KÁROSODÁS

Meghibásodások csoportosítása,

tribológia, kopás, anyagfáradás, öregedés

BME Járműgyártás és -Javítás Tanszék

2

SZERKEZETEK KÁROSODÁSA, ROMLÁSA Berendezéseket érő értékcsökkentő hatások

ÉRTÉKCSÖKKENTŐ

HATÁSOK

Műszaki-gazdaságiMűszaki- fizikai

Károsodás Elévülés

Túlterhelés ÖregedésElhasználódás

KopásKorrózió Kifáradás

3

Károsodási folyamat és a helyreállítás összefüggése

GYÁRTMÁNY

TERVEZÉS

GYÁRTÁS

TERVEZÉS

GYÁRTÁS

ÜZEMBEHELYEZÉS

ELHASZNÁLÓDÁS

GÉP

SELEJTEZÉS

ÜZEMELTETÉS

KÖRNYEZETKARBANTARTÁS

TERVSZERŰ

JAVÍTÁS

TERMÉSZETES

ELHASZNÁLÓDÁS

HIBAELHÁRÍTÁS

VÁRATLAN

MEGHIBÁSODÁS

4

A károsodási folyamat és a műszaki állapot összefüggése

SÉRÜLT

DE ÜZEMKÉPES

ÁLLAPOT

ÜZEMKÉPES

ÁLLAPOT

ÚJ ÁLLAPOT

SÉRÜLT

ÜZEMKÉPTELEN

ÁLLAPOT

HELYREÁLLÍTOTT

ÜZEMKÉPES

ÁLLAPOT

5

A károsodási folyamat, a műszaki állapot és a helyreállítás összefüggései

SÉRÜLT

DE ÜZEMKÉPES

ÁLLAPOT

ÜZEMKÉPES

ÁLLAPOT

ÚJ ÁLLAPOT

SÉRÜLT

ÜZEMKÉPTELEN

ÁLLAPOT

HELYREÁLLÍTOTT

ÜZEMKÉPES

ÁLLAPOT

GYÁRTMÁNY

TERVEZÉS

GYÁRTÁS

TERVEZÉS

GYÁRTÁS

ÜZEMBEHELYEZÉS

ELHASZNÁLÓDÁS

GÉP

SELEJTEZÉS

ÜZEMELTETÉS

KÖRNYEZETKARBANTARTÁS

TERVSZERŰ

JAVÍTÁS

TERMÉSZETES

ELHASZNÁLÓDÁS

HIBAELHÁRÍTÁS

VÁRATLAN

MEGHIBÁSODÁS

6

A MEGHIBÁSODÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA Szerkezet szerint

szerelt egységek meghibásodása

alkatrészek, szerkezeti elemek

meghibásodása

A hatás jellege szerint

üzemi alkalmasság részleges csökkenése

(hibás működés)

működésképtelenség

Megjelenési forma szerint

üzemeltetési jellemzők változása

méretváltozás, illesztési hiba

alakhiba

felületi hiba

alakváltozás (görbeség, elcsavarodás)

repedés

törés

felületi réteg tulajdonságának változása

anyagösszetétel vagy szövetszerkezet

megváltozása

Az elhasználódás mechanizmusa szerint

súrlódás, kopás

abrázió, erózió

kavitáció

anyagfáradás

korrózió

öregedés

hő okozta változás

A hiba oka szerint

konstrukciós hiba

gyártási hiba

anyaghiba

helytelen üzemeltetés

fenntartási hiányosság

természetes elhasználódás

Tribológia

Súrlódás, kopás

8

TRIBOLÓGIA

A kölcsönösen egymásra ható és egymáshoz viszonyítva elmozduló felületek viselkedésének tudománya és technológiája.

A súrlódás következtében lekopott anyagrészecskék hatása az anyagra a következő:

• geometria-változás (méret, felületi érdesség) ),

• alak- és minőségváltozását (mechanikai, fizikai, kémiai, illetve,

• Szövetszerkezet (felületi réteg tulajdonság) változását.

9

Tribológiai fogalmak Tribofizika: azon fizikai jelenségek összessége, amelyek az

egymáshoz viszonyított elmozduláskor végbemennek:

súrlódás, mechanikai kopás, rugalmas és maradó

alakváltozás, termikus jelenségek, a kenőanyagban

végbemenő fizikai folyamat.

Tribokémia: azon kémiai változások, amelyek a fémes

felületen vagy a kenőanyagban a súrlódás és környezet

hatására végbemennek:

oxidáció, adalékok kémiai hatása (szulfid, foszfát vagy

oxid fémek, stb. bevonatok képződése).

Tribotechnika: a tribológiai kutatások eredményeinek

gyakorlati alkalmazása.

10

KOPÁS

Az egymással érintkező, relatív mozgást

végző szerkezeti elemek felületein

bekövetkező elváltozás, ami általában

anyagleválással jár együtt.

11

Súrlódás

Mechanikai ellenállás az érintkező felületek között, ami:

a viszonylagos elmozdulást fékezi (mozgó súrlódás)

a viszonylagos elmozdulást akadályozza (nyugalmi

súrlódás)

A súrlódás dimenzió nélkül viszonyszáma, a súrlódási

tényező, ami két test egymásra gyakorolt hatásának az

érintősík irányába eső, elmozdulással szembeni

erőkomponens fajlagos értéke:

Fs/Fn, ahol: Fs a súrlódási erő,

Fn a normál erő

12

Súrlódási módok és súrlódási állapotok Súrlódási módok Súrlódási állapotok

Az elmozdulási módok

az elmozdulás kezdete

vagy befejezése szerint

A részt vevő anyag fajták

szerint

Mozgásbeli súrlódás:

csúszó súrlódás

gördülő ellenállás

fúró súrlódás

Külső súrlódás:

különböző anyagok között

Szilárd test súrlódása:

száraz súrlódás

Nyugvásbeli súrlódás:

álló súrlódás

indulási súrlódás

megállási súrlódás

Mozgási súrlódás:

tapadó súrlódás

lökési súrlódás

Tapadóréteg-súrlódás

Folyadéksúrlódás

(úszósúrlódás)

Lökésszerű súrlódás:

ütközési súrlódás

lökési súrlódás

Belső súrlódás:

(azonos anyagoknál) elemi

súrlódás

Vegyes súrlódás

13

A kopás keletkezése Feltétele:

kopási elempár

alaptest

ellentest

rendszerint közbenső anyag

viszonylagos elmozdulás

normálirányú erőhatás (Fn)

Közbenső anyag:

kenőanyag: kenőolaj,

kenőzsír, szilárd és gáznemű,

ill. egyéb kenőanyag,

oxidréteg

szennyeződés

• kopástermék

14

Csúszó súrlódás okozta kopás megjelenési

formái

15

Kopási típusok

– elsőrendű adhéziós, hideghegedéses kopás,

másodrendű adhéziós, meleghegedéses

kopás,

oxidációs kopás,

abráziós kopás,

fáradásos kopás,

fretting kopás.

16

A kopás alapfolyamata

a) érdességi csúcsok lenyíródása,

b) alakváltozások a rugalmas

tartományban,

c) alakváltozások a képlékeny

tartományban (maradó

alakváltozás),

d) molekuláris erőhatások (adhézió),

e) felhevülés a mikrogeometria

tartományban,

f) fizikai vagy kémiai anyagváltozások

(pittingesedés, oxidáció, reakciós

termékek koptató hatásai).

17

Kopás folyadék súrlódáskor

Tiszta folyadéksúrlódáskor nincs fémes

érintkezés. A súrlódást a kenőanyag

viszkozitása határozza meg. Nincs

kopás, csak akkor, ha a

kenőanyagban abrazív anyag van

jelen, vagy, ha a kenőanyag nagy

fárasztó feszültséget kelt a felületen.

Részleges folyadéksúrlódáskor (vegyes

súrlódás) az alaptest és ellentest

egyes pontjai érintkeznek. Ez lehet

könnyű részleges, nagyhőfokú

részleges vagy nagynyomású

részleges folyadéksúrlódás.

18

Részleges folyadéksúrlódás

• Határsúrlódáskor a kenőanyagfilm néhány

molekula rétegnyi, amely erősen tapad a fémek

felületére és meggátolja a fémes érintkezést.

