Kulutustyypit: kulumisen luokittelu ja ominaisuudet

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Kulumisella tarkoitetaan eri parien kitkapintojen asteittaista tuhoutumista. Vaatteita on monenlaisia. Ne johtuvat eri syistä. Mutta niillä kaikilla on yksi yhteinen piirre - hiukkaset erotetaan perusmateriaalista. Tämä johtaa häiriöihin mekanismien toiminnassa ja voi muissa tapauksissa aiheuttaa niiden rikkoutumisen. Nivelten aukot kasvavat, laskut alkavat lyödä merkittävän vastaiskun muodostumisen seurauksena. Tässä artikkelissa käsitellään pääasiallisia kulumistyyppejä, annetaan niiden ominaisuudet ja yleinen luokittelu.

Hangastavan kulumisen ominaisuudet

Hioma-aine on hienojakoinen luonnollista tai keinotekoista alkuperää oleva materiaali, jonka merkittävä kovuus riittää naarmuuntamaan muita vähemmän kovia materiaaleja.

Pintakulumisen tyyppi, jossa pintakerroksen rakenne ja eheys tuhoutuvat, kunvuorovaikutusta kiinteiden mikrohiukkasten kanssa kutsutaan hankaaviksi. On poistettava se, että tällaiseen tuhoon kitkanopeuden on oltava erittäin merkittävä (useita metrejä sekunnissa). Vaikka pitkäkestoisessa käytössä, tuhoa tapahtuu jopa pienemmillä nopeuksilla ja puristusvoimilla.

Hioma-aineiden rooli voi olla sekä kiinteitä esineitä (terästen ja seosten kiinteät faasit) että liikkuvia vieraita hiukkasia, jotka ovat pudonneet hankauspintojen kosketusalueelle (hiekka, pöly ja muut).

Seuraavat tekijät vaikuttavat hankaavan kulumisen määrään ja sen voimakkuuteen:

• hankaavien hiukkasten alkuperän luonne;
• mekanismin toimintaympäristö (aggressiivisuusaste);
• kitkaparien materiaaliominaisuudet;
• iskukuormitukset;
• lämpötilailmaisimet ja monet muut.

Hankkaus kovilla hiukkasilla (rakeita)

Tällaista mekaanista kulumista ilmenee, kun hankaavia rakeita joutuu kosketuksiin metallin tai muun materiaalin kanssa. Tällaisten hiukkasten kovuusindeksi ylittää merkittävästi itse metallin kovuusindeksin. Tämä johtaa kitkaparien materiaalien muodonmuutokseen, väsymisjännitysten esiintymiseen ja pinnan kulumiseen.

Jos mekanismi toimii usein vaihtuvissa kuormitusolosuhteissa, hioma-aineen haitallisten vaikutusten vaikutus lisääntyy. Tässä tapauksessa hankaava hiukkanen ei jätä vain jälkiä vaan myös kolhuja metallipinnalle.

Kun hioma-aineen osuus kasvaa,hankaavaa kulumista. Hankaavat hiukkaset ovat erittäin kovia, mutta samalla hauraita. Siksi suuret kappaleet voidaan jauhaa pienemmiksi.

Oksidatiivisen kulumisen ominaisuudet

Tällaista kulumista ilmenee, kun hankaavien osien pinnalle ilmestyy löysä oksidikalvo, joka irtoaa nopeasti pinnasta kitkan seurauksena. Useimmat tekniset materiaalit pyrkivät hapettumaan ilmassa korkeissa lämpötiloissa. Siksi mekanismit, jotka toimivat ilman voitelua ja ilman jäähdytysjärjestelmää, ovat alttiina tämän tyyppiselle osien kulumiselle.

Mitä suurempi oksidikalvon tuhoutumisnopeus ja sen muodostumisnopeus, sitä voimakkaampaa on pintojen kuluminen.

Tällainen kuluminen on tyypillistä sarana- ja pulttiliitoksille, erilaisille ripustusmekanismeille ja todellakin kaikille ilman voitelua toimiville yksiköille.

