Uzarea de Adeziune

9. Uzarea de adeziune

145

9. UZAREA DE ADEZIUNE [A7, A13, A14, A18]

9.1 Definire. Forme specifice Uzarea prin adeziune este o form de uzare ce se caracterizeaz prin viteze de uzare ridicate

i prin instabiliti relativ mari ale coeficienilor de frecare. Metalele sunt preponderent supuse la adeziune. n condiii normale de temperatur, presiune i umiditate, adeziunea dintre oricare dou obiecte solide este puin observat din cauza straturilor contaminate de oxigen, ap i ulei. Adeziunea se poate reduce, deasemenea, prin creterea rugozitii suprafeelor sau prin creterea duritii. Adeziunea metal-metal Experimentrile privind adeziunea realizate n vacuum pentru materialele obinuite difer semnificativ de cele realizate n aer la presiunea obinuit. Stratul de oxid are grosimi foarte mici, civa nanometri, i este invizibil. Fora necesar separrii a dou suprafee apsate reciproc cu o for normal, constituie fora de adeziune. Astfel, n tabelul 9.1 se prezint fora de adeziune a diferitelor metale (mN) pe fier, atunci cnd sunt supuse unei fore normale de 0,2 mN ntr-o camer vidat la o presiune de 10-10 Torr. Tabelul 9.1 Fora de adeziune n vacuum a diferitelor metale pe fier

Metal Solubilitatea n fier (% atomic) Fora de adeziune pe fier (mN) Fier >4,0

Cobalt 35 1,2 Nichel 9,5 1,6 Cupru


146

Fig.9.1 Procesul transferului de metal prin adeziune.

Structura cristalin a metalului influeneaz semnificativ adeziunea. Astfel, s-a observat experimental c metalele cu structur hexagonal compact au cea mai mic adeziune. n fig. 9.2 se prezint coeficientul de adeziune, definit ca raportul dintre fora de desfacere a contactului i fora normal, pentru diferite metale pure. Se observ c metale cu aceeai duritate, de exemplu aluminiu i zincul sau plumbul i staniul, au adeziunea esenial diferit, ca urmare a structurii reelei cristaline.

Fig.9.2 Coeficientul de adeziune pentru diferite metale ca funcie de duritate. Metalele cu structura hexagonal compact au planele de alunecare mai distanate i sunt metale mai puin ductile dect cele cu structura cu fee centrate sau cubic centrate. Adeziunea este influenat i de reactivitatea chimic sau electropozivitatea fiecrui metal. Metalele chimic active, ca de exemplu aluminiu, au adeziuni puternice n comparaie cu metalele nobile. Un factor limit n adeziune este fora care determin curgerea plastic i la care se stabilete contaAdezTrans tane nemeadezi

ctul real ntre suprafee. iunea metal polimer ferul de material polimeric pe metal are ca explicaie prezena n polimer a unor subs

talice reactive, ca de exemplu fluorina. Deasemenea, forele de tip Van der Waals contribuie la unea polimerului pe metal.


147

Adeziunile puternice dintre polimer i metal au la baz interaciile chimice ale polimerului cu metalul. Polimerul care poate fi exemplificat ca model de transfer este politetrafluoretilena (PTFE), a crei structur molecular i cristalin este prezentat n fig. 9.3. Lipsa grupurilor laterale i forma aproximativ cilindric a moleculelor de PTFE asigur mobilitatea moleculelor sub tensiunile exterioare aplicate. Structura cristalin const din straturi de material cristalin situate ntre zone de material amorf. Un bloc de PTFE care alunec pe o suprafa metalic se uzeaz sub forma unor laminate, rezultnd o frecare foarte redus, ns o vitez de uzare ridicat.Mecanismul de uzare prin alunecare a PTFE este schematic ilustrat n fig. 9.4. Majoritatea polimerilor i compozitelor polimerice se transfer pe suprafeele metalice sub forma unor bulgri, role. Acest mecanism de transfer n procesul de uzare este prezentat n fig. 9.5. Mrimea bulgrilor este de circa 1m ca diametru mediu. Deoarecece diametrul este foarte mic n comparaie cu filmul planar transferat de PTFE, capacitatea majoritii polimerilor de a se transfera pe suprafee metalice este redus. Forma de transfer prin bulgri nu contribuie la caracteristici de frecare i uzare mai bune, ceeace face ca aceti polimeri s nu fie utilizai ca materiale performante tribologic.

