55
EKSPLOATABILNOST TRAJNOST IZBOR MATERIJALA, 2010. Prof.dr.sc. Tomislav Filetin Copyright TF IZBOR MATERIJALA U UVJETIMA TROŠENJA

IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

EKSPLOATABILNOSTTRAJNOST

IZBOR MATERIJALA, 2010.Prof.dr.sc. Tomislav Filetin

Copyright TF

IZBOR MATERIJALA U UVJETIMA TROŠENJA

Page 2: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

TRIBOLOGIJA• Naziv tribologija dolazi od grčkog s što

znači trenje, trošenje i slično.

• Tribologija je znanost i tehnika o površinama u dodiru i relativnom gibanju i o pratećimaktivnostima.

• Tribologija je disciplina koja se sveobuhvatnobavi problemima trenja i trošenja.

Page 3: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

TRIBOSUSTAV• Dva (tri) elementa (tijela) u dodiru:

• Čvrsta tijela• Čestice• Kapljevine• Plinovi• Sredstva za podmazivanje

• Relativna gibanja: klizanje kotrljanje udaranje strujanje vibriranje…

Page 4: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

MEHANIZMI I TIPOVI TROŠENJA

• Adhezijsko

• Abrazijsko

• Umor površine

• Tribokorozija

• Kombinacije

Trošenje je gubitak materijala (jednog ili oba triboelementa) ako postoji relativno gibanje između elemenata.

Page 5: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

ADHEZIJSKO TROŠENJE

(a) kontakt dvije izbočine (b) adhezija između dvije izbočine

(c) otkidanje (eventualno) i oblikovanje formacija čestica trošenja

Page 6: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

RABINOWITZ-ova karta tribološkekompatibilnosti, izvedena izbinarnihdijagrama stanja

Page 7: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Abrazijsko trošenje

Trošenje istiskivanjem materijala, uzrokovano tvrdim česticama ili tvrdim izbočinama.Mikrorezanje materijala na koji djeluje abraziv.

Page 8: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Primjeri abrazijskog trošenja

Page 9: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Umor površine

• Ponavljajuće (cikličko) dinamičko kotrljanje ili klizanje - npr. zupčanici

• Inicijacija pukotine događa se neposredno ispod površine – maks. tangencijalna naprezanja

• Neznatno trošenje je utvrđeno prije loma

Page 10: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Tribokorozija• Klizanje ili kotrljanje triboelemenata u

korozijskom okruženju• Čestice trošenja su praškastog oblika, obično

su oksidi • Elektro-kemijska korozija

Page 11: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

DIJAGRAM TOKA IM ZA DIJELOVE TRIBOSUSTAVA

Page 12: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

ANALIZA SLUČAJEVA TROŠENJA – CASE STUDIES

Page 13: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

STPI17: Materijal ugljični čelik Sustav kondenzacijski sustav Dio kondenzacijska cijev

Pojava - kavitacijska erozija - jamice s oštrim rubovima spužvastog izgleda

Vrijeme rada nepoznato Okolina kondenzat

Uzrok

Dotok visoko tlačnog kondenzata u cijev nisko tlačnog kondenzata doveo je do ekspanzije visoko tlačnog kondenzata i formiranja mjehurića, te njihove implozije u nisko tlačnom kondenzatu.

Otklanjanje - oba se kondenzata trebaju odvojeno vratiti u kotao - ekspanzija visoko tlačnog kondenzata prije dotoka u nisko

tlačni kondenzat

STKOL12: NEJEDNOLIK UMOR Materijal Sustav Kotrljajući ležaj Dio

Pojava Normalno ljuštenje od umora, ali koncentrirano ili pojačano na jednoj stani staze.

Vrijeme rada Okolina Uzrok Nesimetrija ležaja tj. nepravilno povezani dijelovi ležaja.

