Kulumistüübid: kulumise klassifikatsioon ja omadused

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Kulumise all mõeldakse erinevate paaride hõõrdepindade järkjärgulist hävimist. Kandmise liike on palju. Need on tingitud erinevatest põhjustest. Kuid neil kõigil on üks ühine joon – osakesed on alusmaterjalist eraldatud. See põhjustab häireid mehhanismide töös ja muudel juhtudel võib põhjustada nende rikke. Liigeste vahed suurenevad, maandumised hakkavad lööma märkimisväärse tagasilöögi moodustumise tagajärjel. Selles artiklis käsitletakse peamisi kulumistüüpe, antakse nende omadused ja üldine klassifikatsioon.

Abrasiivse kulumise tunnused

Abrasiiv on loodusliku või kunstliku päritoluga peeneks hajutatud materjal, mille märkimisväärne kõvadus on piisav muude vähem kõvade materjalide kriimustamiseks.

Pinna kulumise tüüp, mille puhul pinnakihi struktuur ja terviklikkus hävivad, kuikoostoimet tahkete mikroosakestega nimetatakse abrasiivseks. Tuleb välistada, et sellise hävitamise korral peab hõõrdekiirus olema väga suur (mitu meetrit sekundis). Kuigi pikaajalisel kasutamisel toimub hävimine isegi väiksematel kiirustel ja kinnitusjõududel.

Abrasiivsete ainete roll võivad olla nii fikseeritud objektid (teraste ja sulamite tahked faasid) kui ka liikuvad võõrosakesed, mis on langenud hõõrduvate pindade kontakttsooni (liiv, tolm ja muud).

Järgmised tegurid mõjutavad abrasiivse kulumise ulatust ja selle intensiivsust:

• abrasiivsete osakeste päritolu olemus;
• mehhanismi töökeskkond (agressiivsuse aste);
• hõõrdepaaride materjaliomadused;
• löögikoormused;
• temperatuurindikaatorid ja paljud teised.

Hõõrdumine kõvade osakestega (terakesed)

Seda tüüpi mehaaniline kulumine tekib siis, kui abrasiivsed terad puutuvad kokku metalli või muu materjaliga. Selliste osakeste kõvadusindeks ületab oluliselt metalli enda kõvadusindeksit. See põhjustab hõõrdepaaride materjalide deformeerumist, väsimuspingeid ja pinna hõõrdumist.

Kui mehhanism töötab sagedaste vahelduvate koormuste tingimustes, suureneb abrasiivi kahjulike mõjude mõju. Sel juhul ei jäta abrasiivne osake metallpinnale mitte ainult jälgi, vaid ka mõlke.

Abrasiivse aine fraktsiooni suurenemisegaabrasiivne kulumine. Abrasiivsed osakesed on väga kõvad, kuid samal ajal rabedad. Seetõttu saab suuri kehasid jahvatada väiksemateks.

Oksüdatiivse kulumise tunnused

Seda tüüpi kulumine tekib siis, kui hõõrduvate osade pinnale tekib lahtine oksiidkile, mis hõõrdumise tagajärjel pinn alt kiiresti eemaldatakse. Enamik tehnilisi materjale kipub kõrgel temperatuuril õhus oksüdeeruma. Seetõttu võivad mehhanismid, mis töötavad ilma määrimise ja jahutussüsteemita, seda tüüpi osade kulumine.

Mida suurem on oksiidkile hävimiskiirus ja mida suurem on selle moodustumise kiirus, seda intensiivsem on pindade kulumine.

Seda tüüpi kulumine on tüüpiline liigend- ja poltliigendite, erinevate vedrustusmehhanismide ja tõepoolest kõikide seadmete puhul, mis töötavad ilma määrimiseta.

Hõõrdekiiruse suurenemisega tõuseb hõõrdepindade temperatuur. See toob kaasa destruktiivsete protsesside intensiivistamise. Löökkoormuse suurenemisel on sarnane mõju.

Plastsest deformatsioonist tingitud kulumine

Seda tüüpi masinaosade kulumine on tüüpiline suure koormusega seadmetele. Selle olemus seisneb toote geomeetriliste kujundite muutmises märkimisväärse koormuse mõjul.

See on kõige tüüpilisem võtmega ja splaindühenduste, aga ka keermete, tihvtide ja muu jaoks.

Sarnanedeformatsioonid võivad tekkida ka hammasrataste liigendites. Ja nad ei pea olema kiired. Koormus on siin võtmetegur.

Sageli tekivad sellised deformatsioonid veeremi rööbastele ja ratastele. Ennetamiseks on vaja korraldada õigeaegne ennetus ja konstruktsioonielementide uurimine.

Mulgumisest tingitud kulumine

Esitatav kulumisliikide klassifikatsioon ei ole täielik, kui me kaotame silmist nn kulumise killustumise tagajärjel. Selle olemus on järgmine. Rasketes (võib-olla isegi äärmuslikes) töötingimustes toimuvad hõõrduvate osade pinnakihid struktuuri- ja faasimuutused. Põhjusteks on erinevatel juhtudel kõrgenenud temperatuur, kütte- ja jahutustingimused, kõrge rõhk ja muud. Saadud kihtide omadused erinevad oluliselt algmaterjali omadustest. Reeglina on need faasid rabedad ja purunevad koormuse all.

