Have på - Wear

For anden anvendelse, se Slid (disambiguation) .
"Slidte" omdirigeringer her. For maleriet af Vincent van Gogh , se At Eternity's Gate .
Bageste (drevne) cykeltandhjul. Ny, til venstre, viser ingen slid. Til højre, brugt, viser tydeligt slid ved at blive kørt med uret.

Slid er den skadelige, gradvise fjernelse eller deformation af materiale på faste overflader . Årsager til slitage kan være mekaniske (f.eks. Erosion ) eller kemiske (f.eks. Korrosion ). Undersøgelsen af ​​slid og relaterede processer kaldes tribologi .

Slid i maskinelementer , sammen med andre processer som træthed og krybning , får funktionelle overflader til at forringes, hvilket i sidste ende kan føre til materialefejl eller tab af funktionalitet. Således har slid stor økonomisk relevans som først skitseret i Jost -rapporten . Slibende slid alene er blevet anslået til at koste 1-4% af bruttonationalproduktet fra industrialiserede nationer.

Slid på metaller sker ved plastisk forskydning af overflade og nær overflademateriale og ved frigørelse af partikler, der danner slidrester . Partikelstørrelsen kan variere fra millimeter til nanometer . Denne proces kan forekomme ved kontakt med andre metaller, ikke -metalliske faste stoffer, flydende væsker, faste partikler eller væskedråber, der er medbragt i flydende gasser.

Den slidhastigheden påvirkes af faktorer såsom typen af belastning (fx virkning, statisk, dynamisk), type bevægelse (fx glidende , rullende ), temperatur , og smøring , især ved fremgangsmåden ifølge aflejring og nedslidning af grænsesmøringslag. Afhængigt af tribosystem , forskellige slid typer og slidmekanismer kan observeres.

Bær typer og mekanismer

Slid klassificeres almindeligvis efter såkaldte slidtyper , der forekommer isoleret eller komplekst. Almindelige slidtyper omfatter:

Andre, mindre almindelige slidtyper er slag-, kavitation- og diffusiv slid.

Hver slidtype skyldes en eller flere slidmekanismer . For eksempel er den primære slidmekanisme ved klæbende slid vedhæftning . Slidmekanismer og/eller delmekanismer overlapper og forekommer ofte på en synergistisk måde, hvilket giver en større slidhastighed end summen af ​​de enkelte slidmekanismer.

Klæbende slid

SEM -mikrofotografi af klæbende slid (overførte materialer) på 52100 stålprøve, der glider mod Al -legering. (Gul pil angiver glidende retning)

Klæbende slid kan findes mellem overflader under friktionskontakt og refererer generelt til uønsket forskydning og fastgørelse af slidrester og materialeforbindelser fra en overflade til en anden. Der kan skelnes mellem to klæbende slidtyper:

  1. Klæbende slid skyldes relativ bevægelse, "direkte kontakt" og plastisk deformation, der skaber slidrester og materialeoverførsel fra en overflade til en anden.
  2. Sammenhængende klæbekræfter, holder to overflader sammen, selvom de er adskilt af en målbar afstand, med eller uden egentlig overførsel af materiale.

Generelt opstår der klæbende slid, når to kroppe glider over eller presses ind i hinanden, hvilket fremmer materialeoverførsel. Dette kan beskrives som plastisk deformation af meget små fragmenter i overfladelagene. De asperiteter eller mikroskopiske højdepunkter ( overfladeruhed ), der findes på hver overflade, påvirker sværhedsgraden af, hvordan fragmenter af oxider trækkes af og føjes til den anden overflade, dels på grund af stærke klæbekræfter mellem atomer, men også på grund af ophobning af energi i plastzone mellem asperiteterne under relativ bevægelse.

Typen af ​​mekanisme og amplituden af ​​overfladetiltrækning varierer mellem forskellige materialer, men forstærkes af en stigning i densiteten af ​​"overfladeenergi". De fleste faste stoffer klæber til en vis grad ved kontakt. Imidlertid undertrykker oxidationsfilm, smøremidler og kontaminanter naturligt forekommende generelt vedhæftning, og spontane eksotermiske kemiske reaktioner mellem overflader producerer generelt et stof med lav energistatus i den absorberede art.

Klæbende slid kan føre til en stigning i ruheden og dannelsen af ​​fremspring (dvs. klumper) over den oprindelige overflade. I industriel fremstilling kaldes dette galning , som til sidst bryder det oxiderede overfladelag og forbinder til det underliggende bulkmateriale, hvilket øger muligheden for en stærkere vedhæftning og plaststrøm omkring klumpen.

En simpel model for slidstyrken for klæbende slid , kan beskrives ved:

hvor er belastningen, er slidkoefficienten, er glideafstanden og er hårdheden.

