Czynniki i procesy

wymuszające zmiany stanu

technicznego urządzeń.

Rodzaje uszkodzeń

Czynniki działające na obiekt techniczny

•

Konkretny obiekt techniczny wykonuje swoje funkcje

w zmiennych warunkach fizycznych zwanych

otoczeniem. Oddziaływania otoczenia mogą być

różnorodne.

•

Z punktu widzenia eksploatacji istotnymi

oddziaływaniami są te, które powodują zmianę

wartości lub stanu cech warunkujących poprawną

pracę obiektu technicznego.

•

Oddziaływania takie nazywa się

czynnikami

wymuszającymi

. Są nimi

czynniki robocze

, które

zależą od wykonywanych czynności oraz

czynniki

zewnętrzne

, które zależą od otoczenia w jakim obiekt

się znajduje.

•

Czynniki robocze przestają działać, gdy obiekt

nie pracuje (nie wykonuje czynności).

•

Czynniki zewnętrzne działają niezależnie, czy obiekt

pracuje czy nie.

•

Przykładami czynników roboczych są

: naciąg pasa

klinowego w napędach, prąd płynący przez włókno

żarówki czy temperatura ścian cylindra w silniku.

•

Jako czynniki zewnętrzne można wymienić

: ciśnienie,

wilgotność, zapylenie, temperatura i inne.

• Wyeliminowanie czynników roboczych nie jest możliwe,

jednak niektóre czynniki zewnętrzne można usunąć

częściowo poprzez zastosowanie np. filtrów olejowych,

powietrznych, hermetyzacji czy pokryć

antykorozyjnych.

• Osobną grupę czynników wymuszających stanowią

wpływy antropotechniczne

, które mogą być przyczyną

uszkodzeń (wynikających ze świadomej lub

nieświadomej działalności człowieka). Konstruktor

powinien przewidzieć zabezpieczenia przed niewłaściwą

obsługą, oraz na etapie wytwarzania przed

niewłaściwymi operacjami składającymi się na

wytworzenie obiektu.

• Gdy znamy charakter oddziaływania na obiekt, to

możemy wnioskować o rodzaju uszkodzeń oraz o

rozkładzie prawdopodobieństwa poprawnej pracy

obiektu.

• W aspekcie

analizy niezawodnościowej

, zadaniem

eksploatacyjnych badań obiektu winno być wyznaczenie

rzeczywistych czynników wymuszających, które są

dokonywane na drodze eksperymentalnej. Z uwagi na

czasochłonność badań wyznaczamy tylko te czynniki,

które zasadniczo wpływają na zmiany własności obiektu

np.: obciążenie, natężenie prądu czy temperatura

otoczenia.

Uszkodzenia obiektów technicznych

• Uszkodzeniem obiektu nazywamy

zdarzenie powodujące przejście
obiektu ze stanu zdatności do stanu
niezdatności.

• Na skutek działania otoczenia oraz

czynników roboczych własności obiektu
ulegają zmianie, co uwidacznia się w
zmianie wartości cech początkowych
mierzalnych i niemierzalnych.

• Uszkodzenie obiektu

w sensie

ogólnym jest to stan, gdy co najmniej
jedna z mierzalnych lub
niemierzalnych cech obiektu przestaje
spełniać stawiane jej wymagania

Przejście i-tej cechy obiektu ze stanu zdatności do stanu

niezdatności

• Uszkodzenie obiektu technicznego może pojawić się niezależnie

od czasu użytkowania np. przebicie opony samochodowej, które

nie zależy od stopnia zużycia samochodu i z zasady nie jest

zależne od stanu bieżnika.

• Dla wielu cech obiektu ustala się (umownie) przedziały wartości

dopuszczalnych, których przekroczenie uważa się za uszkodzenie.

Czas do chwili, gdy dana cecha przekroczy dopuszczalną

wartość, jest czasem poprawnej pracy obiektu technicznego

Uszkodzenia obiektów mogą wynikać z:

•

błędów konstrukcyjnych

(Może to być np. karb. Czynniki

wymuszające mogą znacznie przekraczać wartości nominalne, a

chwilowo przekraczać ekstremalne).

•

wad technologicznych

(Gdy wahania parametrów procesu

technologicznego są znaczne, wówczas własności początkowe

wytworzonych obiektów technicznych będą różne, co powoduje,

że niezawodność początkowa niektórych egzemplarzy będzie

mniejsza od pozostałych i od zakładanej).

•

niewłaściwej eksploatacji

(Obiekt techniczny przeznaczony jest do

pracy w pewnym zakresie czynników wymuszających na które

składają się

czynniki robocze i zewnętrzne

. Nieprzestrzeganie

zasad eksploatacji przez nieprzewidziane działanie czynników

wymuszających zarówno roboczych jak i zewnętrznych powoduje

przedwczesne powstawanie uszkodzeń.).

