BME Járműgyártás és -Javítás Tanszék KÁROSODÁS

Átírás

1 BME Járműgyártás és -Javítás Tanszék KÁROSODÁS Meghibásodások csoportosítása, tribológia, kopás, anyagfáradás, öregedés

2 SZERKEZETEK KÁROSODÁSA, ROMLÁSA Berendezéseket érő értékcsökkentő hatások ÉRTÉKCSÖKKENTŐ HATÁSOK Műszaki- fizikai Műszaki-gazdasági Károsodás Elévülés Túlterhelés Elhasználódás Öregedés Korrózió Kopás Kifáradás 2

3 Károsodási folyamat és a helyreállítás összefüggése GYÁRTMÁNY TERVEZÉS GYÁRTÁS TERVEZÉS GYÁRTÁS ÜZEMBEHELYEZÉS KÖRNYEZET ÜZEMELTETÉS GÉP ELHASZNÁLÓDÁS KARBANTARTÁS TERMÉSZETES ELHASZNÁLÓDÁS VÁRATLAN MEGHIBÁSODÁS TERVSZERŰ JAVÍTÁS HIBAELHÁRÍTÁS SELEJTEZÉS 3

4 A károsodási folyamat és a műszaki állapot összefüggése ÚJ ÁLLAPOT ÜZEMKÉPES ÁLLAPOT SÉRÜLT DE ÜZEMKÉPES ÁLLAPOT SÉRÜLT ÜZEMKÉPTELEN ÁLLAPOT HELYREÁLLÍTOTT ÜZEMKÉPES ÁLLAPOT 4

5 A károsodási folyamat, a műszaki állapot és a helyreállítás összefüggései GYÁRTMÁNY TERVEZÉS GYÁRTÁS TERVEZÉS GYÁRTÁS ÜZEMBEHELYEZÉS ÚJ ÁLLAPOT KÖRNYEZET ÜZEMELTETÉS GÉP KARBANTARTÁS ÜZEMKÉPES ÁLLAPOT ELHASZNÁLÓDÁS TERMÉSZETES ELHASZNÁLÓDÁS VÁRATLAN MEGHIBÁSODÁS SÉRÜLT DE ÜZEMKÉPES ÁLLAPOT SÉRÜLT ÜZEMKÉPTELEN ÁLLAPOT TERVSZERŰ JAVÍTÁS HIBAELHÁRÍTÁS HELYREÁLLÍTOTT ÜZEMKÉPES ÁLLAPOT SELEJTEZÉS 5

6 A MEGHIBÁSODÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA Szerkezet szerint szerelt egységek meghibásodása alkatrészek, szerkezeti elemek meghibásodása Megjelenési forma szerint üzemeltetési jellemzők változása méretváltozás, illesztési hiba alakhiba felületi hiba alakváltozás (görbeség, elcsavarodás) repedés törés felületi réteg tulajdonságának változása anyagösszetétel vagy szövetszerkezet megváltozása A hiba oka szerint konstrukciós hiba gyártási hiba anyaghiba A hatás jellege szerint üzemi alkalmasság részleges csökkenése (hibás működés) működésképtelenség Az elhasználódás mechanizmusa szerint súrlódás, kopás abrázió, erózió kavitáció anyagfáradás korrózió öregedés hő okozta változás helytelen üzemeltetés fenntartási hiányosság természetes elhasználódás 6

7 Tribológia Súrlódás, kopás

8 TRIBOLÓGIA A kölcsönösen egymásra ható és egymáshoz viszonyítva elmozduló felületek viselkedésének tudománya és technológiája. A súrlódás következtében lekopott anyagrészecskék hatása az anyagra a következő: geometria-változás (méret, felületi érdesség) ), alak- és minőségváltozását (mechanikai, fizikai, kémiai, illetve, Szövetszerkezet (felületi réteg tulajdonság) változását. 8

