Trošenje kliznih ležaja - zir.nsk.hr

Degree Grantor / Ustanova koja je dodijelila akademski / struni stupanj: University of Zagreb, Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture / Sveuilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje
Permanent link / Trajna poveznica: https://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:235:442504
Rights / Prava: In copyright
Repository / Repozitorij:
Zagreb, 2019.
Mislav Rukavina Završni rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Izjavljujem da sam ovaj rad izradio samostalno koristei znanja steena tijekom studija uz
navedenu literaturu.
Zahvaljujem prof. Krešimiru Grilecu na svim korisnim savjetima, uloenom vremenu i trudu i
pomoi u svakom trenutku. Takoer zahvaljujem asistentu Draenu Mezdiu.
SADRAJ
2. ZAHTJEVI NA MATERIJAL KLIZNIH LEAJEVA ............................................................11
2.1. Zahtjevi vezani za vrstou .............................................................................................11
2.2. Zahtjevi vezani za deformacijske karakteristike materijala ............................................12
2.3. Zahtjevi vezani za karakteristike površinskog sloja materijala kliznog leaja ................13
2.4. Ostali zahtjevi koji ne spadaju u gore navedene grupe ...................................................14
3. MATERIJALI KOJI SE KORISTE ZA IZRADU KLIZNIH LEAJA ...................................15
3.1. Materijali za rukavce .......................................................................................................16
3.3. Sinterirani materijali ........................................................................................................20
4. MOGUI OBLICI TROŠENJA KLIZNIH LEAJA ................................................................22
4.1. Abrazija ...........................................................................................................................22
4.2. Adhezija ...........................................................................................................................23
4.4. Tribokorozija ...................................................................................................................26
4.6. Ošteenja i otkazi metalnih materijala leaja ..................................................................32
5. UZORCI ISTROŠENOG KLIZNOG LEAJA ........................................................................34
5.1. Naješi razlozi ošteenja kliznih leaja motora .............................................................37
5.2. Kemijski sastav uzorka ....................................................................................................38
5.4.Mehanizmi trošenja leaja na primjerima uzoraka ...........................................................50
6.ZAKLJUAK .............................................................................................................................54
LITERATURA ..............................................................................................................................55
POPIS SLIKA
Slika 2 . Podjela leajeva obzirom na smjer djelovanja optereenja ........................................4
Slika 3 . Primjer kliznog leaja .................................................................................................5
Slika 4 . Dijelovi kliznog leaja................................................................................................6
Slika 5 . Vrste trenja .................................................................................................................6
Slika 6 . Trenje klizanja ............................................................................................................7
Slika 8 . Jedinini dogaaj abrazije ........................................................................................22
Slika 9 . Jedinini dogaaj adhezije ........................................................................................24
Slika 10 . Jedinini dogaaj umora površine .......................................................................... 25
Slika 11 . Jedinini dogaaj tribokorozije ..............................................................................26
Slika 12 . Erozija estica.........................................................................................................28
Slika 14 . Erozija kapljevinom ...............................................................................................29
Slika 15 . Kavitacijska erozija ................................................................................................30
Slika 17 . Uestalost pojedinog mehanizma trošenja u postotku ...........................................33
Slika 18 . Mercedes ML 270 CDI ...........................................................................................34
Slika 19 . Primjer motora s razliitim vrstama kliznih leaja .................................................35
Slika 20 . Tipovi i glavni djelovi leaja ..................................................................................36
Slika 21 . Istrošeni uzorci .......................................................................................................38
Slika 23 . Prednja i stranja strana kliznog leaja ..................................................................40
Slika 24 . Uzorci u poliranoj masi, naprava za poliranje ........................................................44
Slika 25 . Mikrostruktura u poliranom stanju uzorka 2, poveanje 100x ...............................45
Fakultet strojarstva i brodogradnje IV
Slika 26 . Mikrostruktura u poliranom stanju s dimenzijama sloja uzorka 2 .........................45
Slika 27 . Mikrostruktura u poliranom stanju uzorka 3, poveanje 100x ...............................46
Slika 28 . Mikrostruktura u poliranom stanju s dimenzijama sloja uzorka 3 .........................46
Slika 29 . Mikrostruktura u nagrienom stanju uzorka 2 s dimenzijama meusloja ..............47
Slika 30 . Mikrostruktura u nagrienom stanju uzorka 3 s dimenzijama meusloja ..............48
Slika 31 . Raspored slojeva na primjeru uzorka 2 ..................................................................48
Slika 32 . Dvokomponentni klizni leaj .................................................................................49
Slika 33 . Uzorak 1 .................................................................................................................51
Slika 34 . Uzorak 2-oišeni ...................................................................................................52
Slika 36 . Uzorak 3-oišeni ...................................................................................................53
POPIS TABLICA
Tablica 2 . Kriterij za izbor metalnih materijala podmazivanih kliznih leaja .......................21
Tablica 3 . Uzronici otkaza i njihova uestalost ........................................................................33
Tablica 4 . Kemijski sastav stranje strane uzorka 1 ...................................................................40
Tablica 5 . Kemijski sastav prednje strane uzorka 1 ....................................................................41
Tablica 10 . Mikrotvrdoa uzorka 1 ...........................................................................................50
Tablica 11 . Mikrotvrdoa uzorka 2 ...........................................................................................50
POPIS OZNAKA
μ - faktor trenja
SAETAK
Leaji su elementi strojeva koji prenose sile izmeu površina koje su u relativnom
gibanju. Leaji kod kojih izmeu dijelova dolazi do trenja klizanja nazivaju se klizni leaji.
Uzroci koji dovode do ošteenja mogu biti mnogobrojni. U ovom radu navest e se zahtjevi koje
materijal kliznog leaja mora ispuniti, dati pregled materijala koji se koriste za njihovu izradu te
nabrojati mogui oblici njihovog trošenja. Na primjeru istrošenih kliznih leaja motora
Mercedesa ML 270 CDI analizirat e se trošenje te na temelju rada dati zakljuak zbog kojeg je
došlo do trošenja.
SUMMARY
Bearings are mechanical elements that transmit the forces between surfaces in relative
movement. Bearings in which there is sliding friction between the parts are called plain bearings
or slide bearings. They can be damaged in many different ways. This paper presents the
materials used for making plain bearings and the requirements that those materials have to meet.
In addition, it lists potential ways in which plain bearings can wear out. The wear-out process is
analyzed on the example of worn-out plain bearings of a Mercedes ML 270 CDI engine and,
based on the theoretical part of the paper, a conclusion is drawn on what caused the plain
bearings to wear out.
Keywords: plain bearings, materials used for making plain bearings, wear-out process
1.UVOD
1.1. Leajevi
Leajevi su strojni elementi koji slue za nošenje, voenje ili oslanjanje pokretnih