Fig.9.3 Structura molecular i cristalin a PTFE : a) structura molecular, b) structura cristalin

Cteva polietilene (polietilena nalt densificat, HDPE, i polietilena cu greutatea molecular foarte ridicat, UHMWPE) fac excepie de la acest mecanism de uzare prin bulgri de adeziune. La aceste polietilene, structura molecular fin sau absena grupurilor laterale conduce, similar cu PTFE, la un transfer lamelar. De remarcat c polietilenele PTFE, UHMWPE i HDPE au coeficientul de frecare static cu circa 50% mai mare dect cel cinetic.


148

Fig.9.4 Mecanismul de transfer i de uzare al PTFE

Fig.9.5 Mecanismul de transfer prin bulgri (role) a polimerilor Adeziunea metal ceramic Adeziunile dintre metale i materialele ceramice se datoresc afinitilor lor chimice. Este observat c numai metalele care nu formeaz oxizi stabili au coeficieni de frecare redui cu ceramicile. Metale ca aluminiul, nichelul i cuprul au coeficieni de frecare ridicai cu ceramicile, n timp ce aurul i argintul (oxizi instabili) au coeficieni de frecare redui. Dei ionii de oxigen sunt prezeni pe suprafaa oxidat a aluminiului i sunt ancorai pe aluminiu, totui, formeaz i legturi adiionale cu ceramica. Metalele uzuale au rezistena de coeziune mai redus dact a celor mai multe ceramice, astfel c ruperea adeziunilor are loc n metal i transferul se produce pe ceramic. Adeziunea i frecarea dintre metal i ceramic depind de ductilitatea metalului. Astfel, metalele moi ca bronzul sau alama genereaz, prin transfer, filme groase continue, iar oelul sau fonta se transfer sub forma unor filme fragmentate. Mecanismul adeziunii metalului pe ceramic i formrii stratului de metal transferat este ilustrat n fig. 9.6.


149

Fig.9.6 Mecanismul adeziunii metalului pe ceramic i formarea stratului metalic tramsferat.

Adeziunea ceramicelor pe metale este rapid redus prin contaminarea suprafeei cu oxigen, apa, ulei, similar ca la contactul metal metal. Adeziunea polimer polimer i ceramic ceramic Este cunoscut un nivel moderat al adeziunii ca urmare a forelor de tip Van der Waals. Fore de atracie au fost semnalate pentru suprafeele de cuartz i cele de mic. Cauciucul ader de sticle i de polimeri. Proprietile mecanice ale polimerilor i ceramicelor sunt explicabile prin diferena dintre atracia interatomic i adeziunea volumic. Polimerii au cel mai redus modul de elasticitate dintre materialele frecvent utilizate n inginerie, iar ceramicele au cel mai ridicat modul de elasticitate. Prezena rugozitilor pe suprafaa de contact modific adeziunea dintre suprafeele solide elastice. O relaie de deducere a adeziunii pentru suprafee elastice cu rugoziti a fost evideniat de Fuller i Tabor: )r/(EK 2/12/3 = n care: K este coeficientul de reducere a adeziunii prin forele de deformaie a asperitilor; E modulul de elasticitate (Pa); - abaterea medie ptratic a nlimii rugozitii (m); r raza medie de curbur a vrfurilor rugozitilor (m); - energia superficial schimbat pe contactul dintre cele dou suprafee (J/m2 ). Se consider c pentru K< 10 apar adeziuni puternice, iar pentru K>10 adeziunile sunt reduse. Din aceast expresie se constat c adeziunea este mult mai sensibil cu rugozitatea pentru materiale cu modul de elasticitate ridicat dect pentru cele moi. Astfel, adeziunea ntre elastomeri apa cnd media ptratic a nlimii Rq este peste 1m, iar la ceramice, cnd Rq este mai mare de 5 nm. entru rugoziti sub aceste valori, apar adeziuni puternice. Dac apar deformaii plastice ntre aspre P

eritile de contact, adeziunea se intensific.


150

Uzarea de adeziune este denumit, uneori, ca uzare de "aderen", de "contact" sau "termic" i se manifest, ndeosebi n dou forme principale:

- Transferul de material de pe o suprafa pe alta, ca urmare a adeziunii moleculare (interaciunii atomice). aceast form este ndeosebi proprie adeziunii normale sau moderate ("blnde") i conduce de fapt la frecarea dintre materiale de aceeai natur; consecinele sunt uneori nefavorabile datorit unor microjonciuni, gripaje incipiente, ecruisri i abraziune etc.

