Microsoft PowerPoint - Eksploatacja

Tarcie w systemach technicznych:

F=µN → µ ≠ const

F = f(N,t,A,T,v,…)

F – siła tarcia, N – obciąŜenie, t- czas, A- powierzchnia,

T- temperatura, v-prędkość

Mechanizmy zuŜywania

Rafał Talar

Eksploatacja _

Powszechnie występujące mechanizmy zuŜywania:

- ścieranie,
- erozja i kawitacja,
- adhezja,
- zjawiska zmęczeniowe,

- korozja,
- obliteracja (zarastanie),
- doraźne mechaniczne (odkształcenie plastyczne, złamanie..),
- doraźne cieplne (utrata właściwości materiału, trwałe odkształcenie).

Mechanizmy zuŜywania

Rafał Talar

Eksploatacja _

Podczas współpracujący elementów maszyn

przewaŜnie aktywuje się jednocześnie więcej niŜ

jeden mechanizm zuŜywania.

(np. ścieranie, adhezja, korozja)

Mechanizmy zuŜywania

Rafał Talar

Eksploatacja _

Proces ścierania jest zjawiskiem powszechnie występującym zachodzi
głównie podczas kontaktu między ciałami stałymi w warunkach
niedostatecznego smarowania (tarcie suche, graniczne).

Skutkiem ścierania jest ubytek materiału (równomierny), zmiana struktur
geometrycznych powierzchni (np. zmniejszenie wartości parametrów
chropowatości powierzchni) , czasami zmiana właściwości warstw
wierzchnich w wyniku oddziaływania podwyŜszonej temperatury (np.
odpuszczenie).

Mechanizmy zuŜywania - ścieranie

Rafał Talar

Eksploatacja _

W przypadku znaczących róŜnic twardości, intensywniejszemu ścieraniu
podlega materiał o mniejszej twardości.

Zasada – im twardszy materiał tym bardziej odporny na ścieranie.

Intensywność ścierania zaleŜy takŜe od struktur geometrycznych
powierzchni współpracujących (wysokość nierówności i ich kształt)
oraz struktury warstwy wierzchniej .

Mechanizmy zuŜywania

Rafał Talar

Eksploatacja _

Ścieranie (czyli usuwanie materiału) zachodzi w wyniku podprocesów:

- mikroskrawania (ścinania),

- bruzdowania (powtarzające się odkształcenia plastyczne → zgniot →
kruchość → odspojenie),

- pękania,

- odłupywania elementów struktury ziarnistej (ceramika).

Mechanizmy zuŜywania

Rafał Talar

Eksploatacja _

Produkty ścierania przedostają się często do medium smarującego i biorą
dalszy udział w procesie ścierania jako „trzeci element”.

Podprocesy ścierania uaktywniają się w zaleŜności od właściwości
mechanicznych elementów podlegających ścieraniu.
(ostre twarde nierówności ścinają, obłe twarde nierówności bruzdują i
mogą powodować pękanie, twarde obłe ziarna mogą zostać wgniecione w
miękki materiał,…).

Produkty ścierania unoszone przez medium smarujące często oddziałują
na wiele węzłów kinematycznych.

Mechanizmy zuŜywania - ścieranie

Rafał Talar

Eksploatacja _

Kosztowne lub trudne do wymiany elementy maszyn chroni się przed
zuŜyciem ściernym między innymi przez kojarzenie ich z elementami:

- twardości do 80% materiału chronionego,
- twardości od 80% do 100% - w przypadku konieczności długotrwałej
współpracy.

Mechanizmy zuŜywania

Rafał Talar

Eksploatacja _

W procesach produkcyjnych proces ścierania jest z reguły niepoŜądany i
prowadzi do powstawania strat.

Wyjątkiem są procesy obróbki wykorzystujące mechanizmy ścierania
(np.: szlifowanie, polerowanie, honowanie, obróbki przetłoczno –
ścierne).

Mechanizmy zuŜywania - ścieranie

Rafał Talar

Eksploatacja _

Erozja wywołuje ubytek materiału wywołany przewaŜnie przez
„uderzenia” cząstek stałych o powierzchnie ciała stałego.

NatęŜenie procesu erozji zaleŜy między innymi od:

- energii kinetycznej cząstek,
- kształtu cząstek,
- właściwości mechanicznych cząstek i ciała stałego naraŜonego na
oddziaływanie erozji (twardość , udarność),
- kąta padania,
- temperatury,
-właściwości otoczenia (gaz, ciecz, lepkość).

Mechanizmy zuŜywania – erozja i kawitacja

Rafał Talar

Eksploatacja _

Podprocesy erozji:

- pękanie (kruchy materiał, duŜy kąt padania, duŜa energia kinetyczna),

- odkształcenie plastyczne (ciągliwy materiał, umiarkowany kąt padania,
duŜa energia kinetyczna),

- zmęczenie ( duŜy kąt padania, umiarkowana energia kinetyczna),

- skrawanie ( mały kąt padania, duŜa energia kinetyczna),

- topnienie (duŜy kąt padania, bardzo duŜa energia kinetyczna),

- degradacja siatki krystalicznej.

