NETISKNOUT!
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 1 |
NETISKNOUT!
Titulní list
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 2 |
NETISKNOUT!
Zadání
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 3 |
NETISKNOUT!
Licenční smlouva - oboustranně
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 4 |
ABSTRAKT
Práce řeší problematiku tribologických vlastností materiálových dvojic na základě požadavků firmy Sigmy Group a.s. Pro dostupné materiály byl zadán úkol navrhnout tribologické dvojice a ověřit jejich vlastnosti.
Klíčová slova
tribologické zkoušky, materiálové dvojice, povrchové úpravy,
odstředivá čerpadla, protokoly,
ABSTRACT
These Graduation Theses solve effects of tribological behaviour of materials pairs on the basic of the SIGMA GROUP a.s. requirements. For available materials there was a target to design tribological pairs and check their behaviour.
Key words
Tribological tests, material pairs, surface finish, centrifugal pumps, protocols
BIBLIOGRAFICKÁ CITACE
Xxxxxxxx, Xxxxxx. Tribologické hodnocení třecích dvojic dílců odstředivých čerpadel: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2009.
s. 51, příloh 5. Xxx. Xxxxx Xxxxxx.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 5 |
Prohlášení
Podpis diplomanta
Datum ………………………………….
Xxxxxx Xxxxxxxx
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 6 |
Poděkování
Děkuji tímto Ing. Xxxxx Xxxxxxxx za cenné připomínky a rady při vypracování diplomové práce.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 7 |
OBSAH
1. Tribologie 9
1.1 Kontaktní procesy 10
1.2 Procesy tření 12
1.2.1 Suché tření. 12
1.2.2 Mezné tření. 13
1.2.3 Kapalinové tření. 13
1.2.4 Smíšené tření. 14
1.3 Hodnocení geometrie povrchu 15
2. Tribologické účinky 18
3. Tribologické zkoušky 20
4. Návrh způsoby úpravy dílců odstředivých čerpadel 21
4.1 Materiálové varianty. 21
4.2 Příprava a výroba vzorků 24
5. Rozbor nejčastějších úprav povrchu 24
5.1 Žárové nástřiky 24
5.1.1 Princip technologie 25
5.1.2 Vlastnosti povlaků. 25
5.1.3 Metody technologie žárového stříkání. 26
5.1.4 Aplikace technologie žárového stříkání. 29
5.1.5 Materiály pro žárové stříkání. 30
5.1.6 Vlastnosti povlaků vytvořené technologií žárového stříkání. 31
5.1.7 Opracování žárově stříkaných povlaků 32
5.1.8 Aplikace keramických povlaků na bázi oxidu chromu v oblasti čerpací
techniky 32
5.2 Povrchové úpravy ARCOR 34
5.3 Svařování elektrodou NIBAS 625 36
5.4 Úprava kuličkováním 36
5.5 Zušlechťování. 37
5.6 Kalení. 38
6. Rozbor podmínek tribologické zkoušky 38
6.1 Pracovní podmínky čerpadla 38
6.2 Zkušební zařízení. 39
6.3 Podmínky zkoušky 40
6.4 Měřené veličiny 41
7. Výsledky a zhodnocení výsledků zkoušek třecích dvojic. 41
7.1. Výsledky experimentu 41
7.2 Intenzita opotřebení 44
8. Zadírací testy 45
9. Provedení korozních zkoušek. 46
10. Ekonomické zhodnocení. 47
Závěr 48
Seznam použitých zdrojů 49
Seznam použitých zkratek a symbolů 50
Seznam příloh 51
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 8 |
Úvod
Práce řeší problematiku tribologických vlastností materiálových
dvojic využívaných u odstředivých čerpadel. Není snadné vybrat vhodný materiál pro ty součásti strojů nebo zařízení, které pracují ve vodě nebo v jiném agresivnějším prostředí, zejména, pokud v tomto prostředí dochází ke kontaktu a tření těchto součástí. Často nelze kluzný kontakt mazat jinak než vodou a to ve stavu který je v daném technologickém procesu k dispozici. Voda se tak stává mazivem. Tribologické vlastnosti antikorozních materiálů většinou nejsou známy. Tato práce se zabývá právě zjištěním tribologických vlastností vybraných materiálových dvojic většinou antikorozních mazaných vodou a jejich porovnáním.
Výzkum tribologických vlastností materiálových dvojic (jednalo se o nerezové materiály s upraveným povrchem) mazaných vodou, byl prováděn na základě požadavku firmy Sigma Group a.s. Byly specifikoval materiálové dvojice pro zkoušky a dodány vzorky vyrobené požadovanými technologiemi užívanými ve společnosti včetně materiálu. Materiálové varianty vzorků byly stanoveny v návaznosti na aplikované a potenciální skupiny materiálů dle API Standart 610. Pro možnost provádění nabídek těchto materiálových skupin byl zadán úkol navrhnout třecí dvojice a ověřit jejich tribologické vlastnosti. Pro realizaci experimentu bylo použito experimentální pracoviště Sigma Group a.s.
Příkladem strojů, které pracují s vodou nebo jinými agresivnějšími látkami mohou být odstředivá čerpadla pro naftové vrty, vrtné plošiny, jaderné elektrárny, ap. Ty čerpají znečištěnou vodu, vodu slabě chemicky modifikovanou nebo radioaktivní. Z toho vychází i celá konstrukce těchto zařízení. Funkční části jsou zásadně z nerezavějících slitin, používané těsnění jsou bezdotykové. Zároveň je požadována jejich vysoká spolehlivost. Tímto vyvstává problém jaké materiály použít na ty části zařízení (např. bezdotykové těsnění) u kterých, může v nestabilním chodu (rozběh, doběh) dojít ke kontaktu. Takovýto stav přesto nesmí být příčinou havárie zařízení. Při nastalém dotyku vlastně dochází ke kluznému tření mazaném vodou. Simulováním kontaktu pomocí tribologických zkoušek budeme měřit tribologické vlastností materiálů obou kontaktních součástí a porovnáním výsledků vyhodnotíme nejvhodnější dvojici materiálů.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 9 |
1. Tribologie
"Tribologie je vědní obor, jež se zabývá chováním dotýkajících se povrchů ve vzájemném pohybu a nebo při pokusu o vzájemný pohyb. Tento pohyb může být obecně kluzný, valivý, nárazový nebo kmitavý. Ve skutečnosti se často uplatňují dva i více druhů pohybu současně. Tribologický proces charakterizují materiální interakce třecích těles, mezilátky a okolí, které probíhají v prostoru a čase. Obecné vazby mezi jednotlivými částmi tribologickými procesy jsou znázorněny na Obr.1.1.
Obr. 1.1. Vzájemné vazby v tribologickém systému (8)
Tribologický systém se skládá z povrchů dvou součástí, které jsou navzájem v pohyblivém kontaktu, a z jejich okolí. Způsob, průběh a míra opotřebení jsou určovány materiálem a vlastnostmi komponent, ale také dalšími pomocnými materiály mezi součástmi (olej, tuk, voda, částice, nečistoty), vlivy prostředí (teplota, relativní vlhkost vzduchu, tlak), podmínkami používání apod.
Obr.1.2 Tribologický systém (11)
1) Základní těleso 2) Protikus 3) Vlivy prostředí 4) Materiály mezi součástmi
5) Zatěžování 6) Pohyb
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 10 |
Při tribologických procesech se řeší především otázky:
- jaké jsou mechanizmy přeměny užitečných veličin v systému, jaké jsou
fyzikální procesy přeměny energie,
- jaké jsou procesy vedoucí všeobecně ke ztrátám v systému,
- jaké jsou možnosti pozitivního působení na systém s ohledem na minimalizaci ztrát.
1.1 Kontaktní procesy
Kontakt mezi jednotlivými členy tribologického systému je základním znakem chování tribologického systému. Při kontaktních procesech je třeba uvažovat se základními tvarově-rozměrovými a materiálovými vlastnostmi dotýkajících se částí, jejich vzájemnou vazbou a reakcích mezi nimi. Tyto iterakce mohou být materiálové, fyzikální, chemické, atd.. Vzhledem k velkému počtu kontaktních situací je třeba zvažovat řadu vliv :
- počet těles zúčastňujících se na kontaktním procesu,
- makrogeometrii a mikrogeometrii kontaktních těles,
- fyzikální, chemické a mechanické vlastnosti těles tvořících tribologický
systém,
- charakteristický druh deformace mezi jednotlivými tělesy,
- typ a rychlost vzájemného relativního pohybu.
Při řešení tribologických problémů v praxi má velký význam plocha styku, jež zprostředkuje přenos pohybu. Nerozhoduje však geometrická plocha, ale skutečná plocha styku, jež je menší a jen výjimečně se rovná geometrické ploše. V ideálním případě dvou dokonale hladkých pružných těles se uplatňují klasické Hertzovy vztahy a při zatížení normálnou silou FN dochází k elastické deformaci:
1. Pro vnik koule s poloměrem r do roviny platí pro max. Hertzův tlak
𝑝 = 1,5 𝐹𝑁 �1 − ( 1 )2 [MPa] (1.1)
𝐻
𝑚𝑎𝑥
𝜋𝑎 2
𝑎𝐻
kde aH je poloměr vzniklého kruhového vtisku a vypočte se z
𝑁
3𝑟 1 1
𝑎𝐻 = (
2𝐸´
)3 𝐹3 [mm] (1.2)
E´ je tzv. redukovaný modul pružnosti
1 1−𝑣2 1−𝑣2
𝐸´ = ( 1 − 2 ) [MPa] (1.3)
2 𝐸1 𝐸2
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 11 |
kde E1, E2 resp.ν1, ν2 jsou Youngovy moduly pružnosti resp. Poissonovy
konstanty jednotlivých materiálů a pro plochu kruhového vtisku SH platí
2 3𝑟 2 2
𝑆𝐻 = 𝜋𝑎𝐻
= 𝜋(
2𝐸´
)3 𝐹𝑁 3 [mm2] (1.4)
2. Pro styk dvou koulí s poloměry r1 a r2 platí stejné závislosti, přičemž
ekvivalentní poloměr zakřivení r je dán vztahem
1 = 1 + 1
(1.5)
𝑟 𝑟1 𝑟2
3. Pro styk válce a roviny nebo válce a válce platí podobné vztahy jako v (1.1)
2
𝑁
a (1.5). Ve všech případech Xxxxxxxxxx tlaků je plocha styku úměrná 𝐹3. Jelikož reálná tělesa jsou drsná, je jejich styk omezen pouze na výčnělky. V důsledku toho je reálná plocha styku velmi malá a místní tlaky na vrcholcích povrchových nerovností dostatečně velké, aby působily jejich elastické až plastické deformace i při malých zatížení. Pro stanovení skutečné plochy styku je významný Xxxxxxxxx vztah
𝑁
𝑐
𝐹
𝑆𝑟 = 𝑘( 𝐸 )
[MPa] (1.6)
kde k, c jsou konstanty. 0,98≥c≥0,87.
Při dalších zkoumáních Xxxxxxxxxx závislostí se došlo k poznání, že:
- celkový počet mikrokontaktů je téměř úměrný zatížení FN,
- průměrná velikost mikrokontaků je téměř nezávislá na FN,
- skutečná plocha styku je úměrná počtu mikrokontaktů.
Pro plastickou deformaci výčnělků byl odvozen vztah
pm= 1,1 σe [MPa] (1.7)
kde pm je střední kontaktní tlak a σe je mez pružnosti v měkčím třecím prvku.
Aby plastická deformace nastala na celé stykové ploše, musí platit
pm≥3σe [MPa] (1.8)
Se stoupající plastickou deformací se zvětšuje plocha styku, která může dosáhnout velikosti geometrické plochy styku.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 12 |
1.2 Procesy tření
Tření je proces, který se váže na vzájemný relativní pohyb dvou dotýkajících se prvků tribologického systému. V závislosti na hloubce zkoumání třecích procesů rozeznáváme výzkum na úrovni makromodelu a mikromodelu.