Otklanjanje

Page 14: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

TIPOVI I MEHANIZMI TROŠENJA

Page 15: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

TIPOVI I MEHANIZMI TROŠENJA

Page 16: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

1. IM OTPORNOG NA TROŠENJE PO CIJELOM PRESJEKU- npr. čelici ili ljevovi s visokim udjelom karbida- tvrdi metali- keramika

2. IZBOR SLOJA ILI POVRŠINE OTPORNE TROŠENJU

MOGUĆA RJEŠENJA U SITUACIJAMA TROŠENJA S MOTRIŠTA IM:

Page 17: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Osnovni mehanizmi

trošenja Dominantno svojstvo Djelotvorne zaštite

ADHEZIJA kompatibilnost + otpornost širenju pukotine

nitriranje oksidiranje sulfidiranje

UMOR POVRŠINE

dinamička izdržljivost površine + otpornost širenju pukotine

cementiranje površinsko kaljenje nitriranje

ABRAZIJA mikrotvrdoća strukturnih faza + otpornost na širenje pukotine

boriranje vanadiranje navarivanje

TRIBOKEMIJSKI kemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine

fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje

DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLIČITE MEHANIZME TROŠENJA

Page 18: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI
Page 19: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

GRUPA 1: MARTENZITNI SLOJEVI 1.1 PROKALJENI SLOJEVI DOBIVENI UGRIJAVANJEM CIJELOG PRESJEKA 1.2 PLAMENO KALJENI SLOJEVI 1.3 INDUKCIJSKI KALJENI SLOJEVI 1.4 LASERSKI KALJENI SLOJEVI 1.5 ELEKTRONSKIM SNOPOM KALJENI SLOJEVI 1.6 CEMENTIRANI SLOJEVI

GRUPA 2: RUBNI SLOJEVI S PROMJENOM KEMIJSKOG SASTAVA 2.1 NITRIRANI/NITROKARBURIRANI SLOJEVI 2.2 BORIRANI SLOJEVI

2.3 VANADIRANI SLOJEVI GRUPA 3: TOPLINSKI NAŠTRCANI SLOJEVI

3.1 SLOJEVI SAMOTEKUĆIH LEGURA 3.2 SLOJEVI ČISTIH METALA 3.3 SLOJEVI METALNIH KARBIDA 3.4 SLOJEVI METALNIH OKSIDA 3.5 SLOJEVI LEGURA 3.6 SLOJEVI POSEBNIH MATERIJALA

GRUPA 4: CVD (CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION) SLOJEVI 4.1 VISOKOTEMPERATURNI CVD-SLOJEVI NA Ti OSNOVI 4.2 VISOKOTEMPERATURNI CVD-SLOJEVI NA Al2O3 OSNOVI 4.3 SREDNJETEMPERATURNI CVD-SLOJEVI NA Ti(C,N) OSNOVI

GRUPA 5. PVD (PHYSICAL VAPOUR DEPOSITION) SLOJEVI 5.1 TITANNITRIDNI SLOJEVI 5.2 TITANKARBONITRIDNI SLOJEVI 5.3 TITANALUMINIJNITRIDNI SLOJEVI 5.4 KROMNITRIDNI SLOJEVI

GRUPA 6: NAVARENI SLOJEVI 6.1 SLOJEVI OTPORNI TROŠENJU NA OSNOVI MATERIJALA SLIČNIH ČELICIMA 6.2 SLOJEVI S VISOKIM UDJELOM TVRDIH KARBIDA 6.3 KOROZIJSKI OTPORNI SLOJEVI 6.4 SLOJEVI OTPORNI KOROZIJI I TROŠENJU 6.5 DISPERGIRANI I LEGIRANI SLOJEVI

GRUPA 7: SLOJEVI DOBIVENI LASERSKIM RASTALJIVANJEM 7.1 RUBNI SLOJEVI S DISPERGIRANO ULEŽIŠTENIM ČESTICAMA 7.2 LEGIRANI RUBNI SLOJEVI 7.3 LASERSKO OSLOJAVANJE 7.4 LASERSKO OSLOJAVANJE PRETALJIVANJEM

