3.4.1 Фактори, які обумовлюють виникнення критичних точок

Виявлення критичних точок необхідно для об’єктивної класифікації видів спрацьовування і встановлення границь, для яких справедливі наступні розрахункові залежності.

Параметри, які характеризують критичні точки, зручно виражати через безрозмірні характеристики і, а також контактну температуру.

Розрізняють наступні критичні точки:

1. Перехід від пружного деформування до пластичного або пружного деформування до руйнування;

2. Від пластичного відтиснення до мікрорізання, задиру, що, звичайно, відповідає порогу зовнішнього тертя.

3. Руйнування адсорбційної плівки.

4. Формування хемосорбційної плівки (плівки хімічних з'єднань).

5. Руйнування плівки хімічного з’єднання (дисоціація, абляція речовини).

6. Розрихлення поверхневої плівки за рахунок змін структури твердого тіла.

7. Загального розм’якшення контактної зони, яка призводить до намазування.

Перша критична точка визначається залежністю

Якщо в процесі деформації не змінюється границя текучості матеріалу, то перехід від пружних деформацій до пластичних можна визначити наступними розрахунками.

Середній тиск на контакті .

Із теорії Герця

Приймаючи до уваги те, що отримаємо

Можливість зміни ефективного значення границі текучості внаслідок наклепу і масштабного фактора можна врахувати коефіцієнтом “с”.

Припускаючи, що μ = 0,3, отримаємо формулу при К₀ = 2,4. При пластичній деформації поверхонь, які контактують, К₀ = 5,4.

Величина “с” змінюється на проміжку від 3...6 в залежності від степені наклепу, глибини впровадження і масштабного фактору.

Стосовно переходу від пружності до руйнування (чи надриву) матеріалу, розриву плівки критична точка може бути обчислена по формулі

де k- коефіцієнт, обумовлений напруженим станом і визначається по формулі Е. Ф. Непомнящого :

Для загартованих сталей для розрахунку тиску на контакті, відповідного переходу від пластичного до пружного деформування, використовують формулу

Критична точка переходу до мікрорізання визначається залежністю

Треба відзначити, що τ залежить від конфігурації вузла тертя, а саме від співвідношення між часом, на протязі якого поверхні звільнилися від контакту і на них може утворитися плівка адсорбованої речовини із газової чи рідкої фази, і часом, на протязі якого плівка стирається. Ці два процеси залежать не тільки від фізичної природи навколишнього середовища і твердого тіла, але і від коефіцієнта взаємного перекриття і мікрогеометрії поверхонь.

Під критерієм переходу від пластичного відтиснення до мікрорізання розуміють граничну глибину впровадження індентора для заданого коефіцієнта молекулярного тертя, при якому настає прилипання частинок деформованого матеріалу до поверхні індентора.

Згідно Б. А. Друянову, перехід до пластичного деформування наступає, коли найбільше напруження дотику досягає величини , тобто рішення просторової задачі теорії пластичності з використанням умов текучості Треска. Умови мікрорізання :

або

Рис. 28. Залежність відносної глибини впровадження від відносного опору зсуву молекулярного зв’язку в момент порушення умов пластичного відтискування. 1- армко-залізо; 2- латунь; 3 – бронза ОФ 10-1; 4 – ОСЦ 5-5-5; 5- капролон; 6 – металофторопласт, (безперервна лінія – поріг зовнішнього тертя, теоретична залежність).

Чим більша сума цих безрозмірних відрізняється від , тим далі від режиму мікрорізання працює пара тертя. Тому ця сума може служити кількістною характеристикою, яка оцінює працездатність з’єднання. Обернену їй величину назвемо числом антифрикційності АФ. Число антифрикційності дорівнює

Поки що немає розрахункових залежностей, які дозволяють виразити аналітично критичні тиски, температуру, швидкість, при який виникає і зникає плівка внаслідок спрацьовування.

Критичні точки, які пов’язані з формуванням і руйнуванням захисних плівок, в основному визначаються двома групами факторів: температурою поверхні тертя і геометричними характеристиками контактуючих тіл, я саме, густиною контакту, який визначає відношення часу формування і руйнування плівки, пористістю контакту, який визначає легкість проникнення в зазор між поверхнями навколишнього середовища, діаметром плям контакту та ін.

Слід відмітити істотну різницю між адсорбційним і хемосорбційним механізмом росту плівки. Коли адсорбційна плівка виникає на вільній поверхні тіла, то хемосорбційна плівка, яка потребує для свого формування значної кількості енергії (приблизно 1 еВ на молекулу чи атом), виникає лише в самому контакті, де велика температура і діє допоміжний механічний фактор – тиск.

Що стосується “розрихлення” тонкої поверхневого шару металу, то воно визначається підвищеним вмістом вакансій, кількість яких пов’язана з температурою експоненційною залежністю. В цьому випадку вирішальну роль грає температурний градієнт в зоні тертя.

П’ять критичних точок, які характеризують зміну інтенсивності спрацьовування, показані на рис. 29.

Рис. 29. Критичні точки, які характеризують скачкоподібну зміну спрацьовування.

1 – перехід від пружних деформацій до пластичних;

2 – від пластичних деформацій до мікрорізання;

3 – руйнування адсорбційної плівки;

4 – створення плівки хімічного з’єднання;

4΄ – перехід до задиру при дисоціації плівки хімічних з’єднань ;

5 – зниження спрацьовування, загальне розм’якшення поверхневого шару, що призводить до намащення.