттинг-коррозии.

Модульные интерфейсы являются центральной конструктивной особенностью многих полных замен суставов и часто имеют резьбу или конус. Геометрические допуски, обработка поверхности, моменты фиксации и сборочные усилия оказывают значительное влияние на характеристики этих соединений. Кроме того, многие из этих сопрягаемых поверхностей представляют собой разнородные материалы, которые могут создавать неблагоприятные условия для коррозии, износа и образования мусора, который может мигрировать в окружающие ткани.

Испытание продукта на усталость позволяет оценить общие механические характеристики имплантата в лабораторных условиях, но обычно требуются дополнительные испытания и анализ для оценки условий коррозии, которые могут привести к разрушению in vivo.Такие дополнительные обследования не ограничиваются ортопедией; Испытания на электрохимическую коррозию часто выполняются на других устройствах, таких как стенты, в эндоваскулярной промышленности. В соответствующих руководящих документах FDA изложены требования к тестированию, когда стенты перекрываются или когда необходимо учитывать извилистость. Эта статья будет посвящена анализу фреттинг-коррозии, который обычно выполняется на устройствах для артропластики плеча, колена и бедра.

Каковы признаки фреттинг-коррозии?
  • Деформация поверхностей – Появление сплющенных, грибовидных или иным образом деформированных следов обработки.Под увеличением даже на гладких поверхностях появляются выступы и впадины. Даже несмотря на то, что номинальное напряжение между двумя поверхностями может быть небольшим, выступы подвержены контакту с неровностями, что может временно создавать высокие напряжения, приводящие к деформации выступов.
  • Перенос материала – Удаление материала с одной поверхности приводит к образованию мусора, который прилипает к другой поверхности. Он может быть механическим по своей природе и генерироваться из-за микродвижения между двумя поверхностями, любым материалом (если он отличается), или он может возникать из-за процессов химического восстановления и окисления, которые вызывают коррозионный перенос материала с одной поверхности на другую.Это также может быть комбинация этих процессов.
  • Обесцвечивание – Изменение цвета поверхности может произойти из-за фреттинг-коррозии. Продукт коррозии обычно бывает черным или зеленым. Изменение цвета зависит от материала и текучей среды.
  • Образование мусора – В зависимости от размера и количества образующегося мусора могут наблюдаться изменения цвета жидкой среды и видимое присутствие мусора. Прозрачные растворы могут по-прежнему содержать значительные количества высвободившегося материала в виде ионов металлов, которые поддаются количественной оценке с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) или других методов контроля.
Нормативные требования

При представлении результатов испытаний в регулирующий орган, такой как FDA, часто требуется выполнить анализ фреттинг-коррозии для оценки возможности отказов и образования ионов. В этой статье описываются методы и анализы, которые могут быть выполнены для обеспечения тщательной программы исследовательских испытаний, направленных на устранение проблем истирания и коррозии, а также предоставление объективных свидетельств для демонстрации безопасной работы.

Существует несколько стандартов испытаний, которые были созданы для оценки фреттинг-коррозии и образования мусора.

  • ASTM F1814 – Стандартное руководство по оценке модульных компонентов тазобедренных и коленных суставов
  • ASTM F1875 – Стандартная практика испытаний на фреттинг-коррозию модульных стыков имплантатов: стыковка головки бедра и конуса конуса
  • ASTM F897 – Стандартный метод испытаний для измерения фреттинг-коррозии пластин и винтов для остеосинтеза

Руководящие документы FDA также содержат рекомендации по испытаниям модульного соединения, истиранию и коррозии наряду с усталостными свойствами устройства.

Что именно вам следует искать? Существуют разные способы оценки модульных соединений, некоторые количественные и некоторые качественные. Что важно, так это то, что независимо от анализа предоставляются адекватные фотографические доказательства, подтверждающие наблюдения (или их отсутствие). Регулирующие органы и производители используют эти доказательства, чтобы оценить, прошло ли устройство достаточное тестирование, каков общий риск и как устройство сравнивается с уже одобренными устройствами на рынке.

