Typy opotrebovania: klasifikácia a charakteristiky opotrebovania

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Opotrebenie je chápané ako postupné ničenie trecích plôch rôznych párov. Existuje mnoho druhov opotrebovania. Vznikajú z rôznych dôvodov. Všetky však majú jedno spoločné – častice sú oddelené od základného materiálu. To vedie k narušeniu fungovania mechanizmov av iných prípadoch môže spôsobiť ich poruchu. Medzery v kĺboch sa zväčšujú, pristátia začínajú biť v dôsledku vytvorenia výraznej vôle. Tento článok pojednáva o hlavných typoch opotrebovania, uvádza ich vlastnosti a všeobecnú klasifikáciu.

Vlastnosti abrazívneho opotrebovania

Brúsivo je jemne rozptýlený materiál prírodného alebo umelého pôvodu s výraznou tvrdosťou dostatočnou na poškriabanie iných menej tvrdých materiálov.

Typ povrchového opotrebenia, pri ktorom dochádza k deštrukcii štruktúry a celistvosti povrchovej vrstvy, keďinterakcia s pevnými mikročasticami sa nazýva abrazíva. Malo by sa zrušiť, že pre tento druh ničenia musí byť rýchlosť trenia veľmi významná (niekoľko metrov za sekundu). Hoci pri dlhšej prevádzke dochádza k zničeniu aj pri nižších rýchlostiach a upínacích silách.

Úlohou abrazívnych látok môžu byť pevné predmety (pevné fázy ocelí a zliatin), ako aj pohybujúce sa cudzie častice, ktoré spadli do kontaktnej zóny trecích plôch (piesok, prach a iné).

Nasledovné faktory ovplyvňujú mieru abrazívneho opotrebenia a jeho intenzitu:

• povaha pôvodu abrazívnych častíc;
• prevádzkové prostredie mechanizmu (stupeň agresivity);
• vlastnosti materiálu trecích párov;
• nárazové zaťaženie;
• ukazovatele teploty a mnoho ďalších.

Oter s tvrdými časticami (zrnkami)

Tento typ mechanického opotrebovania nastáva, keď sa brúsne zrná dostanú do kontaktu s kovom alebo iným materiálom. Index tvrdosti takýchto častíc výrazne prevyšuje index tvrdosti samotného kovu. To vedie k deformácii materiálov trecích párov, vzniku únavových napätí a oderu povrchu.

Ak mechanizmus pracuje v podmienkach častých striedavých zaťažení, zvyšuje sa účinok škodlivých účinkov abrazíva. V tomto prípade brúsna častica zanecháva na kovovom povrchu nielen stopy, ale aj jamky.

S nárastom frakcie brúsnej látky,abrazívne opotrebovanie. Brúsne častice sú veľmi tvrdé, no zároveň krehké. Preto môžu byť veľké telá rozomleté na menšie.

Vlastnosti oxidačného opotrebovania

Tento typ opotrebovania nastáva, keď sa na povrchu trecích dielov objaví uvoľnený oxidový film, ktorý sa z povrchu rýchlo odstráni v dôsledku trenia. Väčšina technických materiálov má tendenciu oxidovať na vzduchu pri zvýšených teplotách. Preto mechanizmy, ktoré fungujú bez mazania a bez chladiaceho systému, podliehajú tomuto typu opotrebovania dielov.

Čím väčšia je rýchlosť deštrukcie oxidového filmu a čím väčšia je rýchlosť jeho tvorby, tým intenzívnejšie je opotrebovanie povrchov.

Tento typ opotrebovania je typický pre kĺbové a skrutkové spoje, rôzne závesné mechanizmy a vlastne pre všetky jednotky pracujúce bez mazania.

S rastúcou rýchlosťou trenia sa zvyšuje teplota trecích plôch. To vedie k zintenzívneniu deštruktívnych procesov. Zvýšenie rázového zaťaženia má podobný účinok.

Opotrebenie v dôsledku plastickej deformácie

Tento typ opotrebovania častí stroja je typický pre vysoko zaťažené jednotky. Jeho podstata spočíva v zmene geometrických tvarov výrobku pod vplyvom výrazného zaťaženia.

Je to najtypickejšie pre spoje s perom a drážkou, ako aj pre závity, kolíky atď.

Podobnédeformácie môžu nastať aj v spojoch ozubených kolies. A nemusia byť rýchle. Záťaž je tu kľúčovým faktorom.

Takéto deformácie sa často objavujú na koľajniciach a kolesách koľajových vozidiel. Na prevenciu je potrebné zorganizovať včasnú prevenciu a vyšetrenie konštrukčných prvkov.

Opotrebenie v dôsledku odierania

Predkladaná klasifikácia typov opotrebovania nebude úplná, ak stratíme zo zreteľa takzvané opotrebovanie v dôsledku triesok. Jeho podstata je nasledovná. V ťažkých (možno až extrémnych) prevádzkových podmienkach dochádza k štrukturálnym a fázovým premenám povrchových vrstiev trecích častí. Príčinou sú v rôznych prípadoch zvýšené teploty, podmienky vykurovania a chladenia, vysoký tlak a iné. Vlastnosti výsledných vrstiev sa výrazne líšia od vlastností pôvodného materiálu. Tieto fázy sú spravidla krehké a pri zaťažení sa lámu.

Na oceli a liatine sa tak počas trenia bez mazania vytvárajú charakteristické biele pruhy. Tieto miesta nie je možné rozleptať ani roztokom kyseliny dusičnej alebo fluorovodíkovej v alkohole. Špecialisti v oblasti vedy o kovoch nazývajú tento útvar biela vrstva. Má pomerne vysokú tvrdosť podľa Rockwella a je veľmi krehký. Jedno laboratórium vykonalo fázovú a štruktúrnu analýzu bielej vrstvy. Ukázalo sa, že ide o mechanickú zmes martenzitu a cementitu. Obsahuje tiež malé množstvo feritu. Posledná vec v ňom vôbecmalý a nemôže znížiť tvrdosť.

