Виды трения. Физико-химические особенности трения

Трение обрабатываемого металла и инструмента происходит с участием третьих веществ. К ним относятся окислы обрабатываемого металла и инструмента, продукты истирания взаимодействующих поверхностей и смазка. Виды трения определяются количеством и свойствами этих веществ. В первую очередь трение зависит от толщины слоя смазки. Различают следующие виды трения:

1. Чистое: на поверхности трения нет ни окислов, ни смазки. Чистое трение может наблюдаться только в условиях физического опыта или при обработке в вакууме.

2. Сухое: на поверхности трения имеются пленки окислов и загрязнений, но нет искусственной смазки. В широкой практике сухим трением называют трение несмазанных тел. Например, горячую прокатку осуществляют без применения смазок, поэтому трение в этом случае приближенно можно считать сухим.

3. Полусухое: между трущимися поверхностями имеются лишь отдельные участки, заполненные какой-либо вязкой средой.

4. Граничное: пленка жидкой смазки, разделяющая поверхности трущихся тел, имеет толщину 1-2 молекулы. Из-за маленькой ее толщины в смазке не проявляются объемные свойства, и имеет место механическое зацепление шероховатостей поверхностей контакта. Наиболее часто встречающийся в практике вид трения.

5. Полужидкостное: при наличии достаточного слоя смазки имеются непосредственные контакты поверхностей трущихся тел.

6. Жидкостное: поверхности трущихся тел полностью изолированы друг от друга слоем смазки.

Механизм сухого трения

Поверхность всякого тела имеет неровности – выступы и впадины при любом качестве отделки. Часть выступов поверхности одного тела попадает во впадины поверхности другого тела, в результате чего происходит как бы зацепление поверхностей. Фактическая контактная поверхность в этом случае меньше кажущейся, расчетной поверхности. В процессе пластической деформации фактическая контактная поверхность увеличивается. Для того чтобы сдвинуть одно тело относительно другого, нужно приложить силу, равную силе трения. Эта сила должна либо приподнять верхнее тело над нижним, либо упруго и пластически деформировать выступы. Как правило, происходит смятие и срез выступов на более мягком материале (деформируемое тело) и в меньшей степени на инструменте. Поэтому процесс трения при ОМД можно рассматривать как процесс пластической деформации тонких приконтактных слоев, протекающий в результате пластической деформации всего объема.

Механизм граничного трения

Граничное трение имеет место при использовании смазок. Смазки, содержащие поверхностно-активные вещества, адсорбируются на трущихся поверхностях и образуют прочные пленки. Граничные молекулы таких смазок прикрепляются к поверхности деформируемого металла и инструмента, образуя определенное число прочных плотно упакованных слоев толщиной в несколько ангстрем. Свойства таких пленок существенно отличаются от объемных свойств смазок. В частности, пленки способны выдерживать высокую нагрузку и оказывать малое сопротивление сдвигу трущихся поверхностей (т.е. они прочные и скользкие). Однако, толщина пленки мала для того, чтобы избежать зацепления неровностей металла и инструмента.

В результате граничного трения и применения смазок с поверхностно-активными веществами происходит такое физико-химическое явление, как адсорбционное понижение пластичности и снижение сопротивления деформации, называемое эффектом Ребиндера. Он ввел представление о клиновидных трещинах при пластической деформации твердых тел, способных к «самозалечиванию» при снятии напряжений ввиду воздействия противоположных стенок. Проникновение смазки в трещину тормозит самозалечивание трещины, облегчает ее развитие и приводит к охрупчиванию (снижению пластичности). Таково действие расплавов жидких металлов на твердые при отсутствии в них химического взаимодействия. Использование таких смазок облегчает пластическую деформацию за счет уменьшения поверхностного барьера для разрядки дислокаций.