Трение и сопротивление усталости

Усталость материала — изменение физических и механических свойств материала в результате действия циклически изменяющихся во времени напряжений. Свойство материалов противостоять усталости называется выносливостью. Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости — наибольшим напряжением (), которое может выдержать материал без разрушения при заданном числе (N) циклических воздействий (рис. 5.3).

Рис 5.3 Типичная кривая усталости металла

Усталостное разрушение деталей обычно начинается с поверхностного слоя, поэтому изменение его при трении влияет на выносливость деталей. Если при трении происходит снижение шероховатости детали и упрочнение поверхностного слоя (наклеп), выносливость детали возрастает. Трение может сопровождаться царапанием поверхностей, схватыванием и вырыванием, т. е. отторжением конгломератов материала неправильной формы от поверхностного слоя. Это приводит к возникновению на поверхности трения концентраторов напряжения и к снижению выносливости деталей.

Эффект Ребиндера — понижение прочности твердых тел в адсорбционно-активной среде вследствие физических и химических взаимодействий в поверхностном слое. П. А. Ребиндер (1898−1972) открыл его в 1928 году. Эффект Ребиндера существенно изменяет характер влияние трения на выносливость деталей. Адсорбционно-активные среды содержат поверхностно-активные вещества (ПАВ). Они интенсивно адсорбируются на поверхности твердого тела, уменьшая его поверхностную энергию. В состав многих смазочных материалов входят органические ПАВ — жирные кислоты, спирты, мыла. При их взаимодействии с поверхностью трения происходит разупрочнение поверхностного слоя на глубине до 0,1 мкм. Оно вызвано адсорбцией ПАВ на возникающих при трении участках свежеобразованной (ювенильной) поверхности. В результате уменьшаются микротвердость и предел текучести материала поверхностного слоя, что оказывает влияние на износ и выносливость истираемых деталей.

В подвижном составе железнодорожного транспорта широко используются подшипники на основе сплавов цветных металлов (баббиты, бронзы). Их расплавы обладают свойствами ПАВ, поэтому расплавление подшипника и контакт расплава со стальной осью приводит к снижению ее выносливости. На поверхности трения оси могут возникнуть трещины, являющиеся очагами усталостного разрушения.