- Formarea i ruperea microsudurilor (sau a punilor de sudur) se manifest n dou moduri, i anume; suduri reci (microjonciuni datorit adeziunilor de temperaturi relativ reduse) i suduri calde (microjonciuni sau jonciuni metalurgice, nsoite de o interaciune i o recristalizare a materialelor). Uzarea poate fi moderat, cnd se produc forfecri fr smulgeri (fig. 9.7 a, cazul III; fs< min(f1, f2)).

ea m er ab ei jo

cam

sufisumin

de Fig. 9.7 Forme de uzare de adeziune

a - suprafee metalice (I - formarea microjonciunilor; II - smulgerea unei particule; III - forfecaricrojonciunii); b - cuplu de polimeri (I-II - adeziunea polimerului; III - transfer uor, IV - transfundent); c - cuplu metal-elastomer (I - adeziunea elastomerului; II - deformarea; III - formarea un

nciunie "rol"; IV - deformarea i ruperea "rolei).

Adeziunea moderat este de preferat i se obine prin utilizarea unor aditivi de antigripaj

re, fie creeaz jonciuni friabile, fie netezesc (corodeaz) asperitile. Particulele de uzur sunt ai mici (100Ao).

Un al doilea tip este acela al adeziunii severe, cnd, fie c microjonciunile sau punile de dur create nu se pot forfeca i cupla se blocheaz (fig. 9.7 a, cazul I), realizndu-se gripajul total,

e fs > max(f1, f2) i se produc smulgeri (fig. 9.7a, cazul II), aprnd gripajul incipient sau o prafa cu ciupituri, urmat de abraziunea datorat particulelor ce se desprind. Acestea sunt n edie de 50 ori mai mare ca la uzura moderat, iar viteza de uzare crete repede, uzarea devenind tensiv. Acest tip de uzare poate s precead griparea total sau uzarea distructiv.

n cazul frecrii unor polimeri (fig. 9.7,b) evolueaz n general o uzare de adeziune normal, i pot aprea ambele forme principale artate pentru suprafee metalice (transfer i microsuduri).


151

n cazul frecrii unor elastomeri cu metale (fig. 9.7,c), se formeaz prin adeziune, deformare i rupere particule cu forma unor role.

9.2 Elemente de calcul. Evaluare cantitativ Pentru calculul intensitii uzrii adezive se accept ipoteza lui Kraghelski privind contactul

real al suprafeelor i faptul c apariia particulei de uzur are la baz oboseala de frecare, oboseal dependent de starea i natura tensiunilor din zona de contact. n aceste ipoteze, volumul de material uzat V este proporional cu aria real de contact Ar,

rhAV = (9.1) h caracteriznd grosimea stratului uzat pentru "punctele" reale de contact ce se gsesc n acest strat. Se apreciaz c "punctele" reale de contact au diametrul mediu dr, astfel c intensitatea specific de uzare la nivel microgeometric se definete cu raportul

( )rrrh dA/Vd/hi == (9.2) Acceptnd c "punctele" de contact au aceleai dimensiuni n toate direciile, rezult

legtura dintre intensitatea de uzare, liniar, adimensional i intensitatea specific,

n

rh

n

r

r

2r1r

n2r

r

f

hfhuh A

Ai4

AA4

dh

ddA

d

nhLU

dL/dUI

=

== (9.3)

n care: nr este numrul "punctelor" de contact; dr1 - diametrul "punctului" n direcie perpendicular pe direcia de alunecare; dr2 - diametrul "punctului" pe direcia de alunecare (dr1 dr2 = dr); An - aria nominal de contact. Calculul intensitii de uzare presupune, aa cum se observ din (9.3), cunoaterea intensitii specifice ih i ariei reale Ar, dependente de proprietile fizico-mecanice ale materialelor suprafeelor de frecare, de condiiile de ncrcare i de microgeometria suprafeelor. Se presupune c n procesul de uzare, intensitatea desprinderii particulelor (vu) este dependent de numrul ciclurilor de solicitare (nk),

=

==

=

=

k

k

2

2

1

1u n

VnV

nV

v K constant (9.4)

