Tribotechnické listy

 

 

Možnosti riešenia abrazívneho opotrebenia v technickej praxi

Rôznorodosť druhov opotrebenia vedie k využitiu rôznych postupov, materiálov a technológií povrchových úprav, tak aby sa zaistila čo najvyššia možná odolnosť proti opotrebeniu povrchov strojárskych súčiastok schopných prevádzky. Zmeny na funkčnom povrchu súčiastky vyvolané abrazívnym pôsobením častíc sú ovplyvnené pôsobiacimi materiálovými, konštrukčnými a prevádzkovými faktormi. Jednou z foriem riešenia problematiky abrazívneho opotrebenia je naváranie a renovácia opotrebených strojárskych súčiastok.

Opotrebenie mechanických častí strojov a zariadení je stále aktuálnym vedeckým, inžinierskym a ekonomickým problém. Mechanizmus opotrebenia je komplexný vzhľadom na spojitosti s faktormi, ktorých intenzita interakcie závisí od pracovných podmienok v prostredí v ktorom sa mechanické časti používajú, od pracovných parametroch zariadenia a od materiálových vlastností kontaktujúcich povrchov. Na základe analýz parametrov pôsobiacich na opotrebenie asi 50% sa vyskytuje pri abrazívnom opotrebení, 15% pri adhéznom, 8% pri erozívnom 8% pri frettingu, 5% tvorí opotrebenie spojené s koróziou, a 14% tvorí kombinácia abrazívneho, erozívneho a korózneho opotrebenia. Abrazívne opotrebenie materiálov je teda intenzívnym degradačným procesom vyvolané väčšinou účinkom tvrdých minerálnych častíc. Parametre ktoré ovplyvňujú procesy abrazívneho opotrebenia sú zhrnuté na obr. 1.


V technickej praxi sa stretávame s prípadmi abrazívneho opotrebenia časticami, ktoré sú buď voľné alebo slabo sú vzájomne viazané. Abrazívne opotrebenie sa vyskytuje pri doprave a ťažbe piesku, spracovaní a doprave rôznych sypkých materiálov a rúd. V takomto prípade dochádza nielen k posuvným pohybom ale aj k odvaľovaniu a rotácií ako aj k fragmentácií jednotlivých častíc abraziva (obr. 2.)


Typické situácie ktoré nastávajú v priebehu abrazívneho opotrebenia je možné charakterizovať ako mikroryhovanie, mikrorezanie a mikrorezanie spojené s mikrotrhlinami (obr.2).

Jednou z foriem riešenia problematiky abrazívneho opotrebenia je naváranie. V mnohých prípadoch sa môže použiť návar odolnejší proti opotrebeniu abráziou a koróziou, čím sa môže dosiahnuť väčšia životnosť renovovaných súčiastok oproti pôvodným. Výhodou navárania je široké spektrum vyrábaných prídavných materiálov a naváracích technológií. K nevýhodám patrí deformácia navarovaných súčiastok, hrubý povrch návaru (nutnosť opracovania) a nebezpečenstvo vzniku trhlín, ktoré môžu iniciovať lom mechanicky namáhanej súčiastky.

Abrazívne opotrebenie v prevádzke
Valčekové dopravníky sa používajú na transport, triedenie a akumuláciu produktov. Štandardnými valčekovými modulmi sú vytvárané kompletné dopravné systémy. Ťažobno -úpravárensky proces využíva technologické zariadenia pre úpravu rudy na finálny produkt kde sú povrchy vystavené intenzívnemu abrazívnemu opotrebeniu. Dopravovaný materiál obsahuje 75% magnetitu, zvyšok tvorí kremeň, vápenec a voda, čo spôsobuje intenzívne abrazívne a korózne opotrebenie. Dopravník je tvorený sústavou otáčajúcich sa valčekov (rúr) o priemere 127 mm, hrúbke 14mmm a dĺžke 2155 mm. Obvodová rýchlosťou otáčania valčekov 0,39m.s-1 so samostatným pohonom na každý valček. Valčekový dopravník pozostáva z rúr vyrobených z austenitickej ocele typu X6CrNiTi18-10 (17 248.4). Chemické zloženie je uvedené v tab.1. Povrch valčekov sa opotrebovával abrazívno- korózne, opotrebenie zodpovedalo v priemere 1,5 až 2,5 mm na priemer valčeka, čím dopravník neplnil požadovanú funkciu separácie dopravovaného média. Po opotrebení sa valčeky vymieňali za nové, čo z hľadiska ceny tohto materiálu sa javí ako ekonomicky náročné.