Метод испытаний

Образцы для испытаний очищают и собирают в соответствии с хирургической техникой производителя. Затем проводят испытание на механическую усталость в физиологическом растворе или растворе бычьей сыворотки для моделирования условий in vitro. Раствор заключен в полимерную втулку вокруг интересующего соединения. Это предпочтительно, так как ограничивает любое загрязнение от внешних факторов (арматура, цемент и т. Д.), Но может быть осуществимо не во всех конфигурациях. Испытательная сборка может быть полностью подвержена воздействию раствора, но следует позаботиться о том, чтобы никакие внешние загрязнения не могли попасть в испытательную камеру, а крепление должно быть спроектировано так, чтобы ограничить количество материалов, которые могут взаимодействовать с испытательным образцом.Очень важно строго контролировать параметры теста, чтобы исключить любые переменные.

0,9% физиологический раствор PBS нагревают до 37 ° C, а затем прикладывают механическую усталостную нагрузку, обычно в условиях изгиба консоли. По завершении жидкость собирается, камера ополаскивается, чтобы гарантировать улавливание любых твердых частиц, и образец разбирается. Следует проявлять осторожность, чтобы гарантировать, что поверхности не будут повреждены инструментами или пост-тестовым обращением. Силы разборки могут быть оценены, чтобы помочь определить, были ли приложенные крутящие моменты или силы адекватными, а также определить, есть ли проблема с блокировкой.Например, резьбовое соединение может полностью ослабнуть в зависимости от износа и направления нагрузки.

Фреттинг-износ в смазанных системах

Фреттинг-износ – это поверхностное повреждение, которое возникает между двумя контактирующими поверхностями, испытывающими циклическое движение (колебательное тангенциальное смещение) небольшой амплитуды. В местах контакта смазка выдавливается, что приводит к контакту металла с металлом.

Поскольку движение с малой амплитудой не позволяет повторно смазать контактную поверхность, может произойти серьезный локальный износ.Этот тип износа дополнительно способствует двухчастному абразивному износу, адгезии и / или усталостному износу (форма поверхностной усталости).

Когда истирание происходит в коррозионной среде, истирание оксидных пленок и повышенная абразивность более твердых окисленных частиц износа имеют тенденцию к значительному ускорению износа. Когда коррозионная активность отчетливо видна, о чем свидетельствует цвет частиц мусора, процесс называется фреттинг-коррозией.

Фреттинг-износ

Фреттинг-износ также известен как вибрационный износ, истирание, усталость, окисление из-за износа, окисление при трении, ложное бринеллирование, молекулярное истирание, фреттинг-усталость и коррозия.

Поскольку практически все машины вибрируют, истирание происходит в болтовых, шарнирных, запрессованных, шпоночных и заклепочных соединениях; между компонентами, которые не предназначены для перемещения; в качающихся шлицах, муфтах, подшипниках, муфтах, шпинделях и уплотнениях; а также в опорных плитах, универсальных шарнирах и скобах.

Фреттинг вызывает усталостные трещины, которые часто приводят к усталостному разрушению валов и других компонентов, подверженных высоким нагрузкам.

Фреттинг-износ представляет собой тип износа «поверхность-поверхность», на который в значительной степени влияют амплитуда смещения, нормальная нагрузка, свойства материала, количество циклов, влажность и смазка.

Процесс истирания при истирании

Циклическое движение между контактирующими поверхностями является неотъемлемой частью всех видов фреттинг-износа. Это комбинированный процесс, который требует, чтобы поверхности соприкасались и подвергались колебаниям небольшой амплитуды.

В зависимости от свойств материала поверхностей клей, двухкомпонентное истирание и / или твердые частицы могут образовывать частицы износа. Частицы износа отделяются и становятся измельченными (раздробленными), а механизм износа изменяется на трехчастичное истирание, когда закаленные частицы начинают удалять металл с поверхностей.

