Усталостное — изнашивание поверхности трения или ее отдельных участков при деформировании, приводящем к возникновению трещин и отделению частиц материала детали. Возникает при трении без смазочного материала, а при наличии смазочного материала — при давлениях, превышающих предел текучести материала поверхностных слоев. Мы все обращали внимание на поверхность трамвайных или железнодорожных рельсов с характерными следами усталостного изнашивания. Когда достигает значений, установленных нормами безопасности, рельсы заменяют. Причины, вызывающие усталостное изнашивание материала: микропластические деформации сжатия, упрочнения и разупрочнения поверхностных слоев, возникновение остаточных напряжений и особые явления усталости материала. Изнашивание при заедании — происходит в результате схватывания, глубинного вырывания металла, переноса его с одной поверхности трения на другую. Повреждения поверхностей деталей, характерные для изнашивания схватыванием, имеют большое распространение. Из существующих видов изнашивания этот вид является самым нежелательным, так как сопрягаемые детали разрушаются интенсивно, в ряде случаев — моментально, причем частицы металла отделяются с одной поверхности трения и налипают на сопряженную, причем в дальнейшем они действуют как абразив. Тепловое изнашивание — возникает при трении скольжения с большими скоростями относительного перемещения поверхностей трения, большими давлениями, вызывающими интенсивное увеличение температуры в поверхностных слоях сопряженных деталей, работающих без смазочного материала или при недостаточном его количестве. Физика теплового изнашивания проста: при трении происходит мгновенный нагрев тонких поверхностных слоев металла. Температура поверхностей фактического контакта достигает 900° С, максимальная же может достичь и температуры плавления металла. В машиностроении тепловому изнашиванию подвержены детали передач зацеплением, подшипники скольжения, детали кривошипно-шатунных механизмов и т. д. при прекращении подачи смазочного материала к узлам трения.
Одними из наиболее распространенных видов дефектов эксплуатационного периода машин являются дефекты, вызванные коррозией.
Коррозия деталей машин происходит в результате их химического или электрического взаимодействия с внешней средой. Различают коррозию атмосферную, газовую, контактную, под напряжением в не электролитах и в электролитах. Характер коррозионных разрушений (поражений) показан на рис. 2. В верхнем ряду изображены сплошные коррозионные поражения: 1 — равномерная коррозия; 2 — неравномерная; 3 — структурно-избирательная. Во втором и третьем рядах показаны разновидности местной коррозии: 4 — пятнами; 5 — язвами; 6 — точками; 7 — под поверхностная; 8 — межкристаллитная и 9 — транскристаллитная коррозия.
Детали, соприкасающиеся с атмосферой, подвергаются атмосферной коррозии под действием влаги (дождь, снег), а также различных окислов и солей, содержащихся в воздухе, особенно около больших городов и в приморских районах. Резкие перепады температуры также способствуют коррозии, так как сопровождаются конденсацией влаги.
Коррозия под влиянием газовой среды при высоких температурах обусловлена взаимодействием металла с продуктами сгорания топлива. Этому виду коррозии в процессе эксплуатации подвержены детали энергетических машин. Под влиянием испарения и брызг электролитов значительно корродируется оборудование гальванических линий. Сроки службы дорогостоящего гальванического оборудования значительно ниже, чем машин и оборудования обычных цехов. Дефекты, вызванные усталостью. Усталость — процесс постепенного накопления повреждений материала под действием повторно-переменных нагрузок, приводящий к снижению долговечности, разрушению материала деталей машин, сборочных единиц. Процессы развития усталости ведут к тому, что в наиболее слабом месте детали или конструкции возникают микротрещины, развивающиеся в дальнейшем в усталостные, которые вызывают внезапное разрушение детали без видимых предварительных пластических деформаций. Легко представить себе, каким значительным нагрузкам подвергается металл, например, в местах соединения крыльев самолетов с корпусом фюзеляжем. Наступление усталостных разрушений здесь должно строго контролироваться, а срок службы — строго регламентироваться. Эксплуатация пассажирских самолетов сверх назначенного ресурса может привести к разрушению прямо в воздухе. Таков эффект усталостного разрушения. Сильное влияние на снижение выносливости деталей оказывают резкие смены температуры (термическая усталость), так как при этом в поверхностных слоях детали периодически возникают напряжения сжатия и растяжения. Термическая усталость проявляется в деталях горячего тракта энергетических машин. Заметно снижает предел выносливости деталей машин коррозия. При одновременном воздействии коррозии и переменных нагружений возникает так называемая коррозионная усталость, которая вызывает разрушение детали при значительно меньшем напряжении, чем позволяет истинный предел выносливости материала детали.
Усталостное разрушение приводит к появлению усталостного излома. В завершающей стадии разрушения трещина увеличивается до критических размеров и оставшегося сечения недостаточно, чтобы сопротивляться действующим нагрузкам. Это явление можно наблюдать, отламывая кусочек проволоки или металлической полоски, перегибая металл в руках. При этом сначала образуется трещинка, а затем — излом.
На этом, пожалуй, можно закончить описание основных видов дефектов в виде несплошностей, трещин, задиров и т. д. Форма, размеры, расположение этих дефектов относительно рабочих поверхностей деталей машин, относительно конструктивных элементов, определяющих прочность и долговечность деталей, должны обязательно выявляться на соответствующих стадиях жизненного цикла машин или соответствующих этапах производства деталей и заготовок.
Назовем еще две большие группы дефектов: отклонения формы и размеров деталей машин от допускаемых, наиболее часто встречающиеся на этапе производства при механической обработке заготовок; дефекты сборочного производства, возникающие из-за некачественной сборки и регулировки сборочных единиц и изделий, из-за пропуска на сборочные операции деталей с дефектами, названными ранее.
