Coroziunea prin frecare: cauze și prevenire

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Coroziunea prin frecare se bazează pe procese fizice și chimice care au loc la nivel molecular. În prima etapă predomină distrugerea electrochimică. În zona de contact a metalelor (sau a metalului cu nemetal) se formează oxizi, datorită cărora este activată uzura mecanică. Aceste două procese sunt strâns legate și afectează caracteristicile de rezistență ale ansamblurilor. Fenomenul fretting a fost studiat de cercetători de mai bine de un secol, dar predicția sa este încă slab dezvoltată.

Descriere

Coroziunea prin frecare este una dintre varietățile de distrugere spontană a metalului. Acest proces are loc la interfața perechilor metal-metal sau metal-nemetal aflate în contact strâns. Trăsătura sa caracteristică este prezența mișcărilor oscilatorii de mică amplitudine. Coroziunea prin frecare afectează nu numai oțelurile carbon, ci și oțelurile rezistente la coroziune.

Pentru apariția acestui fenomen este suficientă o amplitudine ciclică de numai 0,025 microni. Valoarea sa maximă poate fi de 200-300 de microni. Extern, distrugerea se manifestă prin apariția de mici ulcere, frecare, ruptură,pete colorate, depuneri de pulbere pe suprafața de contact.

Produsele de coroziune asemănătoare oxidului ale pieselor din oțel au o culoare diferită - de la roșcat la maro închis. Depinde de marca materialului și de condițiile de funcționare. Ele nu pot părăsi zona de contact din cauza amplitudinii mici a oscilațiilor mișcării reciproce a suprafețelor, drept urmare efectul lor abraziv este sporit.

Cea mai negativă consecință a acestui fenomen este defectarea la oboseală a pieselor. Capacitatea de a percepe sarcini ciclice în noduri este redusă de până la 5 ori.

Funcții de purtare

Coroziunea prin frecare are următoarele diferențe față de alte tipuri de uzură:

• Deteriorarea metalelor are loc în mișcarea alternativă.
• Localizarea daunelor - numai în zona de contact a pieselor.
• Viteză mică de deplasare în pereche de frecare.
• Distrugerea peliculelor de oxid are loc în principal din cauza forțelor tangențiale (tangențiale).
• Ruperea punților de sudură în timpul întăririi suprafețelor duce la desprinderea atomilor și la apariția fisurilor de oboseală.
• Particulele de metal rupte se oxidează rapid în aer.
• Produsele de coroziune sunt implicate activ în procesul de uzură ulterioară.

Cauzele și mecanismul fenomenului

În mod simplu, procesul de coroziune prin frecare poate fi reprezentat după cum urmează:

• Mutați și deformați suprafețele.
• Oxidarea metalelor.
• Distrugerea oxiduluifilme.
• Descoperirea metalului pur.
• Aderență cu suprafața de contact.
• Distrugerea podurilor de prindere.
• Concentrație crescută de oxigen în zonele deschise.
• Repetarea ciclului de coroziune, creștere treptată a cavernelor.

Ca urmare a acțiunii abrazive a particulelor detașate, crește și temperatura din zona de contact (în unele cazuri până la 700 ° C). Se formează un strat alb, constând din structuri metalice modificate.

Următoarele cauze principale ale coroziunii prin frecare sunt identificate:

• Încărcări dinamice cu amplitudine redusă în conexiuni fixe.
• Mediu extern agresiv.
• Factor de temperatură.

Natura procesului de coroziune depinde de stadiul în care se află. În stadiul inițial s-a înregistrat predominanța reacțiilor oxidative datorate interacțiunii electrochimice. Acest proces este încetinit de utilizarea compozițiilor chimice care slăbesc acțiunea unui mediu agresiv. Vom discuta mai jos ce inhibitori de coroziune sunt.

Starea solicitată a materialului are trei componente - forța de compresiune direcționată perpendicular pe suprafața de contact, tensiunile de forfecare alternante și forța de frecare. Uzura în timpul coroziunii prin frecare are caracterul eșecului la oboseală. Crăpăturile mici se îmbină în timp și bucăți de metal se desprind.

