background image

Powszechnie występujące mechanizmy zużywania: 
 
- ścieranie, 
- erozja i kawitacja, 
- adhezja, 
- zjawiska zmęczeniowe, 
 
- korozja,  
- obliteracja (zarastanie), 
- doraźne mechaniczne (odkształcenie plastyczne, złamanie..), 
- doraźne cieplne (utrata właściwości materiału, trwałe odkształcenie). 
 

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Podczas współpracujący elementów maszyn 

przeważnie aktywuje się jednocześnie więcej niż 

jeden mechanizm zużywania.  

 

(np. ścieranie, adhezja, korozja) 

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Główna prawo określające natężenie zużywania: 

 

„BRAK REGUŁ” 

 

-twardość 

-droga zużywania 

- obciążenie 

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Proces ścierania jest zjawiskiem powszechnie występującym zachodzi 
głównie podczas kontaktu między ciałami stałymi w warunkach 
niedostatecznego smarowania (tarcie suche, graniczne).  
 
Skutkiem ścierania jest ubytek materiału (równomierny), zmiana struktur 
geometrycznych powierzchni (np. zmniejszenie wartości parametrów 
chropowatości powierzchni) , czasami zmiana właściwości warstw 
wierzchnich  w wyniku oddziaływania podwyższonej temperatury (np. 
odpuszczenie). 
 

Mechanizmy zużywania - ścieranie 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

W przypadku znaczących różnic twardości, intensywniejszemu ścieraniu 
podlega materiał o mniejszej twardości. 
 
 
 Im twardszy materiał tym bardziej odporny na ścieranie (przeważnie). 
 
  
Intensywność ścierania zależy także od struktur geometrycznych 
powierzchni współpracujących (wysokość nierówności i ich kształt) 
oraz struktury warstwy wierzchniej . 
 
 

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

Struktura warstwy wierzchniej istotnie oddziałuje na 

natężenie ścierania i innych procesów zużyciowych 

background image

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

Aktywacja podprocesów ścierania zależy od struktury 

geometrycznej (kształtu) powierzchni trących. 

background image

Ścieranie (czyli usuwanie materiału) zachodzi w wyniku podprocesów: 
 
- mikroskrawania (ścinania),  
 
- bruzdowania (powtarzające się odkształcenia plastyczne → zgniot → 
kruchość → odspojenie), 
 
- pękania,  
 
- odłupywania elementów struktury ziarnistej (ceramika).   

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Produkty ścierania przedostają się często do medium smarującego i biorą 
dalszy udział w procesie ścierania jako „trzeci element”. 
 
Podprocesy ścierania uaktywniają się w zależności od właściwości 
mechanicznych elementów podlegających ścieraniu.  
(ostre twarde nierówności ścinają, obłe twarde nierówności bruzdują i 
mogą powodować pękanie, twarde obłe ziarna mogą zostać wgniecione w 
miękki materiał,…). 
 
 
Produkty ścierania unoszone przez medium smarujące często oddziałują 
na wiele węzłów kinematycznych.     
 
 

Mechanizmy zużywania - ścieranie 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Kosztowne lub trudne do wymiany elementy maszyn  chroni się przed 
zużyciem ściernym między innymi przez kojarzenie ich z elementami: 
 
- twardości do 80% materiału chronionego, 
- twardości od 80% do 100% - w przypadku konieczności długotrwałej 
współpracy. 

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

W procesach produkcyjnych proces ścierania jest z reguły niepożądany i 
prowadzi do powstawania strat. 
 
 
Wyjątkiem są procesy obróbki wykorzystujące mechanizmy ścierania 
(np.: szlifowanie, polerowanie, honowanie, obróbki przetłoczno – 
ścierne).     
 
 

Mechanizmy zużywania - ścieranie 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Erozja wywołuje ubytek materiału wywołany przeważnie przez 
„uderzenia” cząstek stałych o powierzchnie ciała stałego.  
 
Natężenie procesu erozji zależy między innymi od: 
 
- energii kinetycznej cząstek,  
- kształtu cząstek, 
- właściwości mechanicznych cząstek i ciała stałego narażonego na 
oddziaływanie erozji (twardość , udarność), 
- kąta padania, 
- temperatury, 
-właściwości otoczenia (gaz, ciecz, lepkość). 
 

Mechanizmy zużywania – erozja i kawitacja 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Podprocesy erozji: 
 
- pękanie (kruchy materiał, duży kąt padania, duża energia kinetyczna), 
 
- odkształcenie plastyczne (ciągliwy materiał, umiarkowany kąt padania, 
duża energia kinetyczna), 
 
- zmęczenie ( duży kąt padania, umiarkowana energia kinetyczna), 
 
- skrawanie ( mały kąt padania, duża energia kinetyczna), 
 
- topnienie (duży kąt padania, bardzo duża energia kinetyczna),  
 
- degradacja siatki krystalicznej.  

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

Natężenie erozji w funkcji kąta 
padania dla materiałów ciągliwych 
i kruchych) 

background image

Krople cieczy mogą wywoływać zużycie erozyjne części maszyn pod 
warunkiem ich dostatecznej prędkości. 
 
Maksymalne ciśnienie wywołane prze padającą kroplę pod kątem 
prostym: 
 

 

 

p=ρ*vs*v 

 
vs - prędkość dźwięku w padającej cieczy, 
v – prędkość padania, 
ρ – gęstość. 
   