Фреттинг-износ возникает в результате следующей последовательности событий:

  1. Приложенная нормальная нагрузка вызывает прилипание неровностей, а тангенциальное колебательное движение срезает неровности и создает накапливающиеся частицы износа.

  2. Сохранившиеся (более твердые) неровности в конечном итоге воздействуют на гладкие более мягкие поверхности, заставляя их подвергаться пластической деформации, создавать пустоты, распространять трещины и срезать листы частиц, которые также накапливаются в углубленных частях поверхностей.

  3. Как только частицы накапливаются достаточно, чтобы покрыть зазор между поверхностями, происходит абразивный износ, и зона износа распространяется вбок.

  4. По мере того как адгезия, расслоение и абразивный износ продолжаются, частицы износа больше не могут удерживаться в начальной зоне и уходят в окружающие впадины.

  5. Поскольку максимальное напряжение находится в центре, геометрия становится искривленной, образуются микролунки, которые сливаются в более крупные и глубокие ямки.Наконец, в зависимости от смещения тангенциального движения на одной или обеих поверхностях могут образовываться червячные следы или даже большие трещины.

По мере упрочнения поверхностей скорость абразивного износа снижается. Наконец, наблюдается постоянная скорость износа, которая показывает, что все соответствующие режимы износа работают в сочетании.

Характеристики фреттинг-износа

Ключевым фактором фреттинг-износа является механически нагруженная граница раздела, подверженная небольшому колебательному движению.Относительное движение, необходимое для нанесения ущерба, может быть довольно небольшим – всего один микрометр, но чаще всего составляет около нескольких тысячных долей дюйма. Коэффициент износа зависит от амплитуды колебаний.

Очень небольшой износ происходит при амплитудах ниже 100 микрометров, как показано на Рисунке 1.


Рис. 1. Фреттинг-износ в зависимости от амплитуды скольжения 1

При скольжении ниже 100 микрометров зарождение и распространение трещин, которые приводят к образованию остатков износа, слишком малы, чтобы их можно было обнаружить.Скатывание обломков износа при такой степени колебаний, по-видимому, вызывает такую ​​низкую скорость износа.

При высоких амплитудах прямое истирание поверхности раздела твердыми частицами (оксидом или закаленными частицами) приводит к значительному износу. При больших амплитудах колебаний коэффициент фреттинг-износа примерно такой же, как и при однонаправленном износе.


Рис. 2. Фреттинг-износ в зависимости от времени работы 2

Изменения нормальной нагрузки обычно влияют на фреттинг-износ.Хотя пользователи оборудования часто предполагают, что высокие нормальные нагрузки будут достаточно гасить вибрацию, чтобы уменьшить трение, увеличение площади контакта приводит к большему взаимодействию с поверхностью, которое имеет тенденцию перевешивать этот эффект. Следовательно, увеличение нагрузки или удельного давления приводит к более высокой скорости износа, как показано на Рисунке 3.


Рис. 3. Фреттинг-износ в зависимости от нормальной удельной нагрузки 3

Три отдельных механизма вызывают фреттинг-износ: адгезия, усталость от тяги и расслоение (двухчастное истирание).Перенос металла может иметь место, а может и не состояться. Пластическая деформация геометрически изменяет поверхности, и создаются участки с высокой нагрузкой, площадь которых измеряется квадратными миллиметрами.

Материал, соответствующий этим несущим областям, сильно упрочнен и приводит к образованию новой структурной фазы. Эти закаленные области являются хрупкими, склонными к растрескиванию и фрагментации и образуют металлические частицы износа и частицы, имеющие начальные размеры около одного микрометра.


Рисунок 4. Влияние частоты на фреттинг-повреждение мягкой стали

Фреттинг-коррозия

Другой аспект процесса фреттинга – это влияние влажности на скорость фреттинга. Износ в результате фреттинга существенно снижается для большинства пар трения (металлов) по мере увеличения относительной влажности от нуля до 50 процентов.