Seega tekivad terasele ja malmile hõõrdumisel ilma määrimiseta iseloomulikud valged triibud. Neid piirkondi ei saa söövitada isegi lämmastik- või vesinikfluoriidhappe lahusega alkoholis. Metalliteaduse valdkonna spetsialistid nimetavad seda moodustist valgeks kihiks. Sellel on üsna kõrge Rockwelli kõvadus ja see on väga rabe. Ühes laboris tehti valge kihi faasi- ja struktuurianalüüs. Selgus, et tegemist on martensiidi ja tsementiidi mehaanilise seguga. See sisaldab ka vähesel määral ferriiti. Viimane asi selles üldseväike ja see ei saa kõvadust vähendada.

Selle aine moodustumisega (sünteesiga) kaasneb kahjulike sisemiste tõmbe- ja survejõudude ilmnemine. Kui sisepingete vektorid langevad kokku detaili väliste koormustega, tekivad selle pinnale valge kihi piirkonnas väikesed praod. Need mikropraod on pinge kontsentraatorid ja akumulaatorid, mis põhjustab toote kui terviku rabeda purunemise.

Korrosiooniga kandmine

See protsess toimub pindadel, mis on üksteisega tihedas kontaktis. Põhjuseks kõikumised. Tuleb märkida, et hõõrdepaari kehade materjalid võivad olla väga erinevad (metall-metall või mittemetall-metall).

See nähtus ilmneb juba kehade minimaalse nihke korral (umbes 0,025 mikromeetrit).

Fuktuatsioonide tagajärjel tekivad pindadele korrosioonikeskused, mis kasvavad ja toovad kaasa pinnakihi hävimise.

Vibratsioonikavitatsiooni tõttu kulumine

Seda tüüpi kulumine ilmneb siis, kui tooted töötavad vedelas keskkonnas. Kuigi see võib juhtuda ka siis, kui vedelikujuga tabab mõnda masina või mehhanismi osa. Protsessi füüsika on järgmine. Vedeliku rõhk faasipiiril (vedeliku ja tahke aine vahel) langeb, mis toob kaasa nn kavitatsioonimullide ilmumise. Selle kulumise intensiivsus sõltub vedeliku õhusisaldusest ja välisrõhust.

Helivibratsioon võib toimida katalüsaatorina. Eriti kahjulikud on sel juhul ultraheli spektri vibratsioonid. Väga sageli esineb selline kahjulik nähtus sisepõlemismootorite hõõrduvates osades. Uuringud näitavad, et helikavitatsioon kulub kolm kuni neli korda kiiremini kui hõõrdumine.

Kulumine termilise pragunemise tõttu

See probleem on tüüpiline raudteevagunite ja vedurite ratastele. Rongi liikumise ajal peab juht sageli kiirust maha võtma. See põhjustab rataste libisemise ja kuumenemise. Kiiruse tõstmisel jahtub hõõrumispind üsna kiiresti maha. Selline termotsükkel põhjustab ratta pinnale paljude pragude teket. See kiirendab oluliselt toote kulumist. Praegu kasutatakse raudteerataste tootmiseks spetsiaalseid legeerteraseid. Kuid varem kasutati tavalise kvaliteediga terast. Vanu rattaid kasutatakse paljudes rongides ka tänapäeval, seega on see probleem endiselt aktuaalne.

Termiliste pragude käsitlemise viisid

Kõige tõhusam meede termiliste pragude vastu võitlemiseks on intensiivne jahutus. Selleks võib kasutada spetsiaalseid õlisid ja määrdeid. Rongirataste puhul see meede arusaadavatel põhjustel ei sobi. Sel juhul saab mängida materjali keemilise koostisega ja valida sellest seisukohast soodsama terasemargi. Teatud legeerteraste klassidel on madal paisumistegur. Ja seda omadust saab eeliseks kasutada.

Mõnederosiooni kulumise tunnused

Arvestades hõõrdumise ja kulumise liike, ei saa me silmist unustada nn erosioonikulumist. Lihtsam alt öeldes on see pindade hävitamine keskkonna mõjul.

Inseneriteaduses viitab see mõiste masinaosade ja mehhanismisõlmede pindade hävimisele keskkonnategurite mõjul. Sellisteks mõjuteguriteks on õhu- ja vedelikuvoolud, aur või mitmesugused gaasid. Kulumise põhjuseks on nagu varemgi hõõrdumine. Ainult sel juhul ei toimi pinnal abrasiivsed osakesed, vaid gaasi- või vedelikumolekulid.

Selle protsessi käigus tekivad mikropraod. Kõrge rõhu all olevad vedeliku ja auru molekulid tungivad neisse ja aitavad kaasa toodete kõikide pinnakihtide hävimisele.

Vedelik või aur võib suspensioonis sisaldada ka abrasiivseid osakesi. Sel juhul põhjustab selline segu abrasiiv-erosiooni hävimist ja kulumist.

Väsimuskulumine ja selle omadused

Kulumise ja geomeetria rikkumiste tüübid on väga erinevad. Paljud projekteerimisinseneride ja mehaanikainseneride probleemid on põhjustatud detailide pindade väsimusest. See "vaev" on väga salakaval. Väsimuse lõhenemise nähtus esineb osades, mis töötavad vahelduva koormuse tingimustes pikka aega. See on hammasrataste liigeste iseloomulik "haigus".

Sellise kulumisega kaasnevad pinnale tekkivad praod ja nende läbitungiminesügavale tootesse. Terve selliste mikropragude võrgustik ilmub ebaolulisele pinnale. Rõhu ja temperatuuri mõjul eralduvad väikesed erinevad metallitükid põhikorpust ja kukuvad maha. Olulist rolli selles protsessis mängib määrdeaine (õli), mis tungib mikropragudesse ja soodustab hävimist.