Изнашивание вследствие трения.

Процесс изнашивания протекает при действии трех основных факторов: материала тела, материала контртела и смазки, находящейся между телами. В результате трения возникают различного рода разрушения в виде изнашивания, а именно: механическое, молекулярно-механическое, коррозионно-механическое, абразивное, гидроабразивное, усталостное, эрозионное, окислительное и изнашивание при фреттинг-коррозии. Процесс изнашивания моделируется математическими уравнениями, имеющими вид степенного или экспоненциального закона.

Приближенную математическую модель изнашивания вследствие трения в общем виде можно представить следующим образом:

, (11)

где F- сила трения;f - коэффициент трения, W- состояние поверхности; Q - состояние смазки; Т- температура; t - время; Z - прочие факторы.

Усталость.

На прочность деталей существенно влияет усталость материала. Во многих деталях усталость материала является основным фактором, в результате действия которого детали утрачивают прочность. Установлено, что под действием повторно-переменных нагрузок металлы разрушаются хрупко, т.е. видимых следов остаточной деформации. Усталостные изменения в материале возникают при наличии гармонического или близкого по типу к нему нагружению.

На процесс усталостного разрушения оказывают влияние многие факторы: структура материала, режим термической обработки, температура, вид напряженного состояния, концентрация напряжений, размер деталей, частота приложения нагрузок и др. Сам процесс усталости условно делится на три периода: период упрочнения, разупрочнения и разрушения.

В изучении процесса усталостного разрушения металлов весьма важное значение имеют деформационные и энергетические критерии, связывающие закономерности усталостного разрушения металлов и металлических сплавов с циклическими деформациями и необратимо рассеянной энергией.

Приближенная математическая модель для процессов усталости в общем виде может быть представлена следующим образом:

, (12)

где σ - амплитуда колебаний, N - количество циклов, L_ПЛ - скрытая теплота плавления, А - механический эквивалент тепла; К – концентрация напряжений, t – время, Z - прочие факторы.

Коррозия.

Коррозионные процессы являются наиболее существенными разрушительными процессами во многих деталях конструкции стрелково-пушечного вооружения.

Наиболее характерными для деталей вооружения являются следующие виды коррозии: атмосферная коррозия, контактная коррозия, коррозия при трении, фреттинг-коррозия, щелевая коррозия, коррозия под напряжением, структурная коррозия.

Перечисленные виды коррозии обусловливаются по существу условиями протекания процесса.

По характеру распространения коррозии наиболее частыми являются следующие: сплошная - охватывающая всю поверхность детали и местная -охватывающая отдельные участки поверхности детали.

На прочность деталей отрицательное влияние оказывает местная коррозия, она во много раз опаснее сплошной.

В результате коррозии в деталях самолета возникают следующие отрицательные последствия: разрушение сплошности детали и утрата прочности; коррозионная усталость металла; коррозионная хрупкость.

Все виды коррозии кроме газовой обусловливаются электротоком, образующимся в результате разности потенциалов, участвующих в процессе веществ.

На каждый вид коррозии действуют многие ускоряющие и замедляющие процесс факторы. Для атмосферной коррозии существенными факторами являются состав и влажность атмосферы, периодичность смачивания, вид материала, температура и другое; для контактной - вид контактируемых материалов и факторы, действующие при атмосферной коррозии; для щелевой - помимо перечисленных факторов, размер щели и другое, для электрохимической коррозии - скорость процесса, которая определяется силой тока в зоне действия коррозии.

Приближенно математическую модель для процессов коррозии в общем виде можно записать следующим образом:

, (13) где J - сила тока, U - разность потенциалов, τ - продолжительность смачивания, V — частота смачивания, W — структура материала, С - агрессивность среды, Z - прочие факторы.

Биологический фактор имеет основное значение в повреждаемости техники и разрушении материалов. При проведении исследований предлагается использовать следующие критерии оценки биоповреждений материалов и изделий.

Эффект повреждаемости микроорганизмов w_M (по аналогии с эффектами коррозии w_R и старения w_c). Под влиянием факторов среды при участии микроорганизмов (Х_М) за определенный промежуток времени Δτ происходят необратимые изменения в материале:

. (14)

Выше было отмечено, что часто вклад процесса биоповреждений в общем процессе повреждаемости металлоконструкций определить трудно. В этом случае целесообразно говорить об эффекте повреждаемости w в результате воздействия факторов среды Х_Э:

Скорость процесса биоповреждения υ_М определяется аналогично скорости коррозии металлов υ_R и старения полимеров υ_c и характеризуется эффектом повреждаемости микроорганизмами в единицу времени:

.

Биостойкость материала (покрытия) - сопротивление материала воздействию микроорганизмов оценивается коэффициентом:

, (15)

где k_i - коэффициент стойкости материала к различным видам микроорганизмов (грибам, бактериям), п_м - число коэффициентов.

При этом:

, (16)

где k_j - стойкость конкретного образца к данному микроорганизму, баллы;

n₀ – число образцов.

Таким образом, в общем виде биостойкость материала (покрытия):

. (17)

Аналогично определяют коэффициенты стойкости материалов к коррозии и старению k_r и k_C.

Коэффициент стойкости материала к факторам среды:

. (18)

По шкале уровней значимости оценивают стойкость материала к воздействующим факторам и биостойкость [7].