dijelova (npr. osovine, vratila, njihajne poluge, kotaa i sl.) na mirujue dijelove (npr. postolja,
kuišta i sl.) tj.oni su elementi strojeva koji prenose sile izmeu površina koje su u relativnom
gibanju. Uz prenošenje sila s jednog elementa na drugi, osnovna im je zadaa smanjivanje trenja
izmeu njih. Podjela leajeva s obzirom na vrstu trenja gibanja je na klizne leaje i valjne leaje.
Prema smjeru djelovanja sila, leaj moe biti popreni i uzduni. Popreni ili radijalni leaj
prenosi iskljuivo sile okomite na os leaja, a uzduni ili aksijalni preuzima one sile koje djeluju
u smjeru njegove osi. Takoer, postoji i kombinacija oba leaja što se naziva radijalno-aksijalni
leaj. Ispravan rad leajeva je esto od presudnog znaenja za ispravan rad i vijek trajanja
strojeva i naprava u koje su ugraeni. Zbog toga je vrlo vano odabrati najprikladniju vrstu,
odabrane leajeve pravilno proraunati, te uzeti u obzir upute za njihovu ugradnju u
konstrukcijski sklop stroja ili naprave. Pri tome se moraju uzimati u obzir brojni kriteriji, kao što
su promjer osovine ili vratila, nain optereenja, brzina vrtnje, zahtijevani ivotni vijek, uvjeti
rada (temperatura, prašnjava okolina), itd. [1]
Slika 1. Tipovi trenja u leajevima a) trenje klizanja b) trenje valjanja [1]
Slika 2. Podjela leajeva obzirom na smjer djelovanja optereenja
a)radijalni leaj b)aksijalni leaj [1]
1.2. Klizni leaji
Klizni leajevi su strojni elementi koji omoguavaju voenje pokretnih dijelova strojeva i
prijenos optereenja s rukavca osovine ili vratila na blazinicu leaja. Kod kliznih leaja dolazi do
trenja klizanja izmeu dijelova pri gibanju. Pri tome su klizne površine podmazane uljem, a u
rjeim situacijama mastima ili krutim sredstvima za podmazivanje. Osnovna namjena
podmazivanja kliznih leajeva jest smanjenje trenja i time smanjenje gubitaka snage, smanjenje
trošenja i time poveanje vijeka trajanja leaja, te smanjenje zagrijavanja i time spreavanje
zaribavanja leajeva. Ova tri cilja ostvaruju se dobrim podmazivanjem, pri kojem su površina
rukavca i blazinice leaja razdvojene tankim slojem ulja (uljnim filmom), u kojem vlada tekue
trenje. Prema tome, kod idealnog kliznog leaja nema trošenja. Dobri leajevi mogu pod
povoljnim okolnostima raditi bez vidljivog trošenja, s praktiki neogranienom trajnosti. To je
posljedica razvoja tribologije – znanosti o trenju, trošenju i podmazivanju. Za postizanje tekueg
trenja potrebno je u sloju maziva osigurati tlak koji omoguava ravnoteno stanje s vanjskim
optereenjem leaja. [1]
Slika 3. Primjer kliznog leaja [2]
1.3. Dijelovi kliznog leaja
Osnovni dijelovi kliznog leaja su kuište, blazinica i rukavac. Klizni leaji djeluju na
principu trenja klizanja gdje se blazinica u mirovanju direktno dodiruje s kliznim plohama
rukavca, što se moe vidjeti iz slike 4. Dakle kliznim leajevima se ostvaruje neposredan
prijenos optereenja s rukavca na blazinicu. Pri tome su klizne površine podmazane uljem, a u
rjeim situacijama mastima ili krutim sredstvima za podmazivanje. Prednost je kliznoga leaja
bešuman rad, miran i tih hod, dobro amortiziranje udaraca, manja osjetljivost na neistoe, vea
tolerancija pri izradbi, lakši popravci i omoguavanje velike brzine vrtnje. Naravno kao i kod
svakog strojnog elemenata tako i kod kliznih leajeva postoje nedostaci, a to su: prilikom
pokretanja i malih brzina dolazi do velikog trenja, neprecizno voenje, odnosno pozicioniranje
pokretnih strojnih dijelova, jako velika potrošnja maziva, osjetljivi su ako doe do nedostatka
podmazivanja, moraju se paljivo odravati i ureivati, na kvalitetu leajeva jako utjeu materijal
i toplinska obrada vratila ili osovine [2].
Slika 4. Dijelovi kliznog leaja [1]
1.4. Trenje klizanja
Za ostvarenje relativnog gibanja izmeu dodirnih ploha treba savladati silu trenja. Prema
definiciji trenje je sila ili otpor koja se suprotstavlja relativnom kretanju krutih tijela u dodiru.
Djeluje paralelno s dodirnim površinama, a smjer joj je suprotan smjeru relativnog kretanja.
Dakle za ostvarivanje relativnog gibanja izmeu dodirnih ploha treba savladati silu trenja.
Razlikuju se sljedee vrste trenja prema agregatnom stanju tijela u kontaktu kao što su trenje
meu krutim površinama (tzv. vanjsko trenje) i trenje meu dijelovima fluida, odnosno izmeu
krutog tijela i fluida (tekuinsko trenje ili viskoznost) [3] .Vanjsko trenje se prema podmazivanju
moe podijeliti na suho trenje, trenje uz podmazivanje(tekue trenje) i mješovito trenje. Suho
trenje je trenje kod kojeg izmeu dodirnih površina nema nikakvog stranog sloja, dok se kod
tekueg trenja površine nalijeganja ne dodiruju, njihove vrhove razdvaja nosivi tekui ili
plinoviti sloj. Mješovito trenje je kombinacija suhog i tekueg trenja. Na slici 5. mogu se vidjeti
vrste trenja [4].
Slika 5. Vrste trenja a) suho trenje , b) mješovito trenje, c) tekue trenje [4]
1-pomini dio
2-mirujui dio
Prilikom pokretanja tijela razlikuje se trenje mirovanja (statiko trenje, trenje pokretanja) –
najvea sila trenja koja prisiljava tijelo da još miruje i trenje kretanja (kinetiko, dinamiko
trenje) – sila koju je potrebno savladati da bi se odralo stanje relativnog kretanja.
Trenje klizanja nastaje izmeu dva elementa tribosustava , slika 6. Kod suhog dodira sila trenja
proporcionalna je normalnom optereenju = μn . Jedan zakon trenja kae da je trenje neovisno o
površini kontakta krutih tijela. Meutim stvarni dodir dviju površina razlikuje se od prividnog,
geometrijskog.
Slika 6. Trenje klizanja [3]
Objašnjenje porijekla sile trenja dano je slikom 7. , koja prikazuje jedinini dogaaj procesa klizanja
tj. slijed zbivanja od poetka do završetka dodira jednog para mikroizboina.
Slika 7. Jedinini dogaaj procesa klizanja [3]
Sila trenja klizanja sastoji se od zbroja etiriju komponenata koje su i same zbroj pojedinanih
komponenata koje djeluju na svakom dodiru mikroizboina. Ta jednadba glasi:
Ft = ΣF1 + ΣF2 + ΣF3 + ΣF4 , gdje je ΣF1 otpor na elastinu deformaciju, ΣF2 otpor na
plastinu deformaciju, ΣF3 otpor na brazdanje , ΣF4 otpor na kidanje adhezijskih veza.
Otpor na elastinu deformaciju proporcionalan je modulima elastinosti materijala kliznog para,
otpor na plastinu deformaciju ovisi o njihovim granicama razvlaenja, otpor na brazdanje ovisi
o njihovim duktilnostima i o brzini relativnog gibanja, a otpor na kidanje adhezijskih veza ovisi o
jaini adhezijske veze (Van der Waals, elektrostatika, metalna i kovalentna) uspostavljene
izmeu materijala kliznog para. Na trenje utjee kemijski sastav materijala, stanje obrade
površine oba tijela, sastav okoline, optereenje, brzina kretanja, nain kretanja (pravocrtno,
krivudavo, naprijed-natrag...), vrste kontakta (površinski, koncentrirani),temperature i prethodno
klizanje po toj površini. [3]
Fakultet strojarstva i brodogradnje 9
1.5. Osnovne vrste kliznih leaja
Prema [5], osnovni faktor kojim se odreuje vrsta kliznog leaja je pravac djelovanja
optereenja, pa se suglasno tome klizni leaji dijele na radijalne, aksijalne i radijalno-aksijalne. S
obzirom na nain voenja na linearne, rotacijske, linearno-rotacijske i sferne.
Prema vrsti materijala od kojeg su izraeni, klizni leaji dijele se u dvije velike grupe:
metalni,
nemetalni.
hidrodinamike,
hidrostatike,
hibridne,
plinsko-dinamike,
plinsko-statike,
porozne/sinterirane,
samopodmazivajue,
leaji s vrstim mazivom,
U odnosu na konstrukciju i nain rada elementa,klizni leaji mogu biti:
cilindrini,
samopodesivi,
sklop kliznog leaja s postoljem i
sklop kliznog leaja s naslonom.
2. ZAHTJEVI NA MATERIJAL KLIZNIH LEAJEVA
Kod odabira materijala za klizne leajeve potrebno je voditi rauna o materijalu blazinice
leaja, materijalu rukavca, ali takoer i o materijalu maziva. Ta tri materijala zajedno tvore
tribološki sustav ija svojstva su izrazito bitna za ispravan rad kliznih leajeva bez obzira o kojoj
se vrsti trenja radi. Od temeljnih zahtjeva najvanija je otpornost na trošenje, posebno je
naglasak kod kliznih leajeva na otpornost na adheziju ukoliko klizni leaj radi u uvjetima suhog
trenja. Svi zahtjevi koji se postavljaju metalnim materijalima za klizne leaje mogu se razvrstati
u sljede grupe:
zahtjevi vezani za karakteristike površinskog sloja materijala kliznog leaja [5]
2.1. Zahtjevi vezani za vrstou
vrstoa materijala se obino razmatra kao tlana vrstoa i vrstoa ili otpornost na
umor. Tlana vrstoa mora biti dovoljna da bi se izbjegla plastina deformacija leajnog
materijala, a otpornost na umor je veoma vana veliina koja esto odreuje primjenu pojedinih
materijala. Spomenuta svojstva definiraju istovremeno granino dozvoljeno optereenje i mo
nošenja.
Granino dozvoljeno optereenje je ono pri kojem leaj pouzdano radi, a iznad te veliine dolazi
do ošteenja leaja zbog trajne deformacije leišnog materijala i/ili loma uslijed preoptereenja
ili umora. To optereenje je funkcija, pored ostalog, vrstoe leišne figure, a kod višeslojnih
leaja i vrstoe veze s osnovnim materijalom. Veliina i vrsta optereenja su u vezi s
otpornošu materijala na umor, veoma vane karakteristike materijala leaja, posebno onih koji
