Fretting Slitasje I Smurt Systemer

Fretting slitasje er overflateskade som oppstår mellom to kontaktflater opplever syklisk bevegelse (oscillerende tangentiell forskyvning) av liten amplitude. På kontaktområdene klemmes smøremiddelet ut, noe som resulterer i metall-til-metall-kontakt.

fordi den lave amplitudebevegelsen ikke tillater at kontaktområdet blir relubricated, kan det oppstå alvorlig lokalisert slitasje. Denne typen slitasje fremmer ytterligere slitasje, vedheft og/eller fretting tretthet (en form for overflateutmattelse) slitasje.

når fretting slitasje oppstår i et korrosivt miljø, både rubbing-off av oksid filmer og økt abrasiveness av hardere oksidert slitasje rusk tendens til sterkt akselerere slitasje. Når korrosjonsaktivitet er tydelig tydelig, som betegnet av fargen på ruskpartiklene, blir prosessen referert til som fretting korrosjon.

Fretting Slitasje

Fretting slitasje er også kjent som vibrasjons slitasje, gnaging, tretthet, slitasje oksidasjon, friksjon oksidasjon, falsk brinelling, molekylær slitasje, fretting tretthet og korrosjon.

fordi nesten alle maskiner vibrerer, oppstår fretting i ledd som er boltet, festet, trykkmontert, tastet og nittet; mellom komponenter som ikke er ment å bevege seg; i oscillerende splines, koblinger, lagre, clutcher, spindler og tetninger; og i grunnplater, universelle ledd og sjakler.

Fretting har initiert utmattelsessprekker som ofte resulterer i utmattelsessvikt i aksler og andre svært belastede komponenter.

Fretting slitasje er en overflate-til-overflate type slitasje og er sterkt påvirket av forskyvning amplitude, normal lasting, materialegenskaper, antall sykluser, fuktighet og smøring.

Fretting Wear Process

Syklisk bevegelse mellom kontaktflater er den essensielle ingrediensen i alle typer fretting slitasje. Det er en kombinasjonsprosess som krever overflater å være i kontakt og bli utsatt for små amplitudoscillasjoner.

avhengig av materialegenskapene til overflater, kan klebemiddel, to-legeme slitasje og/eller faste partikler produsere slitasje rusk. Slitasjepartikler løsner og blir findelt (knust), og slitemekanismen endres til slitasje på tre legemer når det arbeidsherdede avfallet begynner å fjerne metall fra overflatene.

Fretting slitasje oppstår som et resultat av følgende sekvens av hendelser:

1. den påførte normal belastning fører asperities å følge, og tangentiell oscillerende bevegelse skjærer asperities og genererer slitasje rusk som akkumuleres.

2. de overlevende (hardere) asperities virker til slutt på de glatte mykere overflatene, noe som får dem til å gjennomgå plastisk deformasjon, skape hulrom, forplante sprekker og skjære av partikler som også akkumuleres i deprimerte deler av overflatene.

3. når partiklene har samlet seg tilstrekkelig til å dekke gapet mellom overflatene, oppstår slitasje slitasje og slitasjesonen sprer seg sideveis.

4. som vedheft, delaminering og slitasje slitasje fortsette, slitasje rusk kan ikke lenger være inneholdt i den opprinnelige sonen, og det rømmer inn i omkringliggende daler.

5. fordi maksimal spenning er i sentrum, blir geometrien buet, mikropits form og disse samles i større og dypere groper. Til slutt, avhengig av forskyvning av tangentiell bevegelse, kan ormspor eller til og med store sprekker genereres i en eller begge overflater.

etter hvert som overflatene blir arbeidsherdet, reduseres slitasjen. Endelig oppstår en konstant slitasjehastighet, noe som viser at alle relevante slitasjemoduser fungerer i kombinasjon.

Fretting Wear Characteristics

nøkkelfaktoren i fretting wear er et mekanisk lastet grensesnitt utsatt for en liten oscillatorisk bevegelse. Den relative bevegelsen som kreves for å produsere skade kan være ganske liten, så lav som en mikrometer, men oftere er rundt noen tusendeler av en tomme. Slitekoeffisienten avhenger av amplitude av svingning.

svært lite slitasje oppstår ved amplituder under 100 mikrometer som vist I Figur 1.

Figur 1. Fretting Slitasje vs. Slip Amplitude1

på slips under 100 mikrometer, nucleation og forplantning av sprekker som fører til slitasje rusk er for liten til å bli oppdaget. Slitasjen rusk rullende på at graden av svingning antagelig forårsaker denne lave slitasje rate.

ved høye amplituder, direkte slitasje av grensesnittet av harde partikler (oksid eller arbeidsherdet partikler) skaper brutto slitasje rate. Ved store amplituder av svingning er fretting slitekoeffisienten omtrent den samme som for ensrettet slitasje.

Figur 2. Fretting Wear vs. Running Time2

Endringer i normal belastning påvirker generelt fretting wear. Selv om utstyrsbrukere ofte antar at høye normale belastninger vil dempe vibrasjon tilstrekkelig til å redusere fretting, gir økningen i kontaktområdet mer overflateinteraksjon som har en tendens til å oppveie denne effekten. Følgelig har økende belastning eller enhetstrykk en tendens til å generere høyere slitasje som Figur 3 viser.

