Фреттинг – это износ , а иногда и коррозионное повреждение нагруженных поверхностей, находящихся в контакте, когда они испытывают небольшие колебательные движения, касательные к поверхности. Фреттинг вызван слипанием неровностей контактной поверхности , которые впоследствии снова разрушаются при небольшом движении. Это разрушение приводит к образованию остатков износа.
Если мусор и/или поверхность впоследствии подвергаются химической реакции, т. е. главным образом окислению, этот механизм называется фреттинг-коррозией. Фреттинг ухудшает качество поверхности, приводя к увеличению шероховатости поверхности и микроямкам, что снижает усталостную прочность деталей. Амплитуда относительного скользящего движения часто составляет порядка микрометров или миллиметров, но может достигать и 3 нанометров . [1]
Обычно истирание встречается при термоусадочных посадках , седлах подшипников, болтовых деталях, шлицах и соединениях типа «ласточкин хвост» .
Фреттинг-повреждения стали можно определить по наличию изъеденной поверхности и мелкой «красной» пыли оксида железа, напоминающей какао-порошок. Строго говоря, этот мусор не является « ржавчиной », поскольку для его производства не требуется вода. Частицы намного тверже соприкасающихся стальных поверхностей, поэтому абразивный износ неизбежен; однако частицы не требуются для возникновения раздражения.
Фреттинг алюминия приводит к появлению черного мусора в зоне контакта из-за мелких частиц оксида.
Примеры фреттинга включают износ приводных шлицов на приводных валах , колес на стыке болтов с проушинами и прокладок головки блока цилиндров , подверженных разнице в коэффициентах теплового расширения .
В настоящее время исследованиям в аэрокосмической промышленности уделяется особое внимание. [2] Соединение «ласточкин хвост» с лопаткой и шлицевая муфта газотурбинных авиационных двигателей подвергаются истиранию. [3]
Другим примером фреттинг-коррозии могут служить подшипники шага современных ветряных турбин , которые работают в условиях колебательного движения, контролируя мощность и нагрузки турбины. [4]
Фреттинг также может возникать между совершающими возвратно-поступательное движение элементами в организме человека. Эффекту раздражения особенно часто подвержены имплантаты, например имплантаты тазобедренного сустава. [5] [6]
Источник: [7]
Третирование также возникает практически на всех электрических разъемах, подверженных движению (например, разъем печатной платы, подключенный к объединительной плате, например, SOSA/ VPX ). Обычно большинство электрических разъемов «плата-плата » (B2B) особенно уязвимы, если между ответными разъемами наблюдается относительное движение. Чтобы удерживать обе половины B2B неподвижно (часто это невозможно), необходима механически жесткая система соединения. Соединители провод-плата (W2B), как правило, невосприимчивы к истиранию, поскольку проводная половина разъема действует как пружина, поглощающая относительное движение, которое в противном случае перешло бы на контактные поверхности разъема W2B. Существует очень мало экзотических разъемов B2B, которые устраняют раздражение за счет: 1) включения пружин в отдельные контакты или 2) использования китайской конструкции ловушки для пальцев для значительного увеличения площади контакта. Конструкция разъема, которая контактирует со всеми 4 сторонами квадратного контакта, а не только с одной, 1 или 2, может на некоторое время задержать неизбежное раздражение. Поддержание контактов в чистоте и смазке также продлевает срок их службы.
При наличии вибрации контактное раздражение может изменить импеданс разъема B2B с миллиомов на омы за считанные минуты. Относительно мягкое и тонкое золотое покрытие, используемое в большинстве высококачественных электрических разъемов, быстро изнашивается из-за обнажения лежащих под ним металлов сплава, а из-за истираний импеданс быстро увеличивается. Вопреки здравому смыслу, высокие контактные силы на сопряженной паре разъемов (которые, как считается, помогают снизить импеданс и повысить надежность) на самом деле могут еще больше увеличить скорость раздражения.
В подшипниках качения может возникнуть истирание, когда подшипники работают в колебательном движении. Примерами применения являются подшипники лопастей ветряных турбин, подшипники шага ротора вертолета и подшипники роботов. Если движение подшипника ограничено небольшими движениями, вызванное повреждение можно назвать истиранием или ложным бринеллированием, в зависимости от используемого механизма. [8] [9] Основное отличие состоит в том, что ложное бринеллирование происходит в условиях смазки, а истирание — в условиях сухого контакта. Была предложена зависимость между ложным бринеллированием и фреттинг-коррозией, зависящая от времени. [10]
Фреттинг снижает усталостную прочность материалов, работающих под циклическими нагрузками. Это может привести к фреттинг-усталости , в результате чего в зоне фреттинга могут возникнуть усталостные трещины. После этого трещина распространяется вглубь материала. Нахлесточные соединения, часто встречающиеся на поверхностях планера, являются основным местом фреттинг-коррозии. Это также известно как фреттаж или фреттинг-коррозия. [11]
Сопротивление фреттингу не является внутренним свойством материала или даже пары материалов. Существует несколько факторов, влияющих на коррозионное поведение контакта: [12]
Основной способ предотвращения истирания — это исключить относительное движение поверхностей в месте контакта. Шероховатость поверхности играет важную роль, поскольку истирание обычно происходит при контакте неровностей сопрягаемых поверхностей. Смазочные материалы часто используются для уменьшения истирания, поскольку они уменьшают трение и препятствуют окислению. Однако это может также вызвать противоположный эффект, поскольку более низкий коэффициент трения может привести к большему движению. [13] Таким образом, решение должно быть тщательно продумано и протестировано. В авиационной промышленности покрытия наносятся для упрочнения поверхности и/или влияния на коэффициент трения.
Мягкие материалы часто проявляют более высокую восприимчивость к истиранию, чем твердые материалы аналогичного типа. Соотношение твердости двух материалов скольжения также влияет на фреттинг-износ. [14] Однако более мягкие материалы, такие как полимеры, могут проявлять противоположный эффект, когда они захватывают твердый мусор, который застревает в их опорных поверхностях. Затем они действуют как очень эффективный абразивный агент, стирая более твердый металл, с которым они контактируют.