Износ во влажных условиях всегда менее серьезен, поскольку содержащаяся в воздухе влага создает своего рода смазочную пленку между поверхностями.В некоторых случаях влага позволяет мягким гидратам железа образовываться вместо более твердого и абразивного Fe3O4, магнетита, магнитного оксида железа.

Хотя истирание может происходить в инертной среде, такая среда не является нормальной. Даже в условиях полной смазки минеральные масла, находящиеся в атмосфере, содержат не менее 10 процентов воздуха, поэтому кислород присутствует на всех парах трения или изнашиваемых поверхностях раздела. Изнашиваемые поверхности и остатки износа обычно содержат большое количество оксидов, что дает название «фреттинг-коррозия».”

Раньше фреттинг-износ обычно назывался фреттинг-коррозией, потому что окисление якобы было решающим фактором, вызывающим истирание. Фактически, наличие продуктов окисления было готовым средством идентификации процесса фреттинга.

Сегодня инженеры понимают, что истирание происходит в материалах, которые не окисляются, таких как кубический оксид, золото и платина. Хотя окисление не вызывает истирания в большинстве обычных материалов, удаление остатков износа оставляет чистый металл открытым для атмосферы, и обычно происходит окисление.

Убедительные визуальные доказательства подтверждают идею о том, что оксидные пленки образуются и впоследствии соскабливаются. Металлические поверхности в области резьбы слегка обесцвечиваются. Цвет частиц износа зависит от типа основного материала; продукт коррозии алюминия белый, но при трении он становится черным, продукт коррозии стали серым, а при трении он становится красновато-коричневым.

Второй аспект, поддерживающий эту идею, – это увеличение скорости износа.Когда истирание происходит в инертной среде, скорость износа значительно ниже, чем в тех случаях, когда условия вызывают образование и соскабливание оксидной пленки.

Поскольку влияние частоты на износ зависит от амплитуды, необходимо определить два типа фреттинг-износа в соответствии с амплитудой колебаний. Первый тип фреттинга – это фреттинг-коррозия или износ, как обсуждалось ранее. Второй тип фреттинга, при котором удаляется меньше материала, называется фреттинг-усталостью или тяговым утомлением.

Фреттинг-усталость

При фреттинг-усталости поверхностные трещины возникают и распространяются, удаляя материал. Амплитуда небольшая. Если амплитуда скольжения увеличивается, явление фреттинг-усталости может исчезнуть, поскольку фронт износа начинает продвигаться достаточно быстро, чтобы удалить возникшие трещины до их распространения.

Твердость поверхности играет ключевую роль в ограничении фреттинг-усталости. Если обе поверхности твердые, неровности будут свариваться с последующим срезанием стыков, переносом материала и образованием частиц износа.

Если твердая поверхность соприкасается с мягкой, вероятно возникновение фрикционно-усталостного износа. Более твердая из двух поверхностей создает достаточное сцепление, чтобы вызвать пластическую деформацию более мягкой поверхности и высвобождение частиц за счет зарождения подповерхностных пустот, распространения трещин и последующей потери материала поверхности.

Когда одна поверхность намного тверже и грубее и приводится в движение меньшим тяговым усилием, неровности будут вдаваться в противоположную поверхность, вызывая серьезное истирание и похожие на проволоку частицы износа.

Влияние смазки на фреттинг

Кажется, что фреттинг развивается быстрее в парах трения, которые имеют гладкую поверхность и плотную посадку. Смазочные материалы не проникают в участки износа с небольшими зазорами (описанными как плотная посадка). Кроме того, гладкая поверхность устраняет карманы, удерживающие смазку между неровностями на более шероховатых поверхностях.