Při zkoumání na úrovni mikromodelu se nahlíží na tření jako na elementární proces. Při makro sledování makromodelu zohledňujeme celý funkční projev sledovaného modelu. Makroskopický přístup lze také charakterizovat tím, že získáváme údaje z vnějších měřitelných veličin tribologického systému. Mezi tyto veličiny především patří měření velikosti třecí síly při tangenciálním pohybu, třecího momentu při rotačním průběhu pohybu, popř. třecí práce. Jedna z nejznámějších obecných definic tření říká, že: tření je odpor proti relativnímu pohybu mezi dvěma k sobě přitlačovanými tělesy v oblasti dotyku jejich povrchů v tangenciálním směru. Tato definice platí pro vnější tření a nepostihuje celkem přesně vnitřní tření. Z tohoto důvodu se tření dá definovat jako: ztráta mechanické energie v průběhu, na začátku nebo při ukončení relativního pohybu navzájem se dotýkajících materiálových oblastí. Pokud vycházíme ze základního tribologického systému, můžou nastat ty 4 základní stavy tření:
1. Tření tuhých těles (suché tření), nastává tehdy, kdy se určující materiálová oblast nachází v tuhém stavu, tento třecí stav se dále dělí na čisté tření tuhých těles (deformační tření) a na tření v adhezních vrstvách, stav čistého tření tuhých těles nastává především ve vakuu.
2. Tření kapalinové, charakterizuje ho stav, při kterém má vrstva materiálu , v které probíhá tření, vlastnosti kapaliny.
3. Tření plynné, je obdobou kapalinového tření s tím rozdílem, že charakteristická vrstva má vlastnosti plynu.
4. Tření plazmatické, je stav, kdy charakteristická vrstva, ve které probíhá třecí proces, má vlastnosti plazmy.
Jednotlivé třecí stavy se v praxi vyskytují samostatně ve velmi omezené míře. Ve skutečnosti nastává často kombinace jednotlivých druhů tření.
1.2.1 Suché tření
Podle dnešních představ má suché tření dva aspekty: deformační a adhezní. V prvém se více uplatňuje mechanika, v druhém chemie. Na obojí mají vliv vlastnosti povrchů: jejich velikost, tepelné vlastnosti, mechanické vlastnosti, chemické složení včetně přítomných nečistot, adsorbovaných, reakčních a nanesených tuhých vrstev a chemická reaktivita.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 13 |
1.2.2. Mezné tření
Jestliže mezi třecími povrchy již existuje tenká vrstvička adsorbovaných molekul plynu nebo kapaliny nebo látky vytvořené chemickou reakcí povrchů, mluvíme o mezném tření nebo o mezném mazání. K meznému tření může dojít i u záměrně mazaných povrchů, není-li přívod maziva dostatečný nebo vrstva maziva není dostatečně únosná. Za těchto podmínek se třecí plochy přiblíží natolik k sobě, že jejich bezprostřednímu styku brání již jen mezná vrstva maziva, tj. film polárních molekul maziva s velkou přilnavostí k povrchu. V technické praxi vzniká mezné tření v případech, kdy při malých stykových plochách jsou třecí povrchy zatěžovány velkými tlaky, při malých smykových rychlostech a mezi drsnými povrchy.
Mezné tření je spojeno jednak s fyzikální nebo chemickou adsorpcí plynů a kapalin na povrchu třecích dvojic, jednak s chemickými přeměnami třecích povrchů. Pro únosnost mazacího filmu vytvořeného adsorpcí je rozhodující rychlost a pevnost adsorpce molekul na povrchu, jejich koncentrace, orientace vzhledem k povrchu a vliv teploty a tlaku. Fyzikální adsorpce probíhá prakticky na celém povrchu třecího materiálu. Rovnováha se ustaluje rychle a vratně. Adsorpční teplo a aktivační energie jsou malé. Adsorpce s tlakem roste a se vzrůstající teplotou klesá. Vliv složení materiálu je poměrně malý. Značný význam má však kvalita povrchu.
Chemická adsorpce probíhá na aktivních centrech (hlavně nerovnostech) povrchu. Rovnováha se ustaluje pomalu. Adsorpční teplo se blíží reakčnímu teplu chemických reakcí. Aktivační energie je značná. Adsorpce s tlakem roste až do obsazení aktivních center, potom se ustaluje. S teplotou roste do maxima, pak klesá. Úplná desorpce probíhá obtížně. Vliv složení povrchu je velký, podobně i kvalita povrchu. Chemické adsorpci předchází fyzikální adsorpce. Tvorba mazacího filmu adsorpcí závisí nejen na povaze adsorbované látky, ale i na povrchu třecích materiálů.
1.2.3. Kapalinové tření
Mezné filmy zmenšují sice podstatně třecí sílu při relativním pohybu dvou těles a zabraňují tvorbě studených svarů, avšak nedokáží zcela oddělit třecí povrchy od sebe a eliminovat tak vliv drsnosti povrchů.
Dokonalého oddělení třecích povrch se dociluje až při kapalinovém tření, kdy se vytváří mezi třecími povrchy souvislá vrstva maziva, která zcela vyrovnává drsnost povrchů a svým vlastním tlakem ruší účinek kolmého zatížení na povrchy těles. Třecí síla je tedy v podmínkách kapalinového tření závislá pouze na velikosti vnitřního tření v mazací vrstvě a lze ji vyjádřit vztahem.
𝐹𝑡
= 𝜂 𝑆𝑣
ℎ
[N] (1.9)
kde η je je dynamická viskozita,
S je styčná plocha třecích povrchů,
v je lineární rychlost pohybu třecích povrchů,
h je tloušťka vrstvy maziva.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 14 |
Pro součinitel kapalinového tření tedy platí vztah
𝜇 = 𝜂𝑣
ℎ𝑝
[-] (1.10)
kde p je střední měrný tlak FN/SN, SN je průmět kluzné plochy.
Má-li být mazací vrstva schopna přenášet zatížení, kterým jsou k sobě tělesa přitlačována, musí v ní být vytvořen odpovídající protitlak. Tohoto protitlaku se může dosáhnout dvěma způsoby - hydrodynamicky a hydrostaticky. Schematické znázornění vytvoření hydrostatického tlaku v kapalině resp. hydrodynamického tlaku je vidět na Obr. 1.3 resp. Obr. 1.4
Obr. 1.3 mazání hydrostatické (8) Obr. 1.4 mazání hydrodynamické (8)
1.2.4. Smíšené tření
Nejsou-li třecí plochy dokonale odděleny vrstvou maziva a dochází i k bezprostřednímu styku jejich nerovností, existuje mezi nimi tření smíšené, tj. jak tření kapalinové, tak i mezné. K tomuto druhu tření dochází, jestliže tloušťka maziva mezi povrchy je menší než tloušťka potřebná pro zajištění kapalinového tření, ale je větší než tloušťka tenkého filmu, který zajišťuje mazání mezné.
K přechodu mazání kapalinového na mazání smíšené může dojít při určité kombinaci parametrů (především velké zatížení a malá smykové rychlost třecích ploch), přičemž významnou roli hraje mikrogeometrie funkčních ploch, zejména tehdy, je-li mazivem kapalina s malou viskozitou. Teplota maziva ovlivňuje proces porušení mazacího filmu hlavně při větších zatíženích a rychlostech třecích ploch .
Smíšené tření představuje nejrozšířenější formu tření při výrobě výlisků karosářského typu a podíl jednotlivých složek (mezné tření a kapalinové tření) do značné míry ovlivňují konečnou kvalitu zhotovovaného výrobku. Na Obr. 1.5 jsou schematicky znázorněny nejčastější způsoby tření.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 15 |
Obr. 1.5 Schematické znázornění nečastějších způsobů tření (8)
Na Obr. 1.5 jsou zobrazeny stavy tření mezného (1), smíšeného (2) a kapalinného (3). Tyto schematické modely tření jsou zakresleny pro dva materiály s odlišnou drsností i tvrdostí povrchu. Spodní materiál (nástroj) má leštěný povrch a podléhá pouze elastické deformaci. Druhý člen soustavy má menší pevnost, větší drsnost povrchu a plasticky se deformuje.
Při mezném tření dochází k deformaci vrcholků nerovností (a), kovovému styku brání pouze mezní vrstva maziva. Přesto jsou ale místa, kde dochází k narušení mezní vrstvy (b), tvrdší materiál zde vniká do druhého a způsobuje porušení vrstvy materiálu. V oblasti smíšeného tření je značná část zatížení přenášena vrstvou mazadla a k meznému tření dochází pouze místy. Možnost kovových kontaktů tak klesá na minimum. Při kapalinném tření je mazací film natolik únosný, že ke kontaktu materiál již nedochází ani v místech nejvyšších nerovností.
Krom uvedených způsobů tření existují ještě další způsoby tření (jako je např . elastohydrodynamické tření, valivé tření atd)
1.3. Hodnocení geometrie povrchu
Tribologické procesy tření probíhají ve vrstvách, které vytvářejí povrch dotýkajících se těles. Povrch tělesa je vnější ohraničení od okolí a zároveň vymezuje namáhané povrchové a podpovrchové vrstvy od základního nenamáhaného materiálu. Povrch třecích těles, jako prvku tribologického systému, musí mít určité geometrické, fyzikální, chemické a další vlastnosti, které souhrnně vyjadřujeme jako kvalita povrchu. Reálné součásti a tělesa mají odchylky tvaru, polohy a drsnost, viz Obr. 1.6
Obr. 1.6 Schématické znázonrění geometrie povrchu (8)
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 16 |
1-ideálně rovný povrch, 2-odchylky tvaru a polohy, 3-vlnitost povrchu, 4-mikroskopické drsnosti, 5-submikroskopické nerovnosti
Jedním ze základních způsobů hodnocení kvality povrchu je měření drsnosti povrchu. Drsnost sledované plochy je pak většinou charakterizována pomocí normou daných veličin. Základní parametry drsnosti sloužící pro hodnocení povrchu jsou:
1. Profil povrchu.
Pohybem snímače drsnoměru se získá dvoudimenzionální profil jako obraz zkoumaného povrchu. Filtrací podle DIN EN ISO 11562 se z nefiltrovaného primárního profilu (Pprofil) získá profil drsnosti (R-profil) a profil vlnitosti (W-profil). Na těchto třech profilech jsou pak všechny veličiny definovány a podle profilu analogicky označeny P, R nebo W. Vztažnou čárou pro definici parametr je uvnitř základní délky lp, lr, lw střední čára. Pokud není stanoveno jinak je dovoleno měření pro zjištění parametrů drsnosti a vlnitosti přes ln = 5 lr resp. ln= 5 lw (lp). Dvoudimenzionální profil povrchu získaný drsnoměrem je vidět na Obr. 1.7
Obr. 1.7 Profil povrchu (8)
Na takto nasnímaném povrchu se vyhodnocují veličiny:
- Pt - hloubka profilu dle DIN EN ISO 4287 je nejmenší vzdálenost mezi dvěma rovnoběnými meznímy přímkami z nefiltrovaného profilu povrchu uvnitř měřené délky ln,
- Wt - hloubka vln dle DIN EN ISO 4287 je vzdálenost mezi nejvyšším a
nejhlubším
bodem vyrovnaného profilu vlnitosti (drsnost odfiltrována) uvnitř měřené
délky ln,
- Rt - nejvyšší hloubka drsnosti dle DIN EN ISO 4287 je svislá vzdálenost od nejvyšší špičky k nejhlubší rýze filtrovaného profilu drsnosti uvnitř měřené délky ln.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 17 |
2. Měřené délky - mezní vlnové délky.
Profil drsnosti se skládá z elementů oddělených podle vlnové délky profilovým filtrem lc (cut-off). Mezní vlnová délka charakterizuje způsob filtrace k oddělení vlnitosti a drsnosti.Celková délka lt je délka pohybu snímače během kterého se snímají úchylky tvaru povrchu. Ta je delší než měřená délka ln (vyhodnocovaná délka), ze které se pomocí filtru získá profil drsnosti. Až na určité výjimky jsou všechny parametry drsnosti definovány na základní délce lr. Zjišťovány jsou však pravidelně jako střední hodnota 5 základních délek lr. Základní délka lr odpovídá mezní vlnové délce lc. Schematické vyjádření měřených délek je na Obr. 1.8
Obr. 1.8 Schematické vyjádření měřených délek (8)
3. Maximální výška profilu Rz
Maximální výška profilu Rz dle DIN EN ISO 4287 je součet nejvyššího výstupku Rp a hloubky nejnižší rýhy Rv uvnit základní délky lr. Schematické vyjádření maximální výšky profilu Rz je vidět na Obr. 1.9
Obr.1.9 Schematické vyjádření maximální výšky profilu Rz. (8)
4. Průměrná aritmetická úchylka profilu drsnosti Ra
Průměrná aritmetická úchylka profilu drsnosti Ra dle DIN EN ISO 4287 je aritmetický průměr absolutních odchylek filtrovaného profilu drsnosti od střední čáry uvnitř základní délky lr a je definována vztahem
𝑅𝑎 = 1 ∫𝑙𝑟 |𝑍(𝑥)|𝑑𝑥
(1.11)
𝑙𝑟 0
Schem. vyjádření průměrné aritmetické úchylky drsnosti je vidět na Obr. 1.10
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 18 |
Obr..1.10 Schem. vyjádření průměrné aritmetické úchylky drsnosti Ra. (8)
5. Průměrná kvadratická úchylka profilu drsnosti Rq
Dle DIN EN ISO 4287 je průměrná kvadratická úchylka profilu drsnosti hodnota odchylek filtrovaného profilu drsnosti uvnitř základní délky lr a je dána vztahem. (8)"
𝑅𝑞 = � 1 ∫𝑙𝑟 𝑍2(𝑥)𝑑𝑥
(1.12)
𝑙𝑟 0
Schem. znázor. průměrné kvadr. úchylky profilu drsnosti Rq je vidět na Obr.