9 Tribológiai fogalmak Tribofizika: azon fizikai jelenségek összessége, amelyek az egymáshoz viszonyított elmozduláskor végbemennek: súrlódás, mechanikai kopás, rugalmas és maradó alakváltozás, termikus jelenségek, a kenőanyagban végbemenő fizikai folyamat. Tribokémia: azon kémiai változások, amelyek a fémes felületen vagy a kenőanyagban a súrlódás és környezet hatására végbemennek: oxidáció, adalékok kémiai hatása (szulfid, foszfát vagy oxid fémek, stb. bevonatok képződése). Tribotechnika: a tribológiai kutatások eredményeinek gyakorlati alkalmazása. 9

10 KOPÁS Az egymással érintkező, relatív mozgást végző szerkezeti elemek felületein bekövetkező elváltozás, ami általában anyagleválással jár együtt. 10

11 Súrlódás Mechanikai ellenállás az érintkező felületek között, ami: a viszonylagos elmozdulást fékezi (mozgó súrlódás) a viszonylagos elmozdulást akadályozza (nyugalmi súrlódás) A súrlódás dimenzió nélkül viszonyszáma, a súrlódási tényező, ami két test egymásra gyakorolt hatásának az érintősík irányába eső, elmozdulással szembeni erőkomponens fajlagos értéke: F s /F n, ahol: F s a súrlódási erő, F n a normál erő 11

12 Súrlódási módok és súrlódási állapotok Súrlódási módok Súrlódási állapotok Az elmozdulási módok az elmozdulás kezdete vagy befejezése szerint Mozgásbeli súrlódás: csúszó súrlódás gördülő ellenállás fúró súrlódás Nyugvásbeli súrlódás: álló súrlódás indulási súrlódás megállási súrlódás Lökésszerű súrlódás: ütközési súrlódás lökési súrlódás A részt vevő anyag fajták szerint Külső súrlódás: különböző anyagok között Mozgási súrlódás: tapadó súrlódás lökési súrlódás Belső súrlódás: (azonos anyagoknál) elemi súrlódás Szilárd test súrlódása: száraz súrlódás Tapadóréteg-súrlódás Folyadéksúrlódás (úszósúrlódás) Vegyes súrlódás 12

13 A kopás keletkezése Feltétele: kopási elempár alaptest ellentest rendszerint közbenső anyag viszonylagos elmozdulás normálirányú erőhatás (F n ) Közbenső anyag: kenőanyag: kenőolaj, kenőzsír, szilárd és gáznemű, ill. egyéb kenőanyag, oxidréteg szennyeződés kopástermék 13

14 Csúszó súrlódás okozta kopás megjelenési formái 14

15 Kopási típusok elsőrendű adhéziós, hideghegedéses kopás, másodrendű adhéziós, meleghegedéses kopás, oxidációs kopás, abráziós kopás, fáradásos kopás, fretting kopás. 15

16 A kopás alapfolyamata a) érdességi csúcsok lenyíródása, b) alakváltozások a rugalmas tartományban, c) alakváltozások a képlékeny tartományban (maradó alakváltozás), d) molekuláris erőhatások (adhézió), e) felhevülés a mikrogeometria tartományban, f) fizikai vagy kémiai anyagváltozások (pittingesedés, oxidáció, reakciós termékek koptató hatásai). 16

17 Kopás folyadék súrlódáskor Tiszta folyadéksúrlódáskor nincs fémes érintkezés. A súrlódást a kenőanyag viszkozitása határozza meg. Nincs kopás, csak akkor, ha a kenőanyagban abrazív anyag van jelen, vagy, ha a kenőanyag nagy fárasztó feszültséget kelt a felületen. Részleges folyadéksúrlódáskor (vegyes súrlódás) az alaptest és ellentest egyes pontjai érintkeznek. Ez lehet könnyű részleges, nagyhőfokú részleges vagy nagynyomású részleges folyadéksúrlódás. 17

18 Részleges folyadéksúrlódás Határsúrlódáskor a kenőanyagfilm néhány molekula rétegnyi, amely erősen tapad a fémek felületére és meggátolja a fémes érintkezést. Az extrém határsúrlódás jellemzője a nagynyomás, a tartós csúszás és a hűtéssel nem ellensúlyozható tartós hőfejlődés. Kopás csak különleges kenéssel csökkenthető. 18

