BME Járműgyártás és -Javítás Tanszék
KÁROSODÁS Meghibásodások csoportosítása, tribológia, kopás, anyagfáradás, öregedés
SZERKEZETEK KÁROSODÁSA, ROMLÁSA Berendezéseket érő értékcsökkentő hatások ÉRTÉKCSÖKKENTŐ HATÁSOK
Műszaki- fizikai
Műszaki-gazdasági
Károsodás
Elévülés
Túlterhelés
Elhasználódás
Öregedés
Korrózió
Kopás
Kifáradás
2
Károsodási folyamat és a helyreállítás összefüggése GYÁRTMÁNY TERVEZÉS GYÁRTÁS TERVEZÉS GYÁRTÁS ÜZEMBEHELYEZÉS KÖRNYEZET
GÉP
KARBANTARTÁS
ÜZEMELTETÉS ELHASZNÁLÓDÁS TERMÉSZETES ELHASZNÁLÓDÁS
VÁRATLAN MEGHIBÁSODÁS
TERVSZERŰ JAVÍTÁS
HIBAELHÁRÍTÁS
SELEJTEZÉS
3
A károsodási folyamat és a műszaki állapot összefüggése ÚJ ÁLLAPOT
ÜZEMKÉPES ÁLLAPOT
SÉRÜLT
SÉRÜLT
DE ÜZEMKÉPES
ÜZEMKÉPTELEN
ÁLLAPOT
ÁLLAPOT
HELYREÁLLÍTOTT ÜZEMKÉPES ÁLLAPOT
4
A károsodási folyamat, a műszaki állapot és a helyreállítás összefüggései GYÁRTMÁNY TERVEZÉS GYÁRTÁS TERVEZÉS GYÁRTÁS
ÜZEMBEHELYEZÉS ÚJ ÁLLAPOT KÖRNYEZET GÉP
KARBANTARTÁS
ÜZEMKÉPES ÁLLAPOT
ÜZEMELTETÉS ELHASZNÁLÓDÁS
TERMÉSZETES ELHASZNÁLÓDÁS
VÁRATLAN MEGHIBÁSODÁS
TERVSZERŰ JAVÍTÁS
HIBAELHÁRÍTÁS
SÉRÜLT DE ÜZEMKÉPES ÁLLAPOT
SÉRÜLT ÜZEMKÉPTELEN ÁLLAPOT
HELYREÁLLÍTOTT ÜZEMKÉPES ÁLLAPOT
SELEJTEZÉS
5
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 6
Tribológia Súrlódás, kopás
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.
8
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. 9
KOPÁS Az egymással érintkező, relatív mozgást végző szerkezeti elemek felületein bekövetkező elváltozás, ami általában anyagleválással jár együtt.
10
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 11
Súrlódási módok és súrlódási állapotok Súrlódási módok
Súrlódási állapotok
Az elmozdulási módok A részt vevő anyag fajták az elmozdulás kezdete szerint vagy befejezése 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
Lökésszerű súrlódás: ütközési súrlódás lökési súrlódás
Belső súrlódás: (azonos anyagoknál) elemi súrlódás
Folyadéksúrlódás (úszósúrlódás) Vegyes súrlódás
12
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 13
Csúszó súrlódás okozta kopás megjelenési formái
14
Kopási típusok – elsőrendű adhéziós, hideghegedéses kopás, másodrendű adhéziós, meleghegedéses kopás, oxidációs kopás, abráziós kopás, fáradásos kopás, fretting kopás. 15
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).
16
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.
17
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.
18
Kopás szennyezett közbenső anyag (kenőanyag) esetén
a
b
c
d
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 19
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). 20
A kopási részfolyamat függése a részecske hajlásszögétől (homlokszög)
21
A kopás és felületi érdesség összefüggése
22
FORGATTYÚCSAP KOPÁSA
Brágódás
Normálkopás
23
Bütyök berágódása
24
SZERKEZETI ANYAGOK KORRÓZIÓJA
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.
26
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.
27
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. 28
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
29
A fémek korróziójának osztályozása A közeg halmazállapota szerint
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. 30 1.
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. 31
Anyagfáradás
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.
33
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, 34
TÖRÖTT FŐTENGELY
FÁRADTAN TÖRÖTT FORGATTYÚCSAP
A TÖRÖTT FELÜLET MÁS NÉZETBŐL
TÖRÖTT DUGATTYÚ és ELHAJLOTT DUGATTYÚRÚD
Öregedés
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. 40
