4 η Εργαστηριακή Άσκηση Μελέτη της Φθοράς Εργαστήριο Τριβολογίας Απρίλιος 2012 Αθανάσιος Μουρλάς
Φθορά των υλικών Οι επιφανειακές ανωμαλίες που έρχονται σε επαφή, μπορούν να καταστραφούν με διαφορετικούς τρόπους υπό την επίδραση των δυνάμεων τριβής. Οποιοδήποτε είδος καταστροφής εξαρτάται από: 1.Τις ιδιότητες των τριβόμενων υλικών και 2.Την επίδραση των παραμέτρων λειτουργίας, όπως το φορτίο και η ταχύτητα.
Φθορά των υλικών Το φορτίο αυξάνει το πλήθος των τριβικών δεσμών που καταστρέφονται. Κατά την ολίσθηση τα επιφανειακά στρώματα θερμαίνονται και αυτό προκαλεί μεταβολή των ιδιοτήτων των επιφανειών. Το αποτέλεσμα της φθοράς, δηλαδή η απομάκρυνση υλικού από στερεές επιφάνειες είναι ο παράγοντας, που καθορίζει τη διάρκεια των περισσότερων μηχανολογικών κατασκευών. Χαρακτηριστικό της διεργασίας της φθοράς είναι ότι συνήθως πραγματοποιείται με πολύ αργό ρυθμό και το ποσότηςύληςπουαφοράείναισυνήθωςπολύμικρό.
Φθορά των υλικών
Φθορά των υλικών Η καμπύλη φέρουσας επιφάνειας προσδιορίζει πόσο γρήγορα και σε τι ποσοστό θα φθαρεί μια επιφάνεια
Φθορά των υλικών Rpk (reduced peak height) προσδιορίζει το ποσοστό της επιφάνειας που θα φθαρεί κατά την έναρξη της ολίσθησης και την επιβολή φορτίου. Rk (core roughness depth) προσδιορίζει το ποσοστό της επιφάνειας που θα παραλάβει σχεδόν όλο το φορτίο και είναι καθοριστικό για την διάρκεια ζωής του εξαρτήματος. Rvk (reduced through-depth) προσδιορίζει την ικανότητα διατήρησης του λιπαντικού
Φθορά των υλικών
Φθορά των υλικών
Φθορά πρόσφυσης Επέρχεται όταν δύο : - είτε λείες - είτε από το ίδιο υλικό επιφάνειες ολισθαίνουν η μια πάνω στην άλλη και σχηματίζονται μοριακοί δεσμοί στα σημεία επαφής. Το αποτέλεσμα είναι τμήματα από την μια επιφάνεια να προσφύονται πάνω στην άλλη και να αποκολλούνται από την αρχική τους επιφάνεια.
Φθορά πρόσφυσης
Φθορά λείανσης Προκαλείται: - είτε όταν μια τραχεία και σκληρή επιφάνεια ολισθαίνει πάνω σε μια μαλακότερη και δημιουργεί μια σειρά από αμυχές πάνω σ αυτήν, - είτε όταν χαλαρά τραχεία ψήγματα παγιδεύονται μεταξύ των επιφανειών κατά τη διάρκεια της κίνησης. Μαλακότερη επιφάνεια Τραχεία και σκληρή επιφάνεια Μαλακότερη επιφάνεια Τραχεία ψήγματα Τραχεία και σκληρή επιφάνεια
Φθορά λείανσης
Φθορά επιφανειακής κόπωσης Επέρχεται εξ αιτίας της επαναλαμβανόμενης φόρτισης (π.χ. στους τριβείς) όπου όταν υπερβούν ένα ορισμένο χρόνο λειτουργίας εμφανίζουν σημάδια κόπωσης είτε πάνω είτε κάτω από την επιφάνεια, και στη συνέχεια ρήγματα στην επιφάνεια και απόβλητα φθοράς.