KLASIFIKACIJA SLOJEVA I PREVLAKA

Page 20: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Faktor trenja, ft

tt

n

FfF

Ovisi:- Materijali u dodiru- Podmazivanje

Ne ovisi o površini dodira! Leonardno da Vinci

Page 21: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Faktor trenja

Vrijednosti faktora trenja između istovrsnih materijala

0,2Čelik sa 3,5% Si0,4Alatni čelik0,7Krom prevlaka0,4Sivi ljevovi

1,0Austenitni čelik

Faktori trenja nekih legura sa niskolegiranim čelikom (0,13%C, 3,4%Ni)

0,2Legura Cu-Pb0,4Sivi ljevovi0,8Čelik (nepoznat sastav)0,4Konstantan (55% Cu i 45% Ni)0,5Mjed0,3Fosforna bronca0,8Bijela kovina

Page 22: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Faktori trenja između čelika i nekih polimera

1,6PU0,09PTFE (15% grafit)0,12PTFE (15% staklena vlakna)0,3PTFE (visoka brzina klizanja)0,08PTFE (visokoopterećeni)0,05PTFE - teflon0,1PE (s plastifikatorima)0,4PE (bez plastifikatora)0,5PS0,3PP0,5PVC0,5PMMA 0,4PA

Page 23: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Faktori trenja tvrdog metala (WC+Co) s nekim metalima i keramikama

0,2Safir (Al2O3)0,1Dijamant0,3Co0,4-0,8Fe0,8-1,0Cd0,4Cu0,1B4C0,15TiC

0,2Tvrdi metal (WC+Co)

Frikcijski materijali – visok ft

Page 24: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Trošenje pri klizanju

amaks

PTR k HP

ka – stupanj trošenja, 1/MPaP – površinski pritisak, MPaPmaks – maksimalni površinski pritisak, tvrdoća (H) mekše površine, MPaH – tvrdoća (HVx10), MPa

Page 25: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

FAKTOR TRENJA PRI KLIZANJU -ADHEZIJA

Na nepodmazivanoj čeličnoj podlozi

Page 26: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Stupanj trošenja za podmazivano klizanje

Page 27: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Dijagram pritisak-brzina klizanja za klizne ležaje

Page 28: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

PREDIZBOR VARIJANTI MATERIJALA – IZBOR MOGUĆIH RJEŠENJA

Klizno trošenje - trošenje kliznih ležaja

Dijagram pritisak-brzina klizanja za nepodmazivane klizne ležaje (čelična osovina)

Page 29: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Izbor materijala za klizne ležaje na temelju pritiska i temperature (čelična osovina)

Klizno trošenje - trošenje kliznih ležaja

Page 30: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Radni uvjeti Manji zupčanik1) Veći zupčanik samo prijenos gibanja (sila 0)

polimerni materijali, mjed, meki čelik i nehrđajući čelik u bilo kojoj kombinaciji

lakši uvjeti temper lijev nemetali, mjed, fosforna bronca2), temper lijev

sivi lijev sivi lijev

čelik – normaliziran

sivi lijev srednjeugljični i niskougljični niskolegirani čelik – normaliziran

srednjeugljični niskolegirani čelik visoke čvrstoće – poboljšan

srednjeugljični čelik – normaliziran

srednjeugljični niskolegirani čelik visoke čvrstoće – nitriran

srednjeugljični niskolegirani čelik – nitriran

srednjeugljični niskolegirani čelik – indukcijski kaljen

srednjeugljični niskolegirani čelik – indukcijski kaljen

teži uvjeti niskougljični niskolegirani čelik visoke čvrstoće – cementiran

niskougljični niskolegirani čelik visoke čvrstoće – cementiran ili poboljšan

Kotrljajuće trošenje - trošenje zupčanikaOpće upute za izbor materijala zupčanika

Legenda:1) materijal manjeg zupčanika može biti u paru s bilo kojim materijalom većegzupčanika koji je u istoj razini kvalitete ili iznad nje.

