erozja.docx

Zużywanie erozyjne

Zużycie erozyjne występuje w przypadku, gdy element maszyny lub urządzenia ścierany jest przez strumień cząstek mineralnych posiadający określoną energię kinetyczną, przy czym poniższe rozważania dotyczą prędkości strumienia mniejszej niż 100 m/s.

Ze względu na rodzaj cząstek wywołujących erozję, zużycie to można podzielić na:

-zużycie erozyjne w strumieniu cząstek ciał stałych,

-zużycie erozyjne w strumieniu cieczy (zużycie hydroerozyjne),

-zużycie erozyjne w strumieniu cieczy zawierających cząstki ciała stałego (hydrościerne).

Podczas dynamicznego oddziaływania cząstek na powierzchnię ciała stałego mogą zachodzić następujące procesy zużycia:

-bruzdowanie i umacnianie zgniotowe materiałów plastycznych,

-mikroskrawanie twardymi cząstkami,

-zużywanie o charakterze zmęczeniowym,

-pękanie i wykruszanie materiałów kruchych w mikroobszarach,

Intensywność zużycia erozyjnego zależna jest zarówno od parametrów nacierającej strugi: wielkości cząstek, kąta natarcia, prędkości strumienia, jak i od właściwości podlegającego zużyciu materiału. Materiały miękkie intensywnie zużywają się przy mniejszych kątach natarcia strugi, gdyż wówczas dominującym mechanizmem niszczenia materiału jest mikroskrawanie twardymi cząstkami Przy wyższych kątach nacierania strugi na powierzchnię materiałów miękkich dominować zaczyna mechanizm bruzdowania, nieodłącznie związany z umocnieniem zgniotowym warstwy wierzchniej. Materiały o strukturze wykazującej silną tendencję do umacniania pod wpływem zgniotu (np. staliwo Hadfielda) są z reguły dość odporne na erozję o charakterze zużycia hydrościernego. Materiały twarde i kruche są praktycznie całkowicie odporne na erozją przy niskokątowym oddziaływaniu nacierającej strugi, jednakże przy natarciu jej w kierunku zbliżonym do normalnego zużywają się w sposób dużo bardziej intensywny. Dzieje się tak ze względu na dominację mechanizmów zużycia typu: mikrozmęczenie i mikropękanie.

Przy nacieraniu strugi pod kątem prostym do atakowanej powierzchni, niezwykle pożądaną cechą materiału jest amortyzowanie jej uderzenia nie tylko poprzez odkształcenie plastyczne, ale i sprężyste, co doskonale zobrazowane jest na przykładzie gumy, niemal całkowicie odpornej na erozję w takich warunkach

Zużycie Adhezyjne

Pitting - zużycie wykruszające występuje w smarowanym styku, a jego przyczyną jest głównie zmęczenie warstwy wierzchniej. W zespołach maszynowych pitting występuje w układach, które są bezpośrednio w kontakcie z substancją smarującą ( łożyskach tocznych, przekładniach zębatych, napędach krzywkowych). Uszkodzenie warstwy wierzchniej powoduje powstanie wyrwy, do której dostaje się substancja smarująca. Wyrwa wypełniona smarem zostaje poddana działaniu siły (np. dociśnięcie wyrwy w bieżni kulką w łożysku tocznym) co powoduję zwiększeniu ciśnienia i powiększaniu się uszkodzenia.

Proces zużycia wykruszającego składa się z 3 faz:

-tworzenie się mikroszczelin pod wpływem zmęczenia.

-rozklinowanie mikroszczelin pod wpływem wtłaczania smaru podczas przetaczania elementów po sobie.

-wyrywanie cząstek materiału z warstwy wierzchniej.

Spalling - czyli łuszczenie polega na stopniowym narastaniu naprężeń wokół defektów struktury warstwy wierzchniej skojarzonych elementów w wyniku cyklicznych naprężeń kontaktowych, a następnie na tworzeniu się mikropęknięć i ich rozprzestrzenianiu się powodujących odpadanie cząstek materiału w postaci łusek. Łuszczenie jest zużyciem zmęczeniowym wywołanym obciążeniami mechanicznymi powierzchni tarcia elementów wykonujących ruchy toczenia z poślizgiem (np. tory kolejowe).

Fretting – proces niszczenia warstwy wierzchniej.

Proces polega na powstawaniu miejscowych ubytków materiału w elementach maszyn poddanych działaniu drgań lub niewielkich poślizgów powstających w wyniku realizacji przez te elementy ruchu obrotowo- lub postępowo-zwrotnego lub ich przemieszczania się pod wpływem cyklicznych obciążeń oraz intensywnego korozyjnego oddziaływania środowiska.

Przykładem frettingu jest zdzieranie powierzchni nitu łączącego dwa współpracujące elementy. Jego warstwa wierzchnia ulega uszkodzeniu poprzez powstałe drgania. Uszkodzony materiał jest następnie atakowany przez korozję co zmniejsza jego wytrzymałość i doprowadza do zwiększania uszkodzenia.

Kawitacja jest zjawiskiem polegającym na gwałtownej przemianie fazowej z fazy ciekłej w fazę gazową pod wpływem zmiany ciśnienia. Jeżeli ciecz gwałtownie przyśpiesza zgodnie z zasadą zachowania energii, ciśnienie statyczne cieczy musi zmaleć. Dzieje się tak np. w wąskim otworze przelotowym zaworu albo na powierzchni śruby napędowej statku.

Rodzaje styków ciernych:

Schemat warstwy wierzchniej:

Zacieranie

Przebieg ćwiczenia - Autor: Dr hab. inż. Tadeusz Hejwowski, prof. PL – Politechnika Lubelska.

W badaniach zużycia erozyjnego zastosowano własne stanowisko badawcze, w którym dwie badane próbki są przymocowane do wirnika napędzanego silnikiem wyso­koobrotowym. Urządzenie do badania zużycia erozyjnego jest przedstawione na rysunku 1, a rysunek 2 pokazuje wymiary próbki. Maksymalna prędkość obrotowa wirnika wynosi 8000 obr./min. Wirnik (2) z gniazdem próbki (1) jest umieszczony w hermetycznej walcowej komorze (3) o wymiarach 210 x 110 mm, komora jest ułożyskowana w oprawach (4) i napędzana przez przekładnię pasową silnikiem elektrycznym (7), jej prędkość obrotowa wyno­si 1 obr./s. Oś obrotu komory jest ustawiona poziomo i pokrywa się z osią obrotu wirnika z próbkami. Wirnik jest zamocowany do wału ułożyskowanego w oprawach (5), w wale wirnika jest wykonany otwór umożliwiający doprowadzenie, poprzez oprawę (6), gazu obojętnego do wnętrza komory (3). Przed rozpoczęciem testu do środka komory wsypywano porcję ścierniwa, która wynosiła:

100 g mieliwa kwarcowego, 150 g korundu, 150 g kar­borundu lub 90 g popiołu. Do wewnętrznej powierzchni komory są przymocowane żebra, których zadaniem jest ułatwienie transportu ścierniwa w trakcie ruchu obrotowe­go komory. Czas testu wynosił 3 min., ubytek masy próbek określano z dokładnością do 0,1 mg po ich uprzednim umyciu w myjce ultradźwiękowej. Prędkość obwodowa na powierzchni badanej próbki wynosiła, w zależności od odległości od osi obrotu, 25,26÷44 m/s. Skład chemiczny materiałów proszkowych i twardość wykonanych powłok przedstawia tablica I.

Mikrotwardości powłok zmierzono pod obciążeniem 40 G, wyniki są przedstawione w tablicy II.