su tokom rada izloeni promjenjivom optereenju.
To znai da leišni materijal, bilo da je direktno apliciran u kuište, bilo da se koristi za
proizvodnju jednoslojnog ili višeslojnog uloška, mora biti sposoban da nosi dato optereenje na
radnoj temperaturi bez nastajanja pukotina uslijed umora.
Mo nošenja se definira kao jedinino optereenje koje trajno moe izdrati leišni materijal pri
nekom naprezanju, bez dostizanja granino dozvoljenog optereenja, a pri nekoj vrijednosti trošenja.
U vezi s tim, dozvoljena vrijednost trošenja je ograniena zahtjevima ili oekivanim vijekom trajanja
leaja [5].
se navode prilagodljivost, otpornost na abraziju materijala rukavca i sposobnost apsorbiranja
neistoa.
elastinoplastinim deformacijama, prilagodi naprezanjima, bez narušavanja zakona klizanja. To,
drugim rijeima, znai mjera sposobnosti materijala da kompenzira nepodešenost, neparalelnost i
druge geometrijske greške.
Otpornost na abraziju rukavca pokazuje tendenciju leišnog materijala da vrši abraziju
spregnutog materijala. Izabrani materijal leaja ne smije biti razlog pojave abrazivnog trošenja
rukavca.
Sposobnost apsorbiranja neistoa je veoma vano svojstvo materijala leaja, jer je prisustvo
raznih neistoa u leaju neizbjeno. Mogu biti razliitog porijekla, ali su naješe to produkti
trošenja, prašina ili druge vrste estice koje dolaze u leaj iz vanjske sredine. Sposobnost
materijala da apsorbira te materije i tako sprijei abraziju kako površine samog leaja, tako i
rukavca oigledno je velika prednost. Mekši materijali imaju bolju sposobnost apsorbiranja [5].
2.3. Zahtjevi vezani za karakteristike površinskog sloja materijala kliznog leaja
Svojstva leišnog materijala i površinskog sloja(prevlaka) odreuju i druge vane
tribološke karakteristike. Tu spadaju kompatibilnost, karakteristike uhodavanja, otpornost na
adhezivno, erozijsko, kavitacijsko i korozijsko trošenje, sposobnost formiranja reaktivnih
slojeva, sposobnost kvašenja površina i rad u pogrešnim uvjetima.
Kompatibilnost ili otpornost na zaribavanje jest sposobnost leišnog materijala da u uvjetima
graninog podmazivanja leaju omogui rad s prihvatljivim vrijednostima trenja i trošenja. To
praktino znai da kompatibilnost materijala leaja i rukavca treba biti takva da trošenje u
uvjetima nepotpunog podmazivanja svede na najmanju moguu mjeru.
Karakteristika uhodavanja predstavlja svojstvo leišnog materijala da smanji poetno trenje i
trošenje u kratkom vremenskom intervalu, dobrim prilagoavanjem kliznih površina.
Otpornost na adhezivno i abrazivno trošenje je diktirano s veim optereenjem i teim uvjetima
rada suvremenih kliznih leaja. Adekvatna konstrukcija je odluujua za minimiziranje
adhezivnog trošenja, ali leišni materijal mora biti sposoban tolerirati odreenu veliinu trošenja
bez utjecaja na karakteristike leaja.
Otpornost na trošenje izazvano strujanjem maziva, kao što su erozivno i kavitacijsko trošenje, su
pojave esto prisutne u radu kliznih leaja. Erozijsko trošenje nastaje zbog udara mlaza tekuine
ili vrstih estica nošenih mlazom o površinu leaja. Kavitacijko trošenje je posljedica nastajanja
formiranih parnih mjehura u tekuem mazivu. Spomenuti parni mjehuri nastaju u podruju rada
leaja u kojem pritisak u mazivu padne ispod pritiska para tekuina. Materijal leaja mora biti
otporan na ove vrste trošenja posebno u sluajevima gdje su one izraene.
Otpornost na koroziju: karakteristike materijala leaja ne smiju se bitno mijenjati uslijed
djelovanja ulja, vode ili drugih kontaminanata s kojima materijal moe doi u dodir. Ovo
svojstvo je vano kod leaja podmazivanih neinhibiranim uljima ili uljima koja sadre aditive
protiv trošenja. Poeljno je da leišni materijal ne korodira do takvog stupnja gdje doe do
poremeaja u funkcioniranju leaja.
Sposobnost formiranja reaktivnih slojeva oznaava svojstvo materijala da formira tribokemijske
slojeve, openito za smanjenje trošenja, s konstituentima iz maziva.
Sposobnost kvašenja oznaava svojstvo materijala da formira sloj maziva na površini.
Rad u pogoršanim uvjetima je sposobnost materijala leaja da u neoekivanim i nepovoljnim
uvjetima podmazivanja odri neophodno kretanje u odreenom vremenskom periodu [5].
2.4. Ostali zahtjevi koji ne spadaju u gore navedene grupe
Uz gore navedena svojstava i ve prije naglašeno najvanije svojstvo otpornosti na
trošenje imamo još odgovarajuu dinamiku vrstou, otpornost na dodirni pritisak, otpornost na
nagrizanje kliznih površina, dobro vezivanje za površinu, sposobnost odvoenja topline i
sposobnost jednolikog rasporeivanja maziva u tribo sustavu. Openito je nemogue udovoljiti
svim gore navedenom zahtjevima. Zbog toga se u praksi odluuje za takav materijal rukavca i
blazinice leaja kojim e se uz upotrebljeno sredstvo podmazivanja postii najbolja svojstva
tribološkog sustava.
3. MATERIJALI KOJI SE KORISTE ZA IZRADU KLIZNIH
LEAJA
Radijalni i aksijalni klizni leaji izrauju se preteno od razliitih metalnih materijala, dok
se u odreenim podrujima u primjeni i nemetalni materijali. Izbor metalnih materijala leaja
uvijek je stvar kompromisa. Mekši materijali daju bolju sposobnost apsorbiranja neistoa, ali
imaju niu mo nošenja. Tvri materijali pokazuju veu mo nošenja, ali su manje tolerantni na
odstupanja i prisustvo estica. Zbog toga je pri izboru materijala leaja potrebno odrediti koje su
karakteristike najvanije za date uvjete primjene i tako definirati osnovne zahtjevne
karakteristike materijala. Prvi faktor je specifino optereenje koje pojedini materijali mogu
podnijeti. Postojea praksa uspostavlja dozvoljena specifina optereenja(jedinina optereenja)
za razliite materijale koji se danas koriste za izradu kliznih leaja (tablica 1.).
Tablica 1. Dozvoljena specifina optereenja materijala kliznih leaja [5]
Grupa materijala Dozvoljeno specifino
Bakar-olovo 7 250
Dati podaci se odnose na normalne uvjete rada, isto ulje za podmazivanje, dobru podešenost i
površinsku obradu. U cilju zadovoljavanja zahtjeva rada i odgovarajue moi nošenja, površine
rukavca i leaja trebaju biti obraene da hrapavost, iskazana preko srednjeg aritmetikog
odstupanja profila , bude manja od 0,4 μm. Poboljšanje kvalitete obraene površine treba
osigurati uvijek kada je specifino optereenje blizu dozvoljene granice za izabrani materijal
leaja. Kod samopodmazujuih i poroznih kliznih leaja takoer je uobiajeno da hrapavost
bude manja od 0,4 μm [5].
3.1. Materijali za rukavce
Kod kliznih leajeva se tei tome da površina rukavaca bude priblino tri do pet puta tvra
od površine blazinice leaja. Time se trošenja leaja ogranie prije svega na trošenje blazinice
leaja, koji se u sluaju kritinog trošenja jednostavno zamijeni. Troškovi su u tom sluaju
mnogo manji nego kada bi trošenje nastalo na rukavcu osovine ili vratila. Obzirom da su rukavci
leajeva obino i dijelovi osovine ili vratila, izraeni su od jednakih materijala (konstrukcijski
elici, poboljšani elici i elici za cementiranje i kaljenje). Najvanije je da se rukavci mogu
kvalitetno obraditi, obzirom na odabrani materijal, te da se tako na njima moe postii što tvra i
glatkija površina (preporuuje se tvrdoa 64 HRc ≈ 810 HV). S ovog aspekta, elici za
cementiranje i kaljenje bolji su nego konstrukcijski elici i poboljšani elici, iako se i
površinskim kaljenjem poboljšanih elika mogu postii zadovoljavajua svojstva. Konstrukcijski
elici, koji se ne kale, primjereni su samo za nisko optereene klizne leajeve. Rukavci kliznih
leajeva se nakon grube mehanike obrade (struganje, grubo brušenje, itd.) i toplinske obrade
(cementiranje i kaljenje, poboljšavanje, površinsko kaljenje, itd.) prije ugradnje još i fino
mehaniki obrade (fino brušenje, honovanje, lepovanje, itd.) ime se postiu vrlo glatke klizne
površine. Za poboljšanje svojstava vrstoe obzirom na površinski pritisak, rukavci kliznih leaja
se, posebno u zadnje vrijeme, još i dodatno kromiraju, ime se postiu bolja antifrikcijska
svojstva i vea otpornost protiv nagrizanja kliznih površina [1].
3.2. Materijali za blaznice leaja
Prema [1] i [5], i kod materijala za blazinice leaja bitno je da se klizne površine mogu
precizno obraditi i tako postii dobra antifrikcijska svojstva. Poseban problem pri obradi
predstavljaju dijelovi koji otpadaju jer se pri obradi utiskuju u površinu, te je ošteuju. S ovog
aspekta, za blazinice leaja primjerenije je upotrijebiti legure za gnjeenje, a ne legure za
lijevanje, koje se inae lakše obrauju.
Za blazinice leaja najviše se koriste neeljezni metali (kositar, cink, olovo, bakar, aluminij) i
njihove legure zbog dobrih kliznih svojstava pri nedovoljnom podmazivanju. Obzirom da su
njihova svojstva vrstoe ovisna o temperaturi, upotrebljavaju se samo u odreenom
temperaturnom podruju:
legure cinka: do 100 °C
legure aluminija: do 150 °C
legure bakra (bronce) za lijevanje: do 250 °C
legure kositra za gnjeenje: do 300 °C
Kositar se legira prvenstveno olovom, bakrom i antimonom. Blazinice leaja od legura kositra
imaju odlina antifrikcijska svojstva, neosjetljivi su na geometrijska i radna odstupanja, te