В этих условиях может быть достигнуто только граничное условие смазки, непрерывное взаимодействие поверхностей, смачиваемых маслом.Смазочные материалы не всегда эффективны, потому что возвратно-поступательное действие выдавливает смазочную пленку и не позволяет ей восполняться.

В большинстве случаев смазка предназначена для предотвращения попадания кислорода на поверхность фреттинга и на частицы износа. Жидкие смазочные материалы с эффективными присадками-дезактиваторами металлов могут помочь уменьшить эффект фреттинга, но вряд ли полностью остановят фреттинг.

Список литературы

  1. Холлидей, Дж. Конференция по смазке и износу , Proc. I. Mech. E, London, 1957. p. 640.

  2. Feng, I. and Rightmire, B. Proc. Я . Мех. E. 170, 1055, 1956.

  3. Липсон, К. Учет износа при проектировании . Прентис-Холл, Энглвуд-Клиффс, Нью-Йорк, 1967.

От редакции
Эта статья изначально появилась как глава в E.Книга C. Fitch, Проактивное обслуживание механических систем . 1992.

Механизм фреттинг-коррозии | J. Appl. Мех.

Обзор фактов показывает, что механизм фреттинг-коррозии включает химический фактор и механический фактор, при этом наблюдаемые повреждения, как правило, возникают в результате обоих. Считается, что трение о неровности металлической поверхности приводит к образованию следов чистого металла, который немедленно окисляется или на котором быстро адсорбируется газ.Следующая неровность стирает оксид или инициирует реакцию металла с адсорбированным газом с образованием оксида. Это так называемый химический фактор фреттинга. Кроме того, под поверхностью образуются неровности, вызывающие определенный износ из-за сварки или сдвига, при котором частицы металла смещаются. Это механический фактор фреттинга. Считается, что металлический мусор, образующийся при трении, не окисляется самопроизвольно, как предполагает теория молекулярного истирания, а вместо этого частично превращается в оксид железа за счет вторичного истирающего действия частиц, трущихся о себя или соседние поверхности.Это объясняет тот факт, что Fe 2 O 3 обнаружено с помощью рентгеновских лучей как основной продукт коррозии, а металлическое железо присутствует, если вообще присутствует, только в очень небольшом количестве. Количественное выражение для фреттинг-коррозии, полученное на основе вышеупомянутой модели для относительно больших значений нагрузки, частоты и скольжения, составляет

Вт (всего) = (k0L1⁄2-k1L) Cf + k2lLC

, где W – образец. потеря веса, L – нагрузка, C – количество циклов, f – частота, l скольжение и k 0 , k 1 и k 2 – константы.Первые два члена представляют собой химический фактор фреттинг-коррозии, а третий член – механический фактор. Соответственно, уравнение предсказывает, что потеря веса от истирания и коррозии является гиперболической функцией частоты, параболической с нагрузкой и линейной с количеством циклов или величиной скольжения. Кроме того, термины, связанные с частотным эффектом, исчезают при подавлении химического фактора, как это наблюдается при проведении испытаний на истирание в азоте. Эти выводы подтверждаются отчетными данными.Кроме того, рассчитанная константа скорости реакции окисления свежеобразованной поверхности железа, полученная из данных по фреттингу, является разумной и находится между двумя независимо наблюдаемыми значениями. В наших экспериментах химический фактор или фактор коррозии находится в пределах от 6 до 78 процентов от общего наблюдаемого фреттинг-повреждения, в зависимости от условий испытания. Меры по исправлению положения изложены в свете данных и предлагаемого механизма.

(PDF) Фреттинг-коррозия в биомедицинских имплантатах

422 Трибокоррозия пассивных металлов и покрытий

Woodhead Publishing Limited

Woodhead Publishing Limited; Пробная копия не для публикации

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

130002 130002

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

000

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

© Woodhead Publishing

, 2011

«Податливость упругих тел при контакте ASME – Serie E», журнал

прикладной механики, 16, 259–268.

