Отрыв частиц обода колеса и накопление их в теле колодки. Автоколебательные процессы, вызванные разницей в величине сил трения

где обрз-зуются кольцевые выработки, твердость металла обода меньше, чем вооне 1/2О, которая вбольшей степени упрочняется при качении колеса по рельсу.

Установлено, что при отсутствии влаги в сгоне фрикционного контакта склоннсть к наволакиванию металла композиционными колодками не проявляется. Наибольшее количество металлических вкраплений в колодках иэ материала 8-1—66 накапливается в зимний период года при небольших силах нажатия (до 4 кН на колодку), температуре поверхностных слоев обода колеса около 1ОО-15О" С и поступлении в зону контакта влаги в количестве 2,5 - 5 г/с С143.

Отрыв частиц обода колеса и накопление их в теле колодки происходит из-за различия в величине касательных сил трения отдельных участков зоны фрикционного контакта, которое возникает в результате изменения коэффициентов трения при попадании влаги в эту зону и неравномерной смачиваемости участков.

Автоколебательные процессы, вызванные разницей в величине сил трения при частоте колебаний, близкой к резонансной, приводят к срывам частиц металла с поверхности катания колеса и внедрению их в более пластичную массу композиционной колодки. В то же время разрушение поверхности колодки не происходит ввиду высокой эластичности композиции.

Наволакивание металла на поверхность композиционной колодки может быть также объяснено влиянием электрического потенциала, возникающего между колодкой и колесом, на поо-цесс наводораживания колесной стали.

Молекулярный водород, присутствующий в воде, под действием тепла, образующегося при трении, адсорбируется поверхностью колеса, разлагается на атомы и в виде протона проникает внутрь кристаллический решетки поверхностного слоя обода через микротрещины, поры и межкристаллические границы.

Кроме того, водород образуется за счет термодеструкции (разложение под действием тепла) органического связующего композиционного материала.

В процессе трения происходит непрерывное дейормировние поверхностного слоя. Вследствие этого объемы микрополостей, заполненных водородом, изменяются. При уменьшении объема возрастает внутриполостное давление и в металле возникают высокие напряжения растяжения-сжатия. Повторение циклов вызывает накопление деформаций (эффект старения), развитие трещин, охрупчивание и Мгновенное разрушение участков поверхностного слоя стали. Отколовшиеся микрочастицы под действием высокой температуры в зоне контакта приобретают пластичность и "намазываются " на композиционный материал колодки. Процесс повреждения стального или чугунного контртела фрикционной пары носит название водородного изнашивания разрушением ШИРАЗ). Глубина проникновения микротрещин при изнашивании стальной или чугунной детали достигает 1-2 мкм.

Так как ион водорода (протон) имеет положительный заряд,

- 26 -

то на него можно воздействовать электрическим полем. Если на стальное контртело фрикционного узла подавать положительный потенциал относительно композиционной колодки, то интенсивность наводораживания резко уменьшается. Эксперименты подтвердили существенное влияние направленного электрического поля в зоне фрикционного контакта на величину износа обоих партнеров трущейся пары С14Э. Характер этого влияния показа на графике (рис. 3.8).

Л

Рис. 3.8. Зависимость износа urn металлополимерной фрикционной пары трения при направленном воздействии электрическим полем от времени t; 1,1'- стальное контртело; 2,2'-композит 8-1-66; 1,2 -при подаче на пластмассу потенциала минус 50 В; I', 2'-то жеплюс 30 В

v

Для получения раэности потенциалов необходимого направления можно подключать колодку и колесо к источнику постоянного напряжения. Однако целесообразнее использовать естественное электрическое поле трибо-ЭДС, возникающее при трении. Задача заключается в создании композиционного мате~ риала, обладающего свойством заряжаться при трении отрици— тельно. С этой целью в композиции! вводят небольшое количество электроотрицательной пластмассы, например ПТЭф, бла~ годаря чему пластмассовая деталь заряжается отрицательно, а стальная - положительно. Испытания тормозных колодок из композиционного материала 8-1-66 с добавками электроотрицательной пластмассы в эксплуатационным условиях дали положительные результаты С243,

Установлено, что водород очень легко проникает в нагретые участки стального тела, а максимальная температура при тяжелых режимах трения образуется не на поверхности детали, а на некоторой глубине, поэтому водород, накапливаясь в более нагретой зоне, вызывает охрупчивание и разрушение поверхностных плове С391. Чтойы предотвратить накопление атомов водорода на поверхности и дальнейшее проникновение его в нагретую зону, необходимо понизить тепловую напряженность в зоне трения путем более интенсивного отвода тепла через колодку. С этой целью в материал композиционной колодки вводят теплопроводные добавки, что приводит иг быстрому отводу тепла и снижению триба—ЭДС сотрицательным потенциалам на стальной детали.