 
 

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Kawitacja zachodzi na granicy ciał stałych i cieczy podczas gwałtownych 
zmian ciśnienia (w skali mikro i makro). Kawitacja prowadzi do 
nierównomiernego ubytku materiału ( wżery ) . 
 
Gwałtowne zmiany ciśnienia mogą powodować powstawanie i zapadanie 
się pęcherzy parowych. Zapadanie się pęcherzy parowych wywołuje fale 
uderzeniowe oddziałujące na powierzchnie ciała stałego.  
   
Im ciecz charakteryzuje się większym napięciem powierzchniowym tym 
większe tworzą się pęcherze parowe o dużej energii.   
   
 
 

Mechanizmy zużywania – erozja i kawitacja 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Mechanizmy zużywania – erozja i kawitacja 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Kawitacji najłatwiej zapobiegać przez dodatki zmniejszające napięcie 
powierzchniowe cieczy. 
 
Kawitacja nasila się w zanieczyszczonych cieczach (występuje efekt 
synergii z procesem erozji). 
 
Natężenie zmian kawitacyjnych zmienia się lokalnie w przypadku 
materiałów o niejednorodnej strukturze np.: żeliwo (tworzą się wyspy i 
zagłębienia).   

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Zużywanie adhezyjne ( zrastanie na zimno i gorąco) prowadzi do ubytku 
materiału  i  jednocześnie  przenoszenia  materiału  między  parą  ślizgową. 
Na  powierzchni  o  większej  wytrzymałości  pojawiają  się  nalepienia 
(narost), na powierzchni o mniejszej wytrzymałości kratery. W przypadku 
powierzchni o zbliżonej wytrzymałości kratery i nalepienia pojawiają się 

obok siebie.   

 

Zużycie  adhezyjne  występuje  podczas  tarcia  z  dużymi  naciskami 
jednostkowymi.  Duże  naciski  jednostkowe  powodują  zbliżenie 
fragmentów  powierzchni  ślizgowych  na  odległość  zasięgu  działania  sił 
molekularnych.  Lokalnie  tworzą  się  wiązania  metaliczne  między 
powierzchniami  trącymi  (narost).  W  dalszym  etapie  może  dojść  do 
oderwania  się  (dekohezji)  fragmentu  ciała  o  mniejszej  wytrzymałości 

(krater).  

 

 

Mechanizmy zużywania - adhezja 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Mechanizmy zużywania - adhezja 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

 
Współczynnik szybkości zużywania „K”  
Wartości od 0,0000001 (para polietylen – stal twarda) do  
1 (para złoto – złoto) 
 
 

Q=  K * (F*L)/H 

 

K- siła normalna 

L- droga  

H- twardość 

K- współczynnik bezwymiarowy 

Q- objętość odspojonego materiału  

 
 
 

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Proces  zużywania  adhezyjnego  powoduje  wzrost  wartości  współczynnika 

tarcia, prowadzi do szybkiego zniszczenia węzła kinematycznego.   

 

Adhezja jest ‘katalizatorem zużywania’.  

 

Zużywanie  adhezyjne  doprowadzające  do  lokalnego  topnienia  materiału 
nazywa  się  zacieraniem  i  prowadzi  do  trwałego  unieruchomienia  węzła 
kinematycznego. 

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Powierzchniowe  zużycie  zmęczeniowe  (w  tym  pitting)-  zachodzi  w 
wyniku  cyklicznego  oddziaływania  naprężeń  stykowych  (nacisku)  i 
naprężeń 

termicznych, 

warstwach 

wierzchnich 

węzłów 

kinematycznych (przeważnie smarowanych). 

 

 
 

W  wyniku  superpozycji  naprężeń  wewnętrznych  i  naprężeń    stykowych 
(duże  wartości,  EHL),  oraz  ich  redystrybucji  dochodzi  do  lokalnych 
przekroczeń  wytrzymałości  i  powstawania  mikropęknięć.  W  kolejnej 
fazie  mikropęknięcia  propagują  w  wyniku  działania  karbu  i  ciśnienia 
oleju.  W  ostatniej  fazie  fragment  materiału  zostaje  odspojony  od 

powierzchni tworząc krater. 

 

 

 

 

 

Mechanizmy zużywania – zmęczenie powierzchniowe 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Mechanizmy zużywania – zmęczenie powierzchniowe 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Zużyciu zmęczeniowemu sprzyjają: 
 
- wewnętrzne naprężenia rozciągające, 
- „niedoskonałości powierzchni”, (mogą powstać podczas eksploatacji) 
- wady podpowierzchniowe, 
- granice strukturalne pod powierzchnią styku, 
- oleje EP z dodatkami przeciwzatarciowymi.   
  
   
 
 

Mechanizmy zużywania – zmęczenie powierzchniowe 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _ 

background image

Kontrola cieczy smarujących krążących w obiegu pozwala na wykrycie 
odspojonych w procesie zużywania cząstek części maszyn. 
 
Na podstawie liczby odspojonych cząstek oraz ich rozmiaru, kształtu 
można wnioskować o zachodzących w maszynie mechanizmach zużycia i 
ich natężeniu. 

Mechanizmy zużywania 

Rafał Talar 

Eksploatacja  _