Upload
nguyenliem
View
244
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
MATERIJALI OTPORNI TROŠENJU - MOT
Uvod o trošenju
Procesi trošenja prisutni su u prirodi gdje god postoje dva dijela materije u relativnom gibanju (dinamički kontakt).
1
Neki od tih procesa su tako polagani da ih redovito ne primjećujemo (npr. trošenje naših vlastitih zglobova).
U tehnici se bavimo onim procesima trošenja koji predstavljaju problem jer dovode do neželjenog smanjenja ili prestanka funkcije tehničkih sustava
MATERIJALI OTPORNI TROŠENJU - MOT
Trošenje nastaje kao rezultat složenih interakcija između elemenata
sustava pod djelovanjem dinamičkog opterećenja
2
Slika 1. Shema tribosustava
Otpornost trošenju = f ( 1 2 3, , , , , ,…. v F ….)= f (tribosustav)
Ne postoji univerzalni materijal otporan trošenju!!!
Kako se boriti protiv trošenja :
3
Kako se boriti protiv trošenja :
• Izborom materijala
• Inženjerstvom površine
• Konstrukcijskim rješenjima
• podmazivanjem, itd.
Adhezija
Adhezijsko trošenje karakterizira prijelaz materijala s jedne klizne plohe na drugu prirelativnom gibanju, a zbog procesa zavarivanja krutih faza.
4Slika 2. Jedinični događaj adhezije
Mikrozavarivanje
Raskidanje mikrozavarenog spoja
Otkidanje čestice
Za materijale koji nisu skloni stvaranju mikrozavarenih spojeva kažemo da su INKOMPATIBILNI i to je osnovni zahtjev na materijale tarnog para u slučaju kada postoji opasnost od adhezije.
Inkompatibilnost se može definirati samo kao svojstvo tarnog para a ne materijala pojedinačno.
5
para a ne materijala pojedinačno.
Na inkompatibilnost povoljno utječu razlike u kemijskom sastavu i kristalnoj strukturi površina u kontaktu
Dobro:
1. Čelik/ležajni materijal
2. Nitriranje, CVD, PVD
3. Keramika/keramika (male sile npr. žiroskop u svemirskim letjelicama)
6
Loše:
1. Ferit/ferit (kotač/kočna papuča)
2. Ferit/austenit (matica/vijak zasuna)
3. Austenit/austenit
7
8
Umor površine
Umor površine je odvajanje čestica s površine uslijed cikličkih promjena naprezanja.
Stvaranje mikropukotine, redovito ispod površine
9
Napredovanje mikropukotine
Ispadanje čestice trošenja, obično oblika pločice ili iverka
Slika 3 . Jedinični događaj umora površine
Mikroskopske pukotine nastaju na mjestu maksimalnog smičnog naprezanja.
Mikroskopske pukotine već postoje u materijalu (razni defekti) ili tek nastaju djelovanjem promjenjivog opterećenja na gibanje i gomilanje dislokacija.
10
Otpornost na umor površine naziva se i DINAMIČKA IZDRŽLJIVOST POVRŠINE. Ovisi o otporu gibanju dislokacija, a na njega utječe veliki boj čimbenika (npr.: podpovršinski koncentratori naprezanja, površinske pogreške, diskontinuteti u geometriji dodira, itd).
gomilanje dislokacija.
Dobro*:
1. Cementirani čelik
2. Kaljeni čelik
3. ADI (izotermički poboljšani nodularni lijev)
11
Loše:
1. Pogrešno toplinsko obrađeni čelici (npr. zaboravljeno kaljenje)
2. Nitriranje (za visoka naprezanja)
*Sve ovisi o naprezanjima. Npr. dobra rješenja su i:• Polimerni zupčanici (samo prijenos gibanja)• Keramički kuglični ležajevi (svemirska tehnika)
12
13
AbrazijaAbrazija je trošenje istiskivanjem materijala, uzrokovano tvrdim česticama ili tvrdim izbočinama
Više od 50% svih slučajeva (troškova) trošenja!
Prodiranje abraziva (a) u površinu materijala (1)
14
Prodiranje abraziva (a) u površinu materijala (1) pod utjecajem normalne komponente opterećenja FN
Istiskivanje materijala u obliku čestica trošenja (č) pod utjecajem tangencijalne komponente opterećenja Ft
Slika 4 . Jedinični događaj abrazije
Osnovni uvjet da dođe do abrazije je da postoji tvrđi element, to jest da je Ha>Hm
Prema tome osnovi zahtjev na materijal u pogledu otpornosti na abrazivno trošenje je TVRDOĆA.
Dobro:
1. Bijeli lijev s ~ 3%C; 15%Cr i 3%Mo
Ha<Hm
15
HVe
400,,
≈+ γγ
Ke (Cr7C3) Kvarc SiO2
~1400HV ~1200HV
Ovaj BL moguće je obrađivati rezanjem (keramički alat) jer su karbidi nepovezani, za razliku od nelegiranog BL
Prije navedeni BL ima najbolju lomnu žilavost od svih bijelih lijevova (~800 N/mm3/2)
2. Navarivanje elektrodama* koje daju sličan satav i strukturu navara kao pod 1
* Proizvodi ih i Elektroda Zagreb. Važan je sastav (~3% C, ~15%Cr) odnosno struktura (Cr7C3
e), a ne HRC! Ovo će biti na vježbi!
3. Boriranje (~1800HV)
16
3. Boriranje (~1800HV)
4. Vanadiranje (~2800HV)
5. PVD, CVD (samo za niska naprezanja)
Loše: Ha>Hm
Npr.: SiO2 αc
1200HV 800HV
17
18
19
20
21
Erozija česticama je gubitak materijala s površine krutog
tijela (1) zbog relativnog gibanja (strujanja) fluida (3) u
kojem se nalaze krute čestice (a).
Erozija krutim česticama
Slika 5. Shema procesa erozije česticama
Relativno gibanje se može opisati kao strujanje. Postoji slijedeći stupanj opasnosti od pojedinih mehanizama
22
slijedeći stupanj opasnosti od pojedinih mehanizama trošenja:
• Abrazija – vrlo visoki
• Umor površine - visoki
Budući da osim mehanizma abrazije i procesima erozije krutim česticama značajan i mehanizam umora površine, njihovi učinci i utjecaji različitih čimbenika opisuju se na razini jediničnog sudara čestica s trošenom površinom, što je prikazano na slijedećoj slici.
Slika 6. Jedinični sudar krute čestice s trošenom površinom
23
‘’Upad’’ krute čestice trošenja
određenom brzinom gibanja i pod
određenim kutom, te njezin sudar
s trošenom površinom materijala
‘Odbijanje krute čestice od trošene
površine uz prateće razerenje površine
otkidanjem djelića materijala u obliku
čestice trošenja
Slika 6. Jedinični sudar krute čestice s trošenom površinom
Ovisno o veličini kuta α (kut udara) imati ćemo slijedeće mehanizme trošenja:
• mali α → ABRAZIJA
• veliki α → UMOR POVRŠINE
Na narednim slikama prikazano je kako duktilni matreijali, kao metali i legure,
postižu najveći stupanj erodivnosti pri manjim kutevima udara, npr. 15O - 30O.
Za razliku od njih, krkhi materijali kao npr. staklo, keramika najveće vrijednosti
postižu kod većih kutova, tj oko 90O
24
Dobro:
1. Pjeskarilica
• Unutrašnje stjenke komore obložene
25
• Unutrašnje stjenke komore obložene gumom zbog velikog kuta udara α
• Sapnica u odnosu na obrađeni materijal je
pod malim kutem udra α, jer se obrađuje
tvrdi metal
Loše:
1. Čelik ‘’otporan trošenju’’ npr HARDOX
26
27
28
29
Erozija kapljevinomErozija kapljevinom je trošenje izazvano strujanjem
kapljevine ili plina s kapljicama. Slično kao kod erozije
česticama ali bez krute faze! Zato je isključen
abrazijski mehanizam trošenja, a ostaje umor
površine kao najopasniji mehanizam trošenja.
Umor površine postaje problem tek kada su brzine sudara iznad 100m/s, tada
govorimo o kapljicama koje udaraju u trošeni materijal. Ako je brzina ≈3m/s
30
govorimo o kapljicama koje udaraju u trošeni materijal. Ako je brzina ≈3m/s
govorimo o mlazu
Pokazatelj otpornosti na trošenje je DINAMIČKA IZDRŽLJIVOST POVRŠINE.
Karakteristični primjeri erozije kapljevinom su:
• lopatice parnih turbina
• zrakoplovi
31Slika 8. Relativna otpornost nekih materijala na eroziju kapljevinom
Dobro:
1. Steliti (legure s ≈50% Co)
• lijevani
Mjera za izbjegavanje erozije kapljicama je izbor materijala dovoljne dinamičke izdržljivosti
32
• Navareni
• naštrcani
Loše:
1. Čelik (α’+P) npr cjevovod Sisak
33
34
35
Kavitacijska erozija
Kavitacijska erozija je trošenje krutog tijela pri
strujanju kapljevine u kavitacijskom režimu tj., uz
nastajanje i naglo implodiranje mjehurića pare što
izaziva visoke lokalne udarne tlakove ili temperature.
Relativno gibanje može se opisati kao strujanje. Mogući su slijedeći mehanizmi
trošenja:
36
trošenja:
• umor površine – jako visoki utjecaj
• tribokorozija – niski utjecaj
Pokazatelj otpornosti na trošenje je DINAMIČKA IZDRŽLJIVOST POVRŠINE.
Mjere za izbjegavanje kavitacijske erozije:
• konstrukcijske mjere
• izbor materijala dovoljne dinamičke izdržljivosti površine
• dodavanje aditiva za smanjenje napetosti površine tekućine
Dobro:
1. Materijali s što većim Rd npr. za propelere
37
d
• sivi lijev
• bronca
• nehrđajuči čelik:
� austenitni
� martenzitni
niski Rd
visoki Rd
smjer razvoja
38
39