docMateriały do wykładu „ Podstawy tribologii”
download 
Reklamacja Transkrypt
Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii”
Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” PODSTAWOWE POJĘCIA Tribologia (trybologia) towarzyszących tarciu. jest nauką o tarciu i procesach Tarcie ślizgowe (tarcie suwne) - tarcie występujące na styku dwóch ciał stałych (jest tarciem zewnętrznym), gdy ciała przesuwają się względem siebie lub gdy ciała spoczywają względem siebie, a istnieje siła dążąca do przesunięcia ciał. Nazwa wywodzi się od greckich słów tribos-tarcie, logosnauka. Tribologia zajmuje się opisem zjawisk fizycznych (mechanicznych, elektrycznych, magnetycznych itp.), chemicznych, biologicznych i innych w obszarach tarcia. Tribotechnika zajmuje się omówieniem technicznych zastosowań tribologii. Zakres tribologii nie ogranicza się tylko do procesów tarcia w maszynach, ale również odnosi się do wszystkich procesów tarcia w przyrodzie i technice. Do ważnych zjawisk towarzyszących tarciu, a mających duże znaczenie techniczne, należą procesy zużywania materiałów trących oraz smarowanie. Opory tarcia według szacunkowych obliczeń specjalistów pochłaniają w skali światowej 30-50% produkowanej w ciągu roku energii. Węzły tarcia są podstawowymi systemami tribologicznymi w maszynach i urządzeniach. Węzły tarcia decydują o trwałości i niezawodności urządzeń. O jakości węzłów tarcia decydują czynniki materiałowe, konstrukcyjne, technologiczne oraz eksploatacyjne. ∙ µ – współczynnik tarcia, Fn – siła nacisku, Ft – siła tarcia. Tarcie toczne (opór toczenia) - opór ruchu występujący przy toczeniu jednego ciała po drugim. Występuje np. pomiędzy elementami łożyska tocznego, między oponą, a nawierzchnią drogi. Tarcie toczne występuje na granicy dwóch ciał i dlatego jest sklasyfikowane jako tarcie zewnętrzne. RODZAJE TARCIA Tarcie toczne występuje na granicy dwóch ciał i dlatego jest sklasyfikowane jako tarcie zewnętrzne. Na toczące się ciało działają siły: P - przyłożona w środku ciała siła ciągnąca, N - siła nacisku ciała na podłoże, Rp - asymetryczna siła reakcji podłoża. Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Oznacza to że składowa pionowa siły reakcji równoważy siłę nacisku, a składowa pozioma równoważy siłę ciągnącą, przeciwdziałając ruchowi walca, a przez analogię do tarcia ślizgowego nazywana jest siłą tarcia tocznego. Z czego wynika: gdzie: Ft- siła tarcia tocznego, f - współczynnik tarcia tocznego,[m], R - promień toczonego walca, N - siła nacisku ciała na podłoże. Zjawisko „stic-slip” - można opisać jako naprzemienne przywieranie do siebie i przesuwanie powierzchni trących czemu towarzyszy odpowiednio zmiana siły tarcia. Zazwyczaj siła tarcia statycznego jest większa niż siła tarcia kinetycznego. Jeśli przyłożona do ciała siła jest wystarczająco duża, aby przezwyciężyć tarcie statyczne następuje poślizg (tarcie kinetyczne) co powoduje znaczną redukcję siły tarcia . Efektem jest nagły wzrost prędkości poślizgu, a następnie ponowne zatrzymanie ciała trącego. Tarcie wewnętrzne - tarcie między poruszającymi się względem siebie cząsteczkami materii (cieczy, gazów lub ciała stałego). Tarcie zewnętrzne - tarcie występujące na styku dwóch ciał stałych będących w ruchu lub w spoczynku. Wartości współczynnika tarcia łożysk tocznych Wartość obliczeniowego współczynnika tarcia tocznego µobl (określonego jako stosunek siły popychającej łożysko P do obciążenia normalnego N). Współczynnik tarcia