Φθορά επιφανειακής κόπωσης
Φθορά επιφανειακής κόπωσης
Φθορά επιφανειακής κόπωσης
Μηχανική διάβρωση Υφίσταται όταν αντικείμενα προσκρούουν πάνω σε μια επιφάνεια, όπως όταν σταγονίδια νερού προσκρούουν πάνω στα πτερύγια στη χαμηλή βαθμίδα πίεσης ενός ατμοστροβίλου.
Μηχανική διάβρωση
Χημική διάβρωση Επέρχεται όταν κατά τη διάρκεια της ολίσθησης υπάρχει η παρουσία κάποιου οξειδωτικού- διαβρωτικού μέσου.
Χημική διάβρωση
Χημική διάβρωση
Μέτρηση φθοράς Για να βεβαιωθεί η ύπαρξη φθοράς συνήθως χρησιμοποιείται ένας από τους παρακάτω τρόπους: Ζύγιση Έλεγχος γεωμετρικών διαστάσεων Οπτική εξέταση των χαρακτηριστικών της επιφάνειας
Πειραματική διαδικασία Συσκευή τύπου στυλίσκου-δίσκου.
Πειραματική διαδικασία Αρχή λειτουργίας συσκευής τύπου στυλίσκου-δίσκου.
Πειραματική διαδικασία Από τη γεωμετρία του συστήματος προκύπτει ότι η απόσταση ολίσθησης L των δοκιμίων πάνω στην επιφάνεια του δίσκου είναι: L = 2 * π * R * n * Δt όπου : L, ηαπόστασηολίσθησης(σε m) n, η ταχύτητα περιστροφής (σε rpm) Δt, ηδιάρκειατηςδοκιμής(σε sec)
Πειραματική διαδικασία Ο όγκος της φθοράς V, υπολογίζεται από την παρακάτω εξίσωση, αφού έχει μετρηθεί η γραμμική φθορά του στυλίσκου. V = πd 2 4 l όπου : V, ο όγκος φθοράς (σε mm3) D, η διάμετρος του στυλίσκου (σε mm) l, η γραμμική φθορά (σε mm)
Πειραματική διαδικασία
Πειραματική διαδικασία Κατά τη διεξαγωγή του πειράματος φθοράς, μελετάται η συμπεριφορά τωνεξήςζευγώνυλικών: α) Χάλυβας (δίσκος) Ορείχαλκος (στυλίσκος) β) Χάλυβας (δίσκος) Αλουμίνιο (στυλίσκος) H ταχύτητα περιστροφής του δίσκου παραμένει σταθερή και ίση με n = 340 rpm Η πειραματική διαδικασία επαναλαμβάνεται τρεις φορές για κάθε ζεύγος υλικών και για φορτία 1, 2 και 3 bar. Η διάρκεια κάθε δοκιμής καθορίζεται στα t= 5 min.
Πειραματική διαδικασία Με την βοήθεια των παραπάνω τύπων, υπολογίζεται: 1. Ο όγκος φθοράς V και 2. Το μήκος ολίσθησης L Σχεδιάζονται και σχολιάζονται τα διαγράμματα V= V(L)ως εξής: 1. V = V(L) για το ζεύγος Χάλυβα Ορείχαλκου σε κοινό γράφημα και για τα τρία φορτία. 2. V = V(L) για το ζεύγος Χάλυβα Αλουμινίου σε κοινό γράφημα και για τα τρία φορτία. 3. V = V(L) για τα ζεύγη Χάλυβα Ορείχαλκου και Χάλυβα Αλουμινίου και Χάλυβα σε κοινό γράφημα για : α) p = 1 bar β) p = 2 bar γ) p = 3 bar
Πειραματική διαδικασία
Πειραματική διαδικασία Κρίνεται σκόπιμο να παρατηρηθούν οι επιφάνειες των στυλίσκων αλλά και του δίσκου πριν και μετά την διεξαγωγή κάθε δοκιμής, με σκοπό τον προσδιορισμό των μηχανισμών φθοράς που προκλήθηκαν κατά την ολίσθηση των σωμάτων ανάλογα με το ζεύγος των υλικών.