19 Kopás szennyezett közbenső anyag (kenőanyag) esetén a b c d a) A szennyezők kisebbek, mint a legkisebb kenőfilmvastagság b) A szennyezők nagyobbak, mint a legkisebb kenőfilmvastagság és lágyabbak, mint az alap-, valamint az ellentest c) A szennyezők nagyobbak, mint a legkisebb kenőfilmvastagság és keménységük az alap- és az ellentest keménysége között van d) A szennyezők nagyobbak, mint a legkisebb kenőfilmvastagság, de keménységük nagyobb az alap- és ellentestnél 19

20 Kopás száraz és vegyes súrlódáskor Kopás száraz súrlódáskor Kopás akkor következik be, amikor a két egymáson elmozduló szilárd test egymással érintkező felületei között ill. felületén nincs semmilyen elválasztó idegen anyag (kenőanyag, nedvesség, oxidréteg). Kopás vegyes súrlódáskor: A száraz- és folyadéksúrlódás egyidejűleg lép fel. A közbenső anyag az alap- és ellentestet csak részben választja szét. (kis V, nagy F, kis viszkozitás, kedvezőtlen csapágyhézag, nem elegendő kenőanyagfilm vastagság). 20

21 A kopási részfolyamat függése a részecske hajlásszögétől (homlokszög) 21

22 A kopás és felületi érdesség összefüggése 22

23 FORGATTYÚCSAP KOPÁSA Brágódás Normálkopás 23

24 Bütyök berágódása 24

25 SZERKEZETI ANYAGOK KORRÓZIÓJA

26 A korrózió fogalma A korrózió a szerkezeti anyagok tönkremenetele a velük érintkező környezettel történő kölcsönhatásban. A környezetet ebből a szempontból korróziós közegnek nevezzük, amelynek minősége és összetétele lényegesen befolyásolja a jelenségeket. 26

27 A KORRÓZIÓS KÁROK OSZTÁLYOZÁSA.A külalak, az esztétikus megjelenés károsodása..a beruházási, működési és fenntartási költségek növekedése. Gyakran előfordul, hogy a korróziónak kitett szerkezeteket a majdani károsodásra számítva túlméretezik. Ez jelentős beruházási költségtöbbletet (anyag, energia, munkabér stb.) jelent. A korrózióvédelmi eljárások megvalósítása és fenntartása szintén megnöveli a beruházási és üzemeltetési költségeket. A károsodott részek kicserélése ill. javítása szintén többlet kiadást jelent..a gyártmányok szennyeződése a gyártó berendezések korróziója következtében. A környezet szennyeződése: maguk a korrózió termékei komoly környezeti szennyeződést okozhatnak..a biztonsági tényezők leromlása: a műtárgyak, berendezések és járművek a korrózió következtében olyan mértékű tönkremenetelt szenvedhetnek, hogy a biztonságos működési és a balesetvédelmi követelmények ill. előírások nem teljesülnek..a termelés és működés időszakos kiesése: a korróziót szenvedett berendezéseket és alkatrészeket cserélni ill. javítani kell..értékes anyagokban bekövetkező veszteség: egyes esetekben (pl. berendezések kilyukadása) olyan értékes anyagok mehetnek a korrózió következtében veszendőbe, amelynek költsége meghaladja az egyéb korróziós veszteségeket. 27

28 A KORRÓZIÓ FELTÉTELEI: - A korrózióra hajlamos anyagok. Azok a fémek hajlamosak korrózióra, amelyek csak vegyületeik formájában fordulnak elő a természetben. - Korróziót okozó közegek. Ilyenek a levegő, talaj, szerves folyadékok, sóolvadékok, folyékony fémek, agresszív gázok. 28

29 A KORRÓZIÓ MEGJELENÉSI FORMÁI Egyenletes a korrózió, ha az egész felület nagyjából egyforma mértékben korrodálódik A helyi korrózió. Itt a károsodás a fémfelületeknek csak kis részére terjed ki, ill. az igénybe vett fémnek csak egy része korrodálódik. Foltos korrózió A lyukkorrózió, vagy pitting Réskorrózió A kristályközi korrózió A feszültségkorróziós repedés Korróziós kifáradás Szelektív korrózió 29