V1, V2,..., Vk fiind volumul materialului uzat ca urmare a solicitrii repetate de un numr n1, n2,..., nk cicluri. Se apreciaz c volumul de material uzat V1, V2,..., Vk provine numai din volumul de material solicitat i antrenat i care se gsete n zona de contact. Se consider iniial c o suprafa de frecare este perfect plan i deformabil, iar cea de-a doua are rugoziti i este perfect rigid. Calitatea microgeometriei se apreciaz prin caracteristicile curbei de portan (Abbott-Firstone - parametrii , b - i parametrul complex ( )= /1max rb/R (Rmax - nlimea maxim a rugozitilor, r - raza de curbur a vrfurilor rugozitilor). Acceptnd curba de portan de forma (3.41)( max1 R/x,bx == i variaz de la 0 pn la valoarea , fiind deformaia suprafeei), volumul deformat (Vd) va avea expresia

( ) ( )1/AR1/RbAdxxRAV rmaxmax1c0

bmaxcd +=+==

+

, (9.5)

dxxbARdxARdxRAdAdV0

cmaxc0

1maxmax0

rr

====


152

unde: - apropierea suprafeelor sub sarcina exterioar; Ac - aria de contact delimitat de ondulaii i abateri de form; - coeficient ce depinde de forma i de starea de deformaie a rugozitilor; pentru rugoziti sferice i deformaii elastice = 0,5 iar pentru deformaii plastice = 1. Diametrul mediu rd al "punctului" de contact se determin considernd rugozitile cu vrfurile sferice de raz r,

( ) ( )[ ] ( ) max2max22r rR2/Rrr/4/d = i deci ( ) 2/1maxr /Rr22d = (9.6)

Observaii

- Din ( ) dxxcndncxnncxnn

x 1crcrc

r

====

- ( )[ ] ( )maxmax222os xRRr2r2rraA ==== n stratul dx se gsesc dnr rugoziti fiecare ds arie Aso

( ) dxxxrCnrR2dA 1cmaxs = i ( ) ( )1xxCnrR2dxxxCnrR2A

1

cmax1

0cmaxs

+

==+

dar ( )1xxxCnrR2bAbAA

t cmaxcc

p +

===

1+= i max

cc rR2

bACn

=

( ) 1max

c1ccr rR2

bAxCnnxn

===

dar c

n

r

n

c

r

cp

pp

AA

=== i = b

21 pentru contact elastic

=

=/1

c

r

/1

c

n

bAA2

bcp2

i

=

=

1bA

A2rR2

bArR2

bAn

c

r

max

c

max

cr

i

=

== maxmax

c

rc

r

r

rr

rRrR2

bAA2

bA

AnA

A

i

=

=

=

= r

RrRrRdd

Amax

maxmax2r

2r

r

Pentru rugoziti de form oarecare

=

max

2r rR2d

- dependent de form i starea de deformaie ( ) == r2rra 22 = r2a 2


153

a) Cazul deformaiilor elastice Corespunztor teoriei fisurilor cauzate de oboseal, particula de uzur apare ca urmare a deformrii repetate a volumului de material de pe suprafaa perfect plan de ctre rugozitile rigide ale celeilalte suprafee. Pe baza acestei teorii se deduce volumul de material uzat (V)

n/VV d= (9.7) n fiind numrul ciclurilor de deformare local a suprafeei i care conduc la uzarea unui volum V. Pentru aprecierea numrului n se consider c desprinderea unei particule de uzur are la baz fenomenul de oboseal, determinat de tensiunea tangenial de frecare f . Curba de oboseal este de tip Whler, astfel c:

==== tft

2f2t1f1 nnn K constant (9.8)

t fiind coeficientul caracteristic fiecrui material (tabelul 9.3). Acest coeficient se determin pentru tensiuni normale de traciune

t0

tt

t2t2

t1t1 1nnn ===== K (9.9)

ruperea avnd loc dup n1 , n2..., n cicluri corespunztor tensiunilor normale t1, t2 ,..., t sau dup un singur ciclu de solicitare cnd tensiunea normal este chiar tensiunea de rupere la traciune a materialului respectiv (0), caracteristic fiecrui material. Deoarece n volumul de material deformat acioneaz tensiuni normale (presiunea real de contact, pr) i tangeniale (tensiunea de frecare, f), este necesar s se ia n consideraie o ternsiune echivalent, determinat pe baza unei teorii de rezisten (ipoteze de rupere), astfel c