2) fosforna bronca ne smije biti u paru s mekim čelikom.

Page 31: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Dijagram vlačna čvrstoća-savojna dinamička izdržljivost materijala za zupčanike

Page 32: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Dijagram faktora opteretivosti (C) i tvrdoće HV uobičajenih materijala zupčanika

Page 33: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Tvrdoća bokova zubi, HV1

Din

amič

ka iz

držl

jivos

t, N

/mm

2

leg. čelik za cement.-cementiran

čelik za pobolj.-površ. kaljen

leg. čelik za pobolj. poboljšan

nitriran ili nitrokarb. čelik

opći konstr. čelici

neleg. č. za pobolj., normaliziran

Page 34: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Radni uvjeti Zahtijevana svojstva Materijal

- visoka naprezanja - udarci

- visoka žilavost - otvrdnjavanje hladnom

deformacijom

- austenitni Mn-čelik - guma

- visoka tvrdoća - žilavost manje važna - brza izmjena dijelova

- kaljeni ili drugačije otvrdnuti metalni materijali

- navareni slojevi - keramika

- niska cijena osnovnog materijala

- trajanje izmjene manje važno

- keramika - kamene pločice - beton

- niska naprezanja - klizanje

- najveća otpornost na trošenje

- cijena nevažna - volframov karbid (tvrdi metal)

- visoka naprezanja - jaki udarci - visoka žilavost - željezni ljevovi i čelici

- navareni slojevi

- vlaga i korozija - otpornost na koroziju

- korozijski postojani čelici - keramika - guma - polimeri

- niska naprezanja - sitne čestice - slaba abrazivnost čestica

- niski faktor trenja - poliuretan - PTFE (“teflon”) - glatke metalne površine

- visoka temperatura

- otpornost na lom i na toplinske šokove

- opća otpornost pri povišenim temp.

- željezni ljevovi i čelici legirani s Cr - neke keramike

- minimalno trajanje zastoja - laka izmjena - bilo koji materijal koji se lako

pričvršćuje ili nanosi - zakrivljene i nepravilne površine i oblici

- navareni slojevi - materijali koji se nanose lopaticom

- jako teški rad pri visokim temperaturama

- bilo koje svojstvo ili kombinacije gornjih svojstava - navareni slojevi

ABRAZIJSKO TROŠENJE - upute za izbor materijala

Page 35: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Minerali (abrazivi) Tvrdoća HV Materijali (fazni

konstituenti) gips 36 70...200 ferit vapnenac, CaCO3

140

fluorit, CaF2 190 170...230 austenit, 12% Mn 250...320 perlit, nelegirani 250...350 austenit, niskolegirani dolomit 370 300...460 perlit, legirani

300...600 austenit, Fe-ljevovi s visokim % Cr

staklo 500...795 500...1010 martenzit apatit 540 feldspat 600...750 kremen 800...950 840...1100 cementit kvarc, SiO2 900...1750 1200...1600 Cr-karbid, (Fe, Cr)7C3 topaz 1430 1300...1500 Fe-borid, Fe2B 1500 Mo-karbid, Mo2C 1650 Cr-karbid, Cr23C6 korund, Al2O3 1800...2100 1800 Cr-karbid, (Fe, Cr)23C6 1600...2100 Fe-borid, FeB 1800...2250 Cr-borid, CrB2 2000...2400 Nb-karbid 2150 Cr-borid, CrB 2200 Cr-karbid, Cr7C3 2280 Cr-karbid, Cr3C2 2400 W-karbid, WC 2700 W-borid, W2B5 karborund, SiC 2600...3500 2700...3800 Cr-karboborid, Cr2(BC)

2800...2940 V-karbid, VC 3000 W-karbid, W2C 3200 Ti-karbid, TiC 3400 Ti-borid, TiB2 3700 B-karbid, B4C 3750 W-borid, WB dijamant 10000

