ETB-T   ELEMENTE DE TRIBOLOGIE

ETB-T  MODELAREA ŞI CONSTRUCŢIA SISTEMELOR DE UNGERE (LUBRIFICAŢIE)

ETB-T.3 DESCRIEREA ŞI MODELAREA PROCESELOR DE UZARE

            CUPRINS

ETB-T.3.1 DEFINIŢII

ETB-T.3.2 CLASIFICARE

ETB-T.3.3 MODELAREA PROCESELOR DE UZARE

ETB-T.3.1 DEFINIŢII

Uzarea este un proces energetic de distrugere a straturilor superficiale ale corpurilor solide în contact uscat și/sau fluid. Uzarea prin frecare se produce în cazul mişcării relative a corpurilor sub acţiunea unei sarcini exterioare. Procesul de distrugere a straturilor superficiale implică, pe de-o parte, modificări structurale, chimice şi fizice și, pe de altă parte, deformări și desprinderi de material. Între procesul de uzare şi cel de frecare există o strânsă interdependenţă în sensul că uzarea este o consecinţă a frecării, iar starea suprafeţelor rezultate prin uzare influenţează frecarea.

TCR-T.3.2 Clasificare

Criteriul	Tipul uzării	Forme de manifestare	Descriere
Fenomenele  chimice și fizice	Adeziune	De frecare (scoringul)	În zonele asperităților în contact apar mici transferuri de material de pe o suprafață pe alta care în urma contactelor cu frecare repetate conduc la deformări și durificări locale și la ruperea de mici particule
		Gripajul	Apare în cazul frecării uscate sau la dispariția locală a lubrifiantului, când datorită presiunilor și frecărilor mărite apar temperaturii locale mărite și se produc deformări plastice și/sau suduri la nivelul microasperităților de contact urmate de ruperea acestora. Această succesiune se repetă și apar urme adânci sub formă de rizuri  pe suprafețele în contact care devin inutilizabile. În cazul extrem punțile de sudură nu mai pot fi forfecate și cupla cinematică se blochează
	Abraziune	Microașchiere	Apare datorită impurităților dure din zona de contact care se comportă ca elemente de așchiere
	Oboseală	Pittingul	Este caracteristică cuplelor cu mișcare de rostogolire cu contacte punctiforme (rulmenți cu bile) sau lineare (rulmenți cu role, angrenaje) care sunt lubrifiate. După un număr mare de solicitări variabile în timp în zonele suprafețelor cu microfisuri sau incluziuni (de elaborare, de tratament termic și/sau de așchiere; fig. ETB-T.3.1) apar, din cauza oboselii materialului, fisuri inițiale care consecință a penetrării lubrifiantului și presiunilor hidrostatice foarte mari se măresc, se deformează, se rup și în final apar desprinderi de particule de material  și formarea de microcratere (pitting initial). În timp, aceste microcratere se multiplică și se măresc (pitting progresiv, fig. ETB-T.3.2) și, în final, conduc la deteriorarea suprafețelor în contact și deci, la funcționarea necorespunzătoare a cuplei (cu vibrații şi/sau zgomote)
		Exfolierea	Apare, în general, la nivelul suprafețelor cuplelor cu viteze relative mici puternic încărcate, cu precădere, în cazul existenței unor defecte (incluziuni, neomogenități, microfisuri) sub straturile superficiale durificate (prin călire, cementare sau nitrurare) și se manifestă, în urma solicitărilor variabile în timp, prin apariția dislocațiilor de material și a golurilor (fig. ETB-T.3.3)
		Cavitația	Apare, cu precădere,  la  suprafețele imersate permanent în fluide (inclusiv, cuple cinematice) ce funcționează la viteze foarte  mari (palate de turbine, cilindrii de motoare Diesel, rotoare de pompe) în ulei pot apărea presiuni reduse și temperaturi ridicate și deci, formarea de mici pungi de vapori și gaze (bule de cavitație, fig. ETB-T.3.4)  care din cauza variațiilor de presiune și contactelor cu suprafețele mai reci se sparg brusc (prin implozie)  și creează impulsuri de presiune repetate care produc datorită oboselii materialului erodarea suprafețelor.
	Coroziune	Chimică	Rezultă ca urmare a acțiunii chimice a  apei, oxigenului sau a altor substanțe agresive din mediul adiacent şi/sau lubrifianți
		Mecano-chimică	Apare în cazul mișcărilor relative ale suprafețelor în contact, manifestându-se, pe de-o parte, prin îndepărtarea stratului superficial corodat, și, pe de altă parte, prin modificări ale stratului superficial; aceste procese cumulate cu cele de frecare (degajări mari de energie termică,  presiuni locale mari, acumulări de potenţial electrostatic) fac posibile sau accelerează reacțiile chimice la nivelul suprafețelor în contact

Fig. ETB-T.2.3.1 Procesul apariției și dezvoltării pitingului: a – condiții inițiale; b – dezvoltarea;  c – finalizarea

a	b	Fig. ETB-T.3.3 Uzarea de oboseală prin exfoliere a roților dințate
Fig. ETB-T.3.2 Uzarea prin piting: a – la angrenaje ; b – la rulmenții radial-axiali cu role conice

a	b	c
Fig. ETB-T.3.4 Procesul apariției și dezvoltării cavitației: a – condiții inițiale; b – dezvoltarea;  c – finalizarea

ETB-T.3.3 Modelarea proceselor de uzare

Perioada de funcționare	Descriere	Observații
Rodaj	Uzarea este  accelerată (cu precădere abrazivă) ca urmare a netezirii reciproce a suprafețelor noi în contact  (rugozitățile se micșorează)	Rodajul se execută sub sarcini și la viteze reduse, creescătoare progresiv, în condiții de ungere speciale (lubrifiant mai fluid, cu schimbare la perioade scurte)
Funcționare normală (exploatare),	Uzura evoluează foarte lent datorită uneia și/sau altei forme de uzare, formele și dimensiunile rămân în limitele impuse de funcționarea corectă a cupei respective;
Critică (scoatere din uz)	când datorită Creștere rapidă a vitezei de uzare, apare uzura catastrofală  și abaterile de formă și dimensionale ale suprafețelor în contact	Apare funcționarea necorespunzătoare și în final conduc la scoaterea din funcționare a cuplei.

Fig. ETB-T.3.5 Evoluțaia uzurii (volumul de material îndepărtat)

Etapele procesului de uzare (fig. ETB-T.3.5): I – Uzarea incipientă (rodaj), cu precădere, de adeziune şi presupune ruperea vârfurilor asperităţilor suprafeţelor de contact (ungerea se face cu lubrifianţi cu viscozitate adecvată şi se schimbă mai des). II – Uzare normală, cu precădere, de oboseală, corespunzătoare duratei de funcţionare considerată pentru calculul de durabilitate (tII = Lh). III – Uzare catastrofală (scoatere din uz), presupune dezvoltarea accelerată a formelor de uzare din etapa a II-a Indicatori de apreciere a uzurii: Uh [µm] - grosimea stratului îndepărtat; Uv [µm^3] - volumul de material îndepărtat; Ug [mg] - greutatea materialului îndepărtat; Uc [mJ] - energia consumată; vun [µm/h] - viteza de uzare pe adâncime,  vur [µm^3/h] - viteza de uzare volumetrică; vue [mW] - viteza de uzare energetică