Kitkan nopeuden kasvaessa hankauspintojen lämpötila nousee. Tämä johtaa tuhoavien prosessien voimistumiseen. Iskukuormituksen lisääntymisellä on samanlainen vaikutus.

Plassisen muodonmuutoksen aiheuttama kuluminen

Tällainen koneenosien kuluminen on tyypillistä erittäin kuormitetuille koneille. Sen ydin on tuotteen geometristen muotojen muuttaminen merkittävien kuormien vaikutuksesta.

Se on tyypillisintä avain- ja kiilaliitoksille sekä kierteille, nasteille ja niin edelleen.

Samanlainenmuodonmuutoksia voi esiintyä myös vaihteiden nivelissä. Eikä niiden tarvitse olla nopeita. Kuorma on tässä avaintekijä.

Usein tällaisia muodonmuutoksia esiintyy liikkuvan kaluston kiskoissa ja pyörissä. Ehkäisemiseksi on välttämätöntä järjestää ajoissa enn altaehkäisy ja rakenneosien tutkiminen.

halkeilusta johtuva kuluma

Esitetty kulumistyyppien luokittelu ei ole täydellinen, jos menetämme silmistämme ns. kulumisen murtumisen seurauksena. Sen olemus on seuraava. Vaikeissa (ehkä jopa äärimmäisissä) käyttöolosuhteissa hankausosien pintakerroksissa tapahtuu rakenteellisia ja faasimuutoksia. Syitä eri tapauksissa ovat kohonneet lämpötilat, lämmitys- ja jäähdytysolosuhteet, korkea paine ja muut. Syntyvien kerrosten ominaisuudet eroavat merkittävästi alkuperäisen materiaalin ominaisuuksista. Yleensä nämä vaiheet ovat hauraita ja katkeavat kuormituksen alaisena.

Täten teräkseen ja valuraudaan muodostuu ominaisia valkoisia raitoja kitkan aikana ilman voitelua. Näitä kohtia ei voida syövyttää edes typpi- tai fluorivetyhapon alkoholiliuoksella. Metallitieteen asiantuntijat kutsuvat tätä muodostumista valkoiseksi kerrokseksi. Sillä on melko korkea Rockwell-kovuus ja se on erittäin hauras. Yksi laboratorio suoritti valkoisen kerroksen vaihe- ja rakenneanalyysin. Kävi ilmi, että se on mekaaninen martensiitin ja sementiitin seos. Se sisältää myös pienen määrän ferriittiä. Viimeinen asia siinä ollenkaanpieni eikä se voi vähentää kovuutta.

Tämän aineen muodostumiseen (synteesiin) liittyy haitallisia sisäisiä veto- ja puristusvoimia. Kun sisäisten jännitysten vektorit osuvat yhteen osan ulkoisten kuormien kanssa, sen pinnalle muodostuu pieniä halkeamia valkoisen kerroksen alueelle. Nämä mikrohalkeamat ovat jännityksen keskittäjiä ja kerääjiä, mikä johtaa koko tuotteen hauraaseen murtumiseen.

Käyttö korroosiota vastaan

Tämä prosessi tapahtuu pinnoilla, jotka ovat läheisessä kosketuksessa toistensa kanssa. Syynä ovat vaihtelut. On huomattava, että kitkaparin kappaleiden materiaalit voivat olla hyvin erilaisia (metalli-metalli tai ei-metalli-metalli).

Tämä ilmiö esiintyy jo pienillä kappaleiden siirtymillä (noin 0,025 mikrometriä).

Vaihtelun seurauksena pinnoille muodostuu korroosiokeskuksia, jotka kasvavat ja johtavat pintakerroksen tuhoutumiseen.

Värinäkavitaation aiheuttama kuluminen

Tällaista kulumista ilmenee, kun tuotteet toimivat nestemäisessä väliaineessa. Vaikka se voi myös tapahtua, kun nestesuihku osuu koneen tai mekanismin osaan. Prosessin fysiikka on seuraava. Nesteen paine faasirajalla (nesteen ja kiinteän aineen välillä) laskee, mikä johtaa ns. kavitaatiokuplien ilmaantumiseen. Tämän kulumisen voimakkuus riippuu nesteen ilmapitoisuudesta ja ulkoisesta paineesta.