tocznego łożysk zależy nie tylko od obciążeń normalnych, ale także od obciążeń osiowych, wywołujących częściowo tarcie między kulkami a bocznymi powierzchniami bieżni. Ze wzrostem prędkości względnej toczenia kulek wartość współczynnika tarcia µobl maleje. Tarcie statyczne (spoczynkowe) - tarcie występujące w skojarzeniu trącym wówczas, gdy dwa stykające się ciała są względem siebie w spoczynku. Tarcie kinetyczne (ruchowe) - tarcie występujące w skojarzeniu trącym podczas względnego przemieszania się dwóch różnych ciał, jako tzw. tarcie zewnętrzne lub różnych części jednego ciała, jako tzw. tarcie wewnętrzne. a). tarcie wewnętrzne, b).tarcie zewnętrzne, c).tarcie płynne, d). tarcie graniczne, e). tarcie suche A- tarcie suche; B - tarcie graniczne; C - tarcie półsuche; D - tarcie płynne, 1 - środek smarny, 2 - film smarny Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Tarcie suche – tarcie występujące w skojarzeniu trącym, gdy współpracujące powierzchnie nie są rozdzielone całkowicie lub częściowo środkiem smarnym. Charakterystyka nierówności powierzchni: Styk dwóch ciał odbywa się jedynie na drobnej części powierzchni nominalnej Tarcie suche jest opisane prawami, dla których wyjaśnienie jest ujmowane następującymi teoriami: Tomilsona – tarcie jest rezultatem wzajemnego oddziaływania sił międzycząsteczkowych, jakie występują na trących się powierzchniach; Dieragina – tarcie jest wynikiem pokonywania nierówności na powierzchniach trących ciał; Kragielskiego – tarcie jest wynikiem odkształcania materiału (spęcznianie spotęgowane powstawaniem fal odkształceniowych) w pobliżu powierzchni; Bowdena-Tabora – tarcie jest spowodowane powstawaniem i zrywaniem mikrospoin, występujących w punktach styku mikronierówności. ↓ ↓ ↑ \ Re – Granica plastyczności warstwy wierzchniej s/h > 1000 – odchyłka kształtu, 50 < s/h < 1000 – falistość, 5 < s/h< 50 – chropowatość. Mały współczynnika tarcia mają materiały które charakteryzują się małą wytrzymałością na ścinanie i dużą twardością. Np. PTFE, grafit, MoS2 Konturowa powierzchnia styku AC występuje wówczas, gdy stykające się powierzchnie są faliste. Powierzchnia konturowa jest sumą obszarów styku na szczytach fal. Rodzaje styku Rzeczywista powierzchnia styku Ar jest sumą wszystkich powierzchni mikrostyków w obszarze powierzchni nominalnej An Rt – Wytrzymałość na ścinanie połączeń tarciowych Skojarzenia trące są klasyfikowane na wiele sposobów. Podstawowa klasyfikacja, jest oparta o tzw. geometrię styku, wyróżnia się: • • • styk punktowy, styk liniowy, styk powierzchniowy. 0,01 0,00001 Rzeczywistą powierzchnię styku tworzą plastycznie i sprężyście odkształcone wierzchołki chropowatości stykających się ciał. Od rodzaju styku zależą naciski jednostkowe. Przy jednakowej sile oddziaływującej prostopadle na dwa współpracujące elementy, największe siły jednostkowe występują w styku punktowym, a najmniejsze w styku powierzchniowym. Styk może mieć charakter sprężysty, plastyczny lub sprężysto-plastyczny. W praktyce eksploatacyjnej zawsze występuje styk powierzchniowy – punkt ma określony promień, a linia określoną grubość. a) nacisk rzeczywisty, b) średnia powierzchnia elementamych styków, c) gęstość elementamych styków, d) średnica elementamej powierzchni styku. Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Najważniejsze parametry charakteryzujące rzeczywistą powierzchnię styku to: Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Chropowatość powierzchni w dużym stopniu określa rzeczywistą powierzchnię styku. Można przyjąć. że całkowita wartość sił przyciągania adhezyjnego i oporu tarcia rośnie proporcjonalnie do rzeczywistej powierzchni styku, a więc ze zmniejszaniem się chropowatości rosną oddziaływanie adhezyjne, a co za tym idzie - opór tarcia, spowodowane tymi siłami Dla każdej pary trącej można określić optymalną wartość chropowatości powierzchni, przy której opory tarcia będą małe a jednocześnie odporność na zużycie współpracującej pary ślizgowej jak największa. Tarcie płynne – tarcie występujące w skojarzeniu trącym, gdy współpracujące powierzchnie skojarzenia trącego są całkowicie rozdzielone przez środek smarny Tarcie płynne niekiedy jest utożsamiane z tarciem wewnętrznym, występującym w obrębie płynu (gazu lub cieczy) i przeciwdziałającym wzajemnemu przemieszczaniu się „warstw” płynu. Warunki występowania smarowania hydrodynamicznego ustalone przez Towera: - odpowiednia lepkość cieczy smarującej, szczelina smarna powinna zmniejszać się w kierunku ruchu (klin smarny). Zasada smarowania hydrodynamicznego polega na rozdzieleniu współpracujących powierzchni skojarzenia trącego samoistnie powstającym klinem smarowym, w którym ciśnienie równoważy istniejące siły (obciążenia). Przyczyną wzrostu oporów tarcia przy dużych chropowatościach powierzchni są zjawiska dekohezyjne związane z rysowaniem, bruzdowaniem i mikroskrawaniem powierzchni ślizgowej materiału. Powoduje to wzrost oporów tarcia i gwałtowny wzrost zużycia, w którym zasadniczy udział ma zużycie ścierne. Prędkość ścinania v w cieczach newtonowskich jest równoznaczna z gradientem prędkości warstewki cieczy. Charakteryzuje rozkład prędkości w warstwie cieczy. Dla cieczy newtonowskiej lepkość jest tylko funkcją temperatury i ciśnienia, a nie zależy od prędkości ścinania. Krzywa płynięcia cieczy newtonowskich Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Krzywą płynięcia cieczy newtonowskiej jest linia prosta. Ciecze o małej i średniej masie cząsteczkowej oraz roztwory substancji o małej masie cząsteczkowej są cieczami newtonowskimi. S Ψ S- Liczba Sommerfelda Liczbę Sommerfelda wyznacza się dla łożyska. Wskazuje ona na wszystkie istotne cechy układu smarowanego hydrodynamicznie: • • • • lepkość dynamiczną cieczy smarującej, prędkość kątową czopa, obciążenie łożyska, wymiary łożyska oraz występujące luzy. Różne czynniki mogą wpływać na zmiany tych parametrów! Linia płynięcia cieczy nienewtonowskiej 1. 2. 3. 4. ciecz binghamowska, ciecz pseudoplastyczna, ciecz newtonowska, ciecz dylatacyjna Dla poprzecznego łożyska ślizgowego siła tarcia wynosi: Odnosząc współczynnik tarcia µ do względnego luzu średnicowego Ψ wprowadza się „względny” współczynnik tarcia µ’: gdzie: D – średnica otworu panewki, d – średnica czopa, L – długość łożyska, F – siła obciążająca łożysko, δ – luz promieniowy (wysokość szczeliny smarnej), ∆ – luz średnicowy, Ψ – względny luz średnicowy. Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Smarowanie hydrostatyczne polega na wytworzeniu w skojarzeniu trącym, przy użyciu urządzeń zewnętrznych (np. pomp), ciśnienia środka smarnego, które rozdzieli obie smarowane powierzchnie w taki sposób, że między nimi będzie występować tarcie płynne. Zasadę smarowania hydrostatycznego, na przykładzie smarowania poprzecznego łożyska ślizgowego. Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Tarcie graniczne – tarcie występujące w skojarzeniu trącym, gdy współpracujące powierzchnie skojarzenia trącego są częściowo oddzielone od siebie środkiem smarnym, a stykają się ze sobą tylko nierównościami. ZUŻYWANIE Z procesem tarcia związany jest ściśle proces zużywania materiału. Proces ten powodowany jest ścieraniem, pękaniem i wykruszaniem cząstek materiału oraz adhezją powierzchni współpracujących elementów i reakcjami tribochemicznymi zachodzącymi na powierzchni tarcia. Do podstawowych rodzajów zużywania zalicza się: Model tworzenia granicznym; warstwy smarującej przy • • • • • • tarciu 1. warstwa podłoża, 2. warstwa tlenków lub związków ochronnych, 3. smarowanie, graniczne. Grubość powstającej na powierzchni ciała stałego warstwy izolującej jest mała w porównaniu z chropowatością powierzchni. Tarcie mieszane – jednoczesne występowanie w węźle tarcia obszarów w których występuje tarcie płynne i tarcie graniczne/suche. Model warstwy przy tarciu mieszanym; 1. warstwa graniczna, 2. ciecz, smarna. • zużywanie adhezyjne, zużywanie ścierne, zużywanie zmęczeniowe, zużywanie erozyjne, zużywanie chemiczne, zużywanie cieplne. Zużywanie adhezyjne. Powoduje lokalne sczepienia powierzchni i odkształcenie materiału, pękanie wiązań kohezyjnych i przenoszenie materiału na powierzchnię przeciwelementu. W dalszej fazie ruchu następuje odrywanie się przeniesionego materiału od przeciwelementu i usunięcie go ze strefy tarcia w postaci produktów zużycia. Proces ten odbywa się cyklicznie i powoduje zużywanie przede wszystkim materiału „słabszego”. Istotny wpływ na wartość adhezji ma energia powierzchniowa materiału, a także chropowatość powierzchni trących. Adhezja (łac. adhaesio – przyleganie) – łączenie się ze sobą powierzchniowych warstw ciał fizycznych lub faz (stałych lub ciekłych).Adhezji nie należy mylić z kohezją, gdyż kohezja jest zjawiskiem związanym z oddziaływaniami międzycząsteczkowymi występującymi wewnątrz ciała, podczas gdy adhezja dotyczy oddziaływań powierzchniowych.Miarą adhezji jest praca przypadająca na jednostkę powierzchni, którą należy wykonać aby rozłączyć stykające się ciała. Na zużywanie adhezyjne wpływ mają takie czynniki jak: • • • • rodzaj występujących wiązań (jonowe, metaliczne, VanDerWaals’a) wielkość powierzchni styku, stan powierzchni, utlenienie powierzchni. Zużywanie ścierne. Występuje materiałów chropowatych. przy współpracy Wystające nierówności twardszego materiału spełniają rolę mikroostrzy. Ubytek materiału spowodowany jest mikroskrawaniem, rysowaniem lub bruzdowaniem. Wykres Stribecka przedstawia zależność współczynnika tarcia µ od prędkości obwodowej lub zmiennej nazywanej liczbą Hersey’a [He]. Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Proces ten zachodzi również, gdy w obszarze tarcia współpracujących elementów znajdują się luźne lub utwierdzone cząstki ścierniwa. Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” mikroskrawanie polega na wykrawaniu w ścieranym materiale zagłębienia poprzez występ nierówności lub ziarno ścierne partnera tarcia, które wgłębia się w materiał, odcina cząstki tego materiału podczas ruchu względnego, spiętrza je i odrywa. bruzdowanie polega na wgłębieniu występu partnera tarcia w ścierany materiał i plastycznym wyciśnięciu w nim bruzdy podczas ruchu względnego, wyciśnięty z bruzdy materiał zostaje spiętrzony wzdłuż jej bocznych ścianek. rysowanie polega na tworzeniu w ścieranym materiale przez wystający element nierówności ciała współpracującego rysy, częściowo wskutek wykrawania, a częściowo wskutek odsuwania materiału, jest