1.11
Obr.1.11 Schem. znázornění průměrné kvadratické úchylka drsnosti profilu Rq. (8)
2. Tribologické účinky
"Řešení problémů s opotřebením začíná přesným sledováním jednotlivých tribologických systémů se všemi působícími faktory. Z nich lze odvodit, které stavy tření a mechanismy opotřebení se vyskytují, kdy se objevují a kdy působí.
Typické mechanismy opotřebení jsou:
- adhezní opotřebení,
- únava povrchů,
- tribooxidace,
- koroze.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 19 |
Abrazivní opotřebení
Ubývání materiálu v důsledku tvrdých a hranatých částic, které se dostávají mezi díly, u nichž vzniká tření. Na vině mohou být také tvrdé a hranaté povrchy a vrcholy profilu drsnosti protilehlých těles.
Důsledkem jsou škrábance, rýhy, mikroskopické třísky, změny rozměrů, vyleštěná místa u strukturovaných povrchů nástrojů.
Obr. 2.1 Abrazivní opotřebení (11)
Adhezní opotřebení
Povrchy dílů, mezi nimiž vzniká tření, mohou v důsledku nepříznivých poměrů při promazávání a kontaktu nebo při chodu nasucho utvořit těsnou pevnou vazbu. Tato situace může nastat zvláště u povrchů s podobným složením materiálů nebo vysokým sklonem ke spojování.
Důsledkem jsou studené svary, opotřebení, rýhy, otvory, zadírání, nárůstky a lámání nástrojů.
Obr. 2.2 Adhezivní opotřebení (11)
Únava povrchů
Cyklické mechanické namáhání vede k vytváření a šíření trhlin zatěžovaných povrchů, které se tím ničí.
Následkem jsou příčné a hřebenové trhliny, prohlubně (pitting) a šedé skvrny (Micropitting) (především při nestacionárním namáhání) a dále praskání nástrojů.
Obr. 2.3 Únava povrchů (11)
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 20 |
Tribochemická reakce (tribooxidace)
Tribologický třecí kontakt způsobuje chemickou reakci. Produkty reakce ovlivňují tribologické procesy na povrchu, například mohou způsobit zadření párů součástí s úzkými tolerancemi.
Tribochemické opotřebení při třískovém obrábění vzniká v důsledku difúze. S rostoucí teplotou tribochemické opotřebení všeobecně narůstá. Častou formou příčiny tribochemického opotřebení je oxidace.
Důsledkem tribooxidace je například rezivění lícujících částí.
Obr. 2.4 Tribooxidace (11)
Koroze
Koroze vzniká chemickou nebo elektrochemickou reakcí kovu s
protějškem v prostředí, například elektrolytický roztok, vlhké plyny nebo tavenina. Korozi může podporovat také mechanické zatěžování.
Následkem je ubývání materiálu, bodová koroze způsobující
otvory, trhliny a rez.
V praxi působí více těchto mechanismů současně nebo se objevují postupně během procesu opotřebení. Při selhání způsobeném opotřebením však jeden z nich většinou hraje dominantní roli.
Zkušenosti ukazují, že každý tribologický systém lze optimalizovat volbou správného povlakování. " (11)
3. Tribologické zkoušky
"V oblasti tření, opotřebení a mazání je k dispozici řada zkušebních metod. Je pochopitelné, že se nejvhodnější postup při výzkumu tribosoučástí volí podle důležitosti a složitosti daných reálných tribosystémů čím přesněji známe spektrum zatížení, tribostrukturu a velikost ztrát, tím cílevědoměji lze zvolit zkušební metodu.
Získat dokonalé informace o reálném tribosystému je vždy velmi obtížné. Na druhé straně existují problémy i s přenosem výsledků zkoušek, které byly získány na jednoduchých zkušebních vzorcích, na výrobek. Proto je mnohdy nutné dělat nejen zkoušky v laboratoři, ale i zkoušky na modelovém zkušebním zařízení a v závažných případech i přímo v provozu.
Obecně lze konstatovat, že čím je tribologický systém složitější, tím nákladnější je jeho zkoušení. Vysokou korelaci výsledků laboratorních měření a reálného tribosystémem lze očekávat v tom případě, jestliže simulační zkoušky odpovídají provozním poměrům.
Příkladem zkušební metody je např. zkouška „ring on disc", kde
principem je rotační vratný pohyb, při němž je prstenec přitlačován osovou
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 21 |
silou na plochý disk a současně je rotován. Vyhodnocuje se celkový objemový
úbytek materiálu na disku. Parametr objemového úbytku je považován za
měřítko odolnosti proti otěru pro testovanou kombinaci materiálů.
Další používanou metodou je zkouška „pin on disc". Při analýze
„Pin on Disc" je na povrch vzorku ve tvaru disku přiloženo „PIN" tělísko ve formě válečku nebo nerotující kuličky (Obr.3.1) V určité zvolené vzdálenosti od středu vzorku je „PIN" zatížen předem definovanou silou. Disk se začne otáčet zvolenými otáčkami a vykoná předem stanovený počet kol. „PIN" tělísko tak vytvoří na povrchu vzorku dráhu (stopu), jež je analyzována (tvar. hloubka, okolí apod.).Výsledky testu, rozsahu opotřebení jsou závislé především na těchto parametrech:
- zatěžující síla,
- velikost styčné plochy - geometrie „pin" tělíska,
- relativní rychlost pohybu mezi kuličkou a vzorkem,
- počet cyklů,
- teplota povrchu vzorku,
- použití definovaného prostředí - mazací látky,
- stav a kvalita povrchu vzorku,
- mechanické a fyzikální vlastnosti materiálu vzorku i kuličky." (9, 8)
Obr. 3.1 Analýza „pin on disc" (9)
4. Návrh způsobu úpravy povrchů dílců odstředivých čerpadel
4.1 Materiálové varianty
V návaznosti na aplikované a potenciální skupiny materiálů dle API Standard 610 byly stanoveny k experimentálnímu ověření materiálové varianty. V příloze 1 je přehledně vypsán materiál a jeho povrchové chemicko- tepelné zpracování, případně tvrdost povrchu trubičky i kroužku pro všechny zkoušené materiálové dvojice. Jedná se o stávající, případně perspektivní materiály kroužků včetně různých technologií povrchových úprav.
V příloze 2 jsou obrázky funkčních ploch vzorků všech
testovaných materiálových dvojic.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 22 |
"Varianta 1 - jedná se o ověření tribologického chování třecí dvojice, kde xxxxxxx i trubka - viz Obr. 4.1 a Obr. 4.2 jsou vyrobeny z austenitické oceli typu CrNiMo/17-12-2 ozn.1.4571. Povrch kroužku je zpevněn kuličkováním a tudíž vykazuje rozdíl tvrdosti oproti trubce min. 80 HB.
Obr. 4.1 Kroužek Obr. 4.2 Trubka
Varianta 2 - jedná se o ověření tribologického chování třecí dvojice, kde kroužek i trubka jsou vyrobeny z austenitické oceli typu CrNiMo/17-12-2 ozn. 1.4571. Kroužek je opatřen plazmatickým nástřikem Cr2O3 , tzv. keramikou. Tato varianta nám byla doporučena společností Plasmametal spol.s r.o.Brno.
Varianta 3 - jedná se o ověření tribologického chování třecí dvojice, kde kroužek i trubka jsou vyrobeny z chromové oceli typu Cr 13 ozn. 1.4021. Kroužek je zakalen na hodnoty 50-51 HRC, trubka tepelně nezpracována - tvrdost 210-250HB (přibližně 20-24HRC).
Varianta 4 - jedná se o ověření tribologického chování třecí dvojice, kde kroužek i trubka jsou vyrobeny z austenitické oceli typu CrNiMo/17-12-2 ozn. 1.4571. Povrch kroužku je opatřen návarem elektrodou typu NiCrMo/62-21-9 ozn. NIBAS 625, kde návar je zpevněn kuličkováním na hodnoty 251-265HB a tudíž vykazuje rozdíl tvrdosti oproti trubce min.71 HB.
Varianta 5 - jedná se o ověření tribologického chování třecí dvojice,kde kroužek i trubka jsou vyrobeny z austenitické oceli typu CrNiMo/17-12-2 ozn. 1.4571. Povrch kroužku je opatřen povrchovou vrstvou ARCOR - technologie carbo-nitro-oxidace, která se provádí v tavenině soli alkalických kovů při teplotě 570 o ± 5 oC s následnou oxidací. Účelem je zušlechtění a to především vytvrzení povrchu, získání vysoké houževnatosti materiálu, kluznosti, antifrikčnosti , odolnosti proti zadírání, únavě, odolnosti vůči korozi. Povrch kroužku vykazuje tvrdost 768-797 HV1 (cca 62-63HRC), tloušťka vrstvy= 0,15mm.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 23 |
Varianta 6 - jedná se o ověření tribologického chování třecí dvojice,kde kroužek i trubka jsou vyrobeny z austenitické oceli typu CrNiMo/17-12-2 ozn. 1.4571. Povrch kroužku i trubky je opatřen povrchovou vrstvou ARCOR, povrchy vykazují tvrdost 768-797 HV1 (cca 62-63HRC), tloušťka vrstvy= 0,15mm.
Varianta 7 - jedná se o ověření tribologického chování třecí dvojice, kde kroužek i trubka jsou vyrobeny ze slitiny Hastelloy C4 typu NiCrMo/68-16-16 ozn. 2.4610. Povrch kroužku je opatřen povrchovou vrstvou ARCOR, povrch vykazuje tvrdost 449-465 HV1 (cca 45-47HRC), tloušťka vrstvy= 0,24mm,ttrubka vykazuje hodnoty základního materiálu 387-437 HV1 (cca 37- 44HRC)
Varianta 8 - jedná se o ověření tribologického chování třecí dvojice,kde kroužek i trubka jsou vyrobeny ze slitiny Alloy 20 typu NiCrCuMo/35-19-3-2 ozn. 2.4660. Povrch kroužku je opatřen povrchovou vrstvou ARCOR, povrch vykazuje tvrdost 486-499 HV1 (cca 48-49HRC), tloušťka sloučeninové vrstvy= 9-10 µm, trubka vykazuje hodnoty základního materiálu 256-282 HV1 (cca 23- 27HRC)
Varianta 9 - jedná se o ověření tribologického chování třecí dvojice,kde kroužek i trubka jsou vyrobeny z austeniticko-feritické oceli ( DUPLEX ) typu CrNiMo/22-5-3 ozn. 1.4262.Povrch kroužku je opatřen povrchovou vrstvou ARCOR, povrch vykazuje tvrdost 814-864 HV1 (cca 64-66 HRC), tloušťka sloučeninové vrstvy=15-17µm, trubka vykazuje hodnoty základního materiálu 329-346 HV1 (cca 33-35HRC)
Varianta 10 - jedná se o ověření tribologického chování třecí dvojice, kde xxxxxxx je vyroben z chromové oceli typu CrMo/19-3 ozn.3346 (HM) a zušlechtěný na tvrdost 345-356 HB. Trubka je vyrobena z chromové oceli typu CrMo/17-2 ozn. 3347(E) a zušlechtěna na tvrdost 266 HB.Tuto variantu jsme stanovili jako etalon pro porovnání s ostatními variantami zkoušených třecích dvojic z důvodů dlouholeté aplikace této dvojice.
Varianta 11 - jedná se o ověření tribologického chování třecí dvojice,kde xxxxxxx je vyroben z chromové oceli typu CrMo/19-3 ozn.3346 (HM) a zušlechtěný na tvrdost 345-356 HB. Trubka je vyrobena z austenitické oceli typu CrNiMo/17-12-2 ozn. 1.4571, vykazuje rozdíl tvrdosti oproti kroužku min.150 HB.
