Typy opotřebení: klasifikace a charakteristiky opotřebení

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Opotřebení je chápáno jako postupné ničení třecích ploch různých párů. Existuje mnoho druhů opotřebení. Jsou způsobeny různými důvody. Všechny ale mají jedno společné – částice se oddělují od základního materiálu. To vede k narušení činnosti mechanismů a v jiných případech může způsobit jejich poruchu. Mezery v kloubech se zvětšují, přistání začnou bít v důsledku vytvoření výrazné vůle. Tento článek pojednává o hlavních typech opotřebení, uvádí jejich vlastnosti a obecnou klasifikaci.

Vlastnosti abrazivního opotřebení

Brusivo je jemně rozptýlený materiál přírodního nebo umělého původu s významnou tvrdostí dostatečnou k poškrábání jiných méně tvrdých materiálů.

Typ povrchového opotřebení, při kterém dochází k destrukci struktury a celistvosti povrchové vrstvy přiinterakce s pevnými mikročásticemi se nazývá abrazivní. Mělo by být zrušeno, že pro tento druh ničení musí být rychlost tření velmi významná (několik metrů za sekundu). I když při delším provozu dochází ke zničení i při nižších rychlostech a upínacích silách.

Úlohou abrazivních látek mohou být jak pevné předměty (pevné fáze ocelí a slitin), tak pohybující se cizí částice, které spadly do kontaktní zóny třecích ploch (písek, prach a další).

Následující faktory ovlivňují míru abrazivního opotřebení a jeho intenzitu:

• povaha původu abrazivních částic;
• provozní prostředí mechanismu (stupeň agresivity);
• vlastnosti materiálu třecích párů;
• nárazové zatížení;
• ukazatele teploty a mnoho dalších.

Otěr s tvrdými částicemi (zrnky)

Tento typ mechanického opotřebení nastává, když se brusná zrna dostanou do kontaktu s kovem nebo jiným materiálem. Index tvrdosti takových částic výrazně převyšuje index tvrdosti samotného kovu. To vede k deformaci materiálů třecích párů, vzniku únavových napětí a povrchové abrazi.

Pokud mechanismus pracuje v podmínkách častého střídavého zatížení, pak se účinek škodlivých účinků abraziva zvyšuje. V tomto případě abrazivní částice zanechávají na kovovém povrchu nejen stopy, ale také důlky.

Se zvýšením podílu brusné látky,abrazivní opotřebení. Abrazivní částice jsou velmi tvrdé, ale zároveň křehké. Proto mohou být velká těla rozemleta na menší.

Vlastnosti oxidačního opotřebení

Tento typ opotřebení nastává, když se na povrchu třecích dílů objeví uvolněný oxidový film, který je z povrchu rychle odstraněn v důsledku tření. Většina technických materiálů má tendenci oxidovat na vzduchu při zvýšených teplotách. Proto mechanismy, které pracují bez mazání a bez chladicího systému, podléhají tomuto typu opotřebení dílů.

Čím větší je rychlost destrukce oxidového filmu a čím větší je rychlost jeho tvorby, tím intenzivnější je opotřebení povrchů.

Tento typ opotřebení je typický pro kloubové a šroubové spoje, různé závěsné mechanismy a vlastně pro všechny jednotky pracující bez mazání.

S rostoucí rychlostí tření se zvyšuje teplota třecích ploch. To vede k zesílení destruktivních procesů. Podobný účinek má zvýšení rázového zatížení.

Opotřebení v důsledku plastické deformace

Tento typ opotřebení strojních součástí je typický pro vysoce zatížené jednotky. Jeho podstata spočívá ve změně geometrických tvarů výrobku pod vlivem značného zatížení.

Je nejtypičtější pro spoje s perem a drážkou, stejně jako pro závity, kolíky a tak dále.

Podobnédeformace se mohou vyskytnout i v kloubech ozubených kol. A nemusí být rychlí. Zátěž je zde klíčovým faktorem.

Často se takové deformace objevují na kolejích a kolech kolejových vozidel. K prevenci je nutné včas zorganizovat prevenci a vyšetření konstrukčních prvků.

Opotřebení kvůli odštípnutí

Předložená klasifikace typů opotřebení nebude úplná, pokud ztratíme ze zřetele tzv. opotřebení v důsledku odštípnutí. Jeho podstata je následující. Za těžkých (možná až extrémních) provozních podmínek procházejí povrchové vrstvy třecích částí strukturálními a fázovými přeměnami. Důvody jsou v různých případech zvýšené teploty, podmínky ohřevu a chlazení, vysoký tlak a další. Vlastnosti výsledných vrstev se výrazně liší od vlastností původního materiálu. Tyto fáze jsou zpravidla křehké a při zatížení se lámou.

Na oceli a litině se tak během tření bez mazání tvoří charakteristické bílé pruhy. Tato místa nelze naleptat ani roztokem kyseliny dusičné nebo fluorovodíkové v alkoholu. Specialisté v oblasti vědy o kovech nazývají tento útvar bílou vrstvou. Má poměrně vysokou tvrdost podle Rockwella a je velmi křehký. Jedna laboratoř provedla fázovou a strukturální analýzu bílé vrstvy. Ukázalo se, že jde o mechanickou směs martenzitu a cementitu. Obsahuje také malé množství feritu. Poslední věc v něm vůbecmalý a nemůže snížit tvrdost.