Tvrdoće faznih konstituenata i abraziva

Page 36: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Erozija česticama

Relativno trošenje nekih materijala u ovisnosti o kutu udaranja čestica

Page 37: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

EROZIJA BAKRENE CIJEVI

EROZIJA ROTORA OD NELEGIRANOG ČELIKA

Page 38: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Relativna otpornost nekih materijala na eroziju kapljevinom

Page 39: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Razmotriti mogućnost zamjene uvoznih dijelova pumpe u procesnom postrojenju, koja transportira mulj čije je djelovanje kemijski agresivno i abrazivno (50 % dolomita mikrotvrdoće370 HV0,03, oko 30 %CaO i oko 20 %MgO).

ZADATAK:

Page 40: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

SADAŠNJE RJEŠENJE:

A. Precipitacijski kaljeni nehrđajući čelični lijev sastava: 0,065 %C; 25,33 %Cr; 8,5 %Ni; 2,44 %Mo; 0,51 %Si; 1,27 %Mn; 0,02 %P; 0,012 %S; 1,56 %Cu.

Mikrostruktura se sastoji od austenita mikrotvrdoće 230 HV0,05 i zona precipitata mikrotvrdoće 550 HV0,1. Makrotvrdoća = 430 HV30.

B. Nehrđajući čelični lijev sastava: 0,08 %C; 18 %Cr; 11 %Ni; 3 %Mo; 3 %Si; 1 %Mn; 0,03 %P; 0,035 %S.

Mikrostruktura je austenitna, mikrotvrdoće 215 HV0,1. Makrotvrdoća iznosi 230 HV.

Page 41: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

IZBOR MOGUĆIH RJEŠENJA

V1 emajlirani SL;V2 precipitacijski kaljeni nehrđajući ČL sastava:

0,07 %C; 24,6 %Cr; 7 %Ni; 2,1%Mo; 1,5 %Si; 0,3 %Mn; 0,02 %S i 1,15 %Cu.Mikrostruktura se sastoji od austenita mikrotvrdoće 290 HV0,03 i zona precipitata mikrotvrdoće 630 HV0,1. Makrotvrdoća iznosi 470 HV30;

V3 martenzitni nehrđajući ČL sastava: 0,45 %C; 12,6 %Cr; 0,34 %Si; 0,24 %Mn; 0,015 %P; 0,027 %S; 0,47 %Ni i 0,12 %Cu.Martenzitna mikrostruktura mikrotvrdoće 640 HV0,1.Makrotvrdoća iznosi 610 HV30.

Page 42: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Uzorci dimenzija 25 x 10 mm rotirali su u realnom mediju s približnojednakim brzinama strujanja kao u pumpi.Ploha koja je izložena trošenju imala je nagib od 21 u odnosu na smjer strujanja medija.

LABORATORIJSKA ISPITIVANJA VARIJANTI

Najbolje rješenje: V3 martenzitni nehrđajući čelični lijev

Page 43: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Laboratorijska ispitivanja varijanti

Primjer izbora materijala za košuljice isplačnih pumpi

Page 44: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Vrsta materijala Stanje V/ASTM-A, mm3

bijeli lijev KMM452) vanadirano (sloj 0,014 mm) 0,341) tvrdi metal HV10 sinterirano 1,0 tvrdi metal Kennametal K-714 sinterirano 1,5 bijeli lijev KMM452) borirano (sloj 0,06 mm) 1,91) tvrdi metal SV20 sinterirano 2,4 tvrdi metal HV30 sinterirano 3,3 Č1730 (C60) borirano (sloj 0,25 mm) 7,41) bijeli lijev II/13) kaljeno 8,5 Č4150 (X210Cr12) kaljeno 19 navar Stellite 1016 navareno 21 AISI D3 (X210Cr12) kaljeno 25 bijeli lijev KMM452) kaljeno 35 AISI F24) kaljeno 39 AISI 309+TiC navareno 69 AISI S25) kaljeno 82 Č1730(C60) kaljeno 142 Č1730 (C60) normalizirano 234

