Испытания на изнашивание относятся к специальным видам испытаний. В результате испытаний определяются свойства материала при его эксплуатации в определен­ных условиях. К таким испытаниям относятся испыта­ния на коррозионную стойкость, изнашивание и др. Здесь мы остановимся на испытаниях на изнашивание, так как износ — наиболее частая причина потери работоспособно­сти в машиностроении.

Износостойкость материала — это его способность ока­зывать сопротивление изнашиванию. Изнашивание — про­цесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) развитие деформации, проявляю­щейся в постепенном изменении размеров и (или) формы изделия при трении. Износ — результат изнашивания, для его оценки исполь­зуют следующие показатели:
1) линейный износ (мкм) — изменение размера поверх­ности тела в перпендикулярном к этой поверхности направ­лении;
2) скорость изнашивания (мкм/ч) — соотношение вели­чины износа и времени, в течение которого он возник;
3) интенсивность изнашивания (безразмерная вели­чина) — отношение величины линейного износа и пути тре­ния, на котором происходит изнашивание. Интенсивность изнашивания может быть также определена но массе или объему изношенного изделия: соотношением изменения массы или объема тела и пути трения.
Износостойкость оценивается величиной, обратной интенсивности изнашивания. Условия работы деталей, а также свойства материалов, из которых они изготовлены, обусловливают разные виды взаимодействия поверхностей при трении, которые опреде­ляют различные виды изнашивания. Наиболее распространенными видами износа (рис. 2.20) являются:
— абразивный износ. Возникает вследствие проникно­вения в зону трения извне (с воздухом, смазкой) твердых частиц и (или) образования таких частиц в процессе изна­ шивания, при этом происходит микрорезание;
— окислительный износ — повторяющийся процесс образования на поверхности окисных пленок и их последующее разрушение;
— схватывание — образование металлических связей между участками поверхностей контактирующих тел. Такие связи возникают при сближении этих участков на расстоя­ния, близкие к межатомным.

Рис. 2.20. Процессы, происходящие в поверхностных слоях при трении: а — упругое контактирование поверхностей; б — пластическое деформирование; в — микрорезание; г — разрушение поверхностных пленок; д — образование металлических связей

Работоспособность материалов в условиях износа зави­сит от свойств материалов пары трения, а также от усло­вий работы пары — вида трения (скольжение или качение); условий режима работы (скорость относительного переме­щения, величина и характер приложения нагрузки, темпе­ратура, наличие смазки и ее свойства или ее отсутствие —сухое трение и т.п.).
Процесс изнашивания протекает во времени неравно­мерно, отчетливо выявляются три стадии изнашивания (рис. 2.21): приработка (1) установившееся изнашивание (2); катастрофическое изнашивание (3).

Рис. 2.21. Зависимость износа Q(а) и высоты микронеровностей Rа (б) на поверхности трения от продолжительности работы τ

Период приработки характеризуется повышенной ско­ростью изнашивания, которая постепенно уменьшается во времени. На стадии приработки условия трения посте­пенно меняются — на поверхности тел, образующих пару трения, формируется характерный для данных условий рельеф, происходят структурные изменения в поверх­ностных слоях материалов.
Площадь фактического контакта при этом возрас­тает, что приводит к сни­жению давления и темпе­ратуры в зоне контакта. Когда структура и рельеф поверхности становятся оптимальными для данных условий трения, скорость изнашивания снижается до минимума. Во время приработки преобладает пластическое деформиро­вание материалов. Период установивше­гося изнашивания харак­теризуется постоянством условий трения и скорости изнашивания.

Период катастрофического изнашивания наступает при нарушении оптимальных условий трения, характерных для предыдущего периода, что приводит к повышению ско­рости изнашивания. При этом возрастают давление и тем­пература в зоне контакта, ухудшаются условия смазки. Это может быть вызвано изменением режимов работы узла, увеличением зазоров в паре трения. На этом этапе преоб­ладают процессы микрорезания (загрязнение смазки про­дуктами износа), а также схватывания (повышение темпе­ратуры в зоне трения, в частности из-за вытекания смазки при увеличении зазоров). Пластическая деформация также активизирует схватывание, поскольку разрушение поверх­ностных пленок приводит к изменению условий контакта поверхностей пары трения. В контакт входят чистые (юве­нильные) поверхности, что способствует образованию металлических связей.
Испытания на изнашивание. Изнашивание зависит от многих факторов, поэтому часто используются специаль­ные испытания, учитывающие конкретные условия работы изделия. В полном объеме они включают: 1) определение физических и механических свойств
материалов. Целью этого этапа является прогнозирование износостойкости материала в зависимости от его свойств (физических и механических);
2) стандартные испытания материалов на трение и изна­шивание на лабораторных установках. Их часто выполняют на машинах трения. При этом оценивается влияние свойств материалов (определенных на первом этапе) на износостой­кость для определенных условий трения. Первые два этапа используют для оценки износостойкости новых материалов и способов их обработки;
3) стендовые испытания узлов трения. На этом этапе выявляется влияние конструктивных факторов на работо­способность пары трения;
4) эксплуатационные испытания машин. Они позволяют оценить надежность и долговечность механизма в целом.
Испытания на машинах трения. В зависимости от харак­тера относительного перемещения образцов, т.е. по кинема­тическому признаку, машины трения подразделяются на два класса — однонаправленного и знакопеременного движе­ния. Внутри каждого класса различают две группы машин: торцевого трения и трения по направляющей. Испытания могут проводиться со смазкой или без нее. Все эти условия определяют фактический износ образцов, т.е. износостой­кость материала при разных условиях трения.
Рассмотрим для примера установку для испытаний на изнашивание при возвратно-поступательном движении (рис. 2.22). Верхний образец 2 прижимается грузом через рычаг 4 к плоскому образцу 1, закрепленному на ползуне 5, который совершает возвратно-поступательное движение кривошипным механизмом 3.

Рис. 2.22. Схема установки для испытания материалов на изнашивание при возвратно-поступательном движении

Испытания могут выполняться в широком интервале ско­ростей скольжения и нагрузок. При их проведении можно определить линейный износ, скорость изнашивания, интен­сивность изнашивания и вычислить износостойкость. На основании эксплуатационных испытаний деталей узлов машин определяют ресурс работы узла (машины). Эти испытания характеризуются большой продолжительностью и трудоемкостью, так как требуют периодических разборок узла для определения износа. Для этих испытаний следует
выбирать минимальное число вариантов — лучшие сочетания материалов, определенные на стадии предварительных испы­таний.
Один из распространен­ных методов определения износа — оценка уменьшения размера деталей в направ­лении, перпендикулярном поверхности трения. При­ведем один из методов — «вырезанных лунок». На по­верхности детали вырезаютуглубление — лунку алмаз­ным вращающимся резцом в форме трехгранной призмы (рис. 2.23).

Рис. 2.23. Лунка для определения износа

Глубину лунки (h) определяют по формуле h = 0,125*l/r, линейный износ (Δh) — по формуле Δh = 0,125*(l₁ - l₂)/r,
где l1, и l2 — длины лунок до и после испытаний (очевидно, что l1 > l2).