•

zużywania się (starzenia) obiektu

(W metalach, tworzywach

sztucznych, gumie itp. zachodzą nieodwracalne zmiany

prowadzące do zmiany własności początkowych, które są

przyczyną uszkodzeń pomimo, że obiekt był prawidłowo

skonstruowany, wytworzony i eksploatowany).

• Na uszkodzenie obiektu może

składać się działanie jednego lub
więcej czynników jednocześnie.
Uszkodzenie obiektu może być:

- mechaniczne (naprężenia

statyczne, pełzanie, zmęczenie,
pitting (wykruszanie), zużycie
cierne),

- chemiczne (korozja metali,

starzenie gumy, farb, izolacji,
butwienie drewna),

- elektryczne (elektrokorozja),
- cieplne (nadtapianie, zgorzelina).

Typowe kryteria klasyfikacji uszkodzeń

Procesy zużyciowe w eksploatacji obiektów

technicznych

Poza uszkodzeniami nagłymi w procesie

eksploatacji obiektu technicznego występują

uszkodzenia wynikające z procesów

zużyciowych.

Do procesów tych można zaliczyć:

> tarcie,
> zmęczenie materiału,
> korozję

.

Zużycie zachodzące w obiekcie podczas

eksploatacji zależy od :

- losowo zmiennych wartości własności

początkowych

- losowo zmiennych wartości czynników

wymuszających (roboczych , zewnętrznych)

Tarcie
• Zużycie powierzchni (warstwy) podlegającej

procesowi tarcia

powoduje ubytek tworzywa,

zmianę jego struktury, składu chemicznego

warstwy wierzchniej, oraz zmianę stanu

naprężeń i odkształceń tej warstwy.

• W procesach zużywania ciernego rozróżnia

się między innymi dwie grupy procesów

zużycia:

- quasi-statyczne – od początku trwania

procesu tarcia – ubytki masy

- dynamiczne – ubytki masy po pewnym

okresie trwania tarcia (w początkowym

okresie narastają zmiany jakościowe,

zmęczenie powierzchniowe)

Do najczęściej występujących w procesie

zużycia metalowych części obiektów
zaliczamy:

1. Zużycie przez sczepienie I rodzaju

(adhezja) - polega na plastycznym
odkształceniu warstwy wierzchniej
(najwyższych wierzchołków
chropowatości).

Pojawiają się miejscowe szczepienia

metaliczne obu powierzchni i niszczenie
ich z odrywaniem cząstek metalu.

Powierzchnie muszą być zbliżone na
odległość parametru sieci elementarnej,
czyli powierzchnie nie mogą być pokryte
tlenkami.

Zachodzi przy tarciu suchym lub

przy ubogim smarowaniu.

2. Zużycie w wyniku utleniania - jest to

skomplikowane zjawisko

adsorpcji tlenu

. Na

powierzchni tarcia dochodzi do dyfuzji tlenu w

odkształcone plastycznie i sprężyście

mikroobjętości metalu z jednoczesnym

tworzeniem warstewek stałych roztworów i

związków chemicznych metalu z tlenem i

oddzieleniem tych warstewek od trących

powierzchni.

To zużycie zachodzi, gdy szybkość tworzenia tych

warstewek jest większa od niszczenia

powierzchni przez ścieranie.

Zużycie przez utlenianie zachodzi zarówno

przy

tarciu ślizgowym jak i przy tocznym.

Przy tarciu tocznym ten rodzaj zużycia towarzyszy

zużyciu zmęczeniowemu.

Przy ślizgowym jest istotne w przypadkach tarcia

suchego i granicznego.

3. Zużycie cieplne (przez sczepianie II

rodzaju) – jest to ten rodzaj zużycia, przy
którym następuje niszczenie powierzchni
metali w wyniku

nagrzania stref tarcia

do temperatury zmiękczenia,
makroszczepiania cieplno-
adhezyjnego i rozmazywania metalu
na powierzchniach trących ciał.

Towarzyszy temu proces utleniania

warstwy wierzchniej, czasami proces
skrawania miękkiego metalu
nierównościami ciała twardszego.
Powstają wówczas makronierówności.

4. Zużycie ścierne – zachodzi wówczas, gdy

między powierzchniami tarcia znajduje się

ścierniwo twardsze

od tworzywa części

maszyn, lub gdy twardość jednej z
chropowatych powierzchni jest

większa

od twardości przeciwpowierzchni.

W obu wymienionych przypadkach

występuje skrawanie materiału, podobne
do skrawania nierówności przy szlifowaniu.

Proces ten przebiega znacznie szybciej niż

niszczenie w wyniku sczepiania lub
utleniania. Jest typowy dla tarcia suchego
lub mieszanego, jeżeli w smarze zawarte
są cząstki ścierniwa.

5. Zużycie przez łuszczenie i pitting – jest

to proces niszczenia przy

tarciu tocznym

uwarunkowany odkształceniami
plastycznymi i sprężystymi, prowadzącymi
do zmęczenia warstwy wierzchniej i
tworzenia mikropęknięć zmęczeniowych,
które rozwijając się prowadzą do
wypadania cząstek metalu w kształcie
łusek na skutek powtarzających się
działań nacisków kontaktowych.