Tvorba (syntéza) tejto látky je sprevádzaná vznikom škodlivých vnútorných ťahových a tlakových síl. Keď sa vektory vnútorných napätí zhodujú s vonkajším zaťažením dielu, na jeho povrchu sa v oblasti bielej vrstvy vytvoria malé trhliny. Tieto mikrotrhliny sú koncentrátory a akumulátory napätia, čo vedie ku krehkému lomu produktu ako celku.

Nosenie spôsobené koróziou

Tento proces prebieha na povrchoch, ktoré sú vo vzájomnom tesnom kontakte. Dôvodom sú výkyvy. Je potrebné poznamenať, že materiály telies trecích párov môžu byť veľmi odlišné (kov-kov alebo nekov-kov).

Tento jav sa vyskytuje už pri minimálnych posunoch telies (asi 0,025 mikrometra).

V dôsledku kolísania vznikajú na povrchoch korózne centrá, ktoré rastú a vedú k deštrukcii povrchovej vrstvy.

Nosenie vibračnou kavitáciou

Tento typ opotrebovania nastáva, keď produkty pracujú v tekutom médiu. Hoci k nemu môže dôjsť aj vtedy, keď prúd kvapaliny zasiahne časť stroja alebo mechanizmu. Fyzika procesu je nasledovná. Tlak kvapaliny na fázovom rozhraní (medzi kvapalinou a pevnou látkou) klesá, čo vedie k vzniku takzvaných kavitačných bublín. Intenzita tohto opotrebovania závisí od obsahu vzduchu v kvapaline a od vonkajšieho tlaku.

Zvuková vibrácia môže slúžiť ako katalyzátor. Obzvlášť škodlivé sú v tomto prípade vibrácie ultrazvukového spektra. Veľmi často sa takýto škodlivý jav vyskytuje v trecích častiach spaľovacích motorov. Výskum ukazuje, že zvuková kavitácia sa opotrebuje tri až štyrikrát rýchlejšie ako trenie.

Opotrebenie v dôsledku tepelného praskania

Tento problém je typický pre kolesá železničných vozňov a lokomotív. Počas pohybu vlaku musí rušňovodič často spomaliť. To spôsobuje preklzávanie a zahrievanie kolies. Pri naberaní rýchlosti sa trecia plocha pomerne rýchlo ochladí. Takéto tepelné cyklovanie vedie k tvorbe mnohých trhlín na povrchu kolesa. To výrazne urýchľuje opotrebovanie produktu. V súčasnosti sa na výrobu železničných kolies používajú špeciálne legované ocele. Ale skôr sa používala oceľ bežnej kvality. V mnohých vlakoch sa dnes stále používajú staré kolesá, takže tento problém je stále aktuálny.

Spôsoby riešenia tepelných trhlín

Najúčinnejším opatrením na boj proti tepelným trhlinám bude zabezpečenie intenzívneho chladenia. Na tento účel možno použiť špeciálne oleje a tuky. V prípade vlakových kolies toto opatrenie z pochopiteľných dôvodov nie je vhodné. V tomto prípade sa môžete pohrať na chemické zloženie materiálu a zvoliť z tohto pohľadu priaznivejšiu triedu ocele. Niektoré druhy legovaných ocelí majú nízky koeficient rozťažnosti. A túto vlastnosť možno využiť s výhodou.

Niektorévlastnosti opotrebovania eróziou

Vzhľadom na typy trenia a opotrebovania nemôžeme stratiť zo zreteľa takzvané opotrebenie eróziou. Zjednodušene povedané, ide o ničenie povrchov vplyvom prostredia.

V strojárstve sa tento pojem vzťahuje na deštrukciu povrchov častí strojov a mechanizmov pod vplyvom faktorov prostredia. Medzi takéto ovplyvňujúce faktory patrí prúdenie vzduchu a tekutín, para alebo rôzne plyny. Príčinou opotrebovania je, ako predtým, trenie. Iba v tomto prípade nepôsobia na povrch abrazívne častice, ale molekuly plynu alebo kvapaliny.

Počas tohto procesu sa objavujú mikrotrhlinky. Molekuly kvapaliny a pary pod vysokým tlakom do nich prenikajú a prispievajú k deštrukcii všetkých povrchových vrstiev produktov.

Kvapalina alebo para môžu tiež obsahovať abrazívne častice v suspenzii. V tomto prípade takáto zmes spôsobí abrazívno-erozívnu deštrukciu a opotrebovanie.

Únavové opotrebovanie a jeho vlastnosti

Typy opotrebovania a porušenia geometrie sú veľmi rôznorodé. Mnoho problémov pre konštruktérov a strojných inžinierov spôsobuje únavové odlupovanie povrchov dielov. Tento „neduh“je veľmi zákerný. K javu únavového odlupovania dochádza v častiach, ktoré pracujú dlhú dobu v podmienkach striedavého zaťaženia. Toto je charakteristická "choroba" kĺbov ozubených kolies.

Tento typ opotrebenia je sprevádzaný vznikom trhlín na povrchu a ich prienikomhlboko do produktu. Celá sieť takýchto mikrotrhlín sa objavuje na nevýznamnej ploche. Vplyvom tlakov a teplôt sa malé nesúrodé kúsky kovu odlupujú od hlavného telesa a odpadávajú. Dôležitú úlohu v tomto procese zohráva lubrikant (olej), ktorý preniká do mikrotrhliniek a podporuje deštrukciu.