penetraciju sitnih produkata trošenja. Dobro svojstvo kositra je i to što ga se moe u tankim
slojevima (nekoliko µm) galvansko nanijeti na druge materijale. Zbog male vrstoe (vrlo su
mekani) blazinice leaja od legura kositra uvijek je potrebno ugraditi u odgovarajue kruto
kuište. Mehanika svojstva ovih legura su dobra, ali naglo opadaju s poveanjem temperature
iznad 180°C. Ove legure se lako lijevaju i imaju vrstu vezu(adhezijom) s osnovom od elika.
Cink se legira prvenstveno aluminijem i bakrom. Blazinice leaja od legura cinka imaju prije
svega dobra antifrikcijska svojstva. Obzirom da su jeftini, izrauju se u masivnim
proizvodnjama.Imaju dobru krutost i vrstou, nešto nii koeficijent trenja, zadovoljavajuu
livljivost i prilagodljivost. Upotrebljavaju se za manje zahtjevne klizne leajeve. Radne
temperature su im ograniene na 120°C, a pri sobnim ili blago povišenim temperaturama nemaju
dimenzijsku stabilnost tijekom starenja.Pri povišenim temperaturama dolazi do promjena u
dimenzijama tj. do velikog produljenja materijala. Tijekom vremena dolazi i do promjene
tvrdoe, a tvrdoa zavisi o postotku bakra u leguri.
Olovo se legira prije svega bakrom, kositrom i cinkom. Blazinice leaja od legura olova imaju
vrlo dobra svojstva podmazivanja. Obzirom da su vrlo mekani, neosjetljivi su na geometrijska i
radna odstupanja, ali su slabo otporni na trošenje. Upotrebljavaju se prvenstveno u velikim i
grubim leajevima (npr. uleištenje osovina vagona).
Bakar se upotrebljava za blazinice leaja prvenstveno u obliku raznih bronci (udio bakra je iznad
50%). Bronce imaju vrlo dobru toplinsku vodljivost te time dobru sposobnost hlaenja leajeva.
Takoer imaju i zadovoljavajuu vrstou i dobru sposobnost deformiranja. Raznim nemetalnim
dodacima (fosfor) poboljšavaju im se i antifrikcijska svojstva. Obzirom da su slabo otporni na
penetraciju produkata trošenja, u ovim leajevima potrebno je osigurati dobar protok maziva.
Upotrebljavaju se prije svega slijedee bronce:
Olovne bronce sadre 10 do 28% olova. Obzirom da su vrlo mekane, neosjetljive su na
geometrijska odstupanja i rubne pritiske, ali su slabo otporne na trošenje. Primjerene su
prvenstveno za male brzine klizanja. Upotrebljavaju se za manje zahtjevne leajeve, u
kojima nije potrebno da je rukavac osovine ili vratila površinski kaljen. Visok postotak
olova ovim legurama omoguava bolju prilagodljivost i kompatibilnost. Te se legure
takoer legiraju s kositrom koji poveava vrstou, otpornost na trošenje, mo nošenja i
tvrdou.
Kositreno-olovne bronce sadre 5 do 14% kositra i 3 do 25% olova. Pri veem udjelu
olova imaju dobru prilagodljivost materijala rukavca i blazinice leaja, ali slabu otpornost
na trošenje. Imaju veliku tvrdou, i vlanu vrstou. Uglavnom se koriste za izradu
masivnih kliznih leaja.
Aluminijeve bronce sadre oko 10% aluminija i manje udjele nikla, mangana i eljeza.
Razmjerno su tvrde i time otporne na trošenje. Upotrebljavaju se prije svega tamo gdje
postoji opasnost od korozije. Dobru vrstou zadravaju i na povišenim temperaturama
(preko 200 °C)
isti aluminij se ne koristi za izradu kliznih leaja zato što ima loša kompatibilna svojstva i leaji
esto zaribavaju, ak i kad je rukavac velike tvrdoe, a ulje za podmazivanje isto. Da bi se
popravila ova svojstava aluminij se legira. Aluminij se legira prije svega s bakrom, eljezom,
cinkom, manganom, silicijem i kositrom. Blazinice leaja od legura aluminija upotrebljavaju se
prvenstveno tamo gdje je i kuište od lakih metala. Obzirom da dobro provode toplinu imaju
dobru sposobnost hlaenja. Te legure imaju veliku mo nošenja, dobru otpornost na umor,
otpornost na koroziju i otpornost na trošenje.
Od eljeznih materijala za blazinice leaja prvenstveno se upotrebljava sivi lijev, jer njegova
struktura (grafitne lamele) omoguuje dobra svojstva podmazivanja. S druge strane, sivi lijev
ima slabija antifrikcijska svojstva pri nedovoljnom podmazivanju, slabo je otporan na rubne
pritiske, te ima slabiju sposobnost razraivanja leajeva. Dobra svojstva podmazivanja blazinica
leaja postiu se sinteriranim metalima, koji su porozni i lako upijaju ulje (do 30% svog
volumena). Pri radu ulje izlazi kroz pore zbog optereenja i povišene temperature, te podmazuje
klizne površine. Pri mirovanju, kada se leaj ohladi, ulje opet otjee natrag u pore. Sinteriraju se
prije svega legure eljeza te kositrene i olovne bronce. [1]
3.3. Sinterirani materijali
Za izradu kliznih leaja se u znaajnoj mjeri koriste i metalni prahovi, od kojih se prave
porozni tj.sinterirani leaji. Porozni leaji su leaji s vlastitim sadrajem maziva. Materijal leaja
je porozan, po emu su i dobili naziv, ali se esto nazivaju i sinterirani leaji jer se tijekom izrade
materijal podvrgava procesu sinteriranja. Porozni leaji od metala izrauju se od metalnog praha
postupkom prešanja i sinteriranja. Prešanje se izvodi na sobnoj temperaturi u specijalnim
alatima, a proces sinteriranja u redukcijskoj atmosferi i na temperaturi od oko 80% od apsolutne
temperature taljenja metala. Gotovi leaji se impregniraju odgovarajuim uljem, što znai da
pore imaju ulogu spremnika za mazivo. U tijeku rada mazivo struji kroz pore i podmazuje sklop
rukavac-leaj.
poroznosti odreuje koliinu ulja koju sadri leaj i njegove mehanike karakteristike. S
porastom poroznosti opadaju mehanika svojstva, dok koliina ulja u leaju raste. U izradi
poroznih leaja od metala su zastupljena dva osnovna materijala. To su prah bronce i prah
eljeza. Kao dodatak ovim materijalima esto se koristi i grafit, kojim se poveava
samopodmazivanje kao i pouzdanost leaja, naroito u graninim uvjetima podmazivanja.
Sinterirani leaji od bronce su naješe u upotrebi. Otporni su na trošenje, ilavi su, prilagodljivi
su i otporni na koroziju. Pogodni su za srednja optereenja i srednje do velike brzine klizanja.
Leaji od sinteriranog eljeza su jeftiniji od leaja izraenih od bronce, ali su osjetljiviji na
koroziju i imaju loša tribološka svojstva. Koriste se za nia optereenja i srednje brzine klizanja
[5].
3.4. Opi kriterij za izbor materijala kliznih leaja
Pored moi nošenja i dozvoljene radne temperature za izbor materijala podmazivanih
kliznih leaja mogu se definirati kriteriji shodno tome kako materijali reagiraju s utvrenim
uvjetima rada.
Tablica 2.Kriterij za izbor metalnih materijala podmazivanih kliznih leaja [5]
Osnovna svojstva Mehanike i tribološke
karakteristike kao kriterij
B2.Toplinska provodljivost
materijal-leaj-mazivo
U datoj tablici, grupe od A do E su ope primjenjive i treba ih koristiti svaki put kada se razmatra
neki novi materijal ili, što je eši sluaj, kada se dati materijal koristi za neku novu namjenu.
Grupe F i G se razmatraju kada postoji opasnost od prisustva abrazivnih estica ili je leajni
sustav izloen pojaanim vibracijama. Kriteriji A,B i E su povezani sa svojstvima materijala za
koje se moe zakljuiti da su relativno nezavisni od cjelokupnog sustava leaja. Nasuprot tome,
kriteriji oznaeni kao C, D, F i G su zavisni od promatranog sustava [5].
4. MOGUI OBLICI TROŠENJA KLIZNIH LEAJA
Trošenje je postupni gubitak materijala s površine krutog tijela uslijed dinamikog dodira s
drugim krutim tijelom, fluidom i/ili esticama. Premda postoji neizbrojno veliki broj sluajeva
trošenja, ona su svrstana u etiri osnovna mehanizma trošenja:
abrazija
adhezija
Mehanizmi trošenja opisuju se jedininim dogaajima. Jedinini dogaaj je slijed zbivanja koji
dovodi do odvajanja jedne estice trošenja s trošene površine. On uvijek ukljuuje proces
nastajanja pukotina i proces napredovanja pukotina [3].
4.1. Abrazija
faze jedininog dogaaja, slika 8. [3]
Slika 8. Jedinini dogaaj abrazije [3]
Jedinini dogaaj abrazije sastoji se od dvije faze:
I faza - prodiranje abraziva (a) u površinu materijala (1) pod utjecajem normalne komponente
optereenja
II faza - istiskivanje materijala u obliku estica trošenja () pod utjecajem tangencijalne
komponente optereenja
Kod kliznog trošenja stupanj opasnosti od abrazije je nizak. Abrazija nastaje uslijed prisustva
vrstih materijala(neistoa) u leaju. Materijali kliznih leaja su tijekom rada izloeni utjecaju
vrstih estica iz razliitih izvora. Te neistoe mogu dospjeti u leaj tijekom proizvodnje,
montae ili u eksploataciji. Pri tome se razlikuju:
abrazivne estice dospjele u leaj iz vanjske okoline
abrazivne estice nastale trošenjem dijelova sklopa leaja
Leaj ošteen abrazivnim trošenjem treba demontirati i zamijeniti ga novim uz detaljno išenje
sistema za podmazivanje i ugradnje novih i poboljšanih filtera, uz istovremenu zamjenu maziva
u sistemu. Meutim, potrebno je naglasiti da znaajno veu ulogu u spreavanju abrazivnog
trošenja materijala leaja, koji su relativno male tvrdoe i time neotporni na abraziju, ima sistem
brtvljenja leaja i proišavenje maziva koji se koristi za njegovo podmazivanje. U odnosu na
karakteristike materijala, manje su podloni abraziji materijali s boljom sposobnošu apsorpcije
neistoa. [5]
4.2. Adhezija
Adhezijsko trošenje karakterizira prijelaz materijala s jedne klizne plohe na drugu pri
