Фреттинг относится к износу и иногда коррозионному повреждению нагруженных поверхностей в контакте, когда они сталкиваются с небольшими колебательными движениями по касательной к поверхности. Фреттинг вызывается адгезией неровностей контактной поверхности , которые впоследствии снова разрушаются небольшим движением. Это разрушение приводит к образованию частиц износа.
Если впоследствии осколки и/или поверхность подвергаются химической реакции, т. е. в основном окислению, механизм называется фреттинг-коррозией. Фреттинг ухудшает поверхность, что приводит к увеличению шероховатости поверхности и микроямок, что снижает усталостную прочность компонентов. Амплитуда относительного скользящего движения часто составляет порядка микрометров или миллиметров, но может быть и ниже 3 нанометров . [1]
Обычно фреттинг встречается в горячих посадках , гнездах подшипников, болтовых деталях, шлицевых соединениях и соединениях типа «ласточкин хвост» .
Повреждения от фреттинг-коррозии в стали можно определить по наличию изрытой 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, чем контактирующие стальные поверхности, поэтому абразивный износ неизбежен; однако для возникновения фреттинг-коррозии не требуется наличие частиц.
Из-за истирания алюминия в зоне контакта появляются черные отложения, вызванные мелкими частицами оксида.
Примерами фреттинг-истирания являются износ шлицев приводных валов , колес в месте соединения с болтами и прокладок головки блока цилиндров, подверженных разнице коэффициентов теплового расширения .
В настоящее время основное внимание уделяется исследованию фреттинг-синтеза в аэрокосмической промышленности. [2] Соединение лопаток типа «ласточкин хвост» и шлицевое соединение газотурбинных авиационных двигателей подвержены фреттинг-синтезу. [3]
Другим примером, в котором может возникнуть фреттинг-коррозия, являются подшипники скольжения современных ветряных турбин , которые работают в условиях колебательного движения для управления мощностью и нагрузками турбины. [4]
Фреттинг может также происходить между возвратно-поступательными элементами в человеческом теле. Особенно часто фреттинг-эффекты затрагивают имплантаты, например, имплантаты тазобедренного сустава. [5] [6]
Источник: [7]
Фреттинг также происходит практически на всех электрических разъемах, подверженных движению (например, разъем печатной платы, подключенный к объединительной плате, т. е. SOSA/ VPX ). Обычно большинство электрических разъемов плата-плата (B2B) особенно уязвимы, если между сопряженными разъемами присутствует относительное движение. Требуется механически жесткая система соединения, чтобы удерживать обе половины B2B неподвижно (что часто невозможно). Разъемы провод-плата (W2B) обычно невосприимчивы к фреттингу, поскольку проволочная половина разъема действует как пружина, поглощающая относительное движение, которое в противном случае передавалось бы на контактные поверхности разъема W2B. Существует очень мало экзотических разъемов B2B, которые решают проблему фреттинга: 1) путем 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 штифта, а не только с одной или 1 или 2, может немного отсрочить неизбежное фреттинг. Содержание контактов в чистоте и смазке также обеспечивает некоторую долговечность.
Контактное фреттинг может изменить импеданс разъема B2B с миллиом до ом всего за несколько минут при наличии вибрации. Относительно мягкое и тонкое золотое покрытие, используемое в большинстве высококачественных электрических разъемов, быстро изнашивается, обнажая нижележащие сплавы металлов, а при фреттинге импеданс быстро увеличивается. Несколько парадоксально, но высокие контактные силы на сопряженной паре разъемов (считается, что они помогают снизить импеданс и повысить надежность) на самом деле могут еще больше увеличить скорость фреттинг.
В подшипниках качения фреттинг может происходить, когда подшипники работают в колебательном движении. Примерами применения являются подшипники лопастей в ветряных турбинах, подшипники шага винта вертолета и подшипники в роботах. Если движение подшипника ограничено небольшими движениями, вызванное повреждение может называться фреттингом или ложным бринеллированием в зависимости от встречающегося механизма. [8] [9] Главное отличие состоит в том, что ложное бринеллирование происходит в условиях смазанного, а фреттинг — в условиях сухого контакта. Между ложным бринеллированием и фреттинг-коррозией была предложена зависимость, зависящая от времени. [10]
Фреттинг снижает усталостную прочность материалов, работающих под циклическим напряжением. Это может привести к фреттинг-усталости , при которой в зоне фреттинг-коррозии могут возникнуть усталостные трещины. После этого трещина распространяется вглубь материала. Нахлесточные соединения, распространенные на поверхностях планера самолета, являются основным местом для фреттинг-коррозии. Это также известно как фреттинг или фреттинг-коррозия. [11]
Сопротивление фреттингу не является внутренним свойством материала или даже пары материалов. Существует несколько факторов, влияющих на фреттинговое поведение контакта: [12]
Основной способ предотвращения фреттинга — проектирование без относительного движения поверхностей в месте контакта. Шероховатость поверхности играет важную роль, поскольку фреттинг обычно происходит при контакте неровностей сопряженных поверхностей. Смазки часто используются для смягчения фреттинга, поскольку они уменьшают трение и подавляют окисление. 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 испытано. В авиационной промышленности покрытия наносятся для того, чтобы сделать поверхность более твердой и/или повлиять на коэффициент трения.
Мягкие материалы часто демонстрируют более высокую восприимчивость к фреттингу, чем твердые материалы аналогичного типа. Соотношение твердости двух скользящих материалов также влияет на износ при фреттинге. [14] Однако более мягкие материалы, такие как полимеры, могут демонстрировать противоположный эффект, когда они захватывают твердые частицы, которые внедряются в их опорные поверхности. Затем они действуют как очень эффективный абразивный агент, изнашивая более твердый металл, с которым они контактируют.