Varianta 12 - jedná se o ověření tribologického chování třecí dvojice,kde xxxxxxx je vyroben z chromové oceli typu CrMo/19-3 ozn.3346(HM ) a zušlechtěný na tvrdost 345-356 HB. Třecí ploca trubky je opatřena návarem elektrodou typu NiCrMo/62-21-9 ozn. NIBAS 625,kde návar je zpevněn kuličkováním na hodnoty 251-265HB a tudíž vykazuje rozdíl tvrdosti oproti kroužku min.94 HB. " (2)
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 24 |
4.2 Příprava a výroba vzorků
Příprava vzorků spočívala ve vyrobení vzorku kroužku a trubky viz Obr 4.3, vzorky byly vyráběny strojním opracováním, navařováním, vyhodnocovány měřením tvrdosti na pracovištích SIGMA Group a.s. - DPČ dle požadavků a výkresu experimentálního pracoviště. Povrchová úprava ARCOR včetně měření tvrdosti byla prováděna na pracovišti společnosti Katring Plus
s.r.o. Ždírec Nad Doubravou. Vzhledem k vyhodnocování naměřených veličin bylo pro každou variantu vyrobeno 5 ks vzorků kroužku - označené symbolem A a trubky - označené symbolem B. U varianty 4,5,11 byla styčná plocha trubky přebroušena z důvodu úspory výroby trubky ze stejné jakosti.
Obr. 4.3 Rozměry vzorků kroužku a trubky
5. Rozbor nejčastějších úprav povrchu
5.1 Žárové nástřiky
"Žárové stříkání je perspektivní technologie vytvářející funkčně efektivní povlaky používané v mnoha odvětvích průmyslu. Používáním této flexibilní, vysoce kvalitní a ekonomické technologie je možné optimálně přizpůsobit povrchové vlastnosti součásti podmínkám, ve kterých daná součást pracuje. To vede k prodloužení životnosti, zvýšení spolehlivosti a bezpečnosti součásti i k lepší ekonomice daného provozního nebo výrobního procesu. Velmi významným kritériem při zavádění této progresivní technologie je výrazný dopad na životní prostředí, kdy v některých případech se zcela zamezí úniku nebezpečných látek do ovzduší, vod a půdy.
Technologie žárového stříkání vytváří povlaky o tloušťce větší než 50µm. Žárovým stříkáním lze nanášet velmi široký rozsah přídavných materiálů od čistých kovů, přes slitiny kovů, kovokeramiky až po keramické materiály pro různé aplikace. V podstatě se dá říct, že lze nanášet jakýkoliv materiál, u kterého nedochází k jeho rozkladu pod bodem tání. Povlaky lze nanášet na všechny běžné konstrukční materiály (železné, neželezné).
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 25 |
Tradiční aplikace žárově stříkaných povlaků se v minulosti zaměřovaly především na ochranu povrchů, ale v současné době se nabídka aplikací používající povlaky jako funkční povrchy značně rozšířila a nabízí materiálovým inženýrům a technologům novou progresivní alternativu mezi používáním tenkých vrstev a objemových materiálů.
Ve vyspělých a ekonomicky silných zemích světa se v posledních 15 až 20 letech rozvíjela tato technologie nesmírně dynamicky a to jak v oblasti zavádění nových metod a zdokonalování stávajících technologických zařízení, tak v oblasti vývoje a výroby přídavných materiálů.
Úzká spolupráce výrobců zařízení s malými specializovanými firmami, které se zabývají aplikací technologie žárového stříkání a výzkumnými pracovišti při zavádění nových aplikací zkracuje čas potřebný k vývoji a provoznímu ověřování a zajišťuje kvalitní výsledky technického řešení daného problému. Rychlé zavedení aplikace do technologického postupu a do výroby nebo oprav výrazně snižuje vynaložené finanční prostředky na tuto etapu řešení.
5.1.1 Princip technologie
Povlaky vytvořené technologií žárového stříkání lze nanášet na všechny běžné konstrukční materiály (železné i neželezné kovy). Při nanášení materiálů technologií žárového stříkání není tedy podstatné chemické složení základního materiálu dílce a ani jeho stav. Povlaky nelze nanášet pouze na nitridované vrstvy a na již provedené povrchové úpravy, např. chromováním.
Během procesu nanášení povlaků technologií žárového stříkání nedochází k ohřátí základního materiálu nad teploty vyšší než 100 °C, ve výjimečných případech do 150 °C. To znamená, že v průběhu nanášení materiálu povlaku nedochází ani k deformaci povlakovaného dílce a ani k degradaci struktury v důsledku tepelného ovlivnění základního materiálu.
Obecně lze proces vytváření povlaků technologii žárového stříkání charakterizovat jako natavování přídavného materiálu (který může být ve formě prášku, drátu nebo tyčinky), jehož částice jsou urychlovány a nanášeny na předem připravený povrch základního materiálu (odmaštění, suché tryskání).
Po dopadu na základní materiál dochází k částečné nebo úplné deformaci individuálně dopadajících částic, které se postupně velmi rychle ochlazují se a vytvářejí lamelami strukturu.
5.1.2 Vlastnosti povlaků
Mezi základní vlastnosti povlaků můžeme zařadit následující parametry:
- přilnavost povlaku k základnímu materiálu (adheze),
- soudržnost povlaku (koheze),
- pórovitost povlaku,
- tvrdost, mikrotvrdost,
- lomová houževnatost,
- teplotní a tepelná roztažnost,
- elektrické vlastnosti.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 26 |
Pro zjišťování těchto základních vlastností povlaků existuje celá řada metodik zkoušení. Některé jsou uvedeny v normách, některé zkušební metodiky byly vypracovány vědeckými a výzkumnými pracovišti a prezentovány na různých konferencích a v odborných časopisech. Vzhledem k různým postupům při vyhodnocování výše uvedených vlastností, nelze ve většině případů porovnávat naměřené hodnoty získané různými metodikami, ale výsledky získané pouze jednou metodikou. Pro získání porovnatelných výsledků je rovněž velmi důležité zajištění maximální reprodukovatelnosti přípravy vzorků.
Povlaky zajišťují v provozních podmínkách následující vlastnosti:
- odolnost proti mechanickému opotřebení (abraze, eroze, kavitace) v různých pracovních prostředích,
- vynikající tribologické vlastnosti (samomazné, kluzné, těsnící povlaky),
- odolnost proti oxidaci, korozi a proti působení agresivního chemického prostředí,
- odolnost proti extrémně vysokým teplotám,
- elektroizolační a elektrovodivé povlaky,
- biokompatibilní, zdravotně nezávadné povlaky,
- povlaky se speciálními fyzikálními vlastnostmi (supravodivost, optika, odolnost proti záření, iontově reagující povlaky),
- dekorativní povlaky.
Ověřování výše uvedených vlastností je možné provádět na zkušebních strojích, resp. přímo v provozních podmínkách nebo na experimentálních zařízeních, které pouze napodobují provozní podmínky, ve kterých povlak pracuje. U těchto experimentálních zařízení je někdy velice obtížné napodobit konkrétní pracovní podmínky a výsledky mohou být zkreslené.
5.1.3. Metody technologie žárového stříkání
Obecně lze technologu žárového stříkání rozdělit podle používaných metod následovně:
1. Žárové stříkání plamenem, používaný materiál ve formě prášku, drátu nebo tyčinky,
2. Žárové stříkání elektrickým obloukem, používaný materiál ve formě drátu (plný, trubičkový drát),
3. Žárové stříkání plazmou, používaný přídavný materiál ve formě prášku (kov, kovokeramika, keramika),
4. Žárové stříkání vysokorychlostním kontinuálním nanášením, používaný přídavný materiál ve formě prášku (především kov, kovokeramika, výjimečně keramika).
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 27 |
Žárové stříkání plamenem
"ekonomická alternativa pro méně náročné aplikace"
Jedná se o nejstarší metodu technologie žárového stříkání. Tato metoda používá kyslík společně s palivem (acetylen, propylen,propan). Nanášený materiál ve formě prášku, drátu nebo tyčinky je axiálně přiváděn do plamene, vzniklého hořením této směsi, kde dojde k jeho natavení a urychlení (v některých případech pomocí stlačeného vzduchu) směrem k povrchu povlakované součásti. Obecně tento proces vytváří povlaky o nižší kvalitě, které nejsou využívány pro aplikace, u kterých je potřeba povlak s vysokou hustotou a přilnavostí. Hlavním důvodem těchto nedostatků je nízká dopadová rychlost částic a nízká teplota plamene. Na druhou stranu nízké pořizovací i provozní náklady upřednostňují tuto metodu pro méně náročné aplikace.
Obr. 5.1 Žárové stříkání plamenem (6)
Žárové stříkání elektrickým obloukem
"špičková technologie pro opravárenství"
Tato metoda používá přídavný materiál ve formě dvou drátů, mezi jejichž konci hoří elektrický oblouk. Takto vzniklá tavenina je rozprašována stlačeným plynem, obvykle vzduchem. Tím se vytvoří proud roztavených částic nanášeného materiálu dopadajících na povrch povlakované součásti. Jednoduchost, nízké provozní náklady, mobilita (pro provoz je potřeba pouze stlačený vzduch a elektrická energie), vysoký výkon (až 80 kg materiálu za hodinu) a široké spektrum materiálů dostupných ve formě drátu jsou hlavní přednosti této metody technologie žárového stříkání.
Na rozdíl od ostatních metod je teplotní ovlivnění povrchu povlakované součásti způsobené pouze přestupem tepla rychle se ochlazujících roztavenými částic kovu po dopadu a deformaci na povrchu součásti.
Obr. 5.2 Žárové stříkání elektrickým obloukem (6)
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 28 |
Žárové stříkání plazmou
"nejuniverzálnější metoda vytváření žárově stříkaných povlaků"
Základním principem žárového stříkání plazmou je elektrický oblouk mezi vodou chlazenou měděnou katodou s wolframovou vložkou a válcovou anodou tvořící zároveň trysku plazmového hořáku. Elektrický oblouk hoří ve směsi plazmovém plynu (obvykle argon nebo jiný inertní plyn s několika procenty plynu, např. H2, zvyšujícího entalpii plazmatu). Plazmový plyn je napouštěn axiálně do hořáku a na jehož druhém konci vystupuje plazma s vysokou teplotou (až 20 000 K) a entalpii, do kterého se pomocí nosného plynu přivádí nanášený materiál ve formě prášku. Nejběžněji používané plazmatrony mají výkon 40-80 kW. Touto metodou je možné díky vysoké teplotě plazmatu nanášet všechny druhy materiálů od čistých kovů, slitin kovů až po těžce tavitelné materiály (např. keramiky) a je proto ze všech základních metod nejuniverzálnější. Vysoká teplota plazmatu může být v některých případech nevýhodou, protože může způsobit například oxidaci, změnu fázového složení nebo vyhořívání některých prvků nanášeného materiálu v průběhu povlakování. Vlastnosti takto vytvořeného povlaku se poté mohou výrazně lišit od předpokládaných. Zde je třeba provádět optimalizaci procesu pro dosažení požadovaných vlastností povlaků.
Obr. 5.3 Žárové stříkání plazmou (6)
Vysokorychlostní povlakování HVOF (High Velocity Oxy-Fuel)
"nová špičková technologie nanášení vysoce kvalitních povlaků"
Tato metoda je založena na speciální konstrukcí hořáku, kde
dochází k hoření směsi kyslík - palivo (kerosin,propylen, propan, acetylen,
vodík) a spaliny jsou dále urychleny v trysce na supersonické hodnoty (dvoj až trojnásobek rychlosti zvuku). Materiál ve formě prášku je za pomoci nosného plynu přiváděn do supersonického plamene, kde dojde k jeho natavení a výraznému urychlení (až 1000 m/s) směrem k povrchu povlakované součásti. Vysoká rychlost částic prášku při dopadu způsobí dokonalé rozprostření a zakotvení částic k substrátu, z čehož se odvíjí vysoká hustota a přilnavost takto nanášených povlaků. Například povlaky na bázi karbidu wolframu v kobaltové matrici (WC/Co) mají stejnou tvrdost a otěruvzdornost jako stejný materiál připravený konvenčními metodami (prášková metalurgie). Relativně nízká teplota plamene omezuje tuto metodu pro nanášení keramických povlaků, kdy nedojde k dostatečnému natavení částic prášku během letu a tím
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 29 |
pádem ani k rozprostření po dopadu na základní materiál. Nízká teplota na druhou stranu zabraňuje oxidaci, fázovým přeměnám a vyhořívání některých prvků nanášeného materiálu v průběhu povlakování. Unikátní vlastností této technologie je, že při vhodné volbě depozičních parametrů, vytváří povlaky s tlakovým napětím v celém průřezu, což umožňuje vytvářet povlaky větších tlouštěk (až několik mm), což je to výhodné z hlediska mechanických vlastností povlakovaných součástí (únava).