relativnom gibanju, a zbog procesa zavarivanja krutih faza. Jedinini dogaaj adhezije moe se
opisati u tri faze, slika 9. [3]
Slika 9. Jedinini dogaaj adhezije [3]
Faza I - Nastajanje adhezijskog spoja razliitog stupnja jakosti na mjestu dodira izboina
Faza II - Raskidanje adhezijskog spoja. estica trošenja ostaje spontano “nalijepljena” na
jednom lanu kliznog para.
Faza III - Otkidanje estice (eventualno). Oblik estica trošenja ovisi o uvjetima, a uglavnom
je listiast.
estice išupane s jedne površine ostaju privremeno ili trajno “nalijepljene” odnosno navarene na
drugu kliznu površinu. Stupanj pojave adhezije kod kliznog trošenja je vrlo visok. Naješi razlozi za
pojavu adhezivnog trošenja kod kliznih leaja su neadekvatni zazori, zbog grešaka konstrukcije ili
montae, neadekvatna opskrba leaja mazivom ili neodgovarajue karakteristike maziva. Tijekom
rada leaja, prekid uljnog sloja izazvan ekstremnim optereenjem ili vibracijama, kao i loše
uravnoteenje mogu biti uzrok adhezivnog trošenja. Adhezivno trošenje se manifestira od blagog
nestajanja materijala s površine, praeno esto promjenom boje površine zbog zagrijavanja i
povlaenja materijala zbog omekšanja, pa do zaribavanja. U sluaju pojave nepoznatog nestajanja
materijala, leaj se moe ponovno koristiti ukoliko se uklone uzroci(poveanje zazora, odstranjivanje
vibracija i sl.). Ako su na površini leaja, istovremeno zapaene krhotine, takav leaj treba zamjeniti
[2].
Umor površine je odvajanje estica s površine uslijed ciklikih promjena naprezanja.
Jedinini dogaaj umora površine prikazan je na slici 9. s tri faze [3].
Slika 10. Jedinini dogaaj umora površine [3]
Faza I - Stvaranje mikropukotine, redovito ispod površine
Faza II - Napredovanje mikropukotine
Faza III - Ispadanje estice trošenja, obino oblika ploice ili iverka
U prvoj fazi nastaje podpovršinska pukotina jer je najvee smino naprezanje kod koncentriranog
dodira (tzv. Hertz-ovo naprezanje) uvijek ispod same površine. Ovo je tzv. faza inkubacije jer
praktiki nema nikakvog odvajanja estica. U drugoj fazi podpovršinska pukotina izbija na površinu.
Od toga trenutka iz pukotine redovito izlaze sitne kuglaste estice. U treoj fazi jedininog dogaaja
umora površine dolazi do ispadanja krupne estice oblika ivera, što na površini ostavlja ošteenje
oblika rupice. Zato se ovaj oblik trošenja uobiajeno naziva pitting (rupienje). Ova vrsta trošenja
nastaje pri dinamikom optereenju kliznih leaja. Meutim, površinski umor moe se javiti i u
sluaju preoptereenja ili vibracija, kao i pri povišenim radnim temperaturama, što kod pojedinih
vrsta materijala(npr.bijelih metala) moe znaajno smanjiti dinamiku izdrljivost. Otpornost na
umor mijenja se inverzno s tvrdoom, a razmjerno s debljinom antifrakcijskog sloja. U poetnom
periodu površinski umor se manifestira pojavom krhotina koje se tijekom daljnjih naprezanja
proširuju, meusobno spajaju, što dovodi do odvajanja materijala. Kod umora površine potrebno je
otkloniti uzrok pojave površinskog umora ili koristiti materijal za leaj s visokom otpornošu na
umor.
faze prikazuje slika 11. [3]
Slika 11. Jedinini dogaaj tribokorozije [3]
I - stvaranje (ili obnavljanje) sloja produkata korozije
II - mjestimino razaranje sloja produkata korozije
Do tribokorozije dolazi pri ponavljajuem relativnom gibanju dva kruta triboelementa. U uskom
rasporu kao produkti korozije nastaju praškaste estice oksida. Do tribokorozije nee doi ako se
primjeni podmazivanje ili eliminira relativno gibanje dijelova. Najvaniji imbenik otpornosti na
tribokoroziju je kemijska pasivnost materijala u odreenom mediju. Tribokorozija je u pravilu
poeljan mehanizam trošenja jer slojevi proizvoda korozije zaštiuju metalne površine od
neposrednog dodira metal/metal.
4.5. Ostali oblici trošenja
Uz gore navedene osnovne oblike trošenja postoje još mnogi drugi poput korozije, erozije,
kavitacije itd. O njima e biti rije u narednim poglavljima.
4.5.1. Korozija
kapljevine ili krutih agresivnih estica, a zbog kemijskih ili elekotrokemijskih procesa. Takoer
korozija je promjena na površini ili unutrini koja izaziva gubitak materijala i promjenu svojstava.
Postoji više vrsta korozije, ona moe biti opa ili selektivna. Od selektivnih tipova razlikujemo
tokastu, kontaktnu, interkristalnu, napetosnu, koroziju u rasporu, eroziju, kavitaciju [6].
Korozija kod kliznih leajeva naješe je izazvana korištenjem krivog maziva ili izborom krivog
materijala leaja za odreene uvjete rada. Svojstva metalnih materijala kliznih leaja unutar
razmatranog tribološkog sustava trebaju biti nepromijenjena ili da se mijenjaju samo u
dozvoljenim granicama tijekom dueg vremenskog perioda. Stoga je bitno da materijal i mazivo
budu kompatibilni jer korozija ovisi o njihovim kemijskim i mehanikim interakcijama.
Upotrebom krivog maziva dolazi do oksidacije koja se vidi na površini materijala. Korozija se
moe sprijeiti tako da se izmjene karakteristike maziva tj. da se izabere pravilno mazivo ili
izborom materijala leaja koji je jae otporan na odreeni tip korozije [5].
4.5.2. Erozija esticama
Erozija nastupa uz istovremeno djelovanje agresivnog medija i mehanikog trošenja
uzrokovanog nastrujavanjem ili udaranjem plina, tekuine ili pare koji sadravaju krute estice.
Dijelimo je na eroziju esticama i eroziju kapljevinom. Erozija esticama je gubitak materijala s
površine krutog tijela zbog relativnog gibanja (strujanja) fluida u kojem se nalaze krute estice .
Shema tribosustava erozije esticama prikazana je na slici 12 . Relativno gibanje se moe opisati kao
strujanje. Opasnosti od pojedinih mehanizma trošenja je visok kod abrazije, erozije, a nizak je ali
postoji kod tribokorozije [3].
Slika 12. Erozija esticama[3]
Budui da je osim mehanizma abrazije u procesima erozije esticama znaajan i mehanizam umora
površine, njihovi uinci i utjecaji razliitih imbenika opisuju se na razini jedininog sudara estice s
trošenom površinom, prikazanog na slici 13.
Jedinini sudar sastoji se od dvije faze:
I. „Upad“ krute estice odreenom brzinom gibanja i pod odreenim kutom, te njezin trenutni sudar s
trošenom površinom materijala;
II. Odbijanje krute estice od trošene površine uz pratee razaranje površine otkidanjem djelia
materijala u obliku estice trošenja
Slika 13. Jedinini sudara estice s trošenom površinom [3]
Pokazatelj otpornosti na trošenje je udio i tvrdoa tvrde faze odnosno dinamika izdrljivost
površine, ovisno o kutu upada estica. Erozija kod koje je strujanje pod malim kutom u odnosu
na površinu naziva se abrazivna erozija, a kad estice udaraju o površinu gotovo okomito to je
udarna erozija [3].
4.5.3. Erozija kapljevinom
Erozija kapljevinom je trošenje izazvano strujanjem kapljevine ili plina s kapljicama.
Situacija je slina kao kod erozije esticama ali bez krute faze. Zato je iskljuen abrazijski
mehanizam trošenja pa ostaje umor površine kao najopasniji mehanizam trošenja. Takoer,
ukoliko se radi o agresivnom mediju, prijeti opasnost i od intenzivne tribokorozije. Ako se
kapljice gibaju brzinom 100 m/s govori se o eroziji kapljicama. Sraz tekuih kapljica koje
udaraju u vrstu površinu pri visokoj brzini je erozija udarom tekuine (erozija mlazom, erozija
kapljevinom) [3].
4.5.4. Kavitacijska erozija
Kavitacijska erozija nastaje zbog nagle implozije (nagle promjene tlaka i faze) kavitiranog
mjehuria koji implodira velikom brzinom stvarajui visoke lokalne tlakove u vrlo kratkom
vremenu na vrlo malom podruju. Posljedica toga je naprezanje u materijalu ukoliko mjehuri
implodira u blizini njegove površine. Shema tribosustava kavitacijske erozije prikazana je na
slici 15, [3].
Slika 16. Mehanizma nastanka kavitacije [7]
Relativno gibanje se moe opisati kao strujanje. Pokazatelj otpornosti na trošenje je dinamika
izdrljivost površine. U ovom tipu trošenja imamo veliku opasnost na pojavu umora površine te nešto
niu opasnost na tribokoroziju. Karakteristika kavitacije je cikliko stvaranje i implozija mjehuria
na površini koja je u dodiru s fluidom. Uzrok stvaranja mjehuria je oslobaanje otopljenog plina iz
tekuine u podruju tlaka oko nule ili podtlaka. Negativni tlakovi (podtlakovi) se esto javljaju u
podrujima gdje dolazi do velikih promjena geometrije [3].
Uzroci pojave kavitacijske erozije kod kliznih leaja su promjenjivost pritiska u leaju, vibracije
rukavca, neadekvatno strujanje maziva kroz otvore i kanale. Naješe se pojavljuje kod leaja
izloenih visokom optereenju, vibracijama i velikom broju okretaja. Ošteenja kavitacijskom
erozijom karakterizira pojava razaranja materijala uvijek na istim ili slinim mjestima leaja i
pojava krhotina kao kod umora materijala. Razlikujemo nekoliko vrsta kavitacijske erozije koje
su usisna, izlazna, strujna i udarna. Moe se sprijeiti poboljšanjem konstrukcije leaja,
poveanjem pritiska ulja u sistemu za podmazivanje, smanjenjem zazora, izborom materijala sa
veom otpornošu na kavitacijsku eroziju, itd. [5]
4.5.5. Nagrizanje, plastina deformacija i lom