Gubitak volumena prema ASTM G 65-80/A za neke ispitivane materijale

1) odnosi se samo na površinski sloj;2) srednji sastav: 2,64 %C; 0,5 %Si; 0,7 %Mn; 15 %Cr; 0,03 %P i S;3) prema ASTM A 532-674) srednji sastav: 1,3 %C; 0,3 %Si; 0,25 %Mn; 0,3 %Cr; 3,6 %W; 0,3 %Mo 5) srednji sastav: 0,55 %C; 0,95 %Si; 0,5 %Mn; 0,22 %V; 0,5 %Mo

Page 45: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Varijanta1) Materijal i udio u trošenom volumenu2)

V/ASTM-A,mm3

ti/to

3) V0 100 % Č1730 K 142 142/142 = 1

V1 98,6 %KMM K + 1,4% V (sloj 0,014 mm)

35 0,34

0,986(142/35) = 4,0 0,014(142/0,34)=5,8 ukupno: 9,8

V2 94 %KMM K + 6 %B (sloj 0,06 mm)

35 1,9

0,94(142/35) = 3,8 0,06(142/1,9) = 4,5 ukupno: 8,3

V3 75 %Č1730 N + 25 %Č1730 B (sloj 0,25 mm)

234 7,4

0,75(142/234) = 0,5 0,25(142/7,4) = 4,8 ukupno: 5,3

V4 100% bijeli lijev II/1 8,5 142/8,5=16,7

Relativna trajnost varijanti prema sadašnjem rješenju

1) V0 - sadašnje rješenje; V1-4 – varijante2) K- kaljeno; V – vanadirano; B – borirano; N – normalizirano3) t0 – trajnost sadašnjeg rješenja; ti – trajnost varijanti

Page 46: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

VIJČASTA PUMPATransportne pumpe goriva, dozirne pumpe goriva, pumpe ulja glavnih i pomoćnih motora, pumpe separatora ulja i goriva i kao pumpe za hidrauličke sustave za tlakove do 8 MPa (12 MPa).

Različiti mediji i tlakovi.

Page 47: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Tlačno naprezanje košuljice po liniji dodira s vijkom računa se približno prema izrazu:

t = 1,06pr/z

gdje je: pr – radni tlak pumpe, MPaz – broj koraka zavojnice na radnoj dužini vijka.

Ovisno o vrsti pumpe tlačno naprezanje košuljice iznosi od 0,5 do 1,5 MPa.

Radne temperature i više od 200 C.

Page 48: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Materijal Re, (Ret) N/mm2

HB

, 10-6K-1

E, kN/mm2

relativna OT1)

REZ (1-5)2)

T (relat.)3)

SL25 250 (~750)

205 10,4 120 4 4 100

NL 400-12 280 (~840)

175 10,4 170 4 4 105

P.AlCu10Mg 185 145 23,0 72 3 5 92 AlCu5PbBi 240 85 23,0 72 2 5 130 P.CuSn10 135 77,5 18,0 98,5 5 5 204 CuNi2Be 180 170 18,0 98,5 4 5 217

1) procjena; 2) na osnovi sile rezanja; 3) na osnovi vremena obrade

Pregled relevantnih svojstava materijala za košuljicu pumpe

Materijal Re OT E REZ T M (Rang) SL25 89 80 100 100 80 92 86,9 (2) NL 400-12 100 80 85 100 80 88 87,3 (1) P.AlCu10Mg 66 60 71 45 100 100 74,1 (3) AlCu5PbBi 86 40 41 45 100 71 63,8 (6) P.CuSn10 48 100 38 58 100 45 71,6 (4) CuNi2Be 64 80 83 58 100 42 70,6 (5)

