Rodzaje zużycia: klasyfikacja i charakterystyka zużycia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Zużycie rozumiane jest jako stopniowe niszczenie powierzchni ciernych różnych par. Istnieje wiele rodzajów zużycia. Wynikają one z różnych przyczyn. Ale wszystkie mają jedną wspólną cechę - cząstki są oddzielone od materiału bazowego. Prowadzi to do zakłócenia działania mechanizmów, aw innych przypadkach może spowodować ich awarię. Zwiększają się szczeliny w stawach, lądowania zaczynają bić w wyniku powstania znacznego luzu. W tym artykule omówiono główne rodzaje zużycia, podano ich charakterystykę oraz ogólną klasyfikację.

Cechy zużycia ściernego

Ścierniwo to drobno rozproszony materiał pochodzenia naturalnego lub sztucznego, o znacznej twardości wystarczającej do zarysowania innych mniej twardych materiałów.

Rodzaj zużycia powierzchni, w którym następuje zniszczenie struktury i integralności warstwy wierzchniej, gdyinterakcja ze stałymi mikrocząstkami nazywana jest ścierniwem. Należy skreślić, że dla tego rodzaju zniszczenia prędkość tarcia musi być bardzo duża (kilka metrów na sekundę). Chociaż przy dłuższej pracy, zniszczenie następuje nawet przy niższych prędkościach i siłach docisku.

Rola substancji ściernych może pełnić zarówno nieruchome przedmioty (stałe fazy stali i stopów), jak i poruszające się obce cząstki, które wpadły w strefę kontaktu trących się powierzchni (piasek, kurz i inne).

Na wielkość zużycia ściernego i jego intensywność wpływają następujące czynniki:

• rodzaj pochodzenia cząstek ściernych;
• środowisko działania mechanizmu (stopień agresywności);
• właściwości materiałowe par ciernych;
• obciążenia uderzeniowe;
• wskaźniki temperatury i wiele innych.

Ścieranie twardymi cząstkami (ziarnami)

Ten rodzaj zużycia mechanicznego występuje, gdy ziarna ścierne wchodzą w kontakt z metalem lub innym materiałem. Wskaźnik twardości takich cząstek znacznie przekracza wskaźnik twardości samego metalu. Prowadzi to do deformacji materiałów par ciernych, powstawania naprężeń zmęczeniowych i ścierania powierzchni.

Jeżeli mechanizm pracuje w warunkach częstych przemiennych obciążeń, wówczas efekt szkodliwego działania ścierniwa jest wzmocniony. W tym przypadku cząsteczka ścierna pozostawia nie tylko ślady, ale także wgniecenia na powierzchni metalu.

Wraz ze wzrostem frakcji substancji ściernej,zużycie ścierne. Cząsteczki ścierne są bardzo twarde, ale jednocześnie kruche. Dzięki temu duże ciała można rozdrabniać na mniejsze.

Cechy zużycia oksydacyjnego

Ten rodzaj zużycia występuje, gdy na powierzchni części trących pojawia się luźna warstwa tlenku, która jest szybko usuwana z powierzchni w wyniku tarcia. Większość materiałów inżynierskich ma tendencję do utleniania się w powietrzu w podwyższonych temperaturach. Dlatego mechanizmy, które działają bez smarowania i bez układu chłodzenia, podlegają tego typu zużyciu części.

Im większa szybkość niszczenia warstewki tlenkowej i im większa szybkość jej powstawania, tym intensywniejsze zużycie powierzchni.

Ten typ zużycia jest typowy dla połączeń przegubowych i śrubowych, różnych mechanizmów zawieszenia, a także dla wszystkich jednostek pracujących bez smarowania.

Wraz ze wzrostem prędkości tarcia wzrasta temperatura powierzchni trących. Prowadzi to do nasilenia procesów destrukcyjnych. Podobny efekt ma wzrost obciążeń udarowych.

Zużycie spowodowane odkształceniem plastycznym

Ten rodzaj zużycia części maszyn jest typowy dla wysoko obciążonych jednostek. Jego istota polega na zmianie geometrycznych kształtów produktu pod wpływem znacznych obciążeń.

Jest to najbardziej typowe dla połączeń wpustowych i wielowypustowych, a także gwintów, kołków itp.

Podobnedeformacje mogą również wystąpić w połączeniach kół zębatych. I nie muszą być szybkie. Obciążenie jest tutaj kluczowym czynnikiem.

Często takie deformacje pojawiają się na szynach i kołach taboru. Aby temu zapobiec, konieczne jest zorganizowanie na czas profilaktyki i badania elementów konstrukcyjnych.

Zużyj się z powodu odprysków

Przedstawiona klasyfikacja rodzajów zużycia nie będzie kompletna, jeśli stracimy z oczu tzw. zużycie w wyniku wykruszania. Jego istota jest następująca. W ciężkich (może nawet ekstremalnych) warunkach eksploatacji warstwy powierzchniowe części trących ulegają przekształceniom strukturalnym i fazowym. Przyczynami w różnych przypadkach są podwyższone temperatury, warunki ogrzewania i chłodzenia, wysokie ciśnienie i inne. Właściwości powstałych warstw znacznie różnią się od właściwości oryginalnego materiału. Z reguły fazy te są kruche i pękają pod obciążeniem.

W ten sposób na stali i żeliwie tworzą się charakterystyczne białe paski podczas tarcia bez smarowania. Tych obszarów nie da się wytrawić nawet roztworem kwasu azotowego lub fluorowodorowego w alkoholu. Specjaliści w dziedzinie metaloznawstwa nazywają tę formację białą warstwą. Ma dość dużą twardość Rockwella i jest bardzo kruchy. Jedno laboratorium wykonało analizę fazową i strukturalną warstwy białej. Okazało się, że jest to mechaniczna mieszanka martenzytu i cementytu. Zawiera również niewielką ilość ferrytu. Ostatnia rzecz w tym wszystkimmały i nie może zmniejszyć twardości.

