WPROWADZENIE DO
ŚCIERALNOŚCI
IWE III
2godz.
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 1
Nauka o procesach zachodzących na styku powierzchni współpracujących
ze sobą ciał stałych  TRYBOLOGIA  nauka o ścieralności.
Współczesne konstrukcje pracują w warunkach silnego obciążenia:
-Mechanicznego,
-Cieplnego,
-Chemicznego.
Może to doprowadzić do przyspieszonego procesu zużycia trybologicznego.
Zwykłe tarcie:
Statyczne dynamiczne:
v
Fs
Fs
PP
Fs=�sP �s>�kFs=�kP
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 2
Własności trybologiczne:
1. Współczynnik tarcia �,
2. Intensywność zużycia I,
3. Odporność na ścieranie R i zatarcie.
Rodzaje tarcia:
Rodzaj ruchu: ślizgowe toczne,
Stan ruchu: statyczne kinetyczne,
Miejsce występowania: zewnętrzne wewnętrzne
Rodzaj materiału: c. Stałec. Stałe płyn
Styk ciał:suche płynne graniczne
mieszane
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 3
otoczenie
obciążenie
Opory tarcia
zużycie
prędkość
Procesy inne
temperatura
Działanie systemu
trybologicznego
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 4
Tarcie wewnętrzne: przemieszczanie cząstek cieczy pomiędzy ciałami stałymi
Tarcie techniczne suche: bez udziału żadnego innego ciała pomiędzy trącymi o siebie ciałami
stałymi.
T=Tadhezji+Tkohezji
Tadhezji -wynikłe z oddziaływania powierzchni styku, możliwe jest tworzenie lokalnego połączenia,
Tkohezji -wynikłe ze ścinania nierówności powierzchni.
Tarcie graniczne: pomiędzy powierzchniami ciał stałych b. cienka warstwa smarna (grubość rzędu
cząstek).
Tarcie płynne: istnieje gruba warstwa cieczy lub gazu o znacznej lepkości.
Współczynniki tarcia:
Czyste metale o siebie w powietrzu 0,8-2,0
Stal-stop łożyskowy 0,1-0,5
Ceramika-ceramika 0,05-0,1
Ze smarowaniem hydrodynamicznym 0,001-0,002
W atmosferze wodoru lub próżni >5 i zatarcie
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 5
Przyczyny zużycia części maszyn i urządzeń
Efekt zużycia może być mierzony również liniowo, objętościowo lub porównawczo, np. w stosunku
do wzorca lub typowej stali konstrukcyjnej, np. St3S.
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 6
Zużycie ścierne
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 7
odbywa się przez:
-rysowanie lub bruzdowanie przy małym obciążeniu,
rys. 2
Rys.3
-mikroskrawanie (szlifowanie)materiałem ściernym
przy dużym nacisku, rys.3
-żłobienie dużymi cząsteczkami pod bardzo dużym
obciążeniem, rys 4
Rys.2 Rys.4
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 8
Ilościowa ocena zużycia ściernego
Model Chruszczowa-Babiczewa
Iz=V/L=kN/H
V-objętość oddzielonego materiału, L-droga tarcia, k-wsp. zużycia ściernego (k=24), N-obciążenie, H-
twardość (wciskanie piramidy)
Iz=h/L=kPa/Pt
h-grubość zużywanej warstwy, k-wsp. Proporcjonalności, Pa- nacisk nominalny, Pt-granica płynięcia
Model ścierania Spurra-Newcomba
Iz=nd3(1/R1_-1/Rg)=KN/E
n-ilość ziaren przenoszących obciążenie normalne, N-obciążenie, E-moduł Younga, K-wsp. =150-180,
d-szerokość bruzdy wyciśniętej przez ziarno o promieniu R1, Rg-szerokość bruzdy po jej wykonaniu
(mniejszy o skutek działania sprężystości).
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 9
Badania jakościowe odporności na zużycie  głównie metody pomiaru sił lub momentów
tarcia:
-metoda Bowdena,
-Hondy i Yamady,
-Kuzniecowa.
Metody ilościowe:
-wgłębienia (pomiar długości),
-wagowa,
-porównanie profilu przed i po próbie,
-metoda sztucznych baz z użyciem penetratorów Vickersa, Knoopa, Brinella,
-pomiar natężenia przepływu, spadku ciśnienia płynu między powierzchniami,
-z użyciem izotopów promieniotwórczych,
-zastosowanie mieszanin pierwiastków ziem rzadkich (Ce, La, Nd, Pr, Sm, Y).
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 10
Zużycie adhezyjne:
Występuje przy wzajemnym tarciu powierzchni metalowych bez obecności substancji smarnych.
Na szczytach nierówności, w wyniku wzajemnego przesuwania i uplastycznienia powstają lokalne
sczepienia metaliczne. Dalszy ruch powoduje niszczenie tych połączeń i wyrywanie cząstek
metalu  tworzą się dalsze nierówności wynikłe z rozmazania i wyrywania cząstek metalu na
powierzchniach.