• Az extrém határsúrlódás jellemzője a

nagynyomás, a tartós csúszás és a hűtéssel nem

ellensúlyozható tartós hőfejlődés. Kopás csak

különleges kenéssel csökkenthető.

19

Kopás szennyezett közbenső anyag (kenőanyag)

esetén

a) A szennyezők kisebbek, mint a legkisebb kenőfilmvastagság

b) A szennyezők nagyobbak, mint a legkisebb kenőfilmvastagság és

lágyabbak, mint az alap-, valamint az ellentest

c) A szennyezők nagyobbak, mint a legkisebb kenőfilmvastagság és

keménységük az alap- és az ellentest keménysége között van

d) A szennyezők nagyobbak, mint a legkisebb kenőfilmvastagság, de

keménységük nagyobb az alap- és ellentestnél

a b c d

20

Kopás száraz és vegyes súrlódáskor

Kopás száraz súrlódáskor

Kopás akkor következik be, amikor a két egymáson

elmozduló szilárd test egymással érintkező felületei

között ill. felületén nincs semmilyen elválasztó idegen

anyag (kenőanyag, nedvesség, oxidréteg).

Kopás vegyes súrlódáskor:

A száraz- és folyadéksúrlódás egyidejűleg lép fel. A

közbenső anyag az alap- és ellentestet csak részben

választja szét. (kis V, nagy F, kis viszkozitás,

kedvezőtlen csapágyhézag, nem elegendő

kenőanyagfilm vastagság).

21

A kopási részfolyamat függése a

részecske hajlásszögétől (homlokszög)

22

A kopás és felületi érdesség összefüggése

23

FORGATTYÚCSAP KOPÁSA

Normálkopás

Brágódás

24

Bütyök berágódása

SZERKEZETI ANYAGOK

KORRÓZIÓJA

26

A korrózió fogalma

• A korrózió a szerkezeti anyagok tönkremenetele a

velük érintkező környezettel történő

kölcsönhatásban.

• A környezetet ebből a szempontból korróziós

közegnek nevezzük, amelynek minősége és

összetétele lényegesen befolyásolja a jelenségeket.

27

A KORRÓZIÓS KÁROK OSZTÁLYOZÁSA • .A külalak, az esztétikus megjelenés károsodása.

• .A beruházási, működési és fenntartási költségek növekedése. Gyakran előfordul,

hogy a korróziónak kitett szerkezeteket a majdani károsodásra számítva

túlméretezik. Ez jelentős beruházási költségtöbbletet (anyag, energia, munkabér

stb.) jelent. A korrózióvédelmi eljárások megvalósítása és fenntartása szintén

megnöveli a beruházási és üzemeltetési költségeket. A károsodott részek kicserélése

ill. javítása szintén többlet kiadást jelent.

• .A gyártmányok szennyeződése a gyártó berendezések korróziója következtében.

• A környezet szennyeződése: maguk a korrózió termékei komoly környezeti

szennyeződést okozhatnak.

• .A biztonsági tényezők leromlása: a műtárgyak, berendezések és járművek a

korrózió következtében olyan mértékű tönkremenetelt szenvedhetnek, hogy a

biztonságos működési és a balesetvédelmi követelmények ill. előírások nem

teljesülnek.

• .A termelés és működés időszakos kiesése: a korróziót szenvedett berendezéseket és

alkatrészeket cserélni ill. javítani kell.

• .Értékes anyagokban bekövetkező veszteség: egyes esetekben (pl. berendezések

kilyukadása) olyan értékes anyagok mehetnek a korrózió következtében

veszendőbe, amelynek költsége meghaladja az egyéb korróziós veszteségeket.

28

A KORRÓZIÓ FELTÉTELEI:

- A korrózióra hajlamos anyagok. Azok a

fémek hajlamosak korrózióra, amelyek csak

vegyületeik formájában fordulnak elő a

természetben.

- Korróziót okozó közegek. Ilyenek a levegő,

talaj, szerves folyadékok, sóolvadékok,

folyékony fémek, agresszív gázok.

29

A KORRÓZIÓ MEGJELENÉSI FORMÁI

Egyenletes a korrózió, ha az egész

felület nagyjából egyforma

mértékben korrodálódik

A helyi korrózió . Itt a károsodás

a fémfelületeknek csak kis

részére terjed ki, ill. az

igénybe vett fémnek csak egy

része korrodálódik.

