Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování
TRIBOLOGIE
Přednáška 5
Osnova přednášky Plastická maziva
Tuhá maziva
• Složení plastických maziv • Základové oleje • Zahušťovadla • Základní sortiment maziv na trhu • Výhody a použití jednotlivých druhů • Oblasti použití • Mazání valivých ložisek • Mazání vozidel • Mazání stavebních a zemních strojů
• Účel a oblasti použití • Druhy tuhých maziv • Způsoby použití pevných maziv • Prášky • Suspenze v nosném médiu • Pasty • Kluzné laky
2
Co je to „plastické mazivo“ •
Tuhá, polotuhá až tekutá dvoufázová směs kapalného maziva (oleje) a zahušťovadla Obvykle obsahuje přísady pro zlepšení výkonnosti Typické složení: – olej 50 - 95 % – zahušťovadlo 5 - 45 % – přísady až 5 %
• •
Olej •
tekutina
•
odteče
v.
– odstraní teplo (chladí) – odstraní nečistoty – odstraní částice (čistí)
Plastické mazivo • • • • • • • • •
polotuhé /polotekuté zůstává na místě nižší tření přilnavější těsní i ve vodě apod. nechladí nečistí delší intervaly mazání širší rozsah teplot
3
Základové oleje
Typy základových olejů
Ropný
Syntetický PAO
Esterový
Silikonový
Polyéterový
4
Typy zahušťovadel Kovová mýdla
Komplexní mýdla
Organická
Anorganická
Lithium Li
Li - komplex
Polyuretan
Bentonit
Vápník Ca
Ca - komplex
Pigmenty
Křemičitan
Sodík Na
Na - komplex
PTFE
ostatní
Hliník Al
Al - komplex
ostatní
Směsná mýdla
Ti - komplex
5
Trh plastických maziv Nejdůležitější zahušťovadla (dle NLGI 2003)
Zahušťovadlo
Svět Evropa
USA, Kanada
Japan
Lithium
52.7
55.2
32.5
55.9
Lithium komplex
15.3
10.3
35.4
1.8
Calcium
11.5
11.8
3.5
11.3
Calcium komplex
3.2
6.4
3.6
0.3
Aluminium komplex
4.8
5.6
8.9
1.9
Polyurea
4.7
2.3
6.7
22.1
6
Závislost maximální provozní teploty na zahušťovadle
Maximální teplota (°C)
Zahušťovadlo
Relativní cena
250
Perfluorované polymery
30 - 40
200
Polyurea
2-3
150
Komplexní Li / Ca / Al-mýdla
1.5 - 2
100
Ca / Ca-Li / Li-mýdla (12-hydroxistearát)
1 - 1.5
7
Teplota
200 180 160 140 100 60
°C
Polyurea Lithium komplex
Calcium komplex
Lithium
Lithium / Calcium
Calcium Complex
≈
Pevná maziva např. měď
Zákl. olej Vmin > = 500 cSt při 40 °C + pevná maziva
1000
EP přísady Zákl. olej Vmin >200 cSt při 40 °C Nízká rychlost: + pevná maziva
Hlavní oblasti použití plastických maziv
Calcium
Normální
Vlhkost
Zatížení
Vysoké zatížení
Kyselé/alkalické
8
Hlavní oblasti použití plastických maziv • Valivá ložiska • Dopravní prostředky • Stroje těžební • Stroje výrobní
9
Mobilní stroje – mazací místa • Valivá a kluzná ložiska – EP vlastnosti, teploty • Třecí uzly na podvozku – dopravitelnost, odolnost vodě • Pohony – rázy, EP, nízké rychlosti … • Pomocné převody – polotekuté, EP, přilnavé
Těžební stroje • Třecí uzly na podvozku – dopravitelnost, odolnost vodě • Valivé uložení otoče – EP, rázy, nízké rychlosti • Otevřené převody – EP, rázy, nízké rychlosti • Valivá a kluzná ložiska – EP vlastnosti, teploty • Lana, řetězy – přilnavost, ochrana proti korozi
10
Zpracování surovin • Ložiska – EP vlastnosti, rázy, vibrace, teploty • Převody – rázy, EP, nízké rychlosti • Lana, řetězy – přilnavost, ochrana proti korozi, odolnost prostředí • Ložiska dopravníků – EP vlastnosti, teploty, rozběh • Otevřené ozubené převody – EP, teploty, rázy, nízká rychlost • Kladky – EP, teploty, rázy, nízká rychlost
11
Valivá ložiska • Vysoké zatížení • Pronikání nečistot • Vibrace, rázy • Rychlosti velmi vysoké • Rychlosti velmi nízké • Životnost
12
Hlavní oblasti použití plastických maziv Pneumatic Spring
„No Smell Grease“ For Climate Control Engine Oil
Shock Absorber Fluid
ZMS-Grease Brakes
MTF / ATF
Linkage Clutch Grease Dovetail Connection Gearbox / Clutch
Door Lock Grease Seat Rail Grease Steering Grease Batteriepolfett CV Joint (Side Shaft) Grease 13
Aplikace plastických maziv Způsoby nanášení
Jak se dostane plastické mazivo na mazací místo? Staré metody:
Moderní metody:
rukou kartáčem rukavicí stěrkou
RIZIKO ZNEČIŠTĚNÍ !
centrální mazací systémy vysokotlaký nástřik bodové nanášení maziv mazání tlakovou maznicí
14
Tuhá maziva - účel a oblasti použití •
Jaderné reaktory
•
Vakuum
•
Agresivní prostředí
•
Čisté prostředí (textil)
•
Extrémně vysoké teploty
•
Extrémně nízké teploty
15
Druhy tuhých maziv •
Anorganické sloučeniny (grafit, sulfid molybdeničitý, sulfidy, borax…)
•
Organické samomazné polymery (PTFE, PE, PU, PA…)
•
Kovové filmy (Pb, Sn, Ag, Cu, Ba, Au…)
•
Chemické povrchové vrstvy (fosfátování = soli kovů – Zn, Fe, Mn… )
•
Skla – pro mazání za teplot až do 1500 °C
•
mýdla (sodná, vápenatá…)
•
Chemicky aktivní maziva (EP a AW přísady olejů) tvořící ochrannou vrstvu na kovovém povrchu.