Obr. 5.4 Vysokorychlostní povlakování (6)
5.1.4. Aplikace technologie žárového stříkání
Pro praktickou možnost výběru vhodné metody/metod technologie žárového stříkání a materiálu povlaku je nutné mít k dispozici tyto následující informace a podklady:
a) Výkresovou dokumentaci dílce
- základní materiál dílce,
- tepelné zpracování,
- velikost plochy určené k povlakování/opravě,
- jmenovitý rozměr,
- kvalita povrchu - drsnost (Ra, Rz).
b) Pracovní parametry dílce:
- materiál protikusu - třecí dvojice,
- velikost otáček, obvodová rychlost,
- pracovní médium,
- pracovní teplota,
- způsob namáhání (statické/dynamické, dlouhodobé - creep).
c) Provedení kontrolního pevnostního výpočtu - povlak vytvořený na dílci není
nosný, nosný je jenom zbývající průřez.
d) Rozsah a hloubka opotřebení - velikost poškození povrchu dílce (pouze u renovací).
Na základě těchto informací je možné stanovit:
a) Metodu/metody technologie žárového stříkání (u oprav je možná v případě většího poškození i kombinace metod technologie).
b) Typ přídavného materiálu (chemické složení, zrnitost).
c) Konstrukční úpravu povrchu dílce, tj. opracování povrchu pod povlak.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 30 |
d) Technologický postup operace provedení povlaku technologií žárového
stříkání.
e) Konečné opracování povlaku dle dodané výkresové dokumentace.
f) Kontrolní činnosti v průběhu operace v souladu s technologickým postupem.
5.1.5. Materiály pro žárové stříkání
Rozmanitost materiálů používaných pro žárové stříkání umožňuje zvolit pro každou aplikaci optimální kombinaci materiálu substrátu a povlaku jak z hlediska funkčního tak i z hlediska ekonomického.
Příklady nejčastěji používaných materiálů:
Čisté kovy (AI, Cu, Mo, Ti, Ni, Fe,...) se používají pro modifikaci vlastností povrchu povlakovaných dílů nebo pro renovaci poškozených či opotřebených součástí. Vlastnosti povlaků odpovídají vlastnostem materiálu prášku nebo drátu.
Slitiny kovů (na bázi Fe, Ni, Co, Xx, AI, Sn,...) AI slitiny se používají pro renovace součástí vyrobených z neželezných kovů (AI, Mg). Co slitiny mají výbornou odolnost proti opotřebení a korozi i za vysokých teplot, jsou vhodné pro náročné aplikace. Slitiny na bázi Ni se používají pro povlaky odolné proti oxidaci a korozi za vysokých teplot stejně jako pro povlaky odolné proti opotřebení. Dále je velice rozšířené používání Ni slitin (NiAl, NiCr, NiCrAIY) jako vazné mezivrstvy zvyšující adhezi především keramických povlaků. Oceli, zejména nerezové, jsou často používány pro renovace, pro doplnění chybějícího materiálu a jako ochrana proti atmosférické korozi a proti opotřebení. Cu slitiny jsou používány jako kluzné povlaky.
Kovokeramické materiály (na bázi WC, Cr3C2, TiC v matrici CO, Ni, NiCr) jsou téměř ideální kombinací využívající vysoké tvrdosti karbidů, jejichž křehkost je kompenzována tvárnou kovovou matricí. Jsou používány jako vysoce tvrdé, husté povlaky odolné proti všem typům opotřebení. V poslední době rychle se rozvíjí oblast nanokrystalických cermetových nástřiků, tvořených tvrdými nano-částicemi (např. WC), hustě rozptýlenými v houževnaté matrici (např. CO) umožňuje další zvyšování tvrdosti a odolnosti proti opotřebení bez současného poklesu houževnatosti.
Keramické materiály (Al203, Cr203, Ti02, Zr02) - povlaky odolné proti oxidaci, abrazivnímu a kluznému opotřebení, korozi i za vysokých teplot, jako tepelné bariéry a elektrické izolátory.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 31 |
5.1.6. Vlastnosti povlaků vytvořených technologií žárového stříkání
Vlastnosti žárově stříkaných povlaků jsou závislé na chemickém složení materiálu, na typu metody technologie stříkání (plamen, el oblouk, plazma, HVOF), na volbě parametrů nástřiku a s tím související strukturou povlaku.
HVOF povlaky mají obecně vynikající zakotvení do základního materiálu (60 -100 MPa), vysokou soudržnost a strukturní stabilitu, vysokou tvrdost (až HRC 55 - 68) a mikrotvrdost (až HV0,1 1700 - 1800). Pórovitost povlaků je obvykle pod 1%, pevnost se blíží hodnotám pevnosti materiálů připravovaných např. technologiemi práškové nebo klasické metalurgie. Uvedené vlastnosti mají přímou souvislost s vysokou odolností těchto materiálů v nejnáročnějších podmínkách jak z hlediska opotřebení mechanického tak i korozního. Tloušťky povlaků na bázi kovů, ocelí, superslitin a cermetů (karbidy případně keramika v kovové matrici) mohou být 0,1 -několik mm. HVOF technologie umožňuje vytvářet povlaky v tlakovém pnutí, což je v této oblasti zcela unikátní. Tlakové pnutí nejenže umožňuje vytvářet povlaky větších tloušťek, ale je příznivé i s ohledem na únavové vlastnosti povlakovaných součástí.
Povlaky vytvořené plazmovým stříkáním mají vzhledem k univerzálnosti této metody velmi rozmanité vlastnosti. Povlaky z čistých kovů, slitin železných a neželezných kovů, případně lehkých slitin lze oproti povlakům vytvářených metodou vysokorychlostního nanášení (HVOF) nanášet pouze v tloušťkách od 0,10 mm do 0,50 mm. Vzhledem k nižším dopadovým rychlostem se hodnoty přilnavosti (adheze) pohybují pod hodnotami metody HVOF od 30 do 60 MPa. Rovněž soudržnost povlaku (koheze) není tak vysoká jako u povlaků HVOF. Struktura povlaku vykazuje určitý podíl pórovitosti od 2 do 5 %. Vyšší tloušťku není možné plazmou nanášet vzhledem ke skutečnosti, že při překročení tloušťky 0,5 mm přechází tlaková napětí do napětí tahových, což může např. na hranách způsobit porušení přilnavosti a tím destrukci povlaku a následně havárii zařízení. Kovokeramické povlaky je vhodnější nanášet vysokorychlostním nanášením. Keramické povlaky je naopak nejvhodnější nanášet plazmou. Přilnavosti keramických povlaků mají hodnoty od 25 do 40 MPa. Tloušťky keramických povlaků se pohybují od 0,10 do 0,30 mm. Keramické povlaky vykazují obecně vysoké hodnoty tvrdosti od 65 do 75 HRC. Povlaky na bázi čistých kovů, slitin a kovokeramických materiálů (trubičkové dráty) lze pomocí elektrického oblouku nanášet do velkých tlouštěk (cca 0,5 - 4 mm).
Tyto povlaky jsou velmi dobře obrobitelné na požadovanou Ra, mají vysokou plasticitu a přilnavost a zároveň vysokou tvrdost. Jejich vysoká strukturní stabilita a vynikající mechanické vlastnosti umožňují spolehlivou funkci povlakovaných dílů náročných podmínkách mechanického opotřebení (eroze, abraze, otěr), oxidace, koroze apod. Plamenem je možné stříkat povlaky na bázi kovů, slitin, cermetů a keramik. Vzhledem k nízké rychlosti a teplotě částic nedosahují vlastnosti povlaků ve srovnání s ostatními technologiemi tak vysokých kvalit; typické hodnoty přilnavosti se pohybují v intervalu od 15 do 30 MPa, pórovitost v rozmezí 10-20 %. Typická tloušťka povlaku je 0,1-2,5 mm.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 32 |
5.1.7. Opracování žárově stříkaných povlaků
Jen malé množství žárově stříkaných povlaků se po depozici používá ve stavu bez opracování z důvodu požadavků na drsnost a rozměrové tolerance.
Pro některé materiály je možné použít klasické postupy na obrábění, většinou jsou však kladeny na obrábění žárově stříkaných povlaků speciální požadavky, vyplývající z jejich specifické růstové struktury tím také z jejich specifických vlastností. Kovokeramické a keramické povlaky vysokých tvrdostí (u kovokeramických povlaků s vysokým podílem houževnatosti) dokonce vyžadují speciální nástroje a postupy, které nejsou běžné při opracování jakéhokoliv jiného materiálu.
Při návrhu technologie opracování je nutno vzít v úvahu:
- druh a provedení povlaku,
- velikost a tvar povlakované součásti,
- velikost přídavku na obrábění,
- požadovanou jakost povrchu (drsnost) a úchylky tvaru a polohy.
Vlivem nevhodně zvolených parametrů obrábění, zejména hloubky řezu, může dojít k porušení povlaku odlupováním či práskáním. Nesprávným broušením dochází snadno i k přehřátí, což v případě velmi tvrdých povlaků s velkým podílem amorfních fází vede k fázovým změnám v povlaku a ke znehodnocení jeho unikátních vlastností.
5.1.8. Aplikace keramických povlaků na bázi
oxidu chrómu v oblasti čerpací techniky
Keramické povlaky velmi výrazně nahrazují stávající klasické technologie povrchových úprav (tvrdé chromování, povrchové kalení, navařování) s cílem výrazně zvýšit životnost a spolehlivost nejnamáhanějších dílů čerpací techniky.
Požadavky kladené na keramické povlaky na bázi oxidu chrómu (Cr203) jsou v provozních podmínkách značně vysoké a vycházejí z jeho základních vlastností. Jedná se o tyto vlastnosti:
- odolnost proti mechanickému opotřebení (tření, obraze, eroze) v různých, pracovních prostředích a při různých pracovních režimech,
- vynikající tribologické vlastnosti - nízký koeficient tření,
- odolnost proti korozi,
- odolnost proti kyselinám a zásadám,
- odolnost proti teplotám do 450°C.
K tomu, aby keramický povlak splňoval výše uvedené požadavky
musí mít vysokou přilnavost k základnímu materiálu (adhezi) a soudržnost
(kohezi).
Dále, musí mít minimální pórovitost, která nesmí být průchozí a celý systém tak musí zabezpečovat stoprocentní korozní odolnost a odolnost proti agresivním látkám. Vysoká tvrdost je rovněž jedním z předpokladů vynikající odolností proti mechanickému namáhání, viz. Tab. 5.1.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 33 |
Tab. 5.1 Technická specifikace keramického povlaku Cr203
Přilnavost povlaku | 25-35 MPa |
Pórovitost | 4 - 5%, uzavřená pórovitost |
Tvrdost | 70 - 72 HRC |
Mikrotvrdost | 1800-2200 Hv 300 |
Jakost povrchu po broušení, drsnost Ra | 0,1 -0,2 µm |
Maximální pracovní teplota | 450°C |
Přídavný materiál je dodáván ve formě prášku v různých intervalech zrnitosti (nejčastěji od 5 do 45 µm).
Vyráběny jsou tyto keramické práškové materiály převážně
tavením a drcením.
Postup při vytváření keramického povlaku
Trend v oblasti technologie žárového stříkání dnes jednoznačně směřuje k vytváření keramických povlaků metodou žárového stříkání plazmou (malé plochy pro kusovou výrobu je možné nanášet modifikovaným zařízením pro stříkání plamenem, kde přídavný keramický materiál je ve formě tyčinky). Volba optimálního konstrukčního řešení je dána především tvarem a velikostí povlakovaného dílce a dále pozicí na které je povlak na povrchu dílce umístěn.
Pro zajištění optimální přilnavosti je pod keramický povlak nanesena kovová mezivrstva. Ve většině aplikací se používají slitiny na bázi niklu. V Tab 5.2 jsou uvedeny základní parametry konstrukčního uspořádání keramického povlaku na základním materiálu.
Tab. 5.2 Tech. spec. konstrukčního uspořádání keramického povlaku Cr203
Tloušťka kovové mezi vrstvy | 0,05-0,15 mm |
Tloušťka funkčního keramického povlaku | 0,15-0,20 mm |
Přídavek na opracování1) | 0,10-0,15 mm na plochu |
Jakost povrchu pod povlak (broušení) | 1,6 µm |
Jakost povrchu pod povlak (soustružení) | 3,2 µm |
Jakost povrchu po tryskání2) | 6,3-12,5 µm |
Úchylka polohy plochy pod povlak k základně | házení max. 0,05 mm |
1) Přídavek na opracování 0,10-0,15 mm je možné provést pouze za předpokladu, že bude dodržena hodnota obvodového/čelního házení uvedená v tabulce, tj. max. 0,05 mm.
