وبلاگ

تغییر شکل پلاستیکی

Plastic Deformation

تغییر شکل ،پلاستیکی فرورفتگی است؛ فرورفتگی گود رفتگی یا لهیدگی در ریس یا غلتکها که ناشی از ضربه یا بارگذاری بیش از حد است.

سطح فلز روان شده و باعث تغییر شکل برگشت ناپذیر میشود (نه سایش) فرورفتگیها اغلب دارای لبهای