Uz gore navedene oblike trošenja postoje još mnogi drugi koji nisu toliko uestali.
Nagrizanje leaja je ošteenje koje nastaje na spoju blazinica ili na kuištu leaja ispod blazinice.
Uzroci su mala pomicanja i vibracije leaja u kuištu te vibracije stacionarnog rukavca u leaju
tijekom transporta. Pomicanja leaja u kuištu dovode do ošteenja stranje strane leaja.
Vibracije rukavca manifestiraju se pojavom krhotina i adhezivnim trošenjem površine leaja.
esto je prisutna i korozija. Moe se sprijeiti eliminacijom vibracija, pravilnom ugradnjom
leaja ili provjerom vrstoe kuišta.
Uzroci pojave plastine deformacije su nepravilnosti u sistemu podmazivanja i neodgovarajui
sloj maziva radi ega dolazi do taljenja materijala leaja na površini i plastinog strujanja.U
teim sluajevima mogua je pojava zaribavanja. Moe se sprijeiti izmjenama u sistemu
podmazivanja ili promjenom karakteristike maziva.
Do loma dolazi radi preoptereenja, udarnih optereenja ili kod višeslojnih leaja zbog
neodgovarajue veze leišnog materijala i osnove.Vidljiv je kao gubitak leišnog materijala s
veih površina.Moe se sprijeiti poboljšanjem tehnologije proizvodnje, otklanjanjem moguih
preoptereenja ili izrazitih udarnih optereena [5].
4.6. Ošteenja i otkazi metalnih materijala leaja
Ispravnost i pouzdanost strojeva i ureaja su prije svega funkcija ispravnosti pokretnih
dijelova, od kojih su klizni leaji svakako najvaniji elementi. Zbog toga, ošteenja i otkazi ovih
veoma vanih elemenata mogu prouzroiti znatne materijalne gubitke. Mada je, po pravilu,
cijena samog kliznog leaja relativno mala, svako ošteenje leaja kojim se smanjuje
funkcionalna ispravnost sistema ili nastaje otkaz moe izazvati velike indirektne troškove.
Smatra se da je klizni leaj neispravan kao posljedica nekog ošteenja:
kada postane potpuno nefunkcionalan
kada je još funkcionalan, ali nije sposoban da namijenjenu funkciju obavi
zadovoljavajue u svim uvjetima rada
kada ga ozbiljno ošteenje uini nepouzdanim za njegovu upotrebu, što zahtjeva njegovo
uklanjanje bilo radi popravka ili zamijene
Osnovni uzronici koji dovode do ošteenja i otkaza kliznih leaja su mnogobrojni , ali se mogu
razvrstati u nekoliko osnovnih grupa koje ukljuuju aspekte konstruiranja, izbora materijala,
nesavršenosti materijala, proizvodnje i procesa obrade, sklapanja, kontrole, ispitivanja,
skladištenja, transporta, odravanja, nepredvienog izlaganja preoptereenju i direktnog
mehanikog i kemijskog ošteenja u tijeku rada.Veoma esto više uzronika doprinosi otkazu
kliznog leaja.
Otkazi i ošteenja izazvana navedenim grupama uzronika menifestiraju se naješe kao
trošenje, lom i plastina deformacija materijala. To su istovremeno i osnovni vidovi otkaza, koji
se mogu podijeliti, u odnosu na svojstva materijala, u dvije kategorije.Jedna je povezana i
zavisna najviše o vrstoi materijala, a druga je funkcija triboloških procesa. Lom i plastina
deformacija su ošteenja u funkciji vrstoe, dok je trošenje sa svim manifestacijama vezano uz
tribološke procese.
Tablica 3. Uzronici otkaza i njihova uestalost [5]
Uzronici otkaza Uestalost,%
23,4
9,1
3,6
10,7
Ostalo 7,0
Kao što je vidljivo iz tablice razliiti oblici trošenja kliznih leaja jedni su od naješih pojava
manifestacije otkaza stoga na njih treba obratiti veliku pozornost. Najprisutnije vrste trošenja
date su slikom 17. [5]
Slika 17. Uestalost pojedinog mehanizma trošenja kliznih leaja u postotku [5]
0
10
20
30
40
50
60
70
5. UZORCI ISTROŠENOG KLIZNOG LEAJA
Uzorci su uzeti iz motora automobila Mercedesa ML 270 CDI iz 2004. godine. Mercedes
ML 270 CDI je terensko vozilo koje koristi peterocilindrini dizel motor, maksimalne brzine
185km/h, te teak 2 tone. Radi nepravilnog rada motora auto je odvezen na servis gdje su
utvreni ošteeni klizni leajevi koje je trebalo zamijeniti. U daljnjem tekstu utvrdit e se uzroci
ošteenja kliznih leajeva i dati mogua rješenja za njihovo spreavanje.
Slika 18. Mercedes ML 270 CDI [8]
Klizni leajevi motora osnova su za skladan rad u kojem po mogunosti ne dolazi do trošenja niti
trenja izmeu kuišta motora tj. klipnjae i osovina koje se okreu kao što su koljenasto vratilo,
bregasto vratilo, vratilo za prekretnu polugu i vratilo za izjednaenje. Njihovo mehaniko
optereenje u motoru s unutarnjim izgaranjem iznimno je veliko, stoga, leajevi moraju biti
otporni na umor, fleksibilni, otporni na velika optereenja, trošenje, koroziju itd. [9]. Postupak
procjene ošteenja motora uvijek zahtijeva sveobuhvatan pristup utvrivanju uzroka, koji mnogo
puta nije jasan. Takoer nakon popravka motora kvarovi se esto mogu ponoviti. Razlog tome je
što ošteene komponente mogu biti zamijenjene, ali uzrok ošteenja nije ispravljen.
Zbog visoke razine sloenosti sustava, interakcija izmeu pojedinih dijelova leaja unutar
motora, uzrok ošteenja openito nije lako prepoznati. Uzroci se mogu nai u samom leaju, ali
i u okolini leaja. Iako leaj openito trpi najvea ošteenja, samom zamjenom njega nismo
pronašli rješenje i ispravili uzrok ošteenja. Dakle prilikom profesionalne obnove motora ,
stvarni uzrok štete mora se odrediti kako bi se u budunosti mogle poduzeti odgovarajue
sigurnosne mjere. Klizni leaji pruaju raspodjelu primijenjegog optereenja du cijelog
podruja motora. Postoji nekoliko tipova kliznih leaja koji se koriste u motorima, poput glavnih
leaja, leajevi klipnjae, leajevi s prirubnicama, leajevi koljenaste osovine, aksijalni leaji.
[10].
klipnjae
Leajevi klipnjae povezuju klipnjau s koljenastim vratilom. Ljuska leaja moe se podijeliti na
dva dijela: gornji (poklopac) i donji. Ljuska leaja s donje strane podlona je puno veem
naprezanju naspram ljuske leaja s gornje strane. Sila paljenja koja nastaje tijekom izgaranja
prenosi se u koljenasto vratilo kroz njih. Kod benzinskih motora, leajne ljuske na strani
poklopca takoer su izloene velikom naprezanju, jer postoje velike inercijske sile zbog veih
brzina u usporedbi s dizelskim motorom. Leajevi klipnjaa opskrbljuju se uljem preko provrta
glavnih leaja kroz koljenasto vratilo. Leajevi koljenaste osovine su glavni leaji. On je takoer
podijeljen na gornju i donju ljusku. Kod glavnih leajeva donja ljuska leaja podlijee veem
naprezanju tako što apsorbira silu paljenja. Sile prebaene s klipnjae u koljenasto vratilo
apsorbiraju su u nekoliko glavnih leajeva, što znai da su oni podloni manjem naprezanju od
donje strane ljuske leajeva klipnjae. Gornja ljuska glavnog leaja sadri uljni utor koji ulje
prenosi do leajeva klipnjae kroz provrte do koljenastog vratila. Takoer postoje još aksijalni
leaji koji imaju zadatak apsorbiranja aksijalne sile koja nastaje prilikom na primjer aktiviranja
kvaila [10]..
5.1. Naješi razlozi ošteenja kliznih leaja motora
Leajevi motora smanjuju trenje izmeu rotirajueg dijela motora i nepominog dijela te
podupiru koljenasto vratilo. Materijal leaja koji se koristi mora biti izuzetno jak zbog
naprezanja uzrokovanih eksplozijama u motoru. Smanjivanje trenja djelomino se postie
injenicom što razliiti metali kliu jedan po drugom s manje trenja i trošenja nego što to ine
slini materijali. Iako sam materijal moe motoru davati neka svojstva za smanjenje trenja,
njegove performanse poboljšava mazivo izmeu pokretnih i nepominih površina. Još jedna od
dunosti leaja je uspostavljanje i odravanje uljnog filma. Naješi razlozi ošteenja su
neistoe, nedovoljno podmazivanje, krivo postavljanje, lomovi itd.
Krhotine, poput prljavštine ili prašine, mogu nanijeti znaajnu štetu na površini kliznog leaja.
Ako je u sustavu za podmazivanje, prljavština e obino ostaviti obodne ogrebotine i esto e
ostati na podlozi leaja. Stoga je vano voditi rauna o tome da sustav za podmazivanje uvijek
bude temeljito ispran. Drugi nain na koji prljavština moe naštetiti jest taj da komponente
motora nisu potpuno iste. Strane estice zarobljene izmeu komponenata leaja e povisiti
njegovu površinu(napraviti grbu). Ova mala grba moe dovesti do kontakta leaja i koljenastog
vratila što e oteati njihovo klizanje. Potrebno je uvijek osigurati postavljanje leaja na iste
površine.
Nedovoljno podmazivanje naješe dovodi do potpunog kvara motora. Nepostojanje
odgovarajueg uljanog filma rezultirat e kontaktom metal-metal, povremeno samo s jednim
leajem ili esto na veem broju leaja. Kako bi se ovo sprijeilo potrebno je voditi rauna o
prolazima za ulje, radu pumpa za ulje, razrjeivanju goriva itd.
Ponekad su kvarovi rezultat pogrešaka prilikom postavljanja leaja. Na primjer, ako se leajna
polovica bez rupe za ulje nepravilno postavi u poloaj u kojem je otvor potreban, taj rukavac
nee dobiti podmazivanje. Takoer se mogu vidjeti i druge vrste pogrešaka u sastavljanju. Ako je
klipnjaa ili poklopac glavnog leaja postavljen u pogrešnom poloaju leaj nije pravilno
postavljen, podmazivanje nee biti dovoljno i moe uzrokovati kvar. Paljivi postupci ugradnje
kliznog leaja veoma su vani u svakom aspektu ugradnje motora. Neoprezne pogreške su uvijek
skupe. [12].
5.2. Kemijski sastav uzoraka
Analizi je podvrgnuto 3 vrste kliznih leajeva iz motora Mercedesa ML 270 CDI. Dva