Mechanizmy zuŜywania

Rafał Talar

Eksploatacja _

Krople cieczy mogą wywoływać zuŜycie erozyjne części maszyn pod
warunkiem ich dostatecznej prędkości.

Maksymalne ciśnienie wywołane prze padającą kroplę pod kątem
prostym:

p=ρ*vs*v

vs - prędkość dźwięku w padającej cieczy,
v – prędkość padania,
ρ – gęstość.

Mechanizmy zuŜywania

Rafał Talar

Eksploatacja _

Kawitacja zachodzi na granicy ciał stałych i cieczy podczas gwałtownych
zmian ciśnienia (w skali mikro i makro). Kawitacja prowadzi do
nierównomiernego ubytku materiału ( wŜery ) .

Zmiany ciśnienia mogą powodować powstawanie i zapadanie się pęcherzy
parowych. Gwałtowne zapadanie się pęcherzy parowych wywołuje fale
uderzeniowe oddziałujące na powierzchnie ciała stałego.

Im ciecz charakteryzuje się większym napięciem powierzchniowym tym
większe tworzą się pęcherze parowe o duŜej energii.

Mechanizmy zuŜywania – erozja i kawitacja

Rafał Talar

Eksploatacja _

Kawitacji najłatwiej zapobiegać przez dodatki zmniejszające napięcie
powierzchniowe cieczy.

Kawitacja nasila się w zanieczyszczonych cieczach (występuje efekt
synergii z procesem erozji).

NatęŜenie zmian kawitacyjnych zmienia się lokalnie w przypadku
materiałów o niejednorodnej strukturze np.: Ŝeliwo (tworzą się wyspy i
zagłębienia).

Mechanizmy zuŜywania

Rafał Talar

Eksploatacja _

ZuŜywanie adhezyjne ( zrastanie na zimno i gorąco) prowadzi do ubytku
materiału i jednocześnie przenoszenia materiału między parą ślizgową.
Na powierzchni o większej wytrzymałości pojawiają się nalepienia
(narost), na powierzchni o mniejszej wytrzymałości kratery. W przypadku
powierzchni o zbliŜonej wytrzymałości kratery i nalepienia pojawiają się
obok siebie.

ZuŜycie  adhezyjne  występuje  podczas  tarcia  ślizgowego  z  duŜymi
naciskami jednostkowymi. DuŜe naciski jednostkowe powodują zbliŜenie
fragmentów  powierzchni  ślizgowych  na  odległość zasięgu  działania  sił
molekularnych.  Lokalnie  tworzą

się

wiązania metaliczne między

powierzchniami trącymi (narost). W dalszym etapie moŜe dojść do
oderwania się (dekohezji) fragmentu ciała o mniejszej wytrzymałości
(krater).

Mechanizmy zuŜywania - adhezja

Rafał Talar

Eksploatacja _

Proces zuŜywania adhezyjnego powoduje wzrost współczynnika tarcia,
prowadzi do szybkiego zniszczenia węzła kinematycznego.

Adhezja jest ‘katalizatorem zuŜywania’.

ZuŜywanie adhezyjne doprowadzające do lokalnego topnienia materiału
nazywa się zacieraniem i prowadzi do trwałego unieruchomienia węzła
kinematycznego.

Mechanizmy zuŜywania

Rafał Talar

Eksploatacja _

Powierzchniowe zuŜycie zmęczeniowe (w tym pitting)- zachodzi w
wyniku cyklicznego oddziaływania napręŜeń stykowych (nacisku) i
napręŜeń

termicznych,

warstwach

wierzchnich

węzłów

kinematycznych (przewaŜnie smarowanych).

W  wyniku  superpozycji  napręŜeń wewnętrznych  i  napręŜeń stykowych
(duŜe  wartości,  EHL),  oraz  ich  redystrybucji  dochodzi  do  lokalnych
przekroczeń wytrzymałości  i  powstawania  mikropęknięć.  W  kolejnej
fazie  mikropęknięcia  propagują w  wyniku  działania  karbu  i  ciśnienia
oleju.  W  ostatniej  fazie  fragment  materiału  zostaje  odspojony  od
powierzchni tworząc krater.

Mechanizmy zuŜywania – zmęczenie powierzchniowe

Rafał Talar

Eksploatacja _

ZuŜyciu zmęczeniowemu sprzyjają:

- wewnętrzne napręŜenia rozciągające,
- „niedoskonałości powierzchni”, (mogą powstać podczas eksploatacji)
- wady podpowierzchniowe,
- granice strukturalne pod powierzchnią styku,
- oleje EP z dodatkami przeciwzatarciowymi.

Mechanizmy zuŜywania – zmęczenie powierzchniowe

Rafał Talar

Eksploatacja _

Kontrola cieczy smarujących krąŜących w obiegu pozwala na wykrycie
odspojonych w procesie zuŜywania cząstek części maszyn.

Na podstawie liczby odspojonych cząstek oraz ich rozmiaru, kształtu
moŜna wnioskować o zachodzących w maszynie mechanizmach zuŜycia i
ich natęŜeniu.

Mechanizmy zuŜywania

Rafał Talar

Eksploatacja _