Skalirane vrijednosti svojstava i parametri vrednovanja materijala za košuljicu pumpe

Page 49: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Svojstvo Materijal

Re OT REZ T M Rang

Č1531 žaren 59 50 89 39 67 55,0 10 Č1531 nitriran 59 85 89 39 44 64,4 8 Č1590 žaren 45 45 89 92 99 68,1 5 Č1590 nitriran 45 85 89 92 94 83,2 2 Č3990 nitriran 31 85 89 95 100 83,1 3 Č3990 pouglj.+ vanadiran

31 100 89 95 93 87,7 1

Č4732 poboljšan 100 60 90 25 65 61,3 9 Č4732 nitriran 82 90 90 25 43 66,5 7 Č4531 nitriran 80 95 90 23 42 67,7 6 NL 400-12 nitriran 38 80 100 100 91 820 4

Skalirane vrijednosti svojstava i parametri vrednovanja materijala za vijak pumpe

Page 50: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

DISKOVI AKSIJALNOG LEŽAJA BUŠILICE ZA NAFTU I PLIN

1 1- Prijelaz s bušilice na teške šipke: 2- Kućište; 3- Osovina: 4- Matica osigurač; 5- Konus osigurač: 6- Dotezna matica rotirajućh dijelova na osovini; 7- Disk aksijalnoga ležaja; 8- Prsten aksijalnoga ležaja; 9- Gumirani element aksijalnogaležaja; 10- Regulacijski prsten; 11- Turbinski element-stator; 12- Turbinski element-rotor; 13- Radijalni ležaj; 14- Radijalni ležaj- stator (gumirani); 15-Košuljica donjega radijalnog ležaja; 16- Donji radijalni ležaj-donja brtva.

Page 51: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

ZADAĆE ISPLAKE:

hlađenje i podmazivanje dlijeta i kolone bušaćih alatki; iznošenje krhotina nabušenih čestica na površinu; savladavanje tlaka u podzemlju pri izradi kanala

bušotine; stvaranje nepropusnog, gustog i elastičnog glinenog

obloga; sprečavanje taloženja čestica nabušenih stijena i

podržavanje u stanju lebđenja u slučaju prekida kružnog toka isplake u bušotini;

ograničenje korozije bušaćeg alata.

Page 52: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

10-125-61-21-23-4ostalo

Krute česticeBentonitPijesakBaritLaporGlina

Volumenski %Sastavni dio

Opterećenje na ležaj, F: do 5 kN. Radna temperatura: 100 do 110°C Kutna brzina: = 8,4 do 84 rad/sBroj okretaja: n = 80 do 800 min1, što ovisi o vrsti bušilice i sastavu tla koji se buši.Sadašnja trajnost diskova =120 hOčekivana trajnost diskova = 250 h

Tvrdoća kvarca: 900-1280 HV

Page 53: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Varijanta budućeg rješenja-Tvrdi metal (91%WC i 9% Co)

Varijanta budućeg rješenjaBoriranje u granulatu 12 h/1000 °C i hlađenje na zraku

42CrMo4 (Č4732)

Varijanta budućeg rješenjaBoriranje u granulatu 8h/1000 °C i hlađenje na zraku

C45 (Č1530)

Dosadašnje rješenjeCementiranje u solnojkupci 12 h/930 °C i kaljenje u vodi

15CrMo5 (Č4720)

NapomenaToplinska obradaMaterijal

VARIJANTE RJEŠENJA

Page 54: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

UREĐAJ ZA TRIBOLOŠKO ISPITIVANJE AKSIJALNOG LEŽAJA

Page 55: IM TROSENJE 10 - fsb.unizg.hr · PDF filekemijska pasivnost + otpornost na širenje pukotine fosfatiranje sulfidiranje galvaniziranje DOMINANTNA SVOJSTVA I VRSTE ZAŠTITA ZA RAZLI

Shema određivanja dubine istrošenja Rezultati ispitivanja trošenja