Nauka o materiałach. Laboratorium
Temat: Odporność na zużycie tworzyw sztucznych i kompozytów
Uwagi prowadzącego
Data przyjęcia: Podpis prowadzącego:	Imię i nazwisko: NATALIA ORLIKOWSKA PAULINA WIECZOREK NATALIA KRASIEJKO ŁUKASZ PARTYŁA
		Grupa: ZIP32 Sekcja: 2

1. Badania trybologiczne:

Możemy prowadzić w warunkach laboratoryjnych lub eksploatacyjnych. Na podstawie badań laboratoryjnych można wnosić o zachowaniu się skojarzenia w rzeczywistych warunkach eksploatacji maszyn. Badania te umożliwiają dość szczegółową analizę fizycznych zjawisk tarcia i zużycia. Zasadniczą zaletą tego typu badań jest ich mały koszt. Zazwyczaj w badaniach laboratoryjnych staramy się modelować rzeczywiste warunki pracy skojarzenia tarciowego. Modeluje się geometrię styku, wartość przekrycia, kinematykę i dynamikę obciążenia, prędkość ruchu, naciski jednostkowe, smarowanie.
Badania eksploatacyjne możemy podzielić na badania programowe i nieprogramowe (statyczne).

• Do badań eksploatacyjnych programowych maszyna jest specjalnie oprzyrządowana i badana w warunkach przewidzianych programem. Warunki programowania badań sporządza się w następujący sposób: rejestruje się statyczne wartości poszczególnych parametrów (obciążenia, prędkości, przyspieszenia, temperatury itd.) charakteryzujących eksploatacje badanej maszyny. Na tej podstawie sporządza się program modelujący warunki eksploatacyjne. Warunki te powinny pokrywać się ze średnimi statycznymi warunkami eksploatacyjnymi.

Badania eksploatacyjne nieprogramowe są prowadzone na wybranej losowo grupie maszyn eksploatowanych w rzeczywistych warunkach. Zaletą tego typu badań jest to, że wyniki pomiarów są bezpośrednio użyteczne, nie wymagając korekcji. Wadą tych badań jest ich duży koszt, wynikający z ilości i wartości badanych obiektów, trudności technicznych i długiego czasu badań.

2. Zużycie ścierne (abrazyjne)

Istota zjawiska i elementy decydujące o zużyciu ściernym

Zużycie ścierne następuje, gdy w obszarach tarcia współpracujących elementów występują utwierdzone albo luźne cząstki ścierniwa, lub wystające nierówności twardego materiału.

Zużycie ścierne może następować przez:

• ziarna umocowane we współpracujących powierzchniach,

• luźne pojedyncze ziarna ścierne, w tym także powstające w obszarze tarcia wyniku utleniania produktów zużycia,

• warstwę ścierną występującą między współpracującymi powierzchniami,

• ścieranie w środowisku, wtedy kiedy styk ziarna ze ścieraną powierzchnią następuje pod działaniem sił wykonujących pracę ścierania i zgniatania materiału ścierniwa.

Do elementarnych procesów zużywania ściernego należą : bruzdowanie, ścinanie nierówności, ścieranie nierówności ścierniwem przez występ nierówności, odkształcenie plastyczne materiału.

Dynamiczne modele procesów:

Rys.1 Bruzdowanie. Rys.2 Ścinanie nierówności.

Rys.3 Ścinanie nierówności ścierniwem Rys.4 Odkształcenie plastyczne materiału. przez występ nierówności.

Klasyfikacja zużycia ściernego

Zużycie ścierne dzielimy ze względu na iloraz powierzchni przekrojów poprzecznych sumy obustronnych spęczeń materiału obok rysy F₁ i zagłębienia rysy F₂

Rys. 5 Kryterium wyróżniające rodzaje zużywania

gdzie: a_z - głębokość bruzdy,

m-m -poziom odniesienia.

W czasie trwania zużycia ściernego ubytek materiału w warstwie wierzchniej jest ściśle związany z:

• bruzdowaniem, czyli odkształceniem plastycznym obszarów styku i spęczenia materiału z obu stron bruzdy gdy stosunek F₁/ F₂=1,

• rysowaniem, gdy materiał jest częściowo odkształcany plastycznie oraz częściowo skrawany w postaci wiórów jako produktów zużywania, gdy stosunek 0≤ F₁/ F₂≤ 1.

• mikroskrawaniem, gdy stosunek F₁/ F₂=0,

3. Zużycie adhezyjne,

Istota zużycia adhezyjnego

Polega na lokalnym sczepianiu metalicznym tzw. adhezji powierzchni trących w mikroobszarach odkształcenia plastycznego warstwy wierzchniej, a zwłaszcza najwyższych wierzchołków chropowatości zbliżonych na odległość działania sił molekularnych i następnym ich rozrywaniu związanym z odrywaniem cząstek metalu lub jego rozmazywaniem na powierzchni tarcia.

Sczepianie adhezyjne

Zużycie adhezyjne występuje przy styku dwóch powierzchni metali, charakteryzujących się dużym powinowactwem chemicznym.

O skłonności do sczepiania się metali decydują siły elektrodynamiczne wywołane drganiami atomów powierzchniowych. O zdolności metali do połączeń adhezyjnych decydują przede wszystkim struktura elektronowa ich atomów, rodzaj sieci krystalicznej i plastyczności. Najmniejszą intensywnością sczepiania cechują się metale wzajemnie nierozpuszczalne w stanie stałym lub tworzące fazy międzykrystaliczne. Sczepianie się utrudniają również atomy obce w sieci, dodatki stopowe i domieszki. Sczepianiu się sprzyja podobieństwo struktury krystalicznej oraz zbliżone wartości parametru sieci. W podwyższonej temperaturze zwiększa się skłonność do sczepienia się elementów z tego samego metalu lub metali o zbliżonej strukturze krystalicznej. Sprzyjają temu także zgniot oraz sprężyste odkształcenie sieci.