• Foltos korrózió

• A lyukkorrózió, vagy pitting

• Réskorrózió

• A kristályközi korrózió

• A feszültségkorróziós repedés

• Korróziós kifáradás

• Szelektív korrózió

30

A fémek korróziójának osztályozása A közeg halmazállapota szerint

1. Gázhalmazállapotú közegben lejátszódó ún.

atmoszférikus korróziót. Az atmoszféra nem mindig a

szabad levegőt jelenti, hanem lehet pl. egy üzemcsarnok

korrozív légtere is. A korrózió közegben a fém időnként

megnedvesedhet (pl. eső, harmat).

2. Folyékony közegben fellépő korróziót. A folyadék

legtöbbször víz ill. vizes oldat.

3. Szilárd közegben fellépő korrózió. Mivel túlnyomó

részben a talaj fordul elő szilárd közegként, ezért

harmadikként a talajkorrózióról beszélünk. Sokban

hasonlítanak ehhez az egyéb szilárd közegben helyet

foglaló fémek korróziós jelenségei, pl. a betonvasak

korróziója.

31

A fémek korróziójának osztályozása A korróziós folyamatok mechanizmusa szerint

1. Kémiai korróziót, amelyben a fém és a közeg közt

egyszerű kémiai reakciók játszódnak le korróziós

termék képződése közben.

2. Elektrokémiai korróziót, amelyben a károsodást

elektrokémiai folyamatok idézik elő. Jellemzőjük az,

hogy bennük elektromos töltéssel rendelkező

részecskék, ionok szerepelnek, a folyamatok elektromos

árammal kapcsolatosak, és nedvesség jelenléte

szükséges lejátszódásukhoz. Kialakulásának feltételei:

potenciálkülönbség és elektrolit jelenléte.

Anyagfáradás

33

Anyagfáradás • Az anyagfáradás (kifáradás) az anyag keményedése,

ridegedése, repedéskeletkezése, majd terjedése a

különböző nagyságú és váltakozó irányú erő hatására.

A folyamat ismétlődő igénybevételek hatására

általában alacsonyabb feszültségi szinten megy végbe

mint a rideg, vagy a szívós repedés és törés.

• Ha egy munkadarabot huzamosabb időn keresztül

állandóan váltakozó igénybevételnek teszünk ki a

Wöhler-diagram károsodási vonala feletti feszültséggel

terhelve, az idők folyamán az igénybevétellel szembeni

ellenállása lecsökken, míg végül is a törés bekövetkezik.

34

A kifáradási határ Az a feszültség, amelyet az anyag, alkatrész

végtelenszámú ismétlődések esetén is 50%-os valószínűséggel törés nélkül elvisel (a Wöhler görbe vízszintes szakasza)

A kifáradási határt befolyásolja:

igénybevétel:

feszültségkeltés: hajlítás, pulzálás, csavarás.

jellege: tiszta lengő, nem lengő, 0 alappontú lüktető, nem 0 alappontú lüktető.

feszültséghatárok,

ismétlődési szám.

anyagminőség: összetétel, kristályszerkezet, zárványok, rácshibák, belső feszültségek (maradékfeszültség),

kialakítás: alak, felület, tagoltség lépcsők, lekerekítések, felületi érdesség, feszültséggyűjtő helyek, a felület közelében létrehozott nyomófeszültség.

a fárasztás közege, környezete,

TÖRÖTT FŐTENGELY

FÁRADTAN TÖRÖTT

FORGATTYÚCSAP

A TÖRÖTT FELÜLET MÁS NÉZETBŐL

TÖRÖTT DUGATTYÚ és

ELHAJLOTT DUGATTYÚRÚD

Öregedés

40

Öregedés

Az edzési öregedés a 600...700 C-ról gyorsan

lehült lágyacélok keménységének növekedése

hevertetés közben vagy rövid idő alatt a

szobahőmérséklettől nagyobb hőmérsékleten.

Az alakváltozási öregedés az acél keménységének,

szilárdságának növekedése, szívósságának erős

csökkenése kismértékű hidegalakítás után

közönséges vagy legfeljebb 250 C

hőmérsékleten hosszabb-rövidebb idő után

bekövetkezik.