2) Hodnotu drsnosti je třeba dodržet - v případě naměření nižší drsnosti povrchu je třeba operaci opakovat.
Tryskání je velmi důležitou operací, která plní následující funkce:
- čištění povrchu,
- zvětšení měrného povrchu,
- při tryskání dochází k deformaci povrchových zrn a vnesení tlakových napětí.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 34 |
V Tab. 5.3 je uveden obecný rámcový technologický postup
vytvoření keramického povlaku na novém dílci.
Tab. 5.3 Obecný technologický postup provedení keramického povlaku Cr2O3
1. Provedení nálezu |
2. Zpracování výkresové dokumentace pro jednotlivé operace renovace |
3. Opracování dílce pod kovový povlak (doplňující materiál) dle výkresové dok. |
4. Maskování, návrh a výroba maskovacích a upínacích přípravků |
5. Odmaštění povrchu |
6. Tryskání povrchu před povlakováním |
7. Povlakování - nanesení kovového povlaku - doplnění chybějícího materiálu |
8. Opracování dílce (kovového doplňujícího povlaku) pod funkční keramický |
povlak dle výkresové dokumentace |
9. Maskování |
10. Odmaštění povrchu |
11. Povlakování - nanesení funkčního keramického povlaku |
12. Opracování keramického povlaku broušením dle výkresové dok. |
13. Výstupní kontrola |
14. Zpracování průvodní technické dokumentace |
Příklady aplikací keramických povlaků Cr2O3 v čerpací technice
Prakticky lze použití keramických povlaků rozdělit do následujících oblastí:
- plochy pod těsnění - rotační pohyb (hřídele, ucpávková pouzdra, čepy válců pod o-kroužky, gufera, těsnící šňůry atd.),
- plochy pod těsnění - přímočarý pohyb (plunžry, pístnice, táhla pod
speciální těsnící systémy),
- plochy kluzných ložisek (kompozice na pánve mohou být rovněž realizovány technologií žárového stříkání
- kroužky mechanických ucpávek. " (6)
5.2 Povrchové úpravy ARCOR
"Povrchové úpravy Série ARCOR nabízí nejširší nabídku
povrchových úprav pro součástky, které vyžadují buď jednoduché nebo kombinované třecí vlastnosti, protizáděrové chování, protikorozní odolnost a odolnost vůči únavě povrchu. Povrchové vlastnosti všech typů železných materiálů by mohly být vylepšeny díky ARCOR zušlechťování (ocel, litina, slinuté železné slitiny, apod.).
Prostřednictvím CLIN technologie ARCOR úpravy umožňují nastavit koncentraci dusíku a kyslíku na povrchu dílců. V kombinaci s úpravou procesních parametrů jako čas a teplota (od 490 °C do 630 °C) a předchozí nebo následnou tepelnou úpravou, mohou být dosaženy specifické vlastnosti (protikorozní odolnost, protizáděrové chování, Brinellova odolnost). Série ARCOR může být také kombinována s tepelným zušlechťováním jako karburizace, indukční tvrzení. Součástky zpracované s těmito kombinovanými úpravami vykazují vysokoobjemové a podpovrchové mechanické vlastnosti společně s vlastnostmi odolnosti vůči tření a vůči korozi.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 35 |
Aplikace povrchové úpravy ARCOR
- náhrada za krytí tvrdochromem, pozinkování, krytí kadmiem a niklem,
náhrada určitých druhů karbonitridace,
- náhrada nerezové oceli levnější ocelí upravenou ARCOREM,
- hydraulické součástky (kulové uzávěry, pneumatické pružiny, šoupátkové
ventily, potrubí, pístnice pro hydraulické zvedáky, tlumiče otřesů, trubky, ...),
- automobilové součástky (kulové čepy, brzdové rotory, písty hmatadel, vačkové hřídele, kotouče spojek, klikové hřídele, válce, klece diferenciálu, vačky zarážek dveří, hnací hřídele, ozubená kola, ovladače převodové skříně, středovky (cívky), západky, pístní čepy, vahadla, startérové hřídele motoru, hřebenové tyče řízení a ozubené válce, vidlice turbo plniče, armatura, hnací hřídele stěračových soustav,
- mechanické součástky (spony, čepy, kladky, hřídele., šoupátka, vřetena,
magnetické spojky),
- nástroje (zápustky, kovací nástroje, tvarovací nože, vstřikovací formy).
Povrchová úprava ARCOR byla vyvinuta, aby poskytla víceúčelové povrchové vlastnosti. Ty současně zvyšují odolnost proti opotřebení, zadíráni, únavě materiálu a také protikorozní odolnost (nyní může přesáhnout 800 hodin podle zkoušky neutrální solnou sprchou). Tyto úpravy vyhovují stále náročnějším provozním podmínkám vyžadovaným pro mechanické součástky z oceli nebo litin.
Série ARCOR je založena na oxynitrokarburizaci, po níž následují různé další úpravy, a nabízí účinné, ekonomické řešeni vyhovující předpisům ochrany životního prostředí.
Nejmodernější řešení prostřednictvím technologie CLIN (Controlled Liquid Ionic Nitriding = řízené kapalné iontové nitridování) vyvinuté skupinou HEF, zajišťuje skutečnou optimalizaci parametrů zušlechťování.
Součástky upravené technologií ARCOR vykazuji:
- vysoké mechanické vlastnosti (odolnost proti únavě materiálu, Brinellova, odolnost - měření tvrdosti, odolnost proti opotřebení přilnavostí a opotřebení oděrem, důlková odolnost ,
- dobré třecí vlastnosti (protizáděrová funkce, zlepšení záběhu, přizpůsobivost povrchu, únosnost zatížení olejovým filmem nízký koeficient tření) ,
- vysoká protikorozní odolnost (může dosáhnout více než 800 hodin testování
podle ASTM B l1 7),
- funkčnost drsnosti povrchu (úpravy nosné křivky pro optimalizací lubrikace, nízké Ra, Rt, Rz pro žádné prosakování na hydraulické součástky, kosmetické hledisko temně černé trvanlivé barvy.
Povrchová úprava ARCOR poskytuje:
- nulové vodíkové křehnuti,
- procesy nízkého časového cyklu,
- vysokou reprodukovatelnosí a soudržnost,
- vyváženost úpravy na součástkách složených tvarů,
- přizpůsobeno pro malé, střední a velké série. " (7)
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 36 |
5.3 Svařování elektrodou NIBAS 625
"Basická elektroda, používaná na vysoce kvalitní svárové spoje materiálů s vysokým obsahem Mo, Ni,Cr. Dále na žáruvzdorné a žárupevné oceli, oceli odolávající okujení, pracujících za nízkých teplot, heterogenní spoje a nízkolegované, obtížně svařitelné materiály. Např. při výrobě tlakových nádob se používá v rozsahu prac. teplot -196 - +550°C. Odolává okujení do 1200°C (v prostředí bez S). " (10)
5.4 Úprava kuličkováním
"Technologie kuličkování má široké uplatnění v automobilovém průmyslu, při výrobě obráběcích strojů, letadel, ale i v řadě dalších oblastí. Využívá se hlavně tam, kde stav povrchové vrstvy má důležitou roli v životnosti celé součásti. Svým účinkem zvyšuje odolnost proti únavě, korozní únavě, koroznímu praskání, mezikrystalové korozi, zvyšuje povrchovou tvrdost.
Statické kuličkování Obr. 5.5 kulička je uložena v držáku nebo na kroužku tak, aby se plynule odvalovala po povrchu. Kuličkováním se dokončují vnější a vnitřní rotační plochy, tvarové rotační plochy a rovinné plochy u součástí z tvárných materiálů s pevností do 1000 MPa a tažnost minimálně 12
%. Vzhledem k menší stykové ploše kuličky s dokončovaným povrchem je přítlačná síla menší, ale dochází ke kopírování nerovností povrchu. Na jednoduché operace se používají držáky s jednou kuličkou, větších výkonů se dosáhne držáky s více kuličkami. Pro vnitřní válcové plochy se používají stavitelné rotační trny umožňující kuličkování v určitém rozsahu průměrů.
Obvodová rychlost při kuličkování je 40 až 150 m.min-1, posuv na otáčku obrobku 0,1 až 0,4 mm. Jako mazivo se používají řezné a minerální oleje, popř. olejové emulze. Dosahovaná rozměrová přesnost je IT6 až IT8 a výsledná drsnost povrchu Ra = 0,1 až 0,4 µm.
Obr. 5.5 Kuličkovací hlava pro statické kuličkování děr (12)
Dynamické kuličkování se používá pro zpevňování tvarově složitých součástí, při kterém se na dokončovaný povrch vrhá proud kuliček o průměru 0,3 až 3 mm z kalené oceli nebo bílé litiny rychlostí až 60 m.s-1
.Obdobou je tzv. hydrofiniš, kdy se na povrch vrhá brusivo v proudu tlakové
kapaliny Místo brusiva lze použít skleněné kuličky, tzv. balotiny o průměru
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 37 |
0,03 až 0,8 mm, které jsou na povrch tryskány buď tlakovou vodou (mokrá balotina), nebo vzduchem (suchá balotina). Dosahovaná drsnost povrchu Ra = 0,8 až 1,6 µm.
Vibrační kuličkování se používá pro dokončování tvarově složitých součástí. Dokončování se realizuje nárazy kuliček na součásti umístěné v nádobě, které je udělován kmitavý pohyb ve třech směrech. " (12)
5.5 Zušlechťování
"Účelem je dosáhnout vysoké meze kluzu, pevnosti a odolnosti proti únavě materiálu při vysoké houževnatosti. Stav po tomto tepelném zpracování označujeme doplňkovou číslicí 6, 7, 8 za značkou oceli. Při zušlechťování je jednou ze základních podmínek prokalení předmětu v celém průřezu.
Zušlechťování je Martenzitické kalení + vysokoteplotní popouštění. Volba popouštěcí teploty nám určí výsledné vlastnosti. Při nižších popouštěcích teplotách vysokoteplotního popouštění mám vyšší hodnoty meze kluzu, pevnosti a tvrdosti a nižší hodnotu tažnosti, kontrakce a nárazové práce KV (KU). Při popouštěcích teplotách 600 – 700°C je to opačně.
Obr. 5.6 Schema tepelného zpracování (2)
Obr. 5.7 Zušlechťovací diagram (2)
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 38 |
5.6 Kalení
Kalení je tepelné zpracování, které se skládá z ohřevu na kalící teplotu, výdrže na této teplotě a ochlazení rychlostí větší než je rychlost kritická. Kalením tedy získáváme částečně nebo zcela nerovnovážné struktury." (1,2)
Obr. 5.8 Přehled způsobů kalení oceli (2)
Obr. 5.9 Způsoby martenzitického kalení (2)
- nepřetržité (přímé), - lomené, - termální, - se zmrazením
6. Rozbor podmínek tribologické zkoušky
6.1 Pracovní podmínky čerpadla
"Při nastalém dotyku vlastně dochází ke kluznému tření mazaném vodou. Simulováním kontaktu pomocí tribologických zkoušek budeme měřit tribologické vlastností materiálů obou kontaktních součástí a porovnáním výsledků vyhodnotíme nejvhodnější dvojici materiálů.
V řešeném případu se jedná o vysoce výkonná odstředivá čerpadla s letmo uloženou hřídelí. Rotační část je proti skříni těsněna bezdotykovým labyrintem ve tvaru tenké válcové spáry o tloušťce cca 0,3 mm. Spára je vytvořena mezi dvěma kroužky zalisovanými do skříně a na rotor viz Obr.6.1 Jmenovitý průměr spáry je 100,200 a 450 mm. Experti Sigma group
a.s. určili rovněž možnou maximální radiální sílu při dosednutí kroužků a eliminaci spáry. Radiální síla jako důsledek dosednutí kroužků způsobí kontaktní tlakové napětí. Všechny tyto zmiňované veličiny včetně pracovních otáček ukazuje následující tabulky (Tab.6.1). " (5)
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 39 |
Tab. 6.1 Pracovní podmínky čerpadla
čerpa dlo | otáčky [1/min] | v [m/sec] | Ø spáry těsnící [mm] | Frad při dosednut í [N] | Hertz. napětí [MPa] |
1 | 3600 | 18,84 | 100 | 80 | 4,55 |
2 | 3000 | 31,4 | 200 | 150 | 9,87 |
3 | 1500 | 35,3 | 450 | 450 | 1,53 |
6.2 Zkušební zařízení
Zkoušky tribologických vlastností dodaných vybraných materiálových dvojic byly prováděny na upraveném zařízení R-MAT3. Měřící zařízení je typu „ring on disc“ tedy používané zkušební vzorky mají tvar kroužku a trubky. Jak je patrné z obrázku (Obr.6.2), xxxxxxx je pevně přitažen šroubem, kterým je přiváděna voda do vany, ze které je pak voda odváděna přepadem. Takto je zajištěno, že kontakt je stále ponořen ve vodě, drážky na trubičce současně umožňují přívod vody přímo mezi kontaktní plochy. Na kroužek je axiálně přitlačována trubka, která se otáčí. Tím vzniká plošný kontakt tvaru mezikruží. Hlavní výhodou tohoto uspořádání vzorků je, že se plocha kontaktu v průběhu zkoušky nemění. Kluzný kontakt pracuje pak ve smíšeném mazání. Mazání kontaktu je ztrátové , do kontaktu je tedy neustále přiváděna čerstvá čistá voda.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 40 |
Obr. 6.2 Uzel zkušebního zařízení R-MAT3
6.3 Podmínky zkoušky
Při hodnocení třecích vlastností dvojic materiálů je třeba dodržet stejné podmínky zkoušky, včetně maziva, tvaru vzorků – prostě vstupních parametrů. Mezi tyto vstupní parametry můžeme počítat: použité mazivo, průtok maziva měřícím uzlem,otáčky trubičky (z čehož se odvíjí kluzná rychlost), axiální zatížení (což je tlak mezi kontaktními plochami), plochu kontaktu, dobu trvání zkoušky, počet měřených vzorků každé materiálové dvojice, atd.. V průběhu měření se tedy snažíme, aby tyto parametry (pokud není záměrem opak) byly konstantní. Vzhledem k použitému mazivu (spíše nemazivu) vodě, nebylo lehké najít vhodnou kombinaci zatížení, otáček a délky zkoušky, která by byla vhodná pro všechny testované materiály. Nakonec, byla zvolena níže uvedená kombinace (Tab.6.2) , protože průběh zkoušky byl i u materiálů s horšími výsledky relativně stabilní.
Tab. 6.2 Podmínky zkoušky
Mazivo | voda |
Průtok maziva | 18 ml/min |
Otáčky | Kluzná rychlost | 477.5 min-1 | 0.5 m/s |
Axiální zatížení | tlak | 0.450kg | 0.5MPa |
Plocha kontaktu | 176.5 mm2 |
Doba trváni zkoušky | 10 min |
Počet měřených vzorků | 5 |
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 41 |
6.4 Měřené veličiny
V průběhu zkoušky je připojeným teplotním čidlem snímána teplota, přičemž hliníková vana je za provozu trvale ochlazována ventilátorem. Další měřenou veličinou je třecí moment, který je snímán pomocí snímače výchylky připojeného ke konci ramene. Hodnoty momentu potom získáme přepočítáním výchylek přes kalibrační křivku a páku ramene.
Opotřebení je dáno hmotnostním úbytkem jednotlivých vzorků. Měřeno je váhovou metodou, pomocí rozdílu hmotností vzorků před a po zkoušce s přesností na desetitisícinu gramu. Výsledky měření dvojic vzorků jsou uvedeny v protokolech v příloze 3.
7. Výsledky a zhodnocení výsledků zkoušek třecích dvojic
7.1 Výsledky experimentu
Výsledky experimentů ukázaly, že voda je sice jakési mazivo, ale způsobuje velké zhoršení tribologických parametrů. Při zkouškách všech materiálových dvojic vzniká mezi trubičkou a kroužkem „stick and slip“ různé intenzity, což odpovídá charakteristice adhezivního opotřebení, kdy mezi kontaktními plochami dochází k mikrosvárům a jejich následnému usmýknutí a vylomení části povrchu. To je často doprovázeno akustickými projevy. Další problémy jsou navíc způsobeny použitím nerezových materiálů. Výsledky jsou uvedeny ve zkušebních protokolech v příloze práce. Údaje uvedené v protokolech byly dále zpracovány na PC standardními softwary. Ve všech dále zmíněných výsledcích jsou použity střední hodnoty měřených veličin vypočtené z pěti provedených měření pro každou skupinu. Největší vypovídací hodnotu o spolehlivosti materiálové dvojice v daném třecím kontaktu mají údaje o hmotnostním úbytku a součiniteli tření. Jsou uvedené na následujících tabulkách Tab 7.1, Tab 7.2, Tab 7.3 a Tab. 7.4 formou sloupcových diagramů. Zde vidíme srovnání všech materiálových dvojic zařazených do experimentu. Hodnoty součinitele tření zřejmě poněkud ovlivňují částice v kontaktní ploše. Numerické výsledky těchto vyhodnocených experimentů jsou rovněž uvedeny v tabulkách Tab 7.5, Tab 7.6
Tab. 7.1 Součinitel tření
součinitel tření f [-]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
varianty materiálových dvojic
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 42 |
Tab. 7.2 Úbytek hmotnosti kroužku
úbytek hmotnosti Δm [g]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
varianty materiálových dvojic
Tab. 7.3 Úbytek hmotnosti trubky
úbytek hmotnosti Δm [g]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
varianty materiálových dvojic
Tab. 7.4 Hmotnostní úbytky jednotlivých mat. dvojic
úbytek hmotnosti Δm [g]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
varianty materiálových dvojic
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 43 |
Tab. 7.5 Hodnoty úbytků hmotnosti
Materiálová dvojice | Úbytek hmotnosti | |||||
Xxxxxxx | Xxxxxx | Celkem | ||||
hodnota [mg] | pořadí | hodnota [mg] | pořadí | hodnota [mg] | pořadí | |
1 | 33.62 | 11 | 47.80 | 4 | 81.42 | 7 |
2 | 19.12 | 6 | 64.22 | 9 | 83.34 | 8 |
3 | 31.60 | 10 | 57.58 | 6 | 89.18 | 9 |
4 | 10.28 | 4 | 57.66 | 7 | 67.94 | 4 |
5 | 1.94 | 1 | 6.12 | 2 | 8.06 | 2 |
6 | 3.12 | 2 | 1.54 | 1 | 4.66 | 1 |
7 | 20.62 | 7 | 59.36 | 8 | 79.98 | 6 |
8 | 15.86 | 5 | 139.62 | 11 | 155.48 | 11 |
9 | 3.82 | 3 | 31.48 | 3 | 35.30 | 3 |
10 | 145.44 | 12 | 698.06 | 12 | 843.50 | 12 |
11 | 26.80 | 8 | 65.44 | 10 | 92.24 | 10 |
12 | 29.78 | 9 | 48.46 | 5 | 78.24 | 5 |
Tab. 7 6 Hodnoty součinitele tření
Materiálová dvojice | Součinitel tření [-] | pořadí |
1 | 1.3513 | 12 |
2 | 1.2092 | 8 |
3 | 0.9375 | 4 |
4 | 1.2794 | 10 |
5 | 0.9263 | 3 |
6 | 0.9136 | 2 |
7 | 1.0895 | 6 |
8 | 1.066 | 5 |
9 | 0.7996 | 1 |
10 | 1.2796 | 11 |
11 | 1.2725 | 9 |
12 | 1.1318 | 7 |
Oteplení za dobu zkoušky se pohybovalo mezi 3.6°C – 13.2 °C, podle druhu tribologické dvojice.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 44 |
7.2 Intenzita opotřebení
K porovnání úbytků hmotnosti za různých podmínek, je vhodná intenzita opotřebení. Je to bezrozměrná veličina, která např. zohledňuje plochu kontaktu, třecí dráhu atd. Vypočítá se podle vzorce:
I 0 =
G0
ρ ⋅ A ⋅ v ⋅ t
[-]
(7.1)
kde G0 – hmotnost opotřebeného materiálu
A – jmenovitá plocha kontaktu
ρ – hustota
v – kluzná rychlost
t – doba trvání zkoušky
Rozdíly mezi jednotlivými materiálovými (tribologickými) dvojicemi jsou patrné již z řádu intenzity a tyto třecí kontakty lze ihned srovnat s některým známým tribologickým uzlem( např. kluzné ložisko, pístní kroužek atd.).
Pro srovnání kontaktu mazaného vodou s kontakty v jiných strojních uzlech, zmíníme, že například pístní kroužky spalovacího motoru nebo hlavní ojniční ložiska dosahují intenzity opotřebení v řádu I=10-12, U kluzných vedení obráběcích strojů a kluzných ložisek se smíšeným třením dosahuje intenzita hodnot I=10-11.
Intenzity opotřebení všech zkoušených materiálových dvojic jsou
v Tab. 7.7, včetně pořadí velikosti této veličiny.
Tab. 7.7 Intenzita opotřebení
Materiálová dvojice | Intenzita opotřebení | |||||
Xxxxxxx | Xxxxxx | Celkem | ||||
hodnota | pořadí | hodnota | pořadí | hodnota | pořadí | |
1 | 7.2978*10-8 | 11 | 1.1499*10-7 | 4 | 1.8797*10-7 | 6 |
2 | 4.1503*10-8 | 6 | 1.5449*10-7 | 6 | 1.96*10-7 | 8 |
3 | 6.8593*10-8 | 10 | 1.3852*10-7 | 7 | 2.0711*10-7 | 9 |
4 | 2.2314*10-8 | 4 | 1.3871*10-7 | 8 | 1.6103*10-7 | 4 |
5 | 4.2111*10-9 | 1 | 1.4723*10-8 | 2 | 1.8934*10-8 | 2 |
6 | 6.7725*10-9 | 2 | 3.7048*10-9 | 1 | 1.0477*10-8 | 1 |
7 | 4.4759*10-8 | 7 | 1.428*10-7 | 9 | 1.8756*10-7 | 5 |
8 | 3.4427*10-8 | 5 | 3.3589*10-7 | 11 | 3.7031*10-7 | 11 |
9 | 8.292*10-9 | 3 | 7.5732*10-8 | 3 | 8.4024*10-8 | 3 |
10 | 3.157*10-7 | 12 | 1.6793*10-6 | 12 | 1.995*10-6 | 12 |
11 | 5.8174*10-8 | 8 | 1.5743*10-7 | 10 | 2.156*10-7 | 10 |
12 | 6.4643*10-8 | 9 | 1.1658*10-7 | 5 | 1.8122*10-7 | 7 |
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 45 |
8. Zadírací testy
U každé varianty byly na pěti dvojicích vzorků provedeny tribologické zkoušky trvající 10 min.. Po ukončení zkoušek byla vždy jedna standardní dvojice podrobena tzv. zadíracímu testu viz příloha 4. Test spočíval v stupňovitém zvyšování tlaku v třecí ploše. Nejprve po třech minutách a pak vždy po jedné minutě bylo postupně zvyšováno zatížení při udržování konstantní rychlosti v=0.314 m/s, což je 600 ot/min. Počátek testu byl tedy při p=0.5 Mpa a postupný nárust tlaku je uveden v Tab. 8.1. Zatížení bylo stupňováno až do úplného zadření vzorků, nebo do dosažení extrémních výchylek (kmitání) měřeného momentu. Celková doba testu je 18 min a odpovídá nejdéle pracující materiálové dvojici. Výsledky zadíracích testů ukazuje Tab 8.2, kde nejlepší výsledky dosáhla materiálová dvojice 5 a 6 s povrchem carbonitrooxidovaným. U tribologické dvojice 10 docházelo k velmi silnému opotřebení a to společně adhezivnímu a abrazivnímu, varianta je nejhorší a při zkoušce byl velmi silný „stick and slip“ kmitání a zvukové efekty. Výsledné pořadí Tab 8.2 je výsledkem kriteriálního hodnocení všech měřených parametrů zadíracího testu.
