Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
KÁROSODÁS
Meghibásodások csoportosítása,
tribológia, kopás, anyagfáradás, öregedés
BME Járműgyártás és -Javítás Tanszék
2
SZERKEZETEK KÁROSODÁSA, ROMLÁSA Berendezéseket érő értékcsökkentő hatások
ÉRTÉKCSÖKKENTŐ
HATÁSOK
Műszaki-gazdaságiMűszaki- fizikai
Károsodás Elévülés
Túlterhelés ÖregedésElhasználódás
KopásKorrózió Kifáradás
3
Károsodási folyamat és a helyreállítás összefüggése
GYÁRTMÁNY
TERVEZÉS
GYÁRTÁS
TERVEZÉS
GYÁRTÁS
ÜZEMBEHELYEZÉS
ELHASZNÁLÓDÁS
GÉP
SELEJTEZÉS
ÜZEMELTETÉS
KÖRNYEZETKARBANTARTÁS
TERVSZERŰ
JAVÍTÁS
TERMÉSZETES
ELHASZNÁLÓDÁS
HIBAELHÁRÍTÁS
VÁRATLAN
MEGHIBÁSODÁS
4
A károsodási folyamat és a műszaki állapot összefüggése
SÉRÜLT
DE ÜZEMKÉPES
ÁLLAPOT
ÜZEMKÉPES
ÁLLAPOT
ÚJ ÁLLAPOT
SÉRÜLT
ÜZEMKÉPTELEN
ÁLLAPOT
HELYREÁLLÍTOTT
ÜZEMKÉPES
ÁLLAPOT
5
A károsodási folyamat, a műszaki állapot és a helyreállítás összefüggései
SÉRÜLT
DE ÜZEMKÉPES
ÁLLAPOT
ÜZEMKÉPES
ÁLLAPOT
ÚJ ÁLLAPOT
SÉRÜLT
ÜZEMKÉPTELEN
ÁLLAPOT
HELYREÁLLÍTOTT
ÜZEMKÉPES
ÁLLAPOT
GYÁRTMÁNY
TERVEZÉS
GYÁRTÁS
TERVEZÉS
GYÁRTÁS
ÜZEMBEHELYEZÉS
ELHASZNÁLÓDÁS
GÉP
SELEJTEZÉS
ÜZEMELTETÉS
KÖRNYEZETKARBANTARTÁS
TERVSZERŰ
JAVÍTÁS
TERMÉSZETES
ELHASZNÁLÓDÁS
HIBAELHÁRÍTÁS
VÁRATLAN
MEGHIBÁSODÁS
6
A MEGHIBÁSODÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA Szerkezet szerint
szerelt egységek meghibásodása
alkatrészek, szerkezeti elemek
meghibásodása
A hatás jellege szerint
üzemi alkalmasság részleges csökkenése
(hibás működés)
működésképtelenség
Megjelenési forma szerint
üzemeltetési jellemzők változása
méretváltozás, illesztési hiba
alakhiba
felületi hiba
alakváltozás (görbeség, elcsavarodás)
repedés
törés
felületi réteg tulajdonságának változása
anyagösszetétel vagy szövetszerkezet
megváltozása
Az elhasználódás mechanizmusa szerint
súrlódás, kopás
abrázió, erózió
kavitáció
anyagfáradás
korrózió
öregedés
hő okozta változás
A hiba oka szerint
konstrukciós hiba
gyártási hiba
anyaghiba
helytelen üzemeltetés
fenntartási hiányosság
természetes elhasználódás
Tribológia
Súrlódás, kopás
8
TRIBOLÓGIA
A kölcsönösen egymásra ható és egymáshoz viszonyítva elmozduló felületek viselkedésének tudománya és technológiája.
A súrlódás következtében lekopott anyagrészecskék hatása az anyagra a következő:
• geometria-változás (méret, felületi érdesség) ),
• alak- és minőségváltozását (mechanikai, fizikai, kémiai, illetve,
• Szövetszerkezet (felületi réteg tulajdonság) változását.
9
Tribológiai fogalmak Tribofizika: azon fizikai jelenségek összessége, amelyek az
egymáshoz viszonyított elmozduláskor végbemennek:
súrlódás, mechanikai kopás, rugalmas és maradó
alakváltozás, termikus jelenségek, a kenőanyagban
végbemenő fizikai folyamat.