Slibende slid

Dyb 'rille' lignende overflade indikerer slid på støbejern (gul pil angiver glidende retning)

Slibning opstår, når en hård ru overflade glider hen over en blødere overflade. ASTM International definerer det som tab af materiale på grund af hårde partikler eller hårde fremspring, der tvinges imod og bevæger sig langs en fast overflade.

Slibningsslid er almindeligt klassificeret i henhold til kontakttypen og kontaktmiljøet. Kontakttypen bestemmer den måde, hvorpå slibning slides. De to former for slibende slid er kendt som to-krops og tre-krops slibende slid. To-kropsslitage opstår, når grus eller hårde partikler fjerner materiale fra den modsatte overflade. Den almindelige analogi er materialets fjernelse eller forskydning ved en skære- eller pløjningsoperation. Tre-kropsslitage opstår, når partiklerne ikke er begrænset og frit kan rulle og glide ned af en overflade. Kontaktmiljøet afgør, om sliddet er klassificeret som åbent eller lukket. Et åbent kontaktmiljø opstår, når overfladerne forskydes tilstrækkeligt til at være uafhængige af hinanden

Der er en række faktorer, der påvirker slibende slid og dermed måden, hvorpå materiale fjernes. Flere forskellige mekanismer er blevet foreslået til at beskrive den måde, hvorpå materialet fjernes. Tre almindeligt identificerede mekanismer for slibende slid er:

  1. Pløjning
  2. Skæring
  3. Fragmentering

Pløjning sker, når materiale forskydes til siden, væk fra slidpartiklerne, hvilket resulterer i dannelse af riller, der ikke involverer direkte materialefjernelse. Det forskudte materiale danner kamme støder op til riller, som kan fjernes ved efterfølgende passage af slibende partikler.

Skæring sker, når materiale adskilles fra overfladen i form af primært affald eller mikrochips, hvor lidt eller intet materiale forskydes til siderne af rillerne. Denne mekanisme ligner meget konventionel bearbejdning.

Fragmentering opstår, når materiale adskilles fra en overflade ved en skæringsproces, og det indrykkende slibemiddel forårsager lokal brud på slidmaterialet. Disse revner formerer sig derefter frit lokalt omkring slidrillen, hvilket resulterer i yderligere fjernelse af materiale ved spaltning .

Slibende slid kan måles som tab af masse ved Taber -slidprøven i henhold til ISO 9352 eller ASTM D 4060.

Slidstyrken for enkelt slibende slid , kan beskrives ved:

hvor er belastningen, er formfaktoren for en asperity (typisk ~ 0,1), er graderne af slid ved en asperity (typisk 0,1 til 1,0), er slidkoefficienten, er glideafstanden og er hårdheden.

Overflade træthed

Hovedartikel: Træthed (materiale)

Overfladetræthed er en proces, hvor overfladen af ​​et materiale svækkes ved cyklisk belastning, hvilket er en type af generel materialetræthed. Træthedsslitage frembringes, når slidpartiklerne løsnes af cyklisk revnevækst af mikrosprækker på overfladen. Disse mikrosprækker er enten overfladiske revner eller revner under overfladen.

Slid på slid

Hovedartikel: Fretting

Slid på slid er den gentagne cykliske gnidning mellem to overflader. Over en periode fretter, hvilket fjerner materiale fra en eller begge overflader i kontakt. Det forekommer typisk i lejer, selvom de fleste lejer har deres overflader hærdet for at modstå problemet. Et andet problem opstår, når der dannes revner i en af ​​overfladerne, kendt som træthed. Det er det mere alvorlige af de to fænomener, fordi det kan føre til katastrofalt svigt i lejet. Et tilhørende problem opstår, når de små partikler, der fjernes ved slid, oxideres i luften. Oxiderne er normalt hårdere end det underliggende metal, så slid accelererer, da de hårdere partikler slider metaloverfladerne yderligere. Frettingskorrosion virker på samme måde, især når der er vand. Ubeskyttede lejer på store strukturer som broer kan lide alvorlig nedbrydning af adfærd, især når der bruges salt om vinteren til at fjerne de motorveje, som broerne fører. Problemet med fretting af korrosion var involveret i Silver Bridge -tragedien og ulykken ved Mianus River Bridge .

Erosivt slid

Se også: Vanddråbe erosion

Erosiv slid kan defineres som en ekstremt kort glidende bevægelse og udføres inden for et kort tidsinterval. Erosivt slid er forårsaget af indvirkning af partikler af fast eller flydende overflade på en genstand. De påvirkende partikler fjerner gradvist materiale fra overfladen gennem gentagne deformationer og skærende handlinger. Det er en meget udbredt mekanisme i industrien. På grund af transportprocessens art er rørsystemer tilbøjelige til at blive slidt, når slibende partikler skal transporteres.