Figur 3. Fretting Slitasje vs Normal Enhet Load3

Tre separate mekanismer forårsake fretting slitasje: vedheft, trekkraft tretthet og delaminering(to-kroppen slitasje). Metallisk overføring kan eller ikke kan finne sted. Plastisk deformasjon geometrisk endrer overflater og høy lastbærende områder er opprettet som har områder målt i kvadrat millimeter.

materialet som svarer til disse lastbærende områdene er svært arbeidsherdet og fører til en ny strukturfase. Disse arbeidsherdede områdene er sprø, utsatt for brudd og fragmentering, og genererer metallslitasjeavfall og partikler som har innledende dimensjoner på rundt en mikrometer.

Figur 4. Effekt Av Frekvens På Fretting Skade Av Stål

Fretting Korrosjon

En annen fasett av fretting prosessen er påvirkning av fuktighet på frekvensen av fretting slitasje. Fretting slitasje reduseres vesentlig for de fleste friksjon par (metaller) som den relative fuktigheten øker fra null til 50 prosent.

Slitasje under fuktige forhold er alltid mindre alvorlig fordi fuktigheten i luften gir en type smørefilm mellom overflatene. I noen tilfeller tillater fuktighet myke jernhydrater å danne i stedet for den hardere, mer slipende Fe3O4, magnetitt, et magnetisk oksid av jern.

selv om fretting kan forekomme i et inert miljø, er denne typen miljø ikke normalt. Selv under fulle smøreforhold inneholder mineralbaseoljer utsatt for atmosfæren minst 10 prosent luft, slik at oksygen er tilstede i alle friksjonspar eller slitasjegrensesnitt. Iført overflater og slitasje rusk viser vanligvis en stor mengde oksid, fører til navnet » fretting korrosjon.»

tidligere ble fretting slitasje vanligvis kalt fretting korrosjon fordi oksidasjon var visstnok den kritiske faktoren som forårsaker fretting. Faktisk har eksistensen av oksidasjonsprodukter vært en klar måte å identifisere en fretting prosess.

i Dag innser ingeniører at fretting skjer i materialer som ikke oksiderer, for eksempel kubisk oksid, gull og platina. Selv om oksidasjon ikke forårsaker fretting i de fleste vanlige materialer, fjerner slitasje rusk etterlater jomfrumetall utsatt for atmosfæren og oksidasjon oppstår vanligvis.

Sterke visuelle bevis støtter ideen om at oksidfilmer dannes og deretter skrapes bort. Metallflatene i fretted-regionen blir litt misfarget. Fargen på slitasjeavfall varierer med typen av overordnet materiale; korrosjonsproduktet av aluminium er hvitt, men fretting får det til å bli svart, korrosjonsproduktet av stål er grått, men fretting får det til å bli rødbrun.

det andre aspektet som støtter denne ideen er økningen i slitasjen. Når fretting oppstår i et inert miljø, er slitasjefrekvensen betydelig mindre enn når forholdene forårsaker at en oksidfilm dannes og skrapes av.

fordi effekten av frekvens på slitasje er amplitudeavhengig, må to typer fretting slitasje defineres i henhold til oscillasjonsamplituden. Den første typen fretting er fretting korrosjon eller slitasje, som tidligere diskutert. Den andre typen fretting som oppstår, hvor mindre materiale fjernes, kalles fretting fatigue eller traction fatigue.

Fretting Fatigue

i fretting fatigue, overflate sprekker initiere og forplante, og dermed fjerne materiale. Amplituden er liten. Hvis amplituden av slip øker, fretting tretthet fenomenet kan forsvinne som slitasje foran begynner å avansere raskt nok til å fjerne initiert sprekker før de forplanter seg.

Overflatehardhet spiller en nøkkelrolle i å begrense fretting tretthet. Hvis begge overflatene er harde, vil asperities sveise, etterfulgt av skjæring av veikryss, materialoverføring og slitasjepartikkelgenerering.

hvis en hard overflate er i kontakt med en myk overflate, vil det sannsynligvis oppstå slitasje på slitasje. Den hardere av de to overflatene skaper tilstrekkelig trekkraft for å forårsake plastisk deformasjon av den mykere overflaten og partikkelutslipp gjennom undergrunns tomromkjerner, sprekkutbredelse og påfølgende tap av overflatemateriale.

når en overflate er mye vanskeligere og grovere og drives av mindre trekkraft, vil asperities rykke inn i motsatt overflate for å forårsake alvorlig slitasje og trådlignende slitasjeavfall.

Smøremiddelpåvirkning På Fretting

Fretting ser ut til å utvikle seg raskere i friksjonspar som har glatte overflater og tette passer. Smøremidler trenger ikke inn i slitasjeområder med små klaringer(beskrevet som tette passer). I tillegg eliminerer den glatte overflaten smøremiddelholdende lommer mellom asperities i grovere overflater.

under disse forholdene bare grense smøring tilstand, kontinuerlig interaksjon av olje fuktet overflater, kan oppnås. Smøremidler er ikke alltid vellykkede fordi gjengjeldende tiltak klemmer ut smøremiddelfilmen og tillater ikke at den fylles på igjen.

generelt er formålet med smøremiddelet i de fleste fretting situasjoner å hindre oksygen fra å nå fretting overflaten og slitasje rusk. Flytende smøremidler med effektive metall deactivator tilsetningsstoffer kan bidra til å redusere effekten av fretting, men vil ikke sannsynligvis stoppe fretting helt.

1. Halliday, J. Konferanse Om Smøring og Slitasje, Proc. I. Mech. E, London, 1957. s. 640.

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

3. Lipson, C. Bruk Hensyn i Design. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New York, 1967.

Redaktørens Notat
denne artikkelen opprinnelig dukket opp som et kapittel I E. C. Fitchs bok, Proactive Maintenance For Mechanical Systems. 1992.