( )[ ] ( )[ ]tr0tf0 pk/k/n == (9.10) fiind componenta molecular a coeficientului de frecare, iar constanta k depinde de teoria de rezisten (ipoteza de rupere): - k = 3, pentru ipoteza tensiunii normale maxime sau a tensiunii tangeniale maxime; - p

2p13k += , pentru ipoteza energiei de variaie a formei, p fiind coeficientul lui Poisson;

- 2p13k = , pentru ipoteza energiei poteniale;

- ( )2p13k = , pentru ipoteza deformaiei specifice maxime. Presiunea real de contact se determin cu relaia

( ) r/h3/4pr = fiind parametrul de elasticitate al materialului suprafeei considerat perfect neted, dar deformabil ( ) E/1 2p= , E - modulul de elasticitate longitudinal, h - deformaia sub sarcina exterioar i r - raza de curbur a vrfurilor rugozitilor. nlocuind presiunea real n (9.9), rezult numrul ciclurilor, dup care apare particula de uzur, atunci cnd regimul de ncrcare este staionar:

( )[ ] t0 h/rk4/3n = (9.11)

n procesul de alunecare a suprafeei cu rugoziti rigide pe suprafaa perfect plan, deformabil, apare un regim nestaionar, ca urmare a existenei unor rugoziti cu nlimi diferite. Se consider ipoteza deteriorrii liniare cumulate, potrivit creia apariia particulei de uzur nu depinde de starea iniial i de "istoria" solicitrii, ci de starea de tensiuni ce corespunde momentului respectiv, astfel c

( ) 10 =cn

i

i

ndn

(9.12)


154

unde n(i) reprezint numrul ciclurilor la care apare particula de uzur, materialul fiind supus tensiunii i ; nc - numrul ciclurilor la care apare particula n regim nestaionar.

Tabelul 9.3

Valorile exponentului t , deformaiei relative de rupere 0 i a tensiunii 0

Deformaii elastice Deformaii plastice M a t e r i a l 0 MPa t 0 t

Cupru - - 0,39 2,0 Aluminiu - - 0,34 2,0

Fier - - 0,32 2,0 Zinc - - 0,17 2,0

OLC 45 700 7,90 0,095 1,3 OLC 55 700 10 - 11 0,095 1,3 40 C 10 3200 3 - 4 0,14 1,3 Font 647 4,15 - -

Cauciuc (E = 2,16 MPa) 207 3 - - Cauciuc (E = 2,75 MPa) 143 3,4 - - Cauciuc (E = 3,19 MPa) 834 3,6 - - Cauciuc pentru anvelope 157 3,4 - - Cauciuc pentru garnituri 21 4,85 - -

Poliformaldehid 144 1,30 - - PTFE-4 67 5,00 0,80 5,0

Poliamid 177 2,00 - - Caprolam 618 2,60 2,07 2,34

Acceptnd ( ) cii nn = , ( )i fiind probabilitatea ca o tensiune oarecare de funcionare

ix


155

( )12/22/1

max2

c

Rbr

kpr2

+

= ,

unde ( ) ( )2/3/1k ++= , pc - presiunea aparent de contact i care, n lipsa ondulaiilor i abaterilor de form, este egal cu presiunea nominal. nlocuind (9.14) i (9.5) n (9.7) , iar apoi (9.7) i (9.6) n (9.2), se deduce intensitatea specific de uzare ih i intensitatea de uzare, liniar, adimensional Iuh :

( ) tc

0

fe2/1tt1

nuh

k'k

pCI

+

= , (9.15)

unde ( )= /1max rb/R ; ( ) ( )( ) ( )2/t142/t1C

2/1

+++

= ;

( ) ( )= 2/k'k ; ( )12/1 += ; ( )= 3/k4K fe ; c = Ac/An, Ac - aria aparent de contact delimitat de ondulaii i abateri de form, An - aria nominal. Se precizeaz din nou c intensitatea de uzare (9.15) este intensitatea elementului cuplei considerat fr rugoziti, materialul acestui element este caracterizat prin parametrii , 0 , t , n i care se gsete n contact cu o suprafa cu rugoziti rigide, caracterizate prin parametrii Rmax , r , b , . De exemplu, Iuh este intensitatea de uzare a buzei unei manete de etanare din cauciuc cu arborekle din oel al unei transmisii mecanice. cercetrile experimentale au dovedit c se uzeaz, de fapt, ambele suprafee, astfel c pentru suprafaa rugoas