Pittingiem

nazywamy zużycie zachodzące

przy tarciu tocznym w obecności smaru.
Produkty zużycia mają charakterystyczną
budowę gruzełkową.

• Własności początkowe istotne dla przebiegu

zużycia to:

rodzaj trących metali, stan warstwy wierzchniej

(gładkość, naprężenia własne), własności

mechaniczne tworzywa (moduł sprężystości, granica

plastyczności, twardość), własności chemiczne

(aktywność do tlenu, reagowanie ze smarem) czy

własności smaru (lepkość, smarność).

• Ważniejsze robocze czynniki wpływające na zużycie

to:

wartość nacisków, charakter nacisków (stałe,

zmienne, udary), rodzaj ruchu, charakter styku

(punktowy, liniowy).

• Nauką o tarciu i procesach towarzyszących tarciu jest

tribologia.

Zajmuje się ona opisem zjawisk fizycznych

(mechanicznych, elektrycznych, magnetycznych itp.),

chemicznych, biologicznych i innych – w obszarach

tarcia.

Do ważnych zjawisk towarzyszących tarciu, a mających

wielkie znaczenie techniczne, należą procesy zużywania

się materiałów trących i smarowanie.

Obciążenia zmienne

Obciążenie elementu konstrukcyjnego zmiennymi siłami

powoduje po pewnej liczbie zmian obciążeń charakterystyczny

złom zmęczeniowy, który z reguły ma charakter złomu

kruchego.

Do własności początkowych mających wpływ na

wytrzymałość zmęczeniową należą:

- kształt i wymiary badanego obiektu,
- stan warstwy wierzchniej (gładkość, stopień zgniotu,

struktura),

- własności mechaniczne i fizyko-chemiczne tworzywa,
- współczynnik kształtu αk, współczynnik działania karbu βk,

współczynnik wrażliwości na działanie karbu ηk.

Czynniki robocze działające na obiekt techniczny powodują

zmęczenie materiału, a czynniki zewnętrzne wpływają na

przebieg zjawiska zmęczenia.

Wytrzymałość zmęczeniową obiektu można zwiększyć przez

wyeliminowanie

ostrych przejść i podcięć oraz ostrych rys na

powierzchni.

Podobnie zapobieganie odwęglaniu powierzchni, jej korozji i

erozji wpływa na zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej.

W tym samym kierunku działa także eliminacja połączeń

wciskowych czy kołkowych wywołujących zaburzenia w

mikroskopowym stanie naprężeń .

Korozja

• Przyczyną występowania uszkodzeń jest także

korozja -

niszczenie tworzywa pod wpływem

otaczającego środowiska w wyniku procesów

chemicznych, elektrochemicznych lub

fizykochemicznych

.

• Rodzaje korozji chemicznej:
-

korozja gazowa

– zachodzi w warunkach

uniemożliwiających skraplanie się pary na

powierzchni metalu. Zachodzi zazwyczaj w

podwyższonej temperaturze.

-

korozja w nieelektrolitach

– zachodzi pod

działaniem agresywnych substancji organicznych

nie będących elektrolitem (nie przewodzi prądu).

• Korozja elektrochemiczna – przebiega z

udziałem elektrolitów, działających z powierzchnią

metali i dzieli się na:

-

korozję w elektrolitach

. Ten rodzaj korozji

zachodzi pod działaniem wód naturalnych oraz

roztworów wodnych na powierzchnię metalu. Może

zależeć od charakteru środowiska (w kwasach,

zasadach i solach).

Korozja cd.

-

korozję ziemną

spowodowaną agresywnym działaniem

gleby,

-

korozję atmosferyczną

. Jest to korozja pod wpływem

otaczającego środowiska (powietrza) lub gdy metal

znajduje się w dowolnym wilgotnym gazie.

-

elektrokorozję

, która zachodzi pod wpływem prądu z

zewnętrznego źródła (metalowych części toru oraz instalacji

podziemnych, uszkodzenia powłok kabli, rurociągów,

fundamentów w miejscach trudnych do przewidzenia i

zlokalizowania pod wpływem prądów błądzących),

-

korozję stykową (kontaktową)

spowodowaną zetknięciem się

dwóch metali o różnych potencjałach elektrochemicznych,

-

korozję przy współudziale czynników mechanicznych

– może

być intensyfikowana naprężeniami, zmęczeniem materiału,

-

korozję w warunkach jednoczesnego działania

: kawitacji,

strumienia cieczy i gazu oraz tarcia.

Niszczenie korozyjne towarzyszy eksploatacji większości

obiektów, a straty nimi spowodowane niekiedy wielokrotnie

przewyższają skutki zużycia mechanicznego.

Objawem niszczenia korozyjnego może być rdzewienie,

pękanie lub spadek wytrzymałości mechanicznej albo

ciągliwości metali.

Dziękuję za uwagę