glavna leaja i jedan leaj klipnjae. Leaj klipnjae e se nazivati uzorkom 1, glavni leaj bez
provrta za ulje uzorkom 2 i glavni leaj s provrtom za ulje uzorkom 3.
Slika 21. Istrošeni uzorci
Uzorci su podvrgnuti kemijskoj analizi pomou prijenosnog XRF spektometra koji ima etiri
kljune komponente: izvor pobude(rendgenska cijev), detektor, multifilterski kota za
kompenzaciju smetnji i poboljšanje izvora i jedinicu za prikupljanje i obradu podataka. On
omoguuje identifikaciju kemijskih elemenata bez ikakve pripreme uzorka i prua brze i tone
rezultate.
Slika 22. Prijenosni XRF spektometar
Uzorci su analizirani s vanjske i unutarnje strane. Analizirani su u oišenom stanju i direktno iz
uporabe(neoišeno stanje). Kemijski sastav s vanjske strane oišenih uzoraka je veoma slian.
Utvreno je da se radi o ugljinom eliku ije je najvanije svojstvo deformabilnost(duktilnost),
udio eljeza u sva tri sluaja je bio preko 98%, takoer je vidljivo prisustvo neistoa poput
sumpora i fosfora bez legirnih elemenata. Unutarnja strana uzorka 1 i 2 je legura aluminija,
magnezija i kositra s prisustvom neistoa i eljeza koji se inae ne nalazi u ovakvim legurama.
Kositar je glavni element legiranja u spojevima koji su razvijeni za industriju leajeva. On se
koristi u leajevima u kojima su nisko trenje, tlana vrstoa, otpornost na koroziju, umor i
vrstoa materijala vani uvjeti. Magnezij doprinosi vrstoi i tvrdoi spoja stvaranjem
intermetalnih spojeva. Budui da se radi o potrošenom kliznom leaju moe se zakljuiti da su
estice abrazije ili krhotine iz dijela koji klizi o klizni leaj došle na njegovu površinu pa je to
razlog prisustva eljeza u kemijskom sastavu. Uzorak 3 je pokazao da se radi o leguri aluminija,
eljeza i kositra. Radi nejasnoa u vezi s kemjskim sastavom uzorak je podvrgnut daljnjoj
analizi. Svi uzorci analizirani u neoišenom stanju su prikazali gotovo identian kemijski sastav
kao i u oišenom samo sa veim prisustvom neistoa i eljeza.
Slika 23. Prednja i stranja strana kliznog leaja
Tablica 4. Kemijski sastav stranje strane uzorka 1
Kemijski element Postotak
Tablica 5. Kemijski sastav prednje strane uzorka 1
5.3. Poliranje, nagrizanje i mikrotvrdoa
Radi daljnje analize kliznih leaja, dva uzorka su izrezana i ulivena u polimernu masu.
Uzorci se ulijevaju u polimernu masu radi zaštite, uniformnog oblika za automatsku primjenu,
lakšeg rukovanja i analize rubova. U poliranom stanju se vide nemetalni ukljuci ako postoje,
porozitet i pukotine. Poliranje se vršilo na ureaju STRUERS tako što se ureaj s uzorkom na
njemu okree brzinom od 150 okretaja u minuti. Takoer i ureaj i uzorak se podmazuju
lubrikantom za vrijeme poliranja. Nakon poliranja uzorak se ispire od paste i posuši te je dalje
podvrgnut analizi pod svjetlosnim mikroskopom.
Slika 24. a)Uzorci u polimernoj masi b)naprava za poliranje
Površine uzoraka su kvalitetno polirane, nakon ega su promatrane na svjetlosnom mikroskopu.
Na uzorcima nisu uoene nikakve nepravilnosti strukture. Uzorci 2 i 3 su podvrguti poliranju.
Uoena su dva sloja: osnova i aluminjska legura. Oba uzorka pokazala su veoma slinu
mikrostrukturu u poliranom stanju. Na oba uzorka vidljiv je sloj pribline debljine od 300m.
Zbog nedostatka informacija uzorci su podvrgnuti daljnjoj analizi.
Slika 25. Mikrostruktura u poliranom stanju uzorka 2, poveanje 100x
Slika 26. Mikrostruktura u poliranom stanju s dimenzijama sloja uzorka 2,
poveanje 200x
Slika 27. Mikrostruktura u poliranom stanju uzorka 3, poveanje 100x
Slika 28. Mikrostruktura u poliranom stanju s dimenzijama sloja uzorka 3, poveanje 200x
Nagrizanje je postupak koji se provodi nakon poliranja s ciljem uklanjanja neistoa s površina
uzorka. elini dijelovi uzorka nagrieni su sredstvom za nagrizanje pod nazivom nital. To je tri
postotna dušina kiselina i alkohol. Aluminijski dijelovi uzorka nagrieni su s Keller reagensom
koji se sastoji od 2.5 ml HNO3, 1.5 ml HCL, 1 ml HF i 95 ml destilirane vode. Uzorci su
ostavljeni u sredstvu za nagrizanje 2 do 3 sekunde pri emu dolazi do kemijske reakcije na
površinu uzorka. Nakon toga se uzorci isperu u vodi da se prekine kemijska reakcija. U
nagrienom stanju u uzorku 2 primijetio se jasno vidljiv meusloj izmeu aluminijske legure i
osnovnog materijala. Prema podacima iz literature, to bi mogao biti sloj istog aluminija. U
uzorku 3 takoer se da naslutiti meusloj ija granica nije jasno vidljiva ve se on kontinuirano
spaja s legurom aluminija. Takoer se da zakljuiti po izduenim kristalnim zrnima da je
podloga od elinog lima u valjanom stanju te da nije toplinski obraena. Meusloj uzorka 2 i 3
je debljine oko 33 μm.
Slika 29. Mikrostruktura u nagrienom stanju uzorka 2 s dimenzijama meusloja, poveanje 200x
Slika 30. Mikrostruktura u nagrienom stanju uzorka 3 s dimenzijama meusloja, poveanje 200x
Iz svih gore navedenih podataka da se naslutiti da se radi o dvokomponentnom leaju s elinom
osnovom, aluminijskom legurom i meuslojem istog aluminija izmeu njih. elina osnova
podrava konstrukciju leaja te odrava krutost leaja. Meusloj prua bolju povezivost
osnovnog sloja i legure.
Slika 32. Dvokomponentni klizni leaj [13]
Kod uzorka 3, prema kemijkom sastavu i svemu vienom u analizi, moe se zakljuiti da se radi
o sinteriranom kliznom leaju na bazi eljeza. Leajevi od sinteriranog eljeza su jeftiniji, ali su
osjetljiviji na koroziju i imaju lošija tribološka svojstva. Koriste se za nia optereenja i srednje
brzine klizanja.
Mikrotvrdoa uzorka mjerila se pomou metode po Vickersu. Po toj metodi penetretor je
dijamantna istostrana etverostrana piramida s kutem izmeu stranica od 136 °. Koristio se uteg
od 200 grama. Mjerena su dva uzorka, na svakom uzorku pojedinano mjerio se sloj i elina
podloga. Oekivano, elina osnova pokazala se tvrom od leajnog sloja. Srednja vrijednost
leajnog sloja uzorka 2 je 75 HV0,2, a eline osnove je 242 HV0,2. Uzorak 3 dao je rezultate
leišnog sloja 47 HV0,2, a eline osnove 234 HV0,2.
UZORAK 1
Broj mjerenja Tvrdoa leajnog sloja, HV0,2 Tvrdoa eline osnove, HV0,2
1. 80,4 237
2. 55,0 257
3. 72,9 233
4. 104,0 199
5. 60,5 186
UZORAK 1
Broj mjerenja Tvrdoa leajnog sloja, HV0,2 Tvrdoa eline osnove, HV0,2
1. 46,1 186
2. 45,8 178
3. 42,3 207
4. 52,7 308
5. 50,1 291
5.4. Mehanizmi trošenja leaja na primjerima uzoraka
Uzorci su poslikani na svjetlosnom mikroskopu i na temelju njihovih slika da se
naslutiti o kojim mehanizmima trošenja se radi. Uzorci 2 i 3 poslikani su u oišenom i ne
oišenom stanju. U ne oišenom stanju površine su prikrivene neistoama stoga je veoma
teško dati procijeu o mehanizmu trošenja jer se površine ne vide jasno.
Na uzorku 1 prepoznato je zaribavanje, kombinacija adhezije i umora materijala, vidljive su
prskotine koje bi se tijekom daljenjeg vremena proširile. Da bi se umor sprijeio potrebno je
odrediti uzroke pojave ili koristiti materijal s veom dinamikom izdrljivošu površine. Kod
adhezije najvanije je odrediti uzroke njene pojave.
Slika 33. Uzorak 1
Na oišenom uzorku 2 vidljive su utisnuti djelii stranih tijela na površini što je tipian primjer
abrazije. Te strane estice su u leaj mogle doi iz okoline ili nastati trošenjem dijelova sklopa.
Leajeve na koje je abrazija ve djelovala treba zamijeniti da bi sistem i dalje funkcionirao. Na
neoišenom uzorku 2 nisu jasno vidljivi tragovi trošenja ali su jasno vidljive neistoe i strani
ukljuci.
Slika 34. Uzorak 2-oišeni
trag abrazijskog
Kod uzorka 3 je vidljiva abrazija i umor površine. Utisnuti dijelii abrazivnih estica nalaze se
du cijele površine kliznog leaja. Na ne oišenom dijelu ponovno je teško vidljiv mehanizam
trošenja.
trag abrazijskog
6. ZAKLJUAK
Klizni leajevi su vrlo vani elementi svakog tribo sustavu. Prilikom njihovog izbora
potrebno je biti veoma paljiv, treba voditi rauna o materijalu kliznog leaja, zahtjevima koji se
na njih postavljaju , a i o samom sustavu. Loš izbor istog moe rezultirati velikim financijskim
troškovima. Na temelju ispitivanja na primjerima istrošenih kliznih leaja zakljueno je da se
radi o dvokomponentnim kliznim leajevima. Uzorak 1 i 2 imaju elinu osnovu sa leajnim
slojem od aluminijske legure, a uzorak 3 elinu osnovu sa slojem sinterirane legure eljeza i
aluminija. Pokazano je da je leajna legura puno mekša od eline osnove. Na primjeru
istrošenih kliznih uzoraka uoeni su naješi mehanizmi trošenja: abrazija, adhezija i umor
površine.
LITERATURA
[2] https://www.hennlich.hr/proizvodi/sustavi-za-linearna-kretanja-klizni-lezaj-43.html
[3] Grilec K., Jakovljevi S., Mari G.: Tribologija u strojarstvu, FSB, Zagreb, 2017.
[4] Elementi strojeva II, struni preddiplomski studij strojarstva, Tehniki fakultet, Rijeka, 2007
[5] Rac A., Vencl A., Metalni materijali kliznih leaja, Beograd, 2005
[6] Filetin T., Kovaiek F., Indof J., Svojstva i primjena materijala, Zagreb, 2013
[7] https://hevvypumps.com/blog/tech-talk/gain-in-depth-knowledge-on-cavitation/
[8] .https://www.automanijak.com/uporedno/8279/0/mercedes-benz-ml-270-cdi-VS-
[9] http://motor-diht.hr/asortiman/motorna-grupa/aksijalni-lezajevi-motora/