Hastigheden af ​​erosivt slid afhænger af en række faktorer. Partiklernes materielle egenskaber, såsom deres form, hårdhed, slaghastighed og slagvinkel er primære faktorer sammen med egenskaberne af overfladen, der eroderes. Stødvinklen er en af ​​de vigtigste faktorer og er almindeligt anerkendt i litteraturen. For duktile materialer findes den maksimale slidhastighed, når slagvinklen er cirka 30 °, mens for ikke-duktile materialer den maksimale slidhastighed forekommer, når slagvinklen er normal til overfladen. En detaljeret teoretisk analyse af afhængigheden af ​​det erosive slid på hældningsvinklen og materialegenskaberne findes i.

For en given partikelmorfologi kan erosionshastigheden,, passe med en effektlovsafhængighed af hastighed:

hvor er en konstant, er hastighed og er en hastighedseksponent. er typisk mellem 2 - 2,5 for metaller og 2,5 - 3 for keramik.

Korrosion og oxidationsslid

Korrosion og oxidationsslid forekommer både i smurte og tørre kontakter. Den grundlæggende årsag er kemiske reaktioner mellem det slidte materiale og det tærende medium. Slid forårsaget af en synergistisk handling af tribologiske belastninger og korrosion kaldes også tribocorrosion .

Bær stadier

Under nominelle driftsbetingelser ændres slidhastigheden normalt i tre forskellige trin:

  • Primær fase eller tidlig indkøringsperiode, hvor overflader tilpasser sig hinanden og slidhastigheden kan variere mellem høj og lav.
  • Sekundær fase eller midaldrende proces, hvor der kan observeres konstant slid. Det meste af komponentens levetid bruges i denne fase.
  • Tertiær fase eller alderdomsperiode, hvor overflader udsættes for hurtigt svigt på grund af en høj slitage.

Bemærk, at slidhastigheden er stærkt påvirket af driftsbetingelserne og dannelsen af tribofilmer . Den sekundære fase forkortes med stigende sværhedsgrad af miljøforhold, såsom høje temperaturer, belastningshastigheder og belastninger.

Såkaldte slidkort, der viser slidhastighed under forskellige driftstilstande, bruges til at bestemme stabile driftspunkter for tribologiske kontakter. Slidkort viser også dominerende slidmåder under forskellige belastningsforhold.

I eksplicitte slidprøver, der simulerer industrielle forhold mellem metalliske overflader, er der ingen klar kronologisk sondring mellem forskellige slidtrin på grund af store overlapninger og symbiotiske forhold mellem forskellige friktionsmekanismer. Overfladeudvikling og behandlinger bruges til at minimere slid og forlænge komponenternes levetid.

Brug test

Der findes flere standardtestmetoder til forskellige typer slid for at bestemme mængden af ​​materialefjernelse i løbet af en bestemt periode under veldefinerede forhold. ASTM International Committee G-2 standardiserer slidprøvning til specifikke applikationer, som opdateres periodisk. Society for Tribology and Lubrication Engineers (STLE) har dokumenteret et stort antal friktions-, slid- og smøringstest. Standardiserede slidprøver bruges til at oprette sammenlignende materialeplaceringer for et specifikt sæt testparameter som angivet i testbeskrivelsen. For at opnå mere præcise forudsigelser af slid i industrielle applikationer er det nødvendigt at udføre slidtest under forhold, der simulerer den nøjagtige slidproces.

En nedslidningstest er en test, der udføres for at måle et granulært materiales modstandsdygtighed over for slid.

Modellering af slid

Den Reyes-Archard-Khrushchov slid lov er den klassiske slid forudsigelse model.

Måling af slid

Slidkoefficient

Hovedartikel: Slidkoefficient

Slidkoefficienten er en fysisk koefficient, der bruges til at måle, karakterisere og korrelere slid på materialer.

Smøremiddelanalyse

Smøremiddelanalyse er en alternativ, indirekte måde at måle slid på. Her opdages slid ved tilstedeværelsen af ​​slidpartikler i et flydende smøremiddel. For at få yderligere indsigt i partiklernes natur kan kemikalier (såsom XRF, ICP-OES), strukturelle (såsom ferrografi ) eller optisk analyse (f.eks. Lysmikroskopi ) udføres.