Tribokémia: azon kémiai változások, amelyek a fémes
felületen vagy a kenőanyagban a súrlódás és környezet
hatására végbemennek:
oxidáció, adalékok kémiai hatása (szulfid, foszfát vagy
oxid fémek, stb. bevonatok képződése).
Tribotechnika: a tribológiai kutatások eredményeinek
gyakorlati alkalmazása.
10
KOPÁS
Az egymással érintkező, relatív mozgást
végző szerkezeti elemek felületein
bekövetkező elváltozás, ami általában
anyagleválással jár együtt.
11
Súrlódás
Mechanikai ellenállás az érintkező felületek között, ami:
a viszonylagos elmozdulást fékezi (mozgó súrlódás)
a viszonylagos elmozdulást akadályozza (nyugalmi
súrlódás)
A súrlódás dimenzió nélkül viszonyszáma, a súrlódási
tényező, ami két test egymásra gyakorolt hatásának az
érintősík irányába eső, elmozdulással szembeni
erőkomponens fajlagos értéke:
Fs/Fn, ahol: Fs a súrlódási erő,
Fn a normál erő
12
Súrlódási módok és súrlódási állapotok Súrlódási módok Súrlódási állapotok
Az elmozdulási módok
az elmozdulás kezdete
vagy befejezése szerint
A részt vevő anyag fajták
szerint
Mozgásbeli súrlódás:
csúszó súrlódás
gördülő ellenállás
fúró súrlódás
Külső súrlódás:
különböző anyagok között
Szilárd test súrlódása:
száraz súrlódás
Nyugvásbeli súrlódás:
álló súrlódás
indulási súrlódás
megállási súrlódás
Mozgási súrlódás:
tapadó súrlódás
lökési súrlódás
Tapadóréteg-súrlódás
Folyadéksúrlódás
(úszósúrlódás)
Lökésszerű súrlódás:
ütközési súrlódás
lökési súrlódás
Belső súrlódás:
(azonos anyagoknál) elemi
súrlódás
Vegyes súrlódás
13
A kopás keletkezése Feltétele:
kopási elempár
alaptest
ellentest
rendszerint közbenső anyag
viszonylagos elmozdulás
normálirányú erőhatás (Fn)
Közbenső anyag:
kenőanyag: kenőolaj,
kenőzsír, szilárd és gáznemű,
ill. egyéb kenőanyag,
oxidréteg
szennyeződés
• kopástermék
14
Csúszó súrlódás okozta kopás megjelenési
formái
15
Kopási típusok
– elsőrendű adhéziós, hideghegedéses kopás,
másodrendű adhéziós, meleghegedéses
kopás,
oxidációs kopás,
abráziós kopás,
fáradásos kopás,
fretting kopás.
16
A kopás alapfolyamata
a) érdességi csúcsok lenyíródása,
b) alakváltozások a rugalmas
tartományban,
c) alakváltozások a képlékeny
tartományban (maradó
alakváltozás),
d) molekuláris erőhatások (adhézió),
e) felhevülés a mikrogeometria
tartományban,
f) fizikai vagy kémiai anyagváltozások
(pittingesedés, oxidáció, reakciós
termékek koptató hatásai).
17
Kopás folyadék súrlódáskor
Tiszta folyadéksúrlódáskor nincs fémes
érintkezés. A súrlódást a kenőanyag
viszkozitása határozza meg. Nincs
kopás, csak akkor, ha a
kenőanyagban abrazív anyag van
jelen, vagy, ha a kenőanyag nagy
fárasztó feszültséget kelt a felületen.
Részleges folyadéksúrlódáskor (vegyes
súrlódás) az alaptest és ellentest
egyes pontjai érintkeznek. Ez lehet
könnyű részleges, nagyhőfokú
részleges vagy nagynyomású
részleges folyadéksúrlódás.
18
Részleges folyadéksúrlódás
• Határsúrlódáskor a kenőanyagfilm néhány
molekula rétegnyi, amely erősen tapad a fémek
felületére és meggátolja a fémes érintkezést.