4. Scuffing,

Istota scuffingu

Jest to rodzaj zużycia, który łączy w sobie elementy zużycia ściernego i adhezyjnego. Polega na sczepieniu się i następnym rozrywaniu połączeń wierzchołków nierówności w mikroobszarach styku. Scuffing powoduje zachwianie równowagi termicznej i mechanicznej w wyniku przerwania warstwy olejowej. Zaczepianie nierówności powierzchni i podwyższenie temperatury w warunkach, gdy warstwa olejowa istnieje, ale jest zbyt cienka w stosunku do wysokości nierówności jest przyczyną gwałtownego zużycia.

5. Zużycie zmęczeniowe,

Istota zużycia zmęczeniowego

Istotę zużycia zmęczeniowego stanowi miejscowa utrata spójności i związane z tym ubytki masy. Jest to spowodowane cyklicznym oddziaływaniem naprężeń kontaktowych w warstwach wierzchnich współpracujących elementów tarciowych a więc zmęczeniem materiału. Ubytek masy następuje gdy zostanie przekroczona przez poszczególne mikroobszary materiału granicznej liczby cykli obciążenia i granicy zmęczenia. W zależności od parametrów i rodzaju tarcia oraz od wielkości obciążenia ubytek masy poprzedzony jest powstawaniem mikropęknięć, a następnie makropęknięć materiału.

Tester T-05 typu rolka-klocek, służy do oceny odporności na zużycie podczas tarcia metali i tworzyw sztucznych oraz do badania odporności na zacieranie powłok niskotarciowych nanoszonych na wysokoobciążone elementy maszyn, a także do określania własności olejów i smarów.

Tester T-05 pozwala na przeprowadzenie badań zgodnych z metodami określonymi
w normach amerykańskich: ASTM D 2714, D 3704, D 2981 i G 77. Skojarzenie testowe, klocek 1 oraz rolka 2 przedstawione jest na rysunku 3. Uchwyt próbki 4 z wkładką półkulistą 3 dla przypadku styku skoncentrowanego zapewnia równomierne

rozłożenie nacisków w styku. Rolka obraca się z jednostajną prędkością obrotową n lub wykonuje ruch oscylacyjny z częstotliwością f.

Rys. 7. Schemat skojarzenia rolka - klocek

Tester T-05 jest wyposażony w mikroprocesorowy system sterowania i pomiarów, który umożliwia:

1. Kalibrowanie kanałów pomiarowych,

2. Sterowanie przebiegiem testu,

3. Dokonywanie pomiarów:

• oporów ruchu w węźle,

• temperatury masowej próbki i środka smarowego,

• prędkości obrotowej wrzeciona,

• czasu trwania testu. k

4. Archiwizację wyników badań,

5. Obróbkę i wydawanie wyników testu.

Za pomocą Testera T-05 mogą być wykonywane m.in. następujące badania:

1. charakterystyki zużyciowe skojarzeń materiałowych i powłok niskotarciowych,

2. wpływ sposobów obróbki warstwy wierzchniej na zużycie,

3. wpływ docierania na zjawiska tribologiczne,

4. zjawiska korozji ciernej,

5. tarciowe i antyzużyciowe właściwości cieczy obróbkowych, olejów i smarów,

6. testowanie przy dużych naciskach i prędkości oraz analiza wpływu pV.

Przykładem smarów zewnętrznych w PS w postaci proszku jest 3-4% oleju mineralnego, który tworzy niskolepkie, a zarazem subtelne pokrycie na powierzchni cząstek PS powodując w ten sposób wyraźne obniżenie współczynnika tarcia między nimi. Do tego celu w polimerach polarnych używa się stearynianów metali lub amidów kwasów

tłuszczowych. Takie smary zewnętrzne zmniejszają współczynnik tarcia pomiędzy powierzchniami cząstek polimeru i ściankami maszyny przetwarzającej oraz tarcie stopu polimeru po tych ściankach, a także zapobiegają rozłupywaniu cząstek polimeru na mniejsze. Omawiane smary zewnętrzne są nierozpuszczalne w polimerze, dlatego znajdują się zawsze głównie na powierzchniach polimeru. Poprawiają sposób płynięcia i jednorodność stopu, powodując rozsegregowanie dużych, płynących agregatów. Smary zewnętrzne są spokrewnione ze środkami rozdzielczymi, które ułatwiają oddzielenie ukształtowanego wyrobu od formy i ze środkami poślizgowymi, które zapobiegają przed łączeniem się kształtów wyrobów na skutek płynięcia na zimno lub pod wpływem statycznej elektryczności. Środki poślizgowe maja małe napięcie powierzchniowe, co korzystnie sprzyja hamowaniu zwilżania formy przez stop polimeru. Takimi środkami dla polimerów polarnych są kwasy tłuszczowe i woski, dla polimerów niepolarnych i słabo polarnych takich jak np. poliolefiny, nasycone poliestry, polimery epoksydowe i poliuretany są natomiast silikony i polimery fluorowe. Środki poślizgowe nazywa się też środkami antyblokującymi.

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I METALURGII

---