16
Důležité parametry tuhých maziv •
Krystalická lamelární struktura
•
Tepelná stabilita
•
Teplota tání
•
Tepelná vodivost
•
Mechanické vlastnosti
•
Chemická stabilita
•
Čistota
•
Velikost částic
17
Způsoby použití pevných maziv - prášky • • •
Jemné částice maziva s dobrými adhezními vlastnostmi Dobrá koheze mezi částicemi Malá adheze mezi částicemi ve směru smykového namáhání
Typičtí představitelé: • Sulfid molybdeničitý (MoS2) – nejlepší • Grafit • PTFE Požadavky: • Dobře očištěný povrch • Mechanicky zdrsněný (nebo fosfátovaný) povrch • Nanášení ručně, leštícím kotoučem apod • Ve formě disperzí a suspenzí
18
Způsoby použití pevných maziv - pasty • •
Jako součást plastického maziva v množství 1 – 3 %, přes 10 % Směs pevného maziva s nosným olejem (min. 40% pevného maziva)
Charakter použití: • Obvykle směs pevných maziv (např. grafit + MoS2) - černá • Velmi vysoká únosnost při velmi pomalém pohybu • •
Bílá maziva, např. zinková běloba + Ca(OH)2 Pro kmitavý pohyb, vibrace, třecí koroze
• •
Kombinace anorganických maziv a kovů (např. grafit + MoS2 + Cu) Jako separační a mazací vrstva vysokoteplotních šroubů apod.
19
Způsoby použití pevných maziv - laky • • • • •
Suspenze pevného maziva v pojivu Složky: MoS2, grafit, PTFE Přísady: pigmenty Pojivo: pryskyřice, celulóza, silikáty Ředidlo: rozpouštědlo, voda
Typické vlastnosti: • Velmi malá tloušťka • Výkonnost závisí na složení a přípravě podkladu • Často i vysoká ochrana před korozí • Výkonnost závisí na prostředí, způsobu zatěžování, průběhu rychlosti, na teplotě
20
Tribologické povrchové vrstvy •
Tribologická soustava a její tuhé prvky.
•
Jakost povrchu a její význam pro tribologické vlastnosti součásti.
•
Tribologické povrchové vrstvy
•
Faktory ovlivňující tribologické vlastnosti povrchu
21
Tribologický systém (třecí uzel) Provozní parametry: zatížení, kinematika teplota, trvání
1
3
Parametry působení: - druh kontaktu - režim mazání
2 4 Tribometrické charakteristiky: tření, opotřebení
Struktura tribologického systému: – pevné těleso 1, 2 – médium v zóně kontaktu 3 – okolní prostředí 4
22
Jakost povrchu třecích prvků Charakteristiky povrchu: • Odchylky tvaru – makrogeometrie – válcovitost, rovinnost, atd. • Drsnost – mikrogeometrie –
Vlnitost = makronerovnosti a na nich je „superponována“ drsnost. Její parametry jsou: » Ra (CLA), Rq (RMS), » Rmax , Rz » Nosná křivka profilu (Firestone-Abbot bearing area) » další parametry charakterizující vlastnosti nerovností povrchu.
Stanovení drsnosti povrchu: – Mikroskopie (optická, elektronová) – Profilometrie mechanická – Profilometrie optická (laserová)
23
Tribologické povrchové vrstvy Povrchové vrstvy • Tepelné zpracování: – Indukční kalení – Kalení plamenem – Kalení laserem • Chemickotepelné zpracování: – Cementování – Nitridace – Karbonitridace • Mechanické zpracování: – Kuličkování, válečkování – Přetvoření za studena • Iontová implantace
Povrchové povlaky • Povlakování – Elektrochemické – Mechanické • Navařování – Plamenem – TIG (Tungsten Inert Gas) – MIG (Metal Inert Gas) • Termální nástřik – Nástřik plamenem – Nástřik plazmou • CVD (Chemical Vapour Deposition) • PVD (Physical Vapour Deposition)
24
Materiálové faktory ovlivňující tribologické vlastnosti třecího uzlu Kovy a jejich slitiny • Oceli, litiny • Hliník a jeho slitiny • Měď a její slitiny • Ložiskové kovy • Speciální slitiny • Spékané kovy
Nekovy • Keramika • Spékané nekovové materiály • Plasty – termosety • Plasty – termoplasty • Kompozity • atd.
Pravidla použití: •
Kombinace různých materiálů (ocel x bronz, ocel x plast, …)
•
Kombinace materiálů s různou strukturou (ocel kalená x nekalená)
•
Kombinace materiálů s různou tvrdostí (ocel x ocel)
•
Kombinace materiálů s maximální tvrdostí (ložisková ocel…) 25