Tworzeniu (syntezie) tej substancji towarzyszy pojawienie się szkodliwych wewnętrznych sił rozciągających i ściskających. Gdy wektory naprężeń wewnętrznych pokrywają się z obciążeniami zewnętrznymi na części, na jej powierzchni w obszarze białej warstwy tworzą się małe pęknięcia. Te mikropęknięcia są koncentratorami i akumulatorami naprężeń, co prowadzi do kruchego pękania produktu jako całości.

Noszenie przez korodowanie

Ten proces zachodzi na powierzchniach, które są ze sobą w bliskim kontakcie. Powodem są wahania. Należy zauważyć, że materiały korpusów pary ciernej mogą być bardzo różne (metal-metal lub niemetal-metal).

Zjawisko to występuje już przy minimalnych przemieszczeniach ciał (około 0,025 mikrometra).

W wyniku fluktuacji na powierzchniach pojawiają się ogniska korozji, które powiększają się i prowadzą do zniszczenia warstwy wierzchniej.

Noszenie przez kawitację wibracyjną

Ten rodzaj zużycia występuje, gdy produkty działają w ciekłym medium. Chociaż może się to również zdarzyć, gdy strumień cieczy uderzy w część maszyny lub mechanizmu. Fizyka procesu jest następująca. Ciśnienie cieczy na granicy faz (pomiędzy cieczą a ciałem stałym) spada, co prowadzi do pojawienia się tzw. pęcherzyków kawitacyjnych. Intensywność tego zużycia zależy od zawartości powietrza w płynie i od ciśnienia zewnętrznego.

Wibracja dźwiękowa może służyć jako katalizator. Szczególnie szkodliwe w tym przypadku są drgania widma ultradźwiękowego. Bardzo często takie szkodliwe zjawisko występuje w częściach trących silników spalinowych. Badania pokazują, że kawitacja dźwiękowa zużywa się trzy do czterech razy szybciej niż tarcie.

Zużycie spowodowane pękaniem termicznym

Ten problem jest typowy dla kół wagonów i lokomotyw. Podczas jazdy pociągu maszynista często musi zwolnić. To powoduje, że koła ślizgają się i nagrzewają. Podczas zwiększania prędkości ocierająca się powierzchnia stygnie dość szybko. Taki cykl termiczny prowadzi do powstania wielu pęknięć na powierzchni koła. To znacznie przyspiesza zużycie produktu. Obecnie do produkcji kół kolejowych stosuje się specjalne stale stopowe. Zastosowano jednak wcześniejszą stal zwykłej jakości. Stare koła są nadal używane w wielu pociągach, więc ten problem jest nadal aktualny.

Sposoby radzenia sobie z pęknięciami termicznymi

Najskuteczniejszym sposobem zwalczania pęknięć termicznych będzie zapewnienie intensywnego chłodzenia. Do tego celu można użyć specjalnych olejów i smarów. W przypadku kół pociągów środek ten z oczywistych względów nie jest odpowiedni. W takim przypadku można pobawić się składem chemicznym materiału i wybrać bardziej korzystny z tego punktu widzenia gatunek stali. Niektóre gatunki stali stopowych mają niski współczynnik rozszerzalności. I ta właściwość może być wykorzystana z korzyścią.

Niektóreerozja cechy zużycia

Biorąc pod uwagę rodzaje tarcia i zużycia, nie możemy stracić z oczu tzw. zużycia erozyjnego. W uproszczeniu jest to niszczenie powierzchni pod wpływem środowiska.

W inżynierii pojęcie to odnosi się do niszczenia powierzchni części maszyn i zespołów mechanizmów pod wpływem czynników środowiskowych. Takie czynniki wpływu obejmują przepływy powietrza i cieczy, parę lub różne gazy. Przyczyną zużycia jest, jak poprzednio, tarcie. Tylko w tym przypadku na powierzchnię nie działają cząstki ścierne, ale cząsteczki gazu lub cieczy.

Mikropęknięcia pojawiają się podczas tego procesu. Cząsteczki cieczy i pary pod wysokim ciśnieniem wnikają w nie i przyczyniają się do niszczenia wszystkich warstw powierzchniowych produktów.

Płyn lub para może również zawierać cząstki ścierne w zawiesinie. W takim przypadku taka mieszanka spowoduje zniszczenie i zużycie ścierno-erozyjne.

Zużycie zmęczeniowe i jego charakterystyka

Rodzaje zużycia i naruszenia geometrii są bardzo zróżnicowane. Wiele problemów dla konstruktorów i inżynierów mechaników jest spowodowanych odpryskami zmęczeniowymi powierzchni części. Ta „dolegliwość” jest bardzo podstępna. Zjawisko odpryskiwania zmęczeniowego występuje w częściach, które długo pracują w warunkach przemiennych obciążeń. Jest to charakterystyczna „choroba” stawów przekładni.

Ten rodzaj zużycia towarzyszy inicjacji pęknięć na powierzchni i ich penetracjigłęboko w produkt. Cała sieć takich mikropęknięć pojawia się na niewielkiej powierzchni. Pod wpływem ciśnień i temperatur małe, rozproszone kawałki metalu odpadają od korpusu i odpadają. Ważną rolę w tym procesie odgrywa smar (olej), który wnika w mikropęknięcia i sprzyja zniszczeniu.