Noduri de construcție

Coroziunea prin frecare caracteristică unităților de asamblare,nominal imobil. Cel mai adesea, distrugerea metalului se observă în următoarele tipuri de îmbinări:

• înșurubat.
• Nituire.
• Fantată.
• Contact electric.
• Castel.
• Hirths cu dinți.
• cu flanșă.
• Ajustare prin strângere (rulmenți, discuri, roți, cuplaje de arbori, osii și butuci de roți).
• Suprafețe de sprijin pentru arc și altele.

Coroziunea prin frecare a îmbinărilor cu șuruburi este cauzată de uzura părții filetate și de apariția unor scurgeri în gol. Acest lucru este facilitat de o scădere a strângerii în timpul funcționării, autodeșurubarea îmbinărilor din cauza sarcinilor de vibrație. Cu toate acestea, o creștere a cuplului de strângere nu este o garanție a unei reduceri a coroziunii prin fretare, deoarece în acest caz poate apărea sudarea prin rezistență a suprafețelor. Ca urmare, lucrul îmbinării filetate se va produce în condiții nefavorabile de tensiuni de tracțiune.

Intensitatea fracturii

Rata coroziunii prin frecare depinde de câteva zeci de factori. Cele mai importante sunt:

• Atmosferă ambientală (coroziunea are loc mai repede în aer). Acest fenomen se observă și în vid, azot și heliu.
• Amplitudinea și frecvența mișcărilor oscilatorii (viteza de frecare). Relația dintre rata fracturii și amplitudine este aproape liniară.
• Presiune (sarcină) în zona de contact și alte condiții de funcționare. Cu o sarcină semnificativă, adâncimea daunelor crește.
• Duritatea metalului de bază și a straturilor de protecție ale pieselor, rugozitatea contactuluisuprafețe.
• Factori tehnologici (metoda de obținere a piesei de prelucrat, tensiuni reziduale, precizia de prelucrare și rigiditatea ansamblului asamblat).
• Proprietățile produselor de oxid rezultate din uzură.
• Temperatura. În cele mai multe cazuri, valorile sale negative contribuie la o corozivitate mai mare. Temperaturile pozitive afectează favorabil performanța unității doar până la o anumită valoare critică. Când este supraîncălzit, rata distrugerii crește.
• Rezistența la abraziune a produselor de uzură.

Metode de luptă

Modalități ideale de a face față acestui fenomen nu există. Pentru a o reduce, se iau următoarele măsuri:

• Reducerea deplasării relative prin creșterea forțelor de frecare. Creșterea rugozității, presiunii sau modificarea configurației pieselor. Prima metodă este cea mai eficientă dacă unul dintre elemente este un nemetal. Frecarea poate fi crescută și prin galvanizarea cu cupru, staniu sau cadmiu.
• Dacă eliminarea vibrațiilor este imposibilă, atunci este necesară metoda inversă - reducerea forței de frecare prin folosirea de acoperiri cu fosfat, plumb sau indiu, precum și introducerea de lubrifianți. Ca parte a acestora din urmă, se recomandă utilizarea aditivilor inhibitori de coroziune. Această metodă transferă diapozitivul într-un mediu intermediar.
• Cresterea duritatii uneia dintre piese (tratament termic, intarire mecanica). Această măsură reduce aderența reciprocăsuprafețe de îmbinare și reduce uzura.

Lubrifianții pe bază de ulei și grăsime reduc eficient uzura prin contact. Cel mai adesea, se folosesc tipurile lor consistente - substanțe care, la o temperatură de 25 ° C, sunt un material gros, asemănător unguentului. Acoperirile metalice fosfatice și anodice contribuie la reținerea acestuia pe suprafețe.

Ce sunt inhibitorii de coroziune

În cazul distrugerii materialului din cauza tipului de uzură prin fretare, se folosesc în principal inhibitori de tip contact. Ele încetinesc coroziunea într-un mediu agresiv, iar principiul acțiunii lor se bazează pe formarea de compuși puțin solubili cu ionii metalici.

Inhibitorii de contact includ cromați, nitriți, benzoați, fosfați și alți compuși. Umplerea golului cu materiale plastice dintre piesele de împerechere nu numai că le protejează de coroziune, dar promovează și etanșarea. Inhibitorii de contact includ compoziții „Vital”, SIM, M-1 și altele. O listă de inhibitori și recomandări pentru utilizarea lor poate fi găsită în GOST 9.014-78.