Tvorba (syntéza) této látky je doprovázena vznikem škodlivých vnitřních tahových a tlakových sil. Když se vektory vnitřních napětí shodují s vnějšími zatíženími součásti, na jejím povrchu se v oblasti bílé vrstvy vytvoří malé trhliny. Tyto mikrotrhliny jsou koncentrátory a akumulátory napětí, což vede ke křehkému lomu výrobku jako celku.

Opotřebení korozí při fetování

Tento proces probíhá na površích, které jsou ve vzájemném těsném kontaktu. Důvodem jsou výkyvy. Je třeba poznamenat, že materiály těles třecího páru mohou být velmi odlišné (kov-kov nebo nekov-kov).

Tento jev nastává již při minimálních výchylkách těles (asi 0,025 mikrometru).

V důsledku kolísání se na površích objevují korozní centra, která rostou a vedou k destrukci povrchové vrstvy.

Opotřebení vibrační kavitací

K tomuto typu opotřebení dochází, když produkty pracují v kapalném médiu. I když k němu může dojít i tehdy, když proud kapaliny narazí na část stroje nebo mechanismu. Fyzika procesu je následující. Tlak kapaliny na fázovém rozhraní (mezi kapalinou a pevnou látkou) klesá, což vede ke vzniku tzv. kavitačních bublin. Intenzita tohoto opotřebení závisí na obsahu vzduchu v kapalině a na vnějším tlaku.

Zvukové vibrace mohou sloužit jako katalyzátor. Zvláště škodlivé jsou v tomto případě vibrace ultrazvukového spektra. Velmi často se takový škodlivý jev vyskytuje v třecích částech spalovacích motorů. Výzkum ukazuje, že sonická kavitace se opotřebovává třikrát až čtyřikrát rychleji než tření.

Opotřebení v důsledku tepelného praskání

Tento problém je typický pro kola železničních vozů a lokomotiv. Během pohybu vlaku musí strojvedoucí často zpomalit. To způsobuje prokluzování a zahřívání kol. Při nabírání rychlosti se třecí plocha poměrně rychle ochladí. Takové tepelné cyklování vede k vytvoření mnoha trhlin na povrchu kola. To výrazně urychluje opotřebení výrobku. V současné době se pro výrobu železničních kol používají speciální legované oceli. Ale dříve se používala ocel běžné kvality. V mnoha vlacích se dnes stále používají stará kola, takže tento problém je stále aktuální.

Způsoby řešení tepelných trhlin

Nejúčinnějším opatřením v boji proti tepelným trhlinám bude zajištění intenzivního chlazení. K tomu lze použít speciální oleje a tuky. V případě vlakových kol toto opatření z pochopitelných důvodů není vhodné. V tomto případě si můžete zahrát na chemické složení materiálu a zvolit z tohoto pohledu příznivější jakost oceli. Některé druhy legovaných ocelí mají nízký koeficient roztažnosti. A tuto vlastnost lze využít s výhodou.

Některévlastnosti opotřebení erozí

Vzhledem k typům tření a opotřebení nemůžeme ztratit ze zřetele tzv. erozní opotřebení. Zjednodušeně řečeno se jedná o ničení povrchů vlivem prostředí.

Ve strojírenství se tento koncept týká destrukce povrchů strojních součástí a sestav mechanismů pod vlivem faktorů prostředí. Mezi tyto ovlivňující faktory patří proudění vzduchu a kapalin, pára nebo různé plyny. Příčinou opotřebení je stejně jako dříve tření. Pouze v tomto případě nepůsobí na povrch abrazivní částice, ale molekuly plynu nebo kapaliny.

Během tohoto procesu se objevují mikrotrhlinky. Molekuly kapaliny a páry pod vysokým tlakem do nich pronikají a přispívají k destrukci všech povrchových vrstev výrobků.

Kapalina nebo pára mohou také obsahovat abrazivní částice v suspenzi. V tomto případě taková směs způsobí abrazivně-erozivní destrukci a opotřebení.

Únavové opotřebení a jeho vlastnosti

Typy opotřebení a porušení geometrie jsou velmi rozmanité. Mnoho problémů pro konstruktéry a strojní inženýry způsobuje únavové odlupování povrchů součástí. Tento „neduh“je velmi zákeřný. K fenoménu únavového odlupování dochází u dílů, které pracují dlouhou dobu v podmínkách střídavého zatížení. Toto je charakteristická "nemoc" kloubů ozubených kol.

Tento typ opotřebení je doprovázen iniciací trhlin na povrchu a jejich pronikánímhluboko do produktu. Celá síť takových mikrotrhlin se objevuje na nevýznamné ploše. Vlivem tlaků a teplot se malé nesourodé kousky kovu odlupují od hlavního tělesa a odpadávají. Důležitou roli v tomto procesu hraje lubrikant (olej), který proniká do mikrotrhlin a podporuje destrukci.