zjawiskiem pośrednim między mikroskrawaniem i bruzdowaniem; Na zużywanie ścierne wpływ mają takie czynniki jak: • • • twardość współpracujących materiałów, chropowatość współpracujących powierzchni, obecność twardych cząstek w węźle tarcia. Zużywanie zmęczeniowe. Przyczyną tego typu zużywania jest cykliczne, zmienne odkształcanie warstwy wierzchniej. Z tego powodu na powierzchni pojawiają się mikropęknięcia, których dalszy rozwój i łączenie powoduje wykruszanie się materiału. Zużywanie to rośnie szybko gdy odkształcenia materiału mają charakter plastyczny. Zużycie wykruszające (pitting) występuje w smarowanym styku, a jego przyczyną jest głównie zmęczenie warstwy wierzchniej. W zespołach maszynowych pitting występuje w układach, które są bezpośrednio w kontakcie z substancją smarującą ( łożyskach tocznych, przekładniach zębatych, napędach krzywkowych). Uszkodzenie warstwy wierzchniej powoduje powstanie wyrwy, do której dostaje się substancja smarująca. Wyrwa wypełniona smarem zostaje poddana działaniu siły (np. dociśnięcie wyrwy w bieżni kulką w łożysku tocznym) co powoduje zwiększeniu ciśnienia i powiększaniu się uszkodzenia. Proces zużycia wykruszającego składa się z 3 faz: • • • tworzenie się mikroszczelin pod wpływem zmęczenia rozklinowanie mikroszczelin pod wpływem wtłaczania smaru podczas przetaczania elementów po sobie wyrywanie cząstek materiału z warstwy wierzchniej Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Fretting – proces niszczenia warstwy wierzchniej polegający na powstawaniu miejscowych ubytków materiału w elementach maszyn poddanych działaniu drgań lub niewielkich poślizgów pod wpływem cyklicznych obciążeń oraz intensywnego korozyjnego oddziaływania środowiska. Na zużywanie zmęczeniowe wpływ mają takie czynniki jak: • • • naprężenia występujące podczas styku, wytrzymałość zmęczeniowa materiału, nieciągłość i wady powierzchni oraz naprężenia własne. Zużywanie erozyjne - Zużywanie to powstaje w wyniku uderzania drobnych cząstek o powierzchnię materiału. Powoduje to ubytek materiału zwany erozją. Zużywanie chemiczne - Zużywanie to występuje wskutek reakcji chemicznych zachodzących pomiędzy współpracującymi materiałami. Może być również związane z reakcjami pomiędzy materiałem a środowiskiem (np. utlenianie), w którym zachodzi proces tarcia. Zużywanie chemiczne towarzyszy zwykle innym rodzajom zużywania. Na zużywanie tribochemiczne wpływ mają takie czynniki jak: • • • własności mechaniczne powstających na skutek reakcji substancji (tlenków itp.), szybkość przebiegu reakcji chemicznych, kinematyka i rodzaj procesu tarcia. Zużywanie cieplne - Zużywanie to zachodzi w wyniku wydzielania się dużej ilości ciepła, które powoduje zmiękczenie materiału w warstwach wierzchnich. Następnie zachodzi namazywanie a nawet sklejanie trących powierzchni powodując zatarcie. Dlatego zwykle zużywanie to nazywane jest zużywaniem awaryjnym. Fading (z angielskiego "opadanie") to zjawisko spadku skuteczności układu hamulcowego, które powstaje na skutek zużywania cieplnego materiałów ciernych hamulców. Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” MATERIAŁY TRIBOLOGICZNE Materiały łożyskowe: - materiały na łożyska toczne: - metale - materiały ceramiczne - materiały na łożyska ślizgowe: - metale - polimery i kompozyty polimerowe - materiały ceramiczne Materiały cierne - metale cierne - tworzywa cierne - ceramiki cierne Od stali łożyskowych wymaga się wąskiej i ściśle utrzymywanej tolerancji składników stopowych i zanieczyszczeń, oraz odpowiedniej struktury (twarde, odporne na zmęczenie mechaniczne). Rodzaje materiałów na łożyska toczne • • • • • • stale łożyskowe hartowane na wskroś, stale łożyskowe hartowane indukcyjnie, stale łożyskowe utwardzane powierzchniowo, stale nierdzewne na łożyska, stale wysokotemperaturowe na łożyska, materiały ceramiczne. Od materiałów na łożyska ślizgowe wymaga się: • • • • • • • wysokiej wytrzymałości mechanicznej na obciążenia statyczne i dynamiczne, odporności na zatarcie, odporności na korozję, małego współczynnika tarcia odpowiedniej rozszerzalności cieplnej, dobrego przewodzenia ciepła, dobrej obrabialności. Mimo, że istnieje bardzo dużo różnych materiałów łożyskowych, żaden z nich nie spełnia wszystkich wymagań. Przy doborze materiałów łożyskowych należy więc kierować się tymi ich cechami, które są najbardziej istotne dla pracy określonych łożysk. Do najczęściej stosowanych materiałów należą stopy łożyskowe, np. brązy cynowe, zwane babbitami, o składzie: 89% Sn, 8% Sb i 3% Cu lub brązy ołowiowe . Stop Ł83 - 83%Sn, 11% Sb i 6% Cu - brąz cynowy Stop Ł16 - 16% Sb, 2% Cu, 16% Sn, reszta Pb - brąz ołowiowy Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Stosuje się je w postaci warstwy wylewnej na podłożu stalowy Mosiądze maja niższą wytrzymałość ale lepszą odporność na pracę w podwyższonej temperaturze. Dobre własności antykorozyjne mają stopy aluminium z miedzią, niklem i krzemem. Ich wadą jest duża rozszerzalność cieplna. Żeliwo jest rzadziej stosowane ze względu na dość dużą twardość i mają odkształcalność. Wydzielania grafitu działają jak smar stały, przeciwdziałając zatarciu. Poza stopami metali na panewki łożysk stosuje się również tworzywa sztuczne (polimery). Mają one szerokie zastosowanie ze względu na korzystne własności ślizgowe, takie jak: • • • • • • • mały współczynnik tarcia suchego po stali, samosmarowność, odporność na ścieranie, tłumienie drgań, cichobieżność, odporność na korozję łatwość kształtowania. Wadami polimerów jako materiałów ślizgowych są przede wszystkim: • • • • słabe właściwości mechaniczne, mała przewodność cieplna, duża rozszerzalność termiczna, zmiana wymiarów wskutek zmian otoczenia. warunków W celu poprawy ich własności stosuje się różne metody modyfikacji. Do grupy tworzyw termoplastycznych najczęściej stosowanych w konstrukcji ślizgowych elementów maszyn zalicza się między innymi: • • • • • • • poliamid (PA), polioksymetylen (POM) inaczej nazywane też jako: poliacetal lub poliformaldehyd, policzterofluoroetylen (PTFE), polichlorotrójfluoroetylen (PCTFE), polietylen wysokiej gęstości (PE-HD, PE-UHMW), poliestry termoplastyczne (PET, PBT) polieteroketony (PEEK). Do grupy tworzyw utwardzalnych (duroplastów) stosowanych również w konstrukcji tego typu elementów maszyn należą: • • kompozyty na osnowie tworzyw fenolowych (PF), kompozyty na osnowie tworzyw epoksydowych (EP). Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Cechy ceramicznych materiałów łożyskowych: • odporność na korozję - bardzo dobra odpornością chemiczną nawet w wysokich temperaturach, mogą na przykład pracować zanurzone w kwasie lub pracować w jego oparach. odporność na temperaturę - mogą pracować w zakresie temperatur od -50 do + 350 o C. Ograniczeniem maksymalnej temperatury jest materiał z jakiego wykonany jest koszyk łożyska (PA, PTFE lub PEEK). W przypadku wyższej temperatury stosuje się łożyska całoceramiczne. niemagnetyczność tworzywa