• Az extrém határsúrlódás jellemzője a
nagynyomás, a tartós csúszás és a hűtéssel nem
ellensúlyozható tartós hőfejlődés. Kopás csak
különleges kenéssel csökkenthető.
19
Kopás szennyezett közbenső anyag (kenőanyag)
esetén
a) A szennyezők kisebbek, mint a legkisebb kenőfilmvastagság
b) A szennyezők nagyobbak, mint a legkisebb kenőfilmvastagság és
lágyabbak, mint az alap-, valamint az ellentest
c) A szennyezők nagyobbak, mint a legkisebb kenőfilmvastagság és
keménységük az alap- és az ellentest keménysége között van
d) A szennyezők nagyobbak, mint a legkisebb kenőfilmvastagság, de
keménységük nagyobb az alap- és ellentestnél
a b c d
20
Kopás száraz és vegyes súrlódáskor
Kopás száraz súrlódáskor
Kopás akkor következik be, amikor a két egymáson
elmozduló szilárd test egymással érintkező felületei
között ill. felületén nincs semmilyen elválasztó idegen
anyag (kenőanyag, nedvesség, oxidréteg).
Kopás vegyes súrlódáskor:
A száraz- és folyadéksúrlódás egyidejűleg lép fel. A
közbenső anyag az alap- és ellentestet csak részben
választja szét. (kis V, nagy F, kis viszkozitás,
kedvezőtlen csapágyhézag, nem elegendő
kenőanyagfilm vastagság).
21
A kopási részfolyamat függése a
részecske hajlásszögétől (homlokszög)
22
A kopás és felületi érdesség összefüggése
23
FORGATTYÚCSAP KOPÁSA
Normálkopás
Brágódás
24
Bütyök berágódása
SZERKEZETI ANYAGOK
KORRÓZIÓJA
26
A korrózió fogalma
• A korrózió a szerkezeti anyagok tönkremenetele a
velük érintkező környezettel történő
kölcsönhatásban.
• A környezetet ebből a szempontból korróziós
közegnek nevezzük, amelynek minősége és
összetétele lényegesen befolyásolja a jelenségeket.
27
A KORRÓZIÓS KÁROK OSZTÁLYOZÁSA • .A külalak, az esztétikus megjelenés károsodása.
• .A beruházási, működési és fenntartási költségek növekedése. Gyakran előfordul,
hogy a korróziónak kitett szerkezeteket a majdani károsodásra számítva
túlméretezik. Ez jelentős beruházási költségtöbbletet (anyag, energia, munkabér
stb.) jelent. A korrózióvédelmi eljárások megvalósítása és fenntartása szintén
megnöveli a beruházási és üzemeltetési költségeket. A károsodott részek kicserélése
ill. javítása szintén többlet kiadást jelent.
• .A gyártmányok szennyeződése a gyártó berendezések korróziója következtében.
• A környezet szennyeződése: maguk a korrózió termékei komoly környezeti
szennyeződést okozhatnak.
• .A biztonsági tényezők leromlása: a műtárgyak, berendezések és járművek a
korrózió következtében olyan mértékű tönkremenetelt szenvedhetnek, hogy a
biztonságos működési és a balesetvédelmi követelmények ill. előírások nem
teljesülnek.
• .A termelés és működés időszakos kiesése: a korróziót szenvedett berendezéseket és
alkatrészeket cserélni ill. javítani kell.
• .Értékes anyagokban bekövetkező veszteség: egyes esetekben (pl. berendezések
kilyukadása) olyan értékes anyagok mehetnek a korrózió következtében
veszendőbe, amelynek költsége meghaladja az egyéb korróziós veszteségeket.
28
A KORRÓZIÓ FELTÉTELEI:
- A korrózióra hajlamos anyagok. Azok a
fémek hajlamosak korrózióra, amelyek csak
vegyületeik formájában fordulnak elő a
természetben.
- Korróziót okozó közegek. Ilyenek a levegő,
talaj, szerves folyadékok, sóolvadékok,
folyékony fémek, agresszív gázok.
29
A KORRÓZIÓ MEGJELENÉSI FORMÁI
Egyenletes a korrózió, ha az egész
felület nagyjából egyforma
mértékben korrodálódik
A helyi korrózió . Itt a károsodás
a fémfelületeknek csak kis
részére terjed ki, ill. az
igénybe vett fémnek csak egy
része korrodálódik.
