UNIWERSYTET

TECHNOLOGICZNO-

PRZYRODNICZY W Bydgoszczy

EKSPLOATACJA I NIEZAWODNOŚĆ

MASZYN

Temat: Zużycie zmęczeniowe warstwy

wierzchniej. Spalling. Pitting.

Wykonali:

Piotr Sopalski

Tomasz
Zarembski

grupa D

mgr 2008/09

Zużywanie zmęczeniowe

Obciążenia cykliczne – ciągłe trących się

elementów powoduje ich zmęczenie a w

konsekwencji zużycie. Typowym układem,

w którym występują procesy zmęczeniowe

warstw wierzchnich jest układ tarcia

tocznego. W układzie tym występują

obciążenia cykliczne miejsc styku. Jest to

styk skoncentrowany. W skutek

wielokrotnie powtarzających się styków, w

warstwie podpowierzchniowej występują

mikropęknięcia, które wychodząc na

powierzchnię powodują jej ubytki.

Rodzaje tarcia

zmęczeniowego:

- zużywanie przez łuszczenie
(spalling),
- zużywanie przez wykruszanie
(pitting).

SPALLING

Zużywanie przez łuszczenie (spalling)
występuje w suchym styku podczas toczenia
lub toczenia z poślizgiem. Może ono wystąpić
także w styku słabo smarowanym. Zużywanie
to polega na oddzielaniu się materiału w
postaci łusek. Procesowi temu towarzyszy
zazwyczaj utlenianie się materiału w
warstewce przypowierzchniowej. Powierzchnie
zużyte przez łuszczenie mają obszerne, lecz
płytkie ubytki, rzadko rozmieszczone oraz
pokryte są rozwalcowanymi cząstkami
oddzielonymi z warstwy wierzchniej.

SPALLING

Zużywanie tego rodzaju występuje w
układach: koło - szyna, w słabo
smarowanych łożyskach tocznych i
przekładniach zębatych, a także w walcach
hutniczych. Intensywność zużywania przez
łuszczenie zależy od: nacisków,
częstotliwości obciążania styku, kształtu i
wymiarów styku oraz od własności
mechanicznych materiałów.

SPALLING

Schematyczny obraz
powierzchni zużytej
zmęczeniowo - główka
szyny zużyta przez
spalling (rozmiary łusek
są przesadzone)

PITTING

Występuje w smarowanym styku

podczas toczenia lub toczenia z

poślizgiem, składa się z trzech faz

(zmęczeniowe pękanie warstwy

wierzchniej i tworzenie się mikroszczelin

– rozklinowujące działanie oleju –

wyrywanie nadwyrężonych fragmentów

szczelin z warstwy wierzchniej wskutek

adsorpcji oleju i rozciągających

naprężeń w styku) np. łożyska toczne,

przekładnie zębate, napędy krzywkowe.

SCHEMAT ROZWOJU PITTINGU

Schemat rozwoju pittingu: a) faza pierwsza — rozwój

pęknięć zmęczeniowych, b) faza druga - fk —

rozklinowujące działanie oleju w strefie wysokich ciśnień [p

— rozkład ciśnienia w strefie styku, c) faza trzecia —

odrywanie „zmęczonych" cząstek przez rozciągające

działanie oleju adsorbowanego na ich powierzchniach; I —

element czynny, II — element bierny

Przykłady występowania

pittingu

• Schematyczne obrazy powierzchni

zużytych zmęczeniowo:II —

zużycie przez pitting; a) bieżnia

pierścienia łożyska tocznego, b)

bok zęba koła zębatego

Odmiany pittingu

W niektórych elementach maszyn
( szczególnie w kołach zębatych)
pitting występuje w dwóch
odmianach, jako:

– przemijający,
– progresywny.

Pitting przemijający

Pitting przemijający może wystąpić
podczas pierwszej fazy eksploatacji
nowych kół zębatych. Dotyczy to w
szczególności kół wykonanych z
materiałów nieutwardzonych lub
miękkich. Nie ma on wpływu na
trwałość oraz niezawodność
skojarzenia i po pewnym czasie na
ogół ustępuje.

Pitting progresywny

Pitting progresywny wzrasta
gwałtownie w miarę upływu czasu.
Wgłębienia szybko powiększają się, w
wyniku czego pozostała,
nieuszkodzona powierzchnia przenosi
coraz większą część obciążenia.
Ostatecznym skutkiem pittingu
progresywnego jest całkowite
uszkodzenie powierzchni.

Pitting – Co ma wpływ?

Wpływ własności elementów
systemu trybologicznego na zużycie
przez pitting:

a) Wpływ geometrii powierzchni,

• Wysokość nierówności,
• Dokładność wykonania,
• Dokładność osiowania,
• Błędy kształtu,

Pitting – Co ma wpływ?

Wpływ własności elementów
systemu trybologicznego na zużycie
przez pitting:

b) Wpływ materiału,

• Wzrost z zwiększeniem się wytrzymałości

zmęczeniowej oraz granicy plastyczności,

• Wzrost twardości,
• Zastosowanie nawęglania,

Pitting – Co ma wpływ?

Wpływ własności elementów systemu
trybologicznego na zużycie przez
pitting:

c) Wpływ lepkości,
d) Wpływ dodatków,

• Dodatki na bazie fosforu oraz związki molibdenu

mogą znacznie zwiększyć odporność na pitting.

e) Wpływ atmosfery

• Oddziaływanie tlenu oraz wilgoci zawartej w

atmosferze.

Pitting – Co ma wpływ?

Wpływ własności elementów
systemu trybologicznego na zużycie
przez pitting:

b) Wpływ materiału,

• Wzrost z zwiększeniem się wytrzymałości

zmęczeniowej oraz granicy plastyczności,

• Wzrost twardości,
• Zastosowanie nawęglania,

Przeciwdziałanie zużyciu

Przeciwdziałanie powinno nastąpić już
w procesie konstruowania poprzez
dobór przez konstruktora takich
postaci zespołu tribomechanicznego,
jego materiałów i smarowania, aby
zminimalizować zużycie w przyszłym
ruchu tego zespołu. Konstruktor
podaje też informacje technologiczne i
eksploatacyjne.

Innym sposobem zapobiegania zużyciu to
sposób technologiczny w którym możemy
wyróżnić:

• obróbkę cieplną (hartowanie

powierzchniowe: płomieniowe, indukcyjne i
laserowe),

• obróbkę cieplno chemiczną (nawęglanie,

azotowanie utwardzające, cyjanowanie,
cyjanonasiarczanie kąpielowe,
azotonasiarczanie gazowe, chromowanie
dyfuzyjne, tytanowanie dyfuzyjne)

• obróbkę plastyczną (np. dogniatanie),
• pokrycia i powłoki (np. niklowanie

chemiczne, fosforowanie, napawanie)

Nawet doskonała konstrukcja oraz
wysoka jakość wykonania maszyny lub
urządzenia nie gwarantują jej dużej
trwałości i niezawodności. Warunkiem
dodatkowym bezawaryjnego ruchu
maszyn jest ich prawidłowa
eksploatacja, to jest jej użytkowanie
zgodne z założeniami konstrukcyjnymi
i warunkami technicznymi, oraz
właściwa odnowa, rozumiana jako
okresowe przeglądy i remonty.