moj zavrsni rad-Bachelor tema-konferencija

  • View
    316

  • Download
    5

Embed Size (px)

Transcript

  • 1

    ISPITIVANJE I ANALIZA UZROKA OTEENJA BOKOVA ZUBACA

    REDUKTORSKOG ZUPANIKA OD ELIKA E335 PO BAS EN 10027-

    1 (.0645)

    Domuz Andreas, dipl. proizvodni inenjer

    Mainski Fakultet

    Univerzitet u Zenici

    ABSTRACT

    Na reduktorskom zupaniku nastala su oteenja na bokovima zubaca. Oteenja su bila

    locirana na pojedinim zupcima. Radi se o reduktorskom zupaniku kranske dizalice od elika

    E335 po BAS EN 10027-1 (.0645). U okviru izvedene analize tokom ovog rada izvreno je

    uzorkovanje na tri odabrana uzorka zuba zupanika, od kojih su dva oteena, a jedan je

    neoteeni zub zupanika. Izvrena su metalografska i mehanika ispitivanja u cilju

    nastojanja rjeavanja na ukazanom problemu koji se javio na bokovima zubaca ovog

    zupanika. Dobiveni rezultati metalografskih i mehanikih ispitivanja ukazuju na to da su

    zupci zupanika bili jako optereeni, pri emu je potom vreno nepravilno navarivanje, to je

    dovelo do nastanka progresivnih pukotina po cijelom obimu zubaca zupanika.

    Kljune rijei: zupanici, metalografska ispitivanja, mehanika ispitivanja

    1. UVOD

    Predmet istraivanja u ovom radu odnosi se na zupce zupanika jedne kranske dizalice, iji

    su zupci oteeni tokom eksploatacije. Oteeni pravi zupci cilindrinog evolventnog

    zupanika, koji se nalazi u reduktoru dizalice, su doveli do otkazivanja cijelog sistema

    maine. Za ovo je bilo potrebno provesti postupak uzorkovanja zuba zupanika, potom

    mehaniko i metalografsko ispitivanje, da bi se izveli konkretni zakljuci, odnosno tano

    utvrdio uzrok oteenja. Uzronici greaka nastali na zupastim prenosnicima esto dovode

    do otkazivanja cijelog sistema maine, a u nekim sluajevima time su direktno ugroene

    osobe koje se nau u neposrednoj blizini. U reduktorima velikih maina, kod npr. aviona,

    automobila, transportnih iara i sl., ukoliko se ne vodi redovno rauna o stanju zupanika

    tokom eksploatacije, nakon odreenog vremena dolazi do otkazivanja zupanika. Uzroci ovih

    oteenja mogu biti pogrean odabir materijala, nepravilna termika obrada, neadekvatno

    podmazivanje.

  • 2

    Slika 1. Ispitivani reduktorski zupanik E 335

    2. UZORKOVANJE

    Prilikom izvoenja analize i ispitivanja ovog reduktorskog zupanika izvrena su dva oblika

    razaranja. Prvo je izvreno razaranje bez razaranja materijala pomou 3D skenera

    NextEngine, a potom razaranja materijala metalografskim i mehanikim ispitivanjem.

    Pomou ove savremene metode analiziranja pokazalo se da su se oteenja javila po

    cijelom tijelu zupanika, a takoer uoene su pukotine u predjelu korijena zuba kao to je

    prikazano na slikama 2.,3.,4. Cilj ove analize bez razaranja materijala bio je da se procijeni

    oteenje na zupaniku koje se inae ne vide golim okom.

    Slika 2. Oteena nastala po tijelu zupanika (skenirano 3D NextEngine)

  • 3

    Slika 3. Oteenja na boku zuba zupanika(3D NextEngine)

    Slika 4. Pukotine nastale u predjelu korijena zuba (uoeno pomou 3D NextEngine) Nakon to su izvrena analiza ispitivanja pomou 3D NextEngine, za dalja detaljnija ispitivanja odabrani su tri uzorka zuba zupanika od kojih su dva oteena i jedan neoteeni zub zupanika.

    Neoteeni zub Oteeni zub 1 Oteeni zub 2

  • 4

    3. METALOGRAFSKA MAKRO I MIKRO ISPITIVANJA

    Metalografska makro i mikro ispitivanja reduktorskog zupanika kranske dizalice izvrena su

    u cilju ustanovljenja objanjenja greaka na bokovima zubaca od dva oteena i jednog

    neoteenog zuba. Izvreno je ispitivanje mikrostrukture (ASTM E 407), veliine austenitnog

    zrna i veliine sekundarnog zrna (ASTM E 112) na optikom mikroskopu Olympus PMG3 u

    nenagrienom i nagrienom stanju pri razliitim poveanjima.

    3.1 Metalografska makro ispitivanja zuba zupanika

    2%HNO3 x36

    Slika 5. Makrostruktura vrha neoteenog zuba zupanika E335 po BAS EN 10027 (.0645).

    Struktura je ravnomjerna po cijelom presjeku zuba i sastoji se od ferita i perlita.

    Slika 6. Slika 7.

    Nenagrieno x36 2%HNO3 x36

    Na slikama 6. i 7. prikazana je makrostruktura oteenog dio boka zuba 1. Takoer na slici 6.

    se jasno vidi udubljenje ispunjeno oksidom koji je djelimino otpao. Na slici 7. uoen je navar

    i zona uticaja toplote (ZUT). Na slici 8. prikazana je makrostruktura, pri emu se zapaaju

    pukotine u nenagrirnom stanju oteenog zuba zupanika 2, dok je na slici 9. prikazana

    ZUT zona i navar, pri emu se jasno zapaa livena dendritna usmjerena struktura navarenog

  • 5

    sloja. Takoer se vidi granica stapanja i zona uticaja toplote. U prelaznoj zoni se zapaaju

    pojedinana feritna zrna (svjetlo polje u lijevom uglu), slika 9.