30 A fémek korróziójának osztályozása A közeg halmazállapota szerint 1. Gázhalmazállapotú közegben lejátszódó ún. atmoszférikus korróziót. Az atmoszféra nem mindig a szabad levegőt jelenti, hanem lehet pl. egy üzemcsarnok korrozív légtere is. A korrózió közegben a fém időnként megnedvesedhet (pl. eső, harmat). 2. Folyékony közegben fellépő korróziót. A folyadék legtöbbször víz ill. vizes oldat. 3. Szilárd közegben fellépő korrózió. Mivel túlnyomó részben a talaj fordul elő szilárd közegként, ezért harmadikként a talajkorrózióról beszélünk. Sokban hasonlítanak ehhez az egyéb szilárd közegben helyet foglaló fémek korróziós jelenségei, pl. a betonvasak korróziója. 30

31 A fémek korróziójának osztályozása A korróziós folyamatok mechanizmusa szerint 1. Kémiai korróziót, amelyben a fém és a közeg közt egyszerű kémiai reakciók játszódnak le korróziós termék képződése közben. 2. Elektrokémiai korróziót, amelyben a károsodást elektrokémiai folyamatok idézik elő. Jellemzőjük az, hogy bennük elektromos töltéssel rendelkező részecskék, ionok szerepelnek, a folyamatok elektromos árammal kapcsolatosak, és nedvesség jelenléte szükséges lejátszódásukhoz. Kialakulásának feltételei: potenciálkülönbség és elektrolit jelenléte. 31

32 Anyagfáradás

33 Anyagfáradás Az anyagfáradás (kifáradás) az anyag keményedése, ridegedése, repedéskeletkezése, majd terjedése a különböző nagyságú és váltakozó irányú erő hatására. A folyamat ismétlődő igénybevételek hatására általában alacsonyabb feszültségi szinten megy végbe mint a rideg, vagy a szívós repedés és törés. Ha egy munkadarabot huzamosabb időn keresztül állandóan váltakozó igénybevételnek teszünk ki a Wöhler-diagram károsodási vonala feletti feszültséggel terhelve, az idők folyamán az igénybevétellel szembeni ellenállása lecsökken, míg végül is a törés bekövetkezik. 33

34 A kifáradási határ Az a feszültség, amelyet az anyag, alkatrész végtelenszámú ismétlődések esetén is 50%-os valószínűséggel törés nélkül elvisel (a Wöhler görbe vízszintes szakasza) A kifáradási határt befolyásolja: igénybevétel: feszültségkeltés: hajlítás, pulzálás, csavarás. jellege: tiszta lengő, nem lengő, 0 alappontú lüktető, nem 0 alappontú lüktető. feszültséghatárok, ismétlődési szám. anyagminőség: összetétel, kristályszerkezet, zárványok, rácshibák, belső feszültségek (maradékfeszültség), kialakítás: alak, felület, tagoltség lépcsők, lekerekítések, felületi érdesség, feszültséggyűjtő helyek, a felület közelében létrehozott nyomófeszültség. a fárasztás közege, környezete, 34

35 TÖRÖTT FŐTENGELY

36 FÁRADTAN TÖRÖTT FORGATTYÚCSAP

37 A TÖRÖTT FELÜLET MÁS NÉZETBŐL

38 TÖRÖTT DUGATTYÚ és ELHAJLOTT DUGATTYÚRÚD

39 Öregedés

40 Öregedés Az edzési öregedés a C-ról gyorsan lehült lágyacélok keménységének növekedése hevertetés közben vagy rövid idő alatt a szobahőmérséklettől nagyobb hőmérsékleten. Az alakváltozási öregedés az acél keménységének, szilárdságának növekedése, szívósságának erős csökkenése kismértékű hidegalakítás után közönséges vagy legfeljebb 250 C hőmérsékleten hosszabb-rövidebb idő után bekövetkezik. 40