Миндлин Р.Д., Дересевич Х. (1953), «Упругие сферы, контактирующие под изменяющимся наклоном

сил, ASME Serie E», Журнал прикладной механики, 20, 327–344.

Мишлер С. (2008), «Трибоэлектрохимические методы и методы интерпретации в трибокоррозии

: сравнительная оценка», Tribology International, 41, 573–583.

Mischler S, Ponthiaux P (2001), «Круговой алгоритм комбинированных электрохимических и фрикционных испытаний

контактов из оксида алюминия / нержавеющей стали в серной кислоте», Wear, 248, 211–225.

Мишлер С., Россет Э., Стаховяк Г. В., Ландольт Д. (1993a), «Влияние концентрации серной кислоты

на скорость трибокоррозии железа», Wear, 167, 101–108.

Мишлер С., Россет Э.А., Ландольт Д. (1993b), «Влияние коррозии на износостойкость

пассивирующих металлов в водных растворах», Tribology Series, 25, 245–253.

Окадзаки Ю., Гото Э (2005), «Сравнение высвобождения металлов из различных металлических биоматериалов

in vitro», Биоматериалы, 26, 11–21.

Olmedo DG, Duffó G, Cabrini RL, Guglielmotti MB (2008), «Местный эффект коррозии имплантата титана

: экспериментальное исследование на крысах», International Journal of Oral и

Maxillofacial Surgery, 37, 1032–1038.

Олссон С.О.А., Ландольт Д. (2003), «Пассивные пленки на нержавеющих сталях – химия, структура

и рост», Electrochimica Acta, 48, 1093–1104.

Папагеоргиу И., Браун С., Шинс Р., Сингх С., Ньюсон Р., Дэвис С., Фишер Дж, Ингхэм Э.,

Case CP (2007), «Влияние нано- и микронных частиц кобальта-хрома

Сплав

на человеческих «бробластах in vitro», Биоматериалы, 28, 2946–2958.

Пауль Дж. П. (1976), Нагрузка на нормальные тазобедренные и коленные суставы и замены суставов, в

Достижения в технологии тазобедренных и коленных суставов, М. Шалдах и Д. Хохманн (ред.),

Springer-Verlag, Берлин, 53–70.

Пелье Дж., Геринджер Дж., Форест Б. (2011), «Влияние ионной силы во время фреттинг-коррозии на контакт

« модель »: ПММА-нержавеющая сталь. Применение к ортопедическим имплантатам », PPUR:

Presses Polytechnic et Universitaires Romandes, на рассмотрении.

Ponthiaux P, Wenger F, Drees D, Celis JP (2004), «Электрохимические методы для

изучения процессов трибокоррозии», Wear, 256, 459–468.

Rapiejko C, Fouvry S, Grosgogeat B, Wendler B (2009), «Типичное ex-situ фреттинг

исследование износа контактов ортодонтических дуг / брекетов», Wear, 266, 850–858.

Reclaru L, Lerf R, Eschler P – Y, Blatter A, Meyer JM (2002), «Точечная, щелевая и гальваническая

коррозия материала ортопедических имплантатов REX из нержавеющей стали / CoCr», Биоматериалы,

23, 3479 –3485.

Rubin PJ, Rakotomanana RL, Leyvraz PF, Zysset PK, Curnier A, Heegaard JH (1993),

«Микродвижения фрикционной поверхности раздела и распределение анизотропного напряжения в общей бедренной кости

компонент бедра», Journal of Biomechanics, 26 –735, 737–739.

Rubin PJ, Leyvraz PF, Rakotomanana LR (2000), ‘Intérêt de la modélisation numérique

dans l’évaluation pré-Clinique d’une prothèse fémorale de la hanche”, Maît Orthorise 9000–2702.

Шеттлемор М.Г., Банди К.Дж. (2001), «Исследование in vivo воздействий на биолюминесцентные

микробиологические оценки токсичности продуктов коррозии», Биоматериалы, 22, 2215–2228.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.