Vliv povrchu na užitné vlastnosti výrobku

Antonín KřížTento příspěvek vznikl na základě dlouhodobé spolupráce s průmyslovou společností HOFMEISTER s.r.o. a řešení průmyslového projektu FI-IM4/226, který je hrazen z rozpočtu MPO i spolufinancován z prostředků firmy.Text příspěvku a prezentace přednášky je možné stáhnout na internetové adrese:

www.ateam.zcu.cz

V roce 458 se konala v Japonsku pravděpodobně první soudní pitva!

Povrch – velký klam, který byl odhalen až zavedením integrity povrchu

Všechny rovnoběžky se v nekonečnu protínají, ale kdo má jít tak daleko?

2/24

K dosažení správné a spolehlivé funkce strojírenských výrobků je nutné, aby byly rozměry, tvar a vzájemná poloha ploch jejich jednotlivých částí dodrženy s určitou přesností. Běžným výrobním postupem nelze docílit aby uvedené geometrické vlastnosti součásti byly dodrženy (ani změřeny) s absolutní přesností. Skutečné plochy vyrobených součástí se tak liší od ideálních ploch předepsaných na výkrese. Aby bylo možné posuzovat, předepisovat a při výrobě kontrolovat dovolenou nepřesnost, rozdělují se úchylky skutečných ploch do čtyř skupin: úchylky rozměrů úchylky tvaru úchylky polohy úchylky drsnosti povrchu

Rozměrové tolerance

Popis povrchu – dřívější pohled na povrch

3/24

Geometrická tolerance - úchylka tvaru

4/24

Značky pro úchylky tvaru a polohy

5/24

Drsnost povrchu

Zajímat se pouze o hodnotu drsnosti Ra je jako když jedeme autem po silnici a nezajímají nás díry, ale průměrná nerovnost vozovky. [ústní sdělení prof. Brychty – VŠB Ostrava]

6/24

7/24

Kouzlo povrchu

Rebecca Romijn Povrch pískovce

Povrch listu tabáku

Povrch Venuše

8/24

Technický pohled na skutečný povrch

Finální vlastnosti výrobků jsou významně ovlivňovány vlastnostmi povrchových a podpovrchových vrstev. Objem provozních lomů v současnosti tvoří více než z 90% únavových poškození. Toto poškození má nejčastěji svoje iniciační místo na povrchu součásti.

Výjimkou bývají některé významné strukturní, metalografické i konstrukční chyby (vměstky, trhliny, povrchově překalená vrstva materiálu, zápichy aj.), které mohou přesunout iniciaci dále od povrchu. Z tohoto důvodu je nutné vlastnostem povrchu věnovat značnou pozornost.

9/24

Jaký chceme povrch?

Takový, aby plnil všechny svoje funkce a zvyšoval užitné vlastnosti výrobku!Dokážeme tyto požadavky definovat?

Zbytková napětí (tlaková – tahová?)Morfologie povrchu (drsnost)Materiálové a mechanické vlastnosti povrchu (tvrdost, zpevnění, strukturní stav, povrchová úprava např. vrstvy, povlaky)

Integrita povrchu

Geometrická přesnostDrsnost povrchu a jeho profil TvrdostZměna strukturyZbytková napětíChemicko-tepelné změny – opaly,

oduhličení, nauhličení Trhliny – prasklinyZměny fyzikálních i chemických

vlastností

10/24

Geometrická přesnost

11/24

Profil v 3D náhledu

Drsnost povrchu a jeho profil Využití konfokálního mikroskopu Olympus LEXT 3000

12/24

Měření příčné drsnosti

Ra - 0,4509 µm

Wt – 0,4676 µm

13/24

Měření plošné drsnosti

14/24

Lineární drsnost Ra 0,6 µmPlošná drsnost Sa - 0,39µm

Dva odlišné povrchy se stejnou hodnotou Abbotovy křivky profilu

Nosná (Abbotova) křivka profilu

15/24

Profil povrchu

16/24

Víc než samotný profil povrchu je důležitější strukturní stav a přítomnost mikrotrhlin.

Tvrdost Změna struktury Zbytková napětí

Zakalený povrch– øHV0,01 =1107.

Deformační závislosti oceli 1-kalená; 2-popouštěná; 3-kalená z vysoké teploty; 4-žíhaná

Vznik brusných prasklin u cementovaných ozubených kol. Tyto defekty nebyly iniciovány bezprostředně od povrchu, ale z hloubky cca 0,7 mm pod povrchem. Jak dokumentuje ilustrativní graf průběhu zbytkového napětí, je na broušeném povrchu nepříznivé tahové napětí, které s hloubkou přechází v tlakové složky.

Měření zbytkových napětí RTG difrakční analýzou u otvorů z oceli C45

Rozložení tlakových zbytkových napětí po obvodě vyvrtaného otvoru

Rozložení zbytkových napětí u odlišně zhotovených otvorů – soustružení, vrtání

Struktura je heterogenníV oblasti feritu je větší deformace

18/24

Zbytková napětí

Příčný výbrus povrchově zakaleného a černěného povrchu v místě defektu.

Důležitost zbytkových napětí se projeví nejen na mechanických vlastnostech, ale také na korozní odolnosti povrchu.

19/24

Trhliny – praskliny

20/24

Změny fyzikálních i chemických vlastností

Povrch vyvrtané litiny ČSN 422420 - oblast 1– pouze vrtáno; oblast 2 – přechodová oblast do tvářeného povrchu; oblast 3 tvářený povrch; 4 – zahlazený povrch.

Koroze u vzorku broušeného „papírem 240“

Pološný podíl koroze

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

čas [m in]

podí

l kor

ozní

ho n

apad

ení

vzorek 240/1

vzorek 800/1

vzorek 240/2

vzorek 800/2

„papírem 800“ 21/24

Integrita povrchu řezného nástroje?

Stav břitu – z hlediska magrogeometrie i z hlediska mikrogeometrie

PojivoKarbid WC

VrstvaRozhran

í Substrát

Stav „substrátu“ a volba vrstvy

Geometrická přesnost; Drsnost povrchu a jeho profil; Tvrdost; Změna struktury; Zbytková napětí; Chemicko-tepelné změny – opaly, oduhličení, nauhličení Trhliny – praskliny; Změny fyzikálních i chemických vlastností 22/24

Abychom něco viděli, musíme mít oči i mysl otevřenou!A být připraveni se s tím, co poznáme nějak vyrovnat!

23/24

ZávěrProblematika s integritou povrchu spočívá v tom, že se musíme naučit posuzovat povrch jinak, než jak jsme byli zvyklí. Nevystačíme s doposud využívanými charakteristikami a veličinami, ale musíme se naučit pohlížet na povrch komplexně a v souvislostech. Pro dosažení tohoto cíle je zapotřebí vytvořit interdisciplinární týmy, které budou spolu diskutovat a budou provádět korelaci získaných poznatků.

24/24