Metale o dużej skłonności do
zużycia:
-tytan, chrom, molibden, miedz
,
aluminium, cynk, magnez.
-walce hutnicze, ostrza tnące, wałki,
czopy.
Mała skłonność:
-cyna, bizmut, kadm, ołów, ind.
Powstaje przy dużych naciskach i małych szybkościach tarcia. Zależy od:
-rodzaju materiałów,
-siły wiązań i skłonność do utleniania - ( materiały jednoimienne dają silniejsze uszkodzenia),
-czystości powierzchni  duża czystość  wyższe zużycie,
-siły docisku,
-temperatury  przy wysokiej temp.  zużycie cieplne podobne do zgrzewania tarciowego.
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 11
Inne rodzaje zużycia:
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 12
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 13
Zmęczenie powierzchni wskutek ścierania
-działania zmiennych sił na powierzchnię,
-kawitacji i innych obciążeń udarowych.
Zużycie ścierne zależy od:
-kąta padania ścierniwa na powierzchnię:
Dla materiałów plastycznych:
- ma miejsce mikroskrawanie (abrazja): poślizgi=>uskoki=>zużycie abrazyjne,
- Odkształcenie plastyczne: =>zmęczenie powierzchni.
-Dla materiałów kruchych:
-odwarstwianie kruchych mikropłatków.
Zapobieganie:
1. Stosowanie materiału o dużej twardości i udarności,
2. Stosowanie tworzyw jednofazowych (homogenicznych),
3. Stosowanie materiału wielofazowego z drobnymi twardymi fazami w miękkiej osnowie,
4. Użycie gładkich powierzchni.
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 14
Zużycie pod wpływem obciążeń udarowych:
Powstaje w wyniku działania dynamicznego obciążenia ściskającego na ograniczonej powierzchni.
-Materiały kruche pękają w lokalnym obszarze obciążenia,
-Materiały plastyczne odkształcają się  mogą się przy tym umacniać i w dalszej kolejności ulegać
lokalnemu pękaniu.
Typowe konstrukcje:
-tuleje łączników sprzęgieł, walce hutnicze, młoty kuz
nicze, matryce, młyny, iglice i rozjazdy szyn.
-Najlepsze materiały  stale austenityczne z 11%Mn i stale 15%Mn-15%Cr.
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 15
Zużycie pod wpływem wysokich temperatur
-przyspieszona korozja wysokotemperaturowa,
-nieodwracalne zmiany strukturalne (degradacja).
Dla łącznego oddziaływania:
-wysokiej temperatury,
-tarcia,
-środowiska korozyjnego (ciekły metal, gaz zawierający siarkę),
skutkiem będzie spadek własności mechanicznych, plastyczności a głównie odporności na ścieranie
przy wzroście prędkości korozji, której produkty działają jak ścierniwo.
Szczególny przypadek  zmęczenie cieplne.
Powoduje ono powstanie siatki pęknięć
rozpoczynające się od powierzchni i
postępujące w głąb materiału.
Najlepsze materiały to:
-stale martenzytyczne z 5-12%Cr,
-stopy na bazie kobaltu i niklu.
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 16
Zużycie erozyjne
Wywołane jest cyklicznym działaniem na powierzchnię strugi cieczy lub gazu pod
ciśnieniem. Obecność w cieczy lub gazie drobnych cząstek pyłów lub innego ścierniwa
intensyfikuje zużycie erozyjne.
Zużycie zależy od:
-ilości, wielkości, twardości i kształtu cząstek,
-temperatury,
-środowiska korozyjnego.
Typowe elementy poddane erozji: łopatki turbin.
Najlepsze materiały:
-stopy na osnowie kobaltu,
-materiały ceramiczne i cermetaliczne.
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 17
Zużycie kawitacyjne:
Powstaje w wyniku przemieszczania powierzchni roboczej w cieczach i gazach z
dużymi prędkościami. Mogą się tworzyć obszary o obniżonych ciśnieniach, w których
następuje odgazowanie lub odparowanie cieczy i następnie rozpad tych obszarów w
wyniku implozji. Związane z implozją uwolnienie energii mechanicznej powoduje
uszkodzenia powierzchni i wyrw.
Elementy podlegające: łopatki turbin, śruby okrętowe, elementy pomp wysokiego
ciśnienia.
Najlepsze materiały:
-stopy na bazie kobaltu,
-Materiały ceramiczne,
-Materiały cermetaliczne.
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 18
Zużycie korozyjne:
Może wyglądać różnie w zależności od:
-medium korozyjnego,
-Stanu obciążenia,
-Obecności pola elektrycznego (różnicy potencjału) w
środowisku.
Zużycie korozyjne może być zintensyfikowane
podczas współpracy powierzchni w podwyższonej
temperaturze.
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 19
Typowe rodzaje uszkodzeń:.
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 20
KTMM i Spawalnictwa PG
Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak
IWE III 2.17 21