    Slika 8. Slika 9 .

    Nenagrieno x72 2%HNO3 x36

    3.2 Metalografska mikro ispitivanja zuba zupanika

    Sl.10 Mikrostruktura vrha neoteenog zuba. Slika 11 . Mikrostruktura sredine ot. .zuba

    2%HNO3 x725 2%HNO3 x725

    Slika 12. Mikrostruktura sredine oteenog zuba zupanika 2

    2%HNO3 x145

  • 6

    Struktura sva tri uzorka (Slika br.10.,11.i 12. ) sastoji se od ravnomjerno rasporeenog ferita i

    perlita. Rezultati ispitivanja makro i mikro analize pokazuju da rezultati neoteenog zuba i

    dva oteena zuba zupanika nemaju otvrdnutu povrinu, ni cementaciju ni povrinsko

    kaljenje. Takoer izvreno je ispitivanje veliine sekundarnog zrna po ASTM E112, pri emu

    je na sva tri uzorka veliina zrna iznosila izmeu 5 i 6, to karakterie povoljne mehanike

    osobine.

    Slika 13. Veliina sekundarnog zrna je izmeu 5 i 6

    Za jo potpuniju i detaljniju metalografsku analizu na neoteenom zubu zupanika izvreno

    je ispitivanje veliine austenitnog zrna pomou dvije najee metode koje se koriste, a to

    su ispitivanja veliine austenitnog zrna metodom cementacije i metodom oksidacije. Veliina

    austenitnog zrna je jako znaajna, jer to je manje zrno, to daje bolje mehanike osobine,

    dok veliko zrno prouzrokuje nastanak grubozrnaste i krte prelazne zone.

    2%HNO3 x145

    Slika 14. Veliina austenitnog zrna je izmeu 5 i 6 (metodom cementacije)

  • 7

    Pikrinska kiselina x145

    Slika 15. Veliina austenitnog zrna (metodom oksidacije)

    Na slici 15.prikazana je mikrostruktura neoteenog zuba zupanika. Vidimo da je

    mikrostruktura nehomogena i da je povrina oksidirala. Veliina zrna neoteenog zuba

    zupanika metodom oksidacije je izmeu 5 i 6.

    4. MEHANIKO ISPITIVANJE

    4.1 Ispitivanje mikrotvrdoe

    Od mehanikog ispitivanja izvreno je ispitivanje mikrotvrdoe po Vikersu BAS EN ISO 6507-

    1 na dva oteena zuba i jednom neoteenom zubu zupanika. Na neoteenom zubu

    izmjerena je tvrdoa na 5 mjesta, dok je na dva oteena zuba izmjerno 15 mjesta tvrdoe.

    Koritena je sila utiskivanja HV10. Za ispitivanje mikrotvrdoe koriten je optiki mikroskop

    Olympus PMG3. Rezultati ispitivanja mikrotvrdoe prikazani su na dijagramima 16.,17. i 18.

    Slika 16. Dijagram tvrdoe za uzorak 1

    Na uzorku 1 prikazanom na slici 16. vidimo da je tvrdoa ravnomjerna po cijelom presjeku

    zuba zupanika i iznosi 164 HV 10. Pored dijagrama prikazano je mjesto gdje je izmjerena

    tvrdoa.

  • 8

    Slika 17. Dijagram tvrdoe za uzorak 2

    Na uzorku 2 prikazanom na slici 17. vidi se neravnomjeran tok tvrdoe po poprenom

    presjeku. Najvea tvrdoa je izmjerena na mjestima 8 i 11 u zoni uticaja toplote sa HV 413,

    dok je na mjestima 9 i 10 izmjerena nia tvrdoa sa vrijednou od HV 258. Kod navara

    izmjerena su 3 mjesta, pri emu je najnia vrijednost tvrdoe 312 HV10 na mjestu 13, a

    najvea na mjestu 15 s 345 HV10. Prosjena tvrdoa navara iznosi 323 HV10.

    Slika 18. Dijagram tvrdoe za uzorak 3

    Na uzorku 3 prikazanom na slici 18. pokazuje da zona uticaja toplote i zona navara imaju

    skoro istu tvrdou, ali je poviena u odnosu na osnovni materijal. Zona maksimalne tvrdoe

    je ira u odnosu na uzorak 2 i poinje na mjestu 6, a zavrava na mjestu 15. Mjesto mjerenja

    13. pokazuje gdje je izmjerena tvrdoa u predjelu navara s 312 HV 10.

    5. UZROK OTEENJA BOKOVA ZUBACA ZUPANIKA

    Ispitivanje metodom bez razaranja materijala 3D NextEngine pokazalo je da su povrinska

    oteenja bila locirana i na tijelu zupanika. Na jednoj eonoj strani tijela zupanika 3D

    skeniranjem je uoeno znatno oteenje - udubljenja materijala. Iz ovog dijela ispitivanja

    moemo zakljuiti da je cijeli zupanik pretrpio udarno optereenje nastalo tokom rada u

    eksploataciji.

    Metalografskim ispitivanjem razaranja materijala ustanovljeno je nepostojanje otvrdnute

    povrine, a na dva oteena zuba zupanika uoena je zona uticaja toplote i navar u predjelu

    boka zuba.Takoer na oba ova dva oteena zuba zupanika primijeeno je udubljenje po

    boku zuba koji je ispunjeno oksidom. Mikrostruktura na sva tri ispitana uzorka je pokazala

    ravnomjernu feritno-perlitnu strukturu.Veliina sekundarnog zrna na sva tri odabrana uzorka

    je 5 i 6. Za o