潤滑システムにおけるフレッティング摩耗

BY admin
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フレッティング摩耗は、小さな振幅の繰返し運動（振動接線変位）を経験する二つの接触面間に発生する表面損傷である。 接触領域では、潤滑剤が絞り出され、金属と金属との接触が生じます。

低振幅運動は接触領域を再潤滑することを可能にしないため、深刻な局所的な摩耗が発生する可能性があります。 このタイプの摩耗はさらに、二体摩耗、接着および/またはフレッティング疲労（表面疲労の一形態）摩耗を促進する。

腐食環境下でフレッティング摩耗が発生すると、酸化膜のラビングオフと、より硬い酸化摩耗破片の摩耗性の増加の両方が摩耗を大幅に加速す 腐食活動がはっきりと明白であるとき、残骸の粒子の色によって示されるように、プロセスはフレッティング腐食と言われます。

フレッティング摩耗

フレッティング摩耗は、振動摩耗、摩擦、疲労、摩耗酸化、摩擦酸化、偽brinelling、分子摩擦、フレッティング疲労および腐食としても知られています。

事実上すべての機械が振動するため、フレッティングは、ボルトで固定され、ピンで固定され、圧入され、キーで固定され、リベットで留められた接合部、動くことを意図していない部品間、振動するスプライン、カップリング、ベアリング、クラッチ、スピンドルおよびシール、およびベースプレート、ユニバーサルジョイントおよびシャックルで発生します。

フレッティングは疲労亀裂を引き起こし、シャフトやその他の高応力部品の疲労破壊を引き起こすことがよくあります。

フレッティング摩耗は、表面間の摩耗タイプであり、変位振幅、通常の荷重、材料特性、サイクル数、湿度および潤滑によって大きく影響されます。

フレッティング摩耗プロセス

接触面間の周期的な動きは、すべてのタイプのフレッティング摩耗において不可欠な成分です。 これは、表面が接触し、小さな振幅振動にさらされることを必要とする組み合わせプロセスです。

表面の材料特性によっては、接着剤、二体摩耗および/または固体粒子が摩耗破片を生成することがあります。 摩耗の粒子は取り外し、粉砕される（押しつぶされる）ようになり、仕事堅くされた残骸が表面から金属を取除き始めるとき摩耗のメカニズムは三体の摩耗

フレッティング摩耗は、次の一連のイベントの結果として発生します:

  1. 加えられた正常な負荷によりアスペリティは付着し、接した振動的な動きはアスペリティをせん断し、集まる摩耗の残骸を発生させる。

  2. 生き残った（より硬い）アスペリティは、最終的にそれらが塑性変形を受け、ボイドを作成し、亀裂を伝播し、また、表面の窪み部分に蓄積する粒子のシートを

  3. 粒子が表面間のギャップにまたがるために十分に集まったら摩耗の摩耗は起こり、摩耗の地帯は横に広がります。

  4. 付着、層間剥離および摩耗の摩耗が続くと同時に、摩耗の残骸はもはや最初の地帯で含まれることができないし、周囲の谷に脱出する。

  5. 最大応力が中心にあるため、ジオメトリは湾曲し、マイクロピットが形成され、これらが合体してより大きく深いピットになります。 最後に、接線方向の動きの変位に応じて、一方または両方の表面にウォームトラックまたは大きな亀裂を生成することができる。

表面が仕事堅くなるようになると同時に、摩耗の摩耗の率は減ります。 最後に、一定の摩耗速度が発生し、関連するすべての摩耗モードが組み合わせて機能していることを示しています。

フレッティング摩耗特性

フレッティング摩耗の重要な要因は、小さな振動運動を受ける機械的にロードされたインターフェイスです。 損傷を生成するために必要な相対運動は、1マイクロメートルほど低く、非常に小さいかもしれませんが、より多くの場合、1インチの数千分の1程度です。 摩耗係数は振動の振幅に依存する。

図1に示すように、100マイクロメートル以下の振幅では摩耗がほとんど発生しません。

フレッティング対スリップ振幅
図1. フレッティング摩耗とスリップ振幅1

100マイクロメートル以下のスリップでは、摩耗破片につながる亀裂の核形成と伝播は検出できません。 その程度の振動での摩耗デブリの圧延は、おそらくこの低い摩耗率を引き起こす。

摩耗粒子アトラス

高振幅では、硬質粒子（酸化物または加工硬化粒子）による界面の直接摩耗が総摩耗率を作成します。 振動の大きな振幅では，フレッティング摩耗係数は単方向摩耗のそれとほぼ同じであった。


図2. フレッティング摩耗と走行時間2

通常の負荷の変化は、一般的にフレッティング摩耗に影響を与えます。 装置のユーザーは頻繁に高い正常な負荷がフレッティングを減らすために振動を十分に湿らせると仮定するが接触域の増加はこの効果を上回りがちであるより多くの表面の相互作用を作り出す。 その結果、負荷または単位圧力が増加すると、図3に示すように、より高い摩耗率が発生する傾向があります。


図3. フレッティング摩耗と通常の単位荷重3

フレッティング摩耗の原因となるのは、接着、トラクション疲労、剥離（二体摩耗）の三つの別々のメカニズムです。 金属移動は起こるかもしれないし、しないかもしれない。 塑性変形によって表面が幾何学的に変化し、面積が平方ミリメートル単位で測定された高荷重領域が作成されます。

