instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z materiałów

INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH
Politechnika Śląska w Gliwicach
INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH
Z MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH
I EKSPLOATACYJNYCH
MATERIAŁY REGENERACYJNE
Opracował:
Dr inż. Grzegorz Nowak
Gliwice 2001
Materiały regeneracyjne zalicza się do grupy tzw. materiałów o specjalnych zastosowaniach,
wśród których można wyszczególnić jeszcze:
 Materiały powłokowe
 Materiały konserwacyjne
 Kleje i silikony
 Materiały lutownicze i spawalnicze
Materiały regeneracyjne służą do wykonywania różnego rodzaju napraw i konserwacji
elementów maszyn i urządzeń, często bez konieczności wyłączania ich z eksploatacji.
Stosowanie tych materiałów pozwala na poprawę własności eksploatacyjnych elementów
poprzez ich zabezpieczenie przed skutkami korozji oraz erozji, zwiększenie odporności na
działanie kawitacji czy substancji chemicznie aktywnych. Materiały takie, zgodnie z
przepisami światowymi, nie mogą zawierać oraz powodować wydzielania żadnych substancji
szkodliwych.
Ogólnie technologia oparta na stosowaniu materiałów specjalnych polega na:
 Klejeniu pękniętych miejsc i szczelin
 Wypełnianiu ubytków materiałowych
 Nanoszeniu powłok ochronnych
Rys. 1 Naprawa pęknięcia korpusu zaworu przy pomocy pasty regeneracyjnej.
Do tego typu zabiegów stosuje się dwie różne odmiany materiałów, różniące się przede
wszystkim gęstością i lepkością. W przypadku dwóch pierwszych typów napraw stosuje się
tzw. pasty, będące mieszaniną tzw. bazy oraz utwardzacza. Nazwa pasta bierze się z dużej
lepkości tego materiału, gdzie do jego nanoszenia potrzebne jest twarde narzędzie typu
szpachelka, packa itp..
Rys. 2 Nanoszenie materiałów regeneracyjnych (płynu i pasty) na elementy.
Powłoki ochronne wykonuje się z wykorzystaniem tzw. płynów, które mają konsystencję
gęstej farby. Płyn daje się rozprowadzać na powierzchni elementu przy pomocy pędzla, z
krótkim, twardym włosiem.
Materiały regeneracyjne w zależności od składu chemicznego można podzielić na
następujące grupy:
1. metaliczne – zimne metale
Są to dwuskładnikowe związki epoksydowe zawierające: wypełnienie stanowiące w 80%
proszek metaliczny oraz w 20% żywicę epoksydową i utwardzacz. Jako proszków
metalicznych używa się proszków stali zwykłych, nierdzewnych, tytanu, mosiądzu, brązu, czy
aluminium. Po utwardzeniu materiały te wykazują odporność na działanie warunków
atmosferycznych i aktywnych chemicznie czynników, a poza tym są obrabialne
mechanicznie.
Rys. 3 Naprawy wykonywane z użyciem past metalicznych.
Pasty metaliczne w wielu przypadkach zastępują tradycyjne spawanie oraz napawanie
elementów wykonanych z różnych metali (stąd stosowanie różnych proszków metalicznych
jako wypełniaczy). Usuwanie uszkodzeń przy pomocy tych materiałów jest szczególnie
korzystne w przypadkach trudności technologicznych zastosowania napraw tradycyjnych, w
przypadkach zagrożenia pożarowego, obecności par i gazów łatwopalnych. Jakość i
skuteczność wykonywania tego typu napraw jest porównywalna z metodami tradycyjnymi,
natomiast odporność regenerowanych miejsc na ścieranie i korozję oraz odporność chemiczna
jest znacznie wyższa.
Rys. 4 Regeneracja wału pompy (zgrubne nanoszenie materiału regeneracyjnego i jego późniejsza
obróbka mechaniczna)
Elementy podlegające regeneracji poddaje się czyszczeniu, najczęściej przez piaskowanie, a
następnie miejsca, gdzie wystąpiły ubytki materiału, wypełnia się pastą metaliczną.