ceramiczne wykorzystywane do produkcji łożysk nie są magnetyczne w żadnym stopniu i mogą bez zakłóceń pracować w polu magnetycznym, trwałość – ceramiki są tworzywami o bardzo wysokiej twardości i bardzo dobrej odporności na ścieranie, samosmarowność - ceramiczne nie wymagają smarowania nawet podczas najtrudniejszych warunków pracy tj. wysoka temperatura, korozyjne środowisko czy próżnia, dielektryczność- dwutlenek cyrkonu i azotek krzemu są izolatorami. • • • • • Najczęściej wykorzystywanymi tworzywami ceramicznymi do produkcji łożysk tocznych i ślizgowych są: • • • dwutlenek cyrkonu ZrO2, azotek krzemu Si3N4, tlenek glinu Al2O3(korund) Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” ŚRODKI SMARNE – OLEJE Oleje smarne – ciecze, w warunkach stosowania, dostosowane do smarowania skojarzeń trących, z zastosowaniem określonej techniki smarowania i urządzeń smarowych. Od olejów smarnych wymaga się, odpowiednich do właściwego smarowania skojarzenia trącego: • • • • • • • • właściwości reologicznych, właściwości niskotemperaturowych, właściwości smarnych i przeciwzużyciowych, właściwości zapłonu i palenia, stabilności termicznej i termooksydacyjnej, stabilności chemicznej, kompatybilności z materiałami konstrukcyjnymi, minimalnej toksyczności i innych właściwości związanych z ochroną środowiska. W praktyce technologicznej wyróżnia się: • • • Oleje podstawowe – oleje bezpośrednio otrzymywane z ropy naftowej lub surowców bitumicznych, w rezultacie przeróbki ropy naftowej. Oleje bazowe – oleje otrzymywane poprzez zmieszanie kilku różnych olejów podstawowych. Oleje smarne – oleje otrzymywane z olejów bazowych w rezultacie zmieszania olejów bazowych z dodatkami uszlachetniającymi, procesie zwanym blendowaniem (blendingiem). Oleje smarne są końcowym wyrobem rafinerii lub zakładów zwanych blendowniami. Są to oleje gotowe do stosowania. Współcześnie, jako oleje smarne, są stosowane: oleje mineralne, oleje syntetyczne oraz emulsje olejowe. • • Oleje mineralne – ciecze, w warunkach stosowania, otrzymywane w wyniku komponowania olejów podstawowych lub tzw. olejów bazowych, pochodzących z zachowawczej lub przetwórczej przeróbki ropy naftowej lub surowców bitumicznych oraz dodatków uszlachetniających. Oleje mineralne stanowią większość współcześnie stosowanych olejów smarnych. W niektórych zastosowaniach ich właściwości eksploatacyjne są niewystarczające, wówczas są stosowane oleje syntetyczne. Oleje syntetyczne – ciecze, w warunkach stosowania, otrzymywane na drodze syntezy chemicznej lub na drodze głębokiej przeróbki przetwórczej surowców mineralnych. Współcześnie zastosowanie: • jako oleje syntetyczne syntetyczne oleje węglowodorowe, Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” znalazły • • • • • poli-α-olefiny (PAO), oleje hydrosyntetyczne, oleje estrowe, oleje silikonowe, poliglikole. Podstawowymi parametrami określającymi właściwości olejów smarnych są: • • lepkość, smarność. Smarność – zdolność środka smarnego do zmniejszania tarcia inaczej niż poprzez zmianę lepkości. Spośród dwóch substancji o jednakowej lepkości, w tych samych warunkach smarowania, lepszą smarność ma ta substancja, która bardziej zmniejszy tarcie występujące w skojarzeniu trącym. Smarność nie jest właściwością materii, ponieważ musi być odnoszona do właściwości i warunków pracy skojarzenia trącego: • • • • • • • geometrii styku, nacisków jednostkowych, prędkości przemieszczania współpracujących powierzchni, temperatury, właściwości