Trošenje kliznih ležaja - zir.nsk.hr

Text of Trošenje kliznih ležaja - zir.nsk.hr

Internet bankkarstvo - zir.nsk.hr

DIPLOMSKI RAD - zir.nsk.hr

Parazit - zir.nsk.hr

Vozarine u morskom brodarstvu - zir.nsk.hr

Trošenje (nastavak)

RMT zavarivanje - zir.nsk.hr

Tumori štitnjače - zir.nsk.hr

Nietzscheov pojam nihilizma - zir.nsk.hr

ReactJS - zir.nsk.hr

Održavanja broda - zir.nsk.hr

Grafika - zir.nsk.hr

Trošenje turbinskih lopatica

Kotirana projekcija - zir.nsk.hr

ELEKTRIČNA VUČNA VOZILA - zir.nsk.hr

Downov sindrom - zir.nsk.hr

Laserski CNC - zir.nsk.hr

Nalet vozila na pješaka - zir.nsk.hr

ZAVRŠNI RAD - zir.nsk.hr

Diskriminacija cijena - zir.nsk.hr

Parkovne površine grada Siska - zir.nsk.hr

Oštećenja i otkazi metalnih kliznih ležaja

Dizajn kliznih ležajeva

Razvoj turizma u Istri - zir.nsk.hr

Inervacija zubi - zir.nsk.hr

Progon vještica - zir.nsk.hr

Školska kultura - zir.nsk.hr

Peleponeski rat - zir.nsk.hr

CNC strojevi - zir.nsk.hr

ISTOZNAČNICA - zir.nsk.hr

Balastne vode - zir.nsk.hr

Documents

Trošenje kliznih ležaja - zir.nsk.hr

Text of Trošenje kliznih ležaja - zir.nsk.hr