これらの耐荷重領域に対応する材料は高度に硬化し、新しい構造相を形成することにつながる。 これらの加工硬化領域は脆く、破壊および断片化を起こしやすく、約一マイクロメートルの初期寸法を有する金属摩耗破片および粒子を生成する。


図4. 軟鋼のフレッティング損傷に対する周波数の影響

フレッティング腐食

フレッティング工程のもう一つの側面は、フレッティング摩耗率に及ぼす湿度の影響である。 フレッティング摩耗は、相対湿度がゼロから50％に増加するにつれて、ほとんどの摩擦カップル（金属）のために大幅に減少します。

空気中に含まれる水分が表面の間に潤滑膜の種類を提供するため、湿気の多い条件下での摩耗は常にそれほど深刻ではありません。 いくつかのケースでは、水分は、鉄の磁性酸化物であるより硬く、より研磨性のFe3O4、磁鉄鉱の代わりに軟鉄水和物を形成することを可能にする。

フレッティングは不活性な環境で発生する可能性がありますが、このタイプの環境は正常ではありません。 完全な潤滑の条件の下で、大気に露出される鉱物基盤オイルは少なくとも10%の空気を含んでいます、従って酸素はすべての摩擦カップルか身に着け 身に着けている表面および摩耗の残骸は一般に名前”フレッティング腐食の原因となる多量の酸化物を示します。”

以前は、フレッティング摩耗は、酸化がフレッティングの原因となる重要な要因であると考えられていたため、通常はフレッティング腐食と呼ばれていました。 実際には、酸化生成物の存在は、フレッティングプロセスを識別するための準備ができている手段となっています。

今日、技術者は、立方酸化物、金、白金などの酸化しない材料でフレッティングが起こることを認識しています。 酸化はほとんどの一般的な材料でフレッティングを引き起こすことはありませんが、摩耗破片を除去すると、大気にさらされた処女金属が残り、酸化

強力な視覚的証拠は、酸化膜が形成され、その後掻き集められるという考えを支持する。 フレット領域の金属表面はわずかに変色する。 摩耗の残骸の色は母材のタイプによって変わります;アルミニウムの腐食プロダクトは白いですが、フレッティングはそれが黒くなる原因となりま

この考えを支持する第二の側面は、摩耗率の増加です。 不活性環境でフレッティングが発生した場合、摩耗速度は、条件が酸化膜を形成して掻き取る場合よりもかなり小さい。

摩耗に及ぼす周波数の影響は振幅に依存するため、振動振幅に応じて二つのタイプのフレッティング摩耗を定義する必要があります。 フレッティングの最初のタイプは、以前に議論したように、フレッティング腐食または摩耗です。 少ない材料が除去されるフレッティングの第二のタイプは、フレッティング疲労または牽引疲労と呼ばれています。

フレッティング疲労

フレッティング疲労では、表面の亀裂が発生して伝播し、材料が除去されます。 振幅は小さい。 すべりの振幅が大きくなると，摩耗フロントが伝播する前に開始された亀裂を除去するのに十分な速さで進み始めるにつれて，フレッティング疲労現象は消失する可能性がある。

表面硬度はフレッティング疲労を制限する上で重要な役割を果たします。 両方の表面が硬い場合、アスペリティは溶接され、続いて接合部のせん断、材料の移動および摩耗粒子の生成が行われます。

硬い表面が柔らかい表面に接触すると、フレッティング疲労摩耗が発生する可能性があります。 二つの表面の硬い方が柔らかい表面の塑性変形を引き起こし、表面下のボイド核形成、亀裂伝播およびその後の表面材料の損失を介して粒子放出を引き起こすのに十分なトラクションを作成する。

一方の表面がはるかに硬く、粗く、牽引力が少ない場合、アスペリティは反対の表面にインデントされ、深刻な摩耗やワイヤーのような摩耗破片を引き起こ

フレッティングに潤滑剤の影響

フレッティングは、滑らかな表面仕上げと近いフィット感を持つ摩擦カップルでより急速に進行するようです。 潤滑剤は小さい整理の摩耗区域を突き通しません（近い適合として記述されている）。 さらに、滑らかな終わりはより粗い表面のアスペリティ間の潤滑油保持のポケットを除去する。

これらの条件下では、境界潤滑条件のみが、油接面の連続的な相互作用を達成することができる。 往復運動が潤滑剤フィルムを絞り出し、それを補充することを許さないので、潤滑剤は常に成功するとは限らない。

一般に、ほとんどのフレッティング状況における潤滑剤の目的は、フレッティング表面および摩耗破片に酸素が到達するのを防ぐことです。 有効な金属のdeactivatorの添加物が付いている液体の潤滑油は焦燥の効果を減らすのを助けることができますが、多分全体で焦燥を停止しません。

  1. Halliday,J.潤滑および摩耗に関する会議,Proc. I.メカ。 E、ロンドン、1957。 640頁

  2. Ｆｅｎｇ，Ｉ．およびＲｉｇｈｔｍｉｒｅ，Ｂ． I.メカ。 E.170,1055,1956.

  3. リプソン、C.デザインの摩耗の考慮事項。 プレンティス-ホール,Englewood Cliffs,ニューヨーク,1967.

編集者注
この記事は、もともとE.C.Fitchの本、Proactive Maintenance for Mechanical Systemsの章として登場しました。 1992.

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