Tab. 8.1 Parametry zadíracího testu
Stupeň zatížení | Doba chodu [min] | Celková doba chodu [min] | Tlak p [MPa] |
1 | 3 | 3 | 0.5 |
2 | 1 | 4 | 0.5556 |
3 | 1 | 5 | 0.6111 |
... | ... | ... | ... |
... | ... | ... | ... |
8 | 1 | 10 | 0.8889 |
... | ... | ... | ... |
16 | 1 | 18 | 1.3333 |
Tab. 8.2 pořadí tribologických parametrů zadírací zkoušky
Varianty materiálů | pořadí t | pořadí M max | pořadí ∑Δm / min | pořadí ΔmK | pořadí ΔmT | Výsledné pořadí |
1 | 7 | 10 | 9 | 4 | 7 | 8-9 |
2 | 9-12 | 3 | 8 | 6 | 6 | 7 |
3 | 9-12 | 12 | 11 | 5 | 11 | 11 |
4 | 4 | 9 | 5 | 2 | 9 | 5 |
5 | 5-6 | 4-5 | 4 | 8 | 4 | 4 |
6 | 1 | 7 | 1 | 1 | 1 | 1 |
7 | 8 | 2 | 3 | 7 | 3 | 3 |
8 | 9-12 | 11 | 10 | 10 | 8 | 12 |
9 | 2-3 | 4-5 | 2 | 3 | 2 | 2 |
10 | 9-12 | 1 | 12 | 12 | 12 | 10 |
11 | 2-3 | 8 | 7 | 11 | 10 | 8-9 |
12 | 5-6 | 6 | 6 | 9 | 5 | 6 |
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 46 |
Symboly uvedené v tabulce č. 8.2 představují:
t - doba trvání zkoušky
M max
- Maximální třecí moment při zkoušce
∑Δm - celkový hmotnostní otěr kroužku a trubičky
ΔmK - hmotnostní otěr kroužku ΔmT - hmotnostní otěr trubičky
∑
Δm / min = ∑Δm
t
Výsledky zadíracích zkoušek (zejména třecí moment) jsou poněkud ovlivněny různým mechanismem opotřebení kontaktu, kde mohou vznikat i velké otěrové částice. Tyto při průchodu kontaktní plochou způsobují částečně valivé tření a snižují např. třecí moment.
9. Provedení korozních zkoušek
Z výsledků vyplývá, že nejvhodnější varianta pro aplikaci těsnících kruhů dle stanovených kriterií se jeví cesta povrchové úpravy ARCOR carbo-nitro-oxidační vrstvou. Vzhledem k těmto skutečnostem bylo přistoupeno ke korozním zkouškám této povrchové úpravy.
1. v roztoku chloridu sodného- NaCl
2. v roztoku sulfanu -H2S.
ad1)
Korozní zkouška byla provedena v laboratoři SIGMA Group a.s.-
DPČ na zkušebním tělese s povlakem ARCOR o tloušťce 15 – 30 mikrometrů a povrchu 41cm2. Simulováno bylo korozní chování povlaku v médiu 4% roztoku chloridu sodného tj. 40 g/l NaCl, přičemž úmyslem bylo modelování obdobného procesu, jaký nastává v mořské vodě, tj. napadení povlaku důsledkem aktivity chloridových iontů – důlkovou korozí.
Doba expozice při zkoušce byla 140 dní při průměrné teplotě 15oC ve výše uvedeném roztoku. Vzorek byl na počátku zvážen – hmotnost m1 71,8654g. Po ukončení zkoušky byl vzorek vysušen, korozní zplodiny opatrně odstraněny a před konečným zvážením kondicionován. Konečná hmotnost m2 činila 71,3464g. Korozní úbytek je 0,519g za 139 dní při ploše 41cm2. Přepočtem vychází úbytek 3,7g/m2 za den, tj. 0,17mm za rok.
Tento úbytek lze z hlediska konstrukčně ekonomického považovat za vyhovující. Zjevné korozní napadení se vyskytuje pouze na části hran, kde byl povlak tenčí. Působením média došlo k postupnému úbytku ochranného povlaku a obnažení základního kovu, na kterém se vyskytuje klasická důlková koroze. Lze předpokládat, že při úpravě hran sražením by byl povlak celistvější a korozní úbytek tudíž nižší.
Ad 2)
Korozní zkouška byla provedena při teplotě 20oC, tlaku H2S 5
atm, při koncentraci H2S 2,8%, Doba expozice 180 dní. Po ukončení zkoušky byly provedeny váhové ůbytky vzorků. Z výsledků hodnocení vyplývá, že nebyly zjištěny úbytky, povrchová úprava i zvolené materiály působení H2S odolávají.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 47 |
10. Ekonomické hodnocení
Ekonomické hodnocení jednotlivých variant povrchových úprav bylo provedeno v návaznosti na reálný díl - těsnící kruh tělesa V400470/1 viz příloha 5 odstředivého horizontálního čerpadla 40-NED-200-7.
Varianta 1
Náklady na kuličkování jsou minimální, jelikož varianta 1 v tribologických
zkouškách nevyhověla, nebude již dále ekonomicky hodnocena.
Varianta 2
Plazmatický nástřik Cr2O3 na ploše Ø126 – 150 x 20mm - 2375,-Kč + konečné
opracování broušením – 650,-Kč Σ= 3025 ,- Kč
Varianta 3
Kalení těsnicího kruhu s přídavkem 0,2 mm na plochu před závěrečným
broušením 40,- Kč/kg x 0,81kg = 33,-Kč + opracování 420,-Kč Σ= 455 ,- Kč
Varianta 4
Návar elektrodou NIBAS 625 – 0.25 kg elektrod x 280,- Kč/kg = 70,- Kč + pracnost navařování a opracování - 550,- Kč
Σ= 620 ,- Kč
Varianta 5-9
Povrchova úprava ARCOR – 100,- Kč/kg x 0,81kg = 81,-Kč Σ= 81 ,- Kč
Varianta 10-12
Zušlechťování 45,- Kč/kg x 0,81kg = 37,-Kč + opracování 420,-Kč Σ= 457 ,- Kč
Tab. 10.1 porovnání cen povrchových úprav
varianta | 2 | 3 | 4 | 5-9 | 10-12 |
cena čerpadla [kč] | 207250 | 207250 | 207250 | 207250 | 207250 |
cena povrchových úprav [kč] | 3025 | 455 | 620 | 81 | 457 |
% ceny povrch. úprav z ceny čerp. | 1,46 | 0,22 | 0,30 | 0,04 | 0,22 |
Vzhledem k nákladům při aplikaci povrchové vrstvy ARCOR (100,- Kč /kg dílce) se jeví tato varianta nejvýhodnější. Nákladově vyšší je aplikace varianta 4 - návar elektrodou NIBAS a ještě vyšší nákladové zatížení je možné vysledovat při aplikaci plazmatického nástřiku Cr2O3, tzv. keramikou. Z výše uvedeného lze jednoznačně doporučit aplikaci povrchové úpravy ARCOR, jak na těsnících kruzích oběžných kol, tak i na těsnících kruzích těles vyrobených z materiálů doporučených dle API Standard 610. Výhodou u vrstvy ARCOR je, že se po technologickém procesu rozměr dílce nemění a zůstává rozměrová stálost .
Rozdíl v cenách povrchových úprav není rozhodující vzhledem k
ceně čerpadla, proto se bude vycházet z výsledků tribologických zkoušek.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 48 |
Závěr
Závěrem lze říci, že zadírací testy potvrdily výsledky získané 10ti minutovým testem. Nejlepších výsledků, ze všech nerezových materiálových dvojic viz příloha č.01 dosáhla dvojice 6, tedy CrNiMo/17-12-2 ocel a carbonitrooxidační povrchová úprava u obou vzorků. Ta je nejvhodnější kombinací tribologické dvojice pro kontakt, který pracuje ve vodě. Další zkoušené povrchové úpravy nejsou vhodné, zejména pro nízkou tvrdost povrchu. Provedené zkoušky ukázaly, že mazání nerezových kluzných kontaktů vodou není jednoduchý proces. Voda způsobuje silné zhoršení tribologických parametrů, a v kontaktu vzniká silné adhezivní opotřebení provázené „stick and slip“ efektem a zvukovými projevy. Cesta kupředu vede přes úpravu povrchů a další antikorozní materiály, které se u čerpadel nepoužívají. Může se jednat i o barevné kovy a neželezné materiály třeba nanesené na těsnící kroužky. Drsnost funkční plochy těsnících kroužků bude vhodné o stupeň zlepšit pro zvýraznění hydrodynamického efektu při možném dosednutí kroužků.
Kromě dvojice varianty č.1 (CrNi kuličkován/CrNi) všechny ostatní zkoušené varianty vykazují lepší tribologické hodnoceni než zvolený etalon“ - varianta č. 10 (HM / E ), který je dlouhodobě aplikován a užíván s vyhovujícími provozními vlastnostmi. Z hlediska zadíracích testů horší vlastnosti než zvolený etalon vykazuje varianta č.3 (Cr kalená /Cr ) a varianta č.8 (Alloy-ARCOR / Alloy).
Vzhledem k nákladovosti a tribologickým charakteristikám bude jednoznačně doporučena aplikace povrchové úpravy ARCOR, kde po technologickém procesu se rozměr dílce nemění a zůstává rozměrová stálost.
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 49 |
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ
1. XXXXXX, X.: Nauka o materiálu I, Brno: Akademické nakladatelství
CERM, 2001, 505 s., ISBN 80-7204-193-2
2. XXXXXX, X.: Nauka o materiálu II, Brno: Akademické nakladatelství
CERM, 2002, 392 s., 80-7204-130-4
3. NORMA EN ISO 13709, Odstředivá čerpadla pro naftový, petrochemický a plynárenský průmysl, 2004
4. NORMA API 610, Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries, 2007
5. Procesní čerpadla, Sigma Group a.s., 2005
6. PLASMETAL, spol. s.r.o., Aplikace keramických povlaků vytvořených
tech. žárového stříkání, 2004
7. XXXXXXX, s.r.o., serie povrchových úprav ARCOR,
<xxxx://xxx.xxxxxxxxxxx.xx/xxxxx.xxxx>
8. TU v Liberci Katedra strojírenské technologie, Tribologie,
<xxxx://xxx.xxx.xxx.xx/xx/xxx/xxxxx/xxxxx/xxxx_xxxxxxxxx/xxx/xxxxxxxxxx.xxx>
9. KŘÍŽ, A,: Tribologická analýza pin-on-disc, 2004
<xxxx://xxx.xxxxx.xxx.xx/XXXXXXXXXXXX_XXXXXXX_XXX-XX- DISC.pdf>
10. BOHLER WELDING, Katalog svařovacích materiálů,
<xxxx://xxx.xxxxx.xx/xxxxxxxxx/xxx_xxxxxx.xxx>
11. OERLIKON BALZERS, Aplikace
<xxxx://xxx.xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx.xxx/xxx/xxx/00- applications/indexW3DnavidW263.php>
12. XXXXXX, X. a XXXXXX, X. Technologie obrábění. 1.vyd. Brno:
Akademické nakladatelství CERM, 2001. 270 s. ISBN 80-214-1996-2.
13. XXXXXX, X. Speciální technologie – Obrábění. Brno: Akademické
nakladatelství CERM, 2004, 227 s., ISBN 80-214-2562-8
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 50 |
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ,
Zkratka/Symbol | Jednotka | Popis |
p | [MPa] | střední měrný tlak |
n | [min-1] | otáčky |
v | [m . min-1] | kluzná rychlost |
f | [-] | součinitel tření |
Io | [-] | intenzita opotřebení |
G0 | [g] | hmotnost opotřebeného materiálu |
A | [mm2] | jmenovitá plocha kontaktu |
ρ | [kg.m-3] | hustota |
F | [N] | zatížení |
T | [°C] | teplota |
Mmax | [Nm] | max. třecí moment při zkoušce |
∑Δm | [kg] | celkový hmotnostní otěr kroužku a trubičky |
ΔmK | [kg] | hmotnostní otěr kroužku |
ΔmT | [kg] | hmotnostní otěr trubičky |
t | [min-1] | doba trvání zkoušky |
𝑝𝑚𝑎𝑥 | [MPa] | Hertzův tlak |
AH | [mm] | poloměr vzniklého kruh. vtisku |
E | [MPa] | redukovaný modul pružnosti |
É1, E2 | [MPa] | Youngovy moduly pružnosti |
ν1, ν2 | [-] | Poissonovy konstanty |
FN | [N] | normálná síla |
pm | [MPa] | střední kontaktní tlak |
σe | [MPa] | mez pružnosti v tlaku |
η | [-] | dynamická viskozita |
𝜇 | [-] | Součinitel kapallinového tření |
S | [mm2] | styčná plocha třecích povrchů |
v | [ms-1] | lin. rychlost pohybu třecích povrchů |
h | [mm] | tloušťka vrstvy maziva |
FSI VUT | DIPLOMOVÁ PRÁCE | List 51 |
SEZNAM PŘÍLOH
Příloha1 Varianty zkoušení třecích dvojic
Příloha2 Funkční plochy vzorků všech testovaných materiálových dvojic Příloha3 Tribologické zkoušky materiálových dvojic - protokoly
Příloha4 Zadírací zkoušky materiálových dvojic - protokoly
Příloha5 Výkres - těsnící kruh tělesa