( ) 2/1teuhuh I'I

+= , (9.16) unde ( ) 21212e ,,/ += fiind parametrii de elasticitate ai suprafeei ideale cu modul de elasticitate mic i suprafeei rugoase cu modul de elasticitate mare. n cazul n care ambele suprafee prezint rugoziti i proprietile mecanice sunt apropiate, se determin o rugozitate "echivalent", caracterizat prin : 2max1maxmax RRR += ;

21 += ; ( )

22max

11max

212max1max212,1

RR

RRbbkb

+ +

= ,

( ) ( )( )1

11k

21

212,1 ++

++= ; ( )2121 rr/rrr += , aa cum s-a artat n capitolul 3.

Apoi se aplic relaia (9.15) pentru fiecare suprafa, considernd proprietile mecanice specifice ale materialelor respective (0 , , t , k).

b) Cazul deformaiilor plastice n cazul existenei deformaiilor plastice, particulele de uzur apar dup un numr (n) redus

de cicluri de oboseal, ( )t0 e/en = (9.17)

n care e0 este deformaia relativ la ruperea prin ntindere, pentru un singur ciclu (taelul 9.2); e - deformaia relativ plastic; t - coeficient caracteristic curbei de oboseal i are valori cuprinse ntre 2 i 3 (tabelul 9.2). Corelaia deformaiei zonei de contact cu proprietile mecanice, geometrice i de frecare se face pe baza plasticitii, astfel c (9.17) devine:

2

c

c

r

0t HB2

HB2der

Kn

+

= , (9.18)


156

n care ( )( ) ( )2/t12/tK t +

+= ; - parametrul curbei de portan; rd - diametrul mediu al

"punctului" de contact (9.6); r - raza de curbur a vrfurilor rugozitilor; c - tensiunea de curgere a materialului; HB - duritatea suprafeei de frecare (n uniti Brinell); - coeficientul de frecare. nlocuind expresia (9.18) n (9.7) i apoi n (9.2) i (9.3), se deduce intensitatea de uzare liniar, adimensional n regim plastic de deformare a rugozitilor:

( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )t1/t1ct0fp2/t1

t1/t1n

uh e/kHBP

C2I +++

= (9.19)

n care C, , , c au semnificaiile din (9.15), iar: ( ) ( )[ ] 2/1ccfp /HB21//HB21k += .

Analiza dependenei intensitii de uzare (9.15) sau (9.19) de principalii parametri de exploatare (presiunea nominal de contact pn , coeficientul de frecare ), precum i de caracteristicile microgeometriei (, b, r, Rmax) i materialului (, 0, t sau HB, e0) permite luarea msurilor tehnice, tehnologice i de exploatare pentru a oferi cuplei de frecare respective o intensitatea de uzare minim i, deci, o durabilitate maxim. Uzarea de adeziune, aa cum se observ i din (9.15) sau (9.19), este dependent de coeficientul de frecare, astfel c orice msur de reducere a coeficientului de frecare este util pentru creterea durabilitii. 9.3 Posibiliti i ci de reducere a uzrii adezive Uzarea prin adeziune este dependent att de caracteristicile materialelor i microgeometriei suprafeelor de frecare, ct i de condiiile de exploatare. Aceste dependene indic i posibilitile de reducere a intensitii de uzare i anume: alegerea materialelor din punctul de vedere al proprietilor de rezisten i elasticitate, adoptarea unor msuri de reducere a coeficientului de frecare, alegerea i respectarea anumitor caracteristici ale microgeometriei suprafeelor i stabilirea unei geometrii de frecare care, n corelaie cu sarcina exterioar, trebuie s asigure o anumit presiune de contact. a) Influena proprietilor de rezisten i elasticitate ale materialelor asupra intensitii de uzare poate fi analizat pe baza expresiilor (9.15) i (9.19). Pentru contactul elastic, intensitatea de uzare este proporional cu factorul