Äänivärähtely voi toimia katalysaattorina. Erityisen haitallisia tässä tapauksessa ovat ultraäänispektrin värähtelyt. Hyvin usein tällainen haitallinen ilmiö esiintyy polttomoottoreiden hankausosissa. Tutkimukset osoittavat, että äänikavitaatio kuluu kolme-neljä kertaa nopeammin kuin kitka.

Lämmön halkeilusta johtuva kuluminen

Tämä ongelma on tyypillinen junavaunujen ja veturien pyörille. Junan liikkeen aikana kuljettajan on usein hidastettava vauhtia. Tämä saa pyörät luistamaan ja kuumenemaan. Nopeutta nostettaessa hankauspinta jäähtyy melko nopeasti. Tällainen lämpökierto johtaa monien halkeamien muodostumiseen pyörän pinnalle. Tämä nopeuttaa merkittävästi tuotteen kulumista. Tällä hetkellä rautateiden pyörien valmistukseen käytetään erikoisseosteräksiä. Mutta aikaisempaa normaalilaatuista terästä käytettiin. Vanhoja pyöriä käytetään edelleen monissa junissa, joten tämä ongelma on edelleen ajankohtainen.

Tapoja käsitellä lämpöhalkeamia

Tehokkain keino torjua lämpöhalkeamia on intensiivinen jäähdytys. Tätä varten voidaan käyttää erikoisöljyjä ja -rasvoja. Junan pyörien tapauksessa tämä toimenpide ei ilmeisistä syistä sovellu. Tässä tapauksessa voit leikkiä materiaalin kemiallisella koostumuksella ja valita edullisemman teräslaadun tästä näkökulmasta. Tietyillä seosteräslaaduilla on alhainen laajenemiskerroin. Ja tätä omaisuutta voidaan käyttää hyödyksi.

Jotkuteroosion kulumisominaisuudet

Kitkan ja kulumisen tyypit huomioon ottaen emme voi unohtaa niin sanottua eroosiokulumista. Yksinkertaisesti sanottuna tämä on pintojen tuhoamista ympäristön vaikutuksesta.

Suunnittelussa tämä käsite viittaa koneenosien ja mekanismikokoonpanojen pintojen tuhoutumiseen ympäristötekijöiden vaikutuksesta. Tällaisia vaikuttavia tekijöitä ovat ilma- ja nestevirrat, höyry tai erilaiset kaasut. Syynä kulumiseen on, kuten ennenkin, kitka. Vain tässä tapauksessa pintaan ei vaikuta hankaavia hiukkasia, vaan kaasu- tai nestemolekyylejä.

Tämän prosessin aikana ilmaantuu mikrohalkeamia. Korkeapaineiset neste- ja höyrymolekyylit tunkeutuvat niihin ja myötävaikuttavat tuotteiden kaikkien pintakerrosten tuhoutumiseen.

Neste tai höyry voi myös sisältää hankaavia hiukkasia suspensiossa. Tässä tapauksessa tällainen seos aiheuttaa hankaus-eroosiota tuhoa ja kulumista.

Väsymisen kuluminen ja sen ominaisuudet

Kulumistyypit ja geometrian rikkomukset ovat hyvin erilaisia. Monet suunnittelu- ja koneinsinöörien ongelmat johtuvat osien pintojen väsymishalkeilusta. Tämä "sairaus" on erittäin salakavala. Väsymishalkeiluilmiö esiintyy osissa, jotka toimivat pitkään vaihtelevien kuormien olosuhteissa. Tämä on tyypillinen hammaspyörän nivelten "sairaus".

Tällaiseen kulumiseen liittyy halkeamia pintaan ja niiden tunkeutuminensyvälle tuotteeseen. Kokonainen verkosto tällaisia mikrohalkeamia ilmestyy merkityksettömälle pinta-alalle. Paineiden ja lämpötilojen vaikutuksesta pienet, erilaiset metallipalat irtoavat päärungosta ja putoavat. Tärkeä rooli tässä prosessissa on voiteluaineella (öljyllä), joka tunkeutuu mikrohalkeamiin ja edistää tuhoa.