Se også

Referencer

  1. ^ a b Chattopadhyay, R. (2001). Overfladeslitage - analyse, behandling og forebyggelse . OH, USA: ASM-International. ISBN 978-0-87170-702-4.
  2. ^ Davis, JR (2001). Overfladekonstruktion til korrosion og slidstyrke . ASM International. s. s. 56. ISBN 0-87170-700-4. OCLC  1027005806 .
  3. ^ Akchurin, Aydar; Bosman, Rob; Lugt, Piet M .; Drogen, Mark van (2016-06-16). "Analyse af slidpartikler dannet i grænse-smurte glidekontakter" . Tribologi breve . 63 (2): 16. doi : 10.1007/s11249-016-0701-z . ISSN  1023-8883 .
  4. ^ Davis, JR, red. (1998). Metals Handbook: Desk Edition . ASM International.
  5. ^ Popov, Valentin L. (2018). "Nærmer tribologien sig sin guldalder? Store udfordringer inden for ingeniøruddannelse og tribologisk forskning" . Grænser i maskinteknik . 4 . doi : 10.3389/fmech.2018.00016 .
  6. ^ Varenberg, M. (2013). "Mod en samlet klassificering af slid" . Friktion . 1 (4): 333–340. doi : 10.1007/s40544-013-0027-x .
  7. ^ Williams, JA (2005). "Slid- og slidpartikler - nogle grundlæggende ting." Tribology International 38 (10): 863-870
  8. ^ a b Rabinowicz, E. (1995). Friktion og slid på materialer. New York, John Wiley og sønner.
  9. ^ a b Stachowiak, GW og AW Batchelor (2005). Engineering Tribology. Burlington, Elsevier Butterworth-Heinemann
  10. ^ a b Glaeser, WA, Ed. (1993).
  11. ^ Davis, Joseph R. (2001). Overfladekonstruktion til korrosion og slidstyrke . Materials Park, OH: ASM International. s. 72–75. ISBN 978-0-87170-700-0. OCLC  69243337 .
  12. ^ a b Stachowiak, Gwidon (2006). "2.2.2 Slidtilstande: Slibende, klæbende, strømnings- og træthedsslid". Slid- materialer, mekanisme og praksis . John Wiley & Sons. s. 11–14. ISBN 978-0-470-01628-2.
  13. ^ Standardterminologi vedrørende slid og erosion, Årlig standardbog, bind 03.02, ASTM, 1987, s 243-250
  14. ^ a b ASM Handbook Committee (2002). ASM -håndbog. Friktion, smøring og slidteknologi. USA, ASM International. Bind 18.
  15. ^ a b Davis, JR (2001). Overfladekonstruktion til korrosion og slidstyrke . ASM International. s. 61–67. ISBN 0-87170-700-4. OCLC  1027005806 .
  16. ^ Mamata, KP (2008). "En gennemgang af silt erosion i hydroturbiner." Anmeldelser af vedvarende og bæredygtig energi 12 (7): 1974.
  17. ^ CAR, Duarte; FJ, de Souza; VF, dos Santos (januar 2016). "Formildende albuerosion med et hvirvelkammer". Pulverteknologi . 288 : 6–25. doi : 10.1016/j.powtec.2015.10.032 .
  18. ^ a b Sinmazcelik, T. og I. Taskiran (2007). "Erosiv slidadfærd for polyphenylensulfid (PPS) kompositter." Materialer inden for teknik 28 (9): 2471-2477.
  19. ^ Willert, Emanuel (2020). Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin: Grundlagen und Anwendungen (på tysk). Springer Vieweg.
  20. ^ Stachwaik, Gwidon W .; Batchelor, Andrew W. (2005). Engineering tribology (3. udgave). Elsevier Inc. bibcode : 2005entr.book ..... W .
  21. ^ Chattopadhyay, R. (2004). Avancerede termisk assisterede overfladetekniske processer . MA, USA: Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-1-4020-7696-1.
  22. ^ Bisson, Edmond E. (1968). Forskellige slidmåder og deres kontrollerende faktorer . NASA Technical Memorendum TM X-52426.
  23. ^ "Smøringsteori i olianalyse | Lær olieanalyse" . learnoilanalysis.com . Hentet 2017-11-30 .

Yderligere læsning

  • Bowden, Tabor: Friktion og smøring af faste stoffer (Oxford: Clarendon Press 1950).
  • Kleis I. og Kulu P .: Erosion i fast partikel . Springer-Verlag, London, 2008, 206 s.
  • Zum Gahr K.-H .: Mikrostruktur og slid på materialer , Elsevier, Amsterdam, 1987, 560 s.
  • Jones JR: Smøring, friktion og slid , NASA-SP-8063, 1971, 75 s. Et dejligt, gratis og godt dokument tilgængeligt her .
  • SC Lim. Seneste udvikling i slidmekanismekort. Trib. Intl. 1998; 31; 87–97.
  • HC Meng og K. C Ludema. Slid 1995; 183; 443–457.
  • R. Bosman og DJ Schipper. Slid 2012; 280; 54–62.
  • MW Akram, K. Polychronopoulou, AA Polycarpou. Trib. Int .: 2013; 57; 9 2-100.
  • PJ Blau, Tribosystem Analysis - En praktisk tilgang til diagnosticering af slidproblemer. CRC Press, 2016.

eksterne links