t0

tt1uhI

+ sau t0t1t0t1tuh EEI = , E fiind modulul de elasticitate longitudinal al materialului care se uzeaz i 0 - deformaia relativ de rupere. Pentru caliti obinuite ale microgeometriei, < 1, intensitatea de uzare scade cu creterea modulului de elasticitate (E) i deformaiei relative de rupere. ns, creterea semnificativ a modulului de elasticitate atrage dup sine creterea intensitii de uzare a contrapiesei (relaia (9.16)). De aceea, pentru cuplele de frecare tehnologice de prelucrare, n special a maselor plastice, se recomand ca materialul utilajului s aib modulul de elasticitate semnificativ mai ridicat dect al materialului prelucrat (extruderea maselor plastice, amestecarea diferitelor produse chimice, alimentare etc.). Pentru uzarea adeziv, materialele suprafeelor de frecare trebuie s fie materiale tenace, s aib deformaia relativ de rupere 0 ct mai ridicat i modulul de elasticitate mare. Pentru contactul plastic, intensitatea de uzare este proporional cu factorul ( ) ( ) ( ) ( )[ ] 2/tcc1/t1 /HB21//HB21HB ++ .


157

Analiza acestei dependene a intensitii de uzare de raportul duritii i tensiunii de curgere arat o scdere a intensitii cu creterea raportului HB/c, scdere care este cu att mai pronunat cu ct duritatea este mai mare. Influena semnificativ a duritii suprafeei asupra intensitii de uzare a fost conformat experimental de multe cercetri, fapt pentru care msurile tehnologice de durificare a suprafeelor sunt eseniale pentru creterea durabilitii. b) Influena proprietilor de frecare ale materialelor asupra intensitii de uzare dovedete c valoarea exponentului t din expresiile (9.15) i (9.16) are o pondere foarte mare, mai ales pentru materialele cu panta ridicat a dependenei tensiunii de oboseal de numrul ciclurilor de solicitare (panta curbei Wohler). Pentru contactul elastic, respectiv plastic, intensitatea de uzare este proporional cu factorul

tuhI ,

2/t

c

cuh /HB21

/HB21I

+

.

n cazul contactului elastic, o reducere a coeficientului de frecare numai de cteva ori atrage dup sine o reducere a intensitii de uzare a oelurilor, de exemplu, de sute i mii de ori, exponentul t avnd valori ridicate (7...12). Aceast observaie teoretic este confirmat integral de rezultatele experimentale, mai ales atunci cnd n procesul de frecare i uzare nu au loc schimbri eseniale ale caracteristicilor mecanice ale materialelor. Pentru cazul contactului plastic, reducerea coeficientului de frecare are pondere mai mic asupra reducerii intensitii de uzare dect n cazul contactului elastic. Reducerea coeficientului de frecare, , i creterea raportului HB/c conduc la reduceri substaniale ale intensitii de uzare. c) Influena presiunii de contact asupra intensitii de uzare constituie unul dintre parametrii importani de care trebuie s se in seama la proiectarea geometriei cuplelor de frecare n strns corelaie cu materialul i calitatea suprafeei. Pentru condiiile apariiei deformaiilor elastice, intensitatea de uzare este proporional cu presiunea nominal de contact,

t1nuh pI+

. Pentru metale, valorile ridicate ale parametrului de oboseal t conduc la creteri importante ale intensitii de uzare cu creterea presiunii nominale de contact. rin tratamente termice i termochimice se pot obine proprieti superioare la oboseal ale suprafeelor de frecare, rezultnd valori reduse ale parametrului t . Totodat, prin depunerea unor straturi subiri de materiale antifriciune pe suport mai dur se obin reduceri semnificative ale intensitii de uzare. Avnd n vedere c i coeficientul de frecare depinde de presiunea nominal de contact, mai ales pentru regimul de frecare uscat i limit, se deduce c intensitatea de uzare, pentru regimul deformaiilor elastice, scade puin cu creterea presiunii nominale, ns crete foarte repede cu creterea forei de frecare. Pentru regimul fluid de ungere, coeficientul de frecare se modific foarte puin cu presiunea nominal, presiuni care au valori reduse, astfel c intensitatea de uzare este foarte redus n comparaie cu regimul de frecare uscat. n condiiile n care deformaiile locale sunt plastice, intensitatea de uzare este proporional cu presiunea nominal de contact,

( ) ( )+

1/t1nuh pI ,

dependena fiind mult mai semnificativ dect n cazul deformaiilor elastice. Metodele de ecruisare a suprafeelor de frecare conduc la scderi ale intensitii de uzare n condiiile aceleiai presiuni de contact.

Documents

Uzarea de Adeziune