Powierzchnie, które chcemy chronić przed działaniem środowiska zewnętrznego (wilgoci,
erozji, korozji, kawitacji, itp.) pokrywane są płynami metalicznymi, tworzącymi powłokę
oddzielającą materiał elementu od tego środowiska. Powłoki ochronne wykonuje się również
na elementach nowych w celu przedłużenia ich trwałości.
2. ceramiczne
Pasty i płyny ceramiczne różnią się od materiałów metalicznych jedynie wypełnieniem,
którym w tym przypadku jest proszek ceramiczny. Najważniejszą, wyróżniająca je cechą jest
szczególnie duża odporność na ścieranie. Dlatego często bywają stosowane w przypadku
napraw elementów narażonych na ten rodzaj zużycia. Bywają również stosowane na
wykonanie powłok ochronnych na elementy nowe, które pracują w warunkach intensywnej
erozji (wirniki pomp do transportu hydraulicznego, łopatki wentylatorów pracujących w
warunkach zapylenia itp.).
Rys. 5 Wykonywanie powłok ceramicznych na elementach podlegających erozji
3. uretanowe (gumopodobne)
Pasty i płyny gumopodobne (różniące się tylko gęstością) są materiałami dwuskładnikowymi
produkowanymi na bazie uretanu. Po zmieszaniu składników ze sobą w odpowiedniej
proporcji powstaje elastyczne tworzywo o różnej twardości podobne do gumy, zestalające się
w temperaturze pokojowej. Materiały te posiadają bardzo dobrą odporność na ścieranie oraz
wytrzymałość na rozciąganie przy zachowaniu dużej elastyczności. Odznaczają się
odpornością na działanie substancji chemicznych oraz korozję.
Rys. 6 Regeneracja rolki podajnika taśmowego przy pomocy materiału uretanowego
Są materiałami dźwiękochłonnymi oraz dobrymi izolatorami elektrycznymi. Łączą się w
sposób trwały z gumą, metalami, drewnem, betonem i tworzywami sztucznymi. Ich
podstawowe zastosowanie to:
-
naprawa i regeneracja transporterów taśmowych
-
pokrywanie powierzchni zbiorników na aktywne chemicznie media
-
wypełnianie szczelin dylatacyjnych
-
ograniczenie emisji hałasu
Przebieg ćwiczenia:
W ramach zajęć laboratoryjnych zostaną przebadane dwa materiały regeneracyjne o różnych
właściwościach i różnych zastosowaniach. Badanie będzie miało na celu określenie
podstawowych cech obu materiałów, do których należą:
-
ocena elastyczności materiału
-
porównanie przylegania powłoki materiału regeneracyjnego do różnych powierzchni
-
porównanie zachowania się badanych materiałów pod obciążeniem
Do badań przyjęto następujące materiały regeneracyjne w postaci płynów:
-
ceramiczny
-
uretanowy
Oba omawiane materiały naniesione zostały na przeciwległe powierzchnie metalowych
płytek (stalową oraz aluminiową), które zostaną poddane rozciąganiu na maszynie
wytrzymałościowej.
Powłoka ceramiczna
Powłoka uretanowa
Rys. 7 Próbka do badań
Podczas rozciągania płytek należy obserwować zachowanie się obydwu materiałów
regeneracyjnych oraz rejestrować wartości wydłużeń próbek, przy których obserwuje się
uszkodzenia powłok. Należy zaobserwować sposób i przebieg uszkadzania powłok oraz ich
odklejania się od materiału próbki.
Przygotowanie sprawozdania:
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno obejmować:
1. Krótką charakterystykę materiałów regeneracyjnych
2. Opis przebiegu ćwiczenia
3. Zarejestrowane wartość wydłużeń próbek, przy których nastąpiło niszczenie powłok
4. Opis przebiegu procesu niszczenia i odklejania się powłok
5. Wnioski dotyczące badanych powłok.