materiału, z którego są wykonane współpracujące powierzchnie skojarzenia trącego, ciśnienia, składu chemicznego atmosfery w otoczeniu skojarzenia trącego. Lepkość olejów zależna jest od temperatury i ciśnienia • • wraz ze wzrostem temperatury lepkość oleju maleje, wraz ze wzrostem ciśnienia lepkość oleju rośnie. Wyróżnia się następujące, podstawowe rodzaje dodatków uszlachetniających: • • • • • • • • • • • • inhibitory utlenienia, modyfikatory właściwości reologicznych, detergenty i dyspergatory, smarnościowe, przeciwzużyciowe, przeciwzatarciowe, modyfikatory tarcia, inhibitory korozji i rdzewienia, pasywatory, przeciwpienne, barwniki, zapachowe, Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” • wielofunkcyjne. Dodatki smarnościowe jest to grupa związków chemicznych, działających w warunkach tarcia granicznego. Wyróżnia się dodatki: • • • przeciwzużyciowe (AW), przeciwzatarciowe (EP), modyfikatory tarcia. Poprawę właściwości smarnych można również uzyskać w wyniku mieszania olejów mineralnych z estrami organicznymi, tłuszczami zwierzęcymi lub roślinnymi. Otrzymywane w ten sposób oleje są nazywane olejami kompaudowanymi. Dodatki przeciwzużyciowe (dodatki AW – anti wear) przeciwdziałają nadmiernemu zużywaniu współpracujących powierzchni skojarzenia trącego, a także zmniejszają współczynnik tarcia. Mechanizm ich działania polega na tworzeniu na powierzchni metalu trwałej warstewki polarnych cząsteczek dodatku. Przylega on do powierzchni metalu, nie tworząc z nim trwałych związków chemicznych. Cząsteczki dodatku tworzą z powierzchnią metalu związki chemiczne lub są związane z podłożem międzycząsteczkowymi siłami van der Waalsa. Dodatki przeciwzatarciowe (dodatki EP – extreme pressure) – przeznaczone do stosowania w tych przypadkach, gdy w skojarzeniu trącym występują bardzo duże naciski miedzy współpracującymi powierzchniami. Rodzaj dodatku EP jest zależny od metali, jakie olej ma smarować. Związki te na powierzchni metalu tworzą trwale przylegającą warstewkę, wchodząc w reakcję z warstewką tlenków żelaza przylegających do powierzchni metalu, w przypadku wystąpienia dużych nacisków i w wysokiej temperaturze towarzyszącej procesom tarcia metal–metal. W przypadku zniszczenia przylegającej warstewki dodatku, następuje jej szybkie odtworzenie. Środki smarne – smary plastyczne Smary plastyczne są to roztwory koloidalne dyspersje stałych zagęszczaczy w fazie ciekłej. W skład smarów jako reguła, wchodzą trzy podstawowe składniki: • faza ciekła (osnowa) – 70 … 90%; (olej mineralny, syntetyczny, roślinny lub ich mieszaniny), Materiały do wykładu „ Podstawy tribologii” • faza zdyspergowana, stała, zagęszczacz – 10 … 25%; (mydła metali, polimery, stałe węglowodory, a także substancje nieorganiczne np.: bentonity, żel krzemionkowy itp.) • dodatki poprawiające właściwości eksploatacyjne, modyfikatory struktury, wypełniacze – 1 … 15%; mogą być one zawarte zarówno w fazie ciekłej jak i w fazie stałej. Smar spełnia dużą rolę w przenoszeniu obciążenia zmniejszając tarcie i zużycie. Smar może spełniać inne zadania, np.: • • chłodzenie, uszczelnianie. Z tego powodu smary należy traktować jak każde inne tworzywo konstrukcyjne. Jako środek smarny jest stosowane wiele substancji o różnych właściwościach. Podstawową cechą charakteryzującą substancje smarne jest smarność. Innymi parametrami charakteryzującymi własności smarów plastycznych są m.in.: • • • penetracja, temperatura kroplenia, wydzielanie oleju ze smaru.