• Foltos korrózió
• A lyukkorrózió, vagy pitting
• Réskorrózió
• A kristályközi korrózió
• A feszültségkorróziós repedés
• Korróziós kifáradás
• Szelektív korrózió
30
A fémek korróziójának osztályozása A közeg halmazállapota szerint
1. Gázhalmazállapotú közegben lejátszódó ún.
atmoszférikus korróziót. Az atmoszféra nem mindig a
szabad levegőt jelenti, hanem lehet pl. egy üzemcsarnok
korrozív légtere is. A korrózió közegben a fém időnként
megnedvesedhet (pl. eső, harmat).
2. Folyékony közegben fellépő korróziót. A folyadék
legtöbbször víz ill. vizes oldat.
3. Szilárd közegben fellépő korrózió. Mivel túlnyomó
részben a talaj fordul elő szilárd közegként, ezért
harmadikként a talajkorrózióról beszélünk. Sokban
hasonlítanak ehhez az egyéb szilárd közegben helyet
foglaló fémek korróziós jelenségei, pl. a betonvasak
korróziója.
31
A fémek korróziójának osztályozása A korróziós folyamatok mechanizmusa szerint
1. Kémiai korróziót, amelyben a fém és a közeg közt
egyszerű kémiai reakciók játszódnak le korróziós
termék képződése közben.
2. Elektrokémiai korróziót, amelyben a károsodást
elektrokémiai folyamatok idézik elő. Jellemzőjük az,
hogy bennük elektromos töltéssel rendelkező
részecskék, ionok szerepelnek, a folyamatok elektromos
árammal kapcsolatosak, és nedvesség jelenléte
szükséges lejátszódásukhoz. Kialakulásának feltételei:
potenciálkülönbség és elektrolit jelenléte.
Anyagfáradás
33
Anyagfáradás • Az anyagfáradás (kifáradás) az anyag keményedése,
ridegedése, repedéskeletkezése, majd terjedése a
különböző nagyságú és váltakozó irányú erő hatására.
A folyamat ismétlődő igénybevételek hatására
általában alacsonyabb feszültségi szinten megy végbe
mint a rideg, vagy a szívós repedés és törés.
• Ha egy munkadarabot huzamosabb időn keresztül
állandóan váltakozó igénybevételnek teszünk ki a
Wöhler-diagram károsodási vonala feletti feszültséggel
terhelve, az idők folyamán az igénybevétellel szembeni
ellenállása lecsökken, míg végül is a törés bekövetkezik.
34
A kifáradási határ Az a feszültség, amelyet az anyag, alkatrész
végtelenszámú ismétlődések esetén is 50%-os valószínűséggel törés nélkül elvisel (a Wöhler görbe vízszintes szakasza)
A kifáradási határt befolyásolja:
igénybevétel:
feszültségkeltés: hajlítás, pulzálás, csavarás.
jellege: tiszta lengő, nem lengő, 0 alappontú lüktető, nem 0 alappontú lüktető.
feszültséghatárok,
ismétlődési szám.
anyagminőség: összetétel, kristályszerkezet, zárványok, rácshibák, belső feszültségek (maradékfeszültség),
kialakítás: alak, felület, tagoltség lépcsők, lekerekítések, felületi érdesség, feszültséggyűjtő helyek, a felület közelében létrehozott nyomófeszültség.
a fárasztás közege, környezete,
TÖRÖTT FŐTENGELY
FÁRADTAN TÖRÖTT
FORGATTYÚCSAP
A TÖRÖTT FELÜLET MÁS NÉZETBŐL
TÖRÖTT DUGATTYÚ és
ELHAJLOTT DUGATTYÚRÚD
Öregedés
40
Öregedés
Az edzési öregedés a 600...700 C-ról gyorsan
lehült lágyacélok keménységének növekedése
hevertetés közben vagy rövid idő alatt a
szobahőmérséklettől nagyobb hőmérsékleten.
Az alakváltozási öregedés az acél keménységének,
szilárdságának növekedése, szívósságának erős
csökkenése kismértékű hidegalakítás után
közönséges vagy legfeljebb 250 C
hőmérsékleten hosszabb-rövidebb idő után
bekövetkezik.