Взаимодействие между двумя телами при их контакте может осуществляться следующим образом. Поверхности твердых тел обычно волнистые и шероховатые, поэтому две поверхности всегда контактируют на отдельных малых площадях, расположенных в определенных областях пар трения. При этом под шероховатостя­ми понимаются микровыступы и Цпадины, а под волнистостью — микронеровности поверхностей твердых тел [13.3].

Понятие контакта между парами трения весьма условно. В за­висимости от метода измерения различают контакт механический, оптический и электрический. Под механическим контактом понима­ют совокупность точек, через которые может быть передано внеш­нее давление. Взаимодействие двух поверхностей осуществляется через пятна касания. Пятна касания, которые образуются при тре­нии, существуют и исчезают при совместном действии нормальных
и тангенциальных сил, принято называть фрикционными связями. Каждая фрикционная связь существует лишь ограниченное время, так как данный выступ при скольжении выходит из зоны взаимо­действия с другими выступами (рис. 13.1). Продолжительность жизни фрикционной связи — важная характеристика процесса тре­ния, так как она определяет развивающиеся во времени износо­стойкость и другие свойства, зависящие от температуры.

Поверхности трущихся материалов изменяются под действием локальных деформаций при взаимодействии с пограничными слоя-

Рис. 13.1. Схематическое изображение двух трущихся поверхностей

Рис. 13.2. Зависимости коэффициента трения скольжения (/) и его адгези­онной (2) и механической (3) составляющих от силы нормального давления

ми и в результате их нагрева, т. е. свойства исходных материалов и материалов, участвующих в процессе трения, различны. В зависи­мости от характера деформаций поверхностного слоя различаются три случая: трение при упругом, при пластическом контактирова­нии, а также при микрорезании. Различают номинальную (геомет­рическую) площадь контакта 5Н, которая очерчена размерами со­прикасающихся тел; фактическую — истинную (молекулярную) площадь касания 5ф, представляющую собой сумму реально суще­ствующих малых площадок контакта тел. Фактическая площадь контакта 5ф зависит от геометрического очертания отдельных не­ровностей и от приходящихся на них нагрузок.

Сила нормального давления приводит к деформации поверхнос­тей в местах локальных контактов, при трении скольжения проис­ходит разрушение (отрыв при сдвиге и деформация) этих контак­тов. Поэтому сила трения зависит не только от механических свойств выступов поверхности, но и от молекулярных сил прилипа­ния. В результате, по Крагельскому, трение имеет двойственную молекулярно-механическую природу. Оно обусловлено механичес­кими потерями при деформации поверхностных выступов (механи­ческая составляющая) и потерями на преодоление межмолекуляр - ных связей (адгезионная составляющая). При этом, по Дерягину, молекулярное взаимодействие обусловлено взаимным притяжением трущихся пар (адгезией) и взаимным внедрением элементов сжа­тия поверхностей. Следовательно, вопрос о сближении поверхностей и фактической площади их касания является весьма важным при рассмотрении трения и износа.

Под влиянием сжимающей силы поверхности тел соприкасаются по мере их сближения во все большем количестве точек. Сначала взаимодействующие элементы поверхностей деформируются упру­го, затем, по мере возрастания нагрузки, упругая деформация сме­няется на пластическую. С увеличением давления механическая составляющая коэффициента трения возрастает (рис. 13.2), ибо площадь касания примерно пропорциональна силе нормального давления, а сопротивление зависит от деформируемого ооъема поверхностного слоя. При возрастании давления адгезионная сос­тавляющая коэффициента трения сначала уменьшается (при упругом контакте), так как площадь контакта и адгезия возраста­ют с увеличением давления слабее, чем давление, а затем остается постоянной (при пластическом контакте), так как площадь плас­тического контакта пропорциональна силе нормального давления. В целом это приводит к тому, что коэффициент трения скольжения проходит через минимум, соответствующий переходу упругого кон­такта в пластический. Аналогичные зависимости получены в широ­ком интервале температур, т. к. механическая составляющая зави­сит от глубины внедрения и с повышением температуры в резуль­тате уменьшения жесткости поверхностных слоев увеличивается. Адгезионная составляющая с повышением температуры уменьша­ется. Между давлением, глубиной внедрения, твердостью и темпе­ратурой, а также прочностью на срез и температурой нет линейной зависимости.