Experimenty
Na základe materiálovej analýzy opotrebovaných valcov a rozboru pracovných podmienok sa zvolil optimálny prídavný materiál s cieľom zvýšiť odolnosť abrázii. Na reprezentatívnych vzorkách sa vykonali trojvrstvové naváry na platne o rozmeroch 100x100x12mm. Návary sa zhotovili na dva druhy základných materiálov, jednak na pôvodný materiál oceľ typu (X6CrNiTi18-10 (17248.4)) a oceľ St 52 (11 523)) .
Skúšobné vzorky pre experimentálne skúšky mali rozmery 20x20x12 mm. Pre každý návar boli skúšané tri vzorky a výsledné hodnoty hmotnostného opotrebenia boli vypočítané z troch meraní.

Označenie návarov skúšobných vzoriek a použitých základných materiálov:
A1 oceľ typu X6CrNiTi18-10 (17 248.4) - návary C- 420 /OK Autrod 16.11
A2 oceľ typu St 52 (11 523) - návary C 420/OK Autrod 16.11
B1 oceľ typu X6CrNiTi18-10 (17 248.4) - návary E-B 511/ OK 84.80
B2 oceľ typu St 52 (11 523 ) - návary E-B 511/ OK 84.80

Do experimentálneho programu bola zahrnutá konštrukčná oceľ typu 11 523 so zaručenou zvariteľnosťou ako náhrada ocele typu 17 248.4. Na základe materiálovej analýzy opotrebovaných valcov a rozboru pracovných podmienok sa zvolil optimálny prídavný materiál E-B 511, ďalej drôt typu 18Cr8Ni(C-420) stabilizovaný nióbom pre zváranie nehrdzavejúcich ocelí, ktorého zvarový kov má dobrú odolnosť proti medzikryštálovej korózii. Chemické zloženia prídavným materiálov sú uvedené v tabuľke 2 a 3. Pri naváraní prvej vrstvy návaru dochádza k premiešaniu prídavného materiálu s materiálom podkladu a preto požadované vlastnosti sa docielili pri použití trojvrstvových návarov.

Experimentálne skúšky sa vykonali v zariadení simulujúcom podmienky abrazívneho opotrebenia. Skúšobné vzorky boli uložené na v rotujúcom disku, ponorené do autentického abraziva ( 75 % magnetitu,kremeň, vápenec a voda) s hĺbkou ponoru vzoriek 40 mm. Rýchlosť pohybu vzoriek bola 1, 099 m.s -1, uhol styku s abrazivom zodpovedal hodnote 16o. Výsledné hodnoty hmotnostného opotrebenia sa stanovili vážením v závislosti na klznej dráhe skúšobných vzoriek presnosťou vzorec doplniť. Ako etalón sa použil materiál 17 248.4. Opotrebenie sa stanovilo z hmotnostných strát a pomernej odolnosti proti abrazívnemu opotrebeniu Ψh podľa vzťahu :

Vzorec doplniť

Whetalónu - hmotnostný úbytok etalónu 17 241 [10-4 g]
Wh vzorky - hmotnostný úbytok skúšaných materiálov [10-4g]

Tab.4. Hmotnostné straty Wh a pomerná odolnosť proti abrazívnemu opotrebeniu


Obr. 4. Priebeh hmotnostného opotrebenia v závislosti na klznej dráhe

Experimentálne výsledky
Experimentálne stanovené hodnoty hmotnostného opotrebenia Wh dokumentované na diagrame obr. 4 ukazujú, že trojvrstvové návary elektródou E-B 511 na dvoch typoch ocele zaznamenali najnižšie hmotnostné opotrebenie. Zvýšenie životnosti valčekov a súčasne využitie opotrebených valčekov je možné naváraním elektródou E-B 511 na materiál typu X6CrNiTi18-10 (17 248.4). Ďalšou alternatívou je naváranie na oceľ typu St 52 (11 523), čo je ekonomicky vhodnejší materiál ako pôvodný. Vzhľadom na pracovné podmienky je vhodné riešenie komplexne navárať a opracovávať renovované diely priamo na pracovisku, čo dáva predpoklad dosiahnutia optimálnych ekonomických výsledkov.

Záver
Voľba prídavného materiálu a technológie navárania závisí na tvare a rozmeroch súčiastok, na chemickom zložení základného materiálu, na spôsobe namáhania, na druhu opotrebenia a na celkových nákladoch na navarenie súčiastky. Ich tribologické vlastnosti závisí na chemickom zložení prídavného materiálu a na technológii navárania. Elektródy typu E-B 511 s obsahom chrómu sa používajú aj na základe ich nízkej ceny a zabezpečenia zníženia opotrebenia pri klznej abrazii. Pri výbere materiálov sa musí zvážiť celý rad faktorov, hlavne výrobno - technické a prevádzkovo - ekonomické. Z daných materiálov sa v praxi volí ten, ktorý pri dlhodobej prevádzke umožňuje docieliť najnižšie prevádzkové náklady, najmenšiu prácnosť pri údržbe alebo renovácií.

Doc. Ing. Eva Zdravecká, CSc.
Strojnícka fakulta
TU v Košiciach

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
6 + 2 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd