Fretting Wear v mazaných systémech

Fretting wear je poškození povrchu, ke kterému dochází mezi dvěma kontaktními plochami, které zažívají cyklický pohyb (Oscilační tangenciální posun) malé amplitudy. V kontaktních oblastech je mazivo vytlačeno, což vede ke kontaktu kov-kov.

Protože nízká amplituda pohybu neumožňuje plocha kontaktů bude mazat, vážné lokalizované opotřebení může dojít. Tento typ opotřebení dále podporuje opotřebení dvou těles, přilnavost a / nebo únavu (forma povrchové únavy).

dochází-li v korozivním prostředí k opotřebení, jak tření oxidových filmů, tak zvýšená abrazivita tvrdších oxidovaných zbytků opotřebení mají tendenci výrazně urychlit opotřebení. Když je korozní aktivita zřetelně patrná, jak je označováno barvou částic trosek, proces se označuje jako třesoucí se koroze.

Fretting Wear

Fretting wear je také známý jako vibrační opotřebení, tření, únava, oxidace opotřebení, oxidace tření, falešné brinelling, molekulární opotřebení, únava a koroze.

Protože prakticky všechny stroje, vibrace, vztekat se vyskytuje v kloubech, které jsou přišroubovány, připnul, stiskněte-zařízená, nedočkavý a nýtované; mezi komponenty, které nejsou určeny k pohybu; v oscilační ozubení, spojky, ložiska, spojky, vřetena a těsnění; a v základových desek, univerzálních kloubů a pouta.

trápení vyvolalo únavové trhliny, které často vedou k únavovému selhání v hřídelích a dalších vysoce namáhaných součástech.

Fretting wear je typ opotřebení povrch-povrch a je značně ovlivněn amplitudou posunutí, normálním zatížením, vlastnostmi materiálu, počtem cyklů, vlhkostí a mazáním.

fretting Wear proces

cyklický pohyb mezi kontaktními plochami je základní složkou všech typů fretting wear. Jedná se o kombinovaný proces, který vyžaduje, aby povrchy byly v kontaktu a byly vystaveny malým amplitudovým oscilacím.

v závislosti na materiálových vlastnostech povrchů může lepidlo, otěr dvou těles a / nebo pevné částice způsobit opotřebení. Nosit částice oddělit a stát se rozmělní (rozdrtí) a mechanismu opotřebení změní na tři-tělo oděru při práci-kalené trosky začíná odstranění kovu z povrchu.

Vztekat opotřebení dochází v důsledku následující posloupnost událostí:

1. aplikované normální zatížení způsobuje nerovnosti dodržovat, a tangenciální kmitavého pohybu nůžky nerovnosti a vytváří nosit nečistoty, které se hromadí.

2. pozůstalý (těžší) nerovnosti nakonec působí na hladké měkčí povrchy, přimět je, aby se podrobil plastické deformace, vytvoření dutiny, šíření trhlin a smykové z listů částice, které se hromadí také v depresi části plochy.

3. jakmile se částice dostatečně nahromadily, aby překlenuly mezeru mezi povrchy, dochází k opotřebení otěrem a zóna opotřebení se šíří bočně.

4. jak adheze, delaminace a opotřebení otěru pokračují, zbytky opotřebení již nemohou být obsaženy v počáteční zóně a unikají do okolních údolí.

5. Protože maximální napětí je v centru, geometrie se stává zakřivené, micropits formě a tyto se spojují do větších a hlubších jam. Konečně, v závislosti na posunutí tangenciálního pohybu, mohou být na jednom nebo obou površích generovány šnekové dráhy nebo dokonce velké trhliny.

jak se povrchy zpevňují, rychlost opotřebení se snižuje. Nakonec dochází k konstantní míře opotřebení, což ukazuje, že všechny příslušné režimy opotřebení pracují v kombinaci.

Vztekat Opotřebení Vlastnosti

klíčovým faktorem vztekat opotřebení je mechanicky vložen rozhraní vystaveny malé kmitavého pohybu. Relativní pohyb potřebný k poškození může být poměrně malý, tak nízký jako jeden mikrometr,ale častěji je kolem několika tisícin palce. Koeficient opotřebení závisí na amplitudě kmitání.

při amplitudách pod 100 mikrometrů dochází k velmi malému opotřebení, jak je znázorněno na obrázku 1.

Obrázek 1. Vztekat se Nosit vs. Skluzu Amplitude1

V kombiné pod 100 mikrometrů, nukleace a šíření trhlin, které vedou k opotřebení trosek jsou příliš nepatrné, aby být detekovány. Opotřebení trosky válcování v tomto stupni oscilace pravděpodobně způsobuje tuto nízkou míru opotřebení.

Při vysokých amplitud, přímé oděru rozhraní tím, že těžké částice (oxid nebo práci kalené částic) vytváří hrubou mírou opotřebení. Při velkých amplitudách oscilace je koeficient opotřebení fretting přibližně stejný jako u jednosměrného opotřebení.

Obrázek 2. Fretting Wear vs. Running Time2

změny v normálním zatížení obecně ovlivňují fretting wear. I když zařízení uživatelé často předpokládají, že vysoká normální zatížení bude tlumit vibrace dostatečně snížit vztekat, zvýšení kontaktní plochy vytváří více povrchu interakce, která má tendenci převažují tento efekt. V důsledku toho, zvyšující se zatížení nebo jednotkové tlaky mají tendenci vytvářet vyšší míry opotřebení, jak ukazuje obrázek 3.

obrázek 3. Fretting Wear vs. Normal Unit Load3

tři samostatné mechanismy způsobují fretting wear: adheze, trakční únava a delaminace (obrušování dvou těles). Kovový přenos může nebo nemusí probíhat. Plastická deformace geometricky mění povrchy a vytvářejí se oblasti s vysokým zatížením, které mají plochy měřené v milimetrech čtverečních.

materiál odpovídající těmto nosným oblastem je vysoce zpevněný a vede k vytvoření nové konstrukční fáze. Tyto pracovní tvrzené oblasti jsou křehké, náchylné ke zlomeninám a fragmentaci a vytvářejí zbytky a částice kovového opotřebení, které mají počáteční rozměry kolem jednoho mikrometru.

obrázek 4. Vliv frekvence na Fretting poškození měkké oceli

fretting koroze

dalším aspektem fretting procesu je vliv vlhkosti na rychlost fretting opotřebení. Fretting opotřebení se podstatně snižuje u většiny třecích párů (kovů), protože relativní vlhkost se zvyšuje z nuly na 50 procent.

Nosit pod vlhkých podmínkách, je vždy méně závažné, protože vlhkost obsažená ve vzduchu poskytuje typ mazacího filmu mezi povrchy. V některých případech, vlhkosti umožňuje měkké železo hydráty tvoří místo těžší, hrubší Fe3O4, magnetit, magnetického oxidu železa.

ačkoli se v inertním prostředí může vyskytnout strach, tento typ prostředí není normální. Dokonce v plné mazání podmínky, minerální základové oleje do atmosféry obsahovat nejméně 10% vzduchu, takže kyslík je přítomen na všech třecích dvojic nebo nosit rozhraní. Opotřebované povrchy a zbytky opotřebení obvykle vykazují velké množství oxidu, což vede k názvu “ třesoucí se koroze.“

v minulosti se opotřebení trápení obvykle nazývalo korozní korozí, protože oxidace byla údajně kritickým faktorem způsobujícím trápení. Ve skutečnosti, existence oxidačních produktů byla připraveným prostředkem k identifikaci procesu trápení.

dnes si inženýři uvědomují, že k fretování dochází v materiálech, které neoxidují, jako je oxid krychlový, zlato a platina. Ačkoli oxidace nezpůsobuje trápení ve většině běžných materiálů, odstranění zbytků opotřebení zanechává panenský kov vystavený atmosféře a obvykle dochází k oxidaci.

silný vizuální důkaz podporuje myšlenku, že oxidové filmy se tvoří a jsou následně oškrábány. Kovové povrchy v rozrušené oblasti se mírně zbarvují. Barva opotřebení trosky se liší podle typu základního materiálu; korozní produkt z hliníku je bílé, ale vztekat způsobí, že se černé, korozi výrobků z oceli je šedá, ale vztekat způsobuje to, aby se stal červeno-hnědá.

druhým aspektem, který tuto myšlenku podporuje, je zvýšení míry opotřebení. Když vztekat se vyskytuje v inertním prostředí, míra opotřebení, je podstatně méně, než když podmínky způsobit oxidu filmu, tvořit a být oškrábat.

vzhledem k tomu, že vliv frekvence na opotřebení je závislý na amplitudě, musí být podle amplitudy kmitání definovány dva typy opotřebení. Prvním typem trápení je trápení koroze nebo opotřebení, jak bylo dříve diskutováno. Druhý typ trápení, který se vyskytuje, ve kterém je odstraněno méně materiálu, se nazývá únavová únava nebo trakční únava.

fretting únava

při fretting únavě se povrchové trhliny iniciují a šíří, čímž se odstraní materiál. Amplituda je malá. Pokud amplituda skluzu zvyšuje, vztekat únava jev může zmizet, jako je opotřebení vpředu začíná postupovat dostatečně rychle odstranit iniciované trhliny, než se množit.

tvrdost povrchu hraje klíčovou roli při omezování únavy. Pokud jsou oba povrchy jsou tvrdé, nerovnosti bude svařovat, následuje stříhání křižovatek, materiálovou a nosit částice generace.

pokud je tvrdý povrch v kontaktu s měkkým povrchem, pravděpodobně dojde k únavovému opotřebení. Těžší ze dvou povrchů vytváří dostatečnou přilnavost způsobit plastickou deformaci měkčí povrch a uvolňování částic prostřednictvím podpovrchových void nukleace, šíření trhlin a následné ztrátě povrchu materiálu.

Když jeden povrch je mnohem těžší a drsnější a je poháněn méně tažné síly, nerovnosti se nová odrážka, která zní do opačného povrchu způsobit vážné oděru a drát-jako nosit trosky.

vliv maziva na Fretting

zdá se, že Fretting postupuje rychleji u třecích párů, které mají hladké povrchové úpravy a těsné uložení. Maziva nepronikají do oblastí opotřebení s malými vůlemi(popsanými jako těsné uložení). Hladký povrch navíc eliminuje kapsy zadržující mazivo mezi asperity v drsnějších površích.

za těchto podmínek lze dosáhnout pouze okrajových podmínek mazání, kontinuální interakce povrchů navlhčených olejem. Maziva nejsou vždy úspěšná, protože vratné působení vytlačuje mazací film a neumožňuje jeho doplnění.

obecně platí, že účel maziva ve většině vztekat situace je, aby se zabránilo kyslík od dosažení vztekat povrchu a opotřebení trosky. Kapalná maziva s účinnými aditivy pro deaktivaci kovů mohou pomoci snížit účinek fretting, ale pravděpodobně se úplně nezastaví.

1. Halliday, J. konference o mazání a opotřebení, Proc. I. Mech. E, Londýn, 1957. s. 640.

2. Feng, I. a Rightmire, B.Proc. I. Mech. E. 170, 1055, 1956.

3. Lipson, C. úvahy o opotřebení v designu. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New York, 1967.

Poznámka Editora
tento článek se původně objevil jako kapitola v knize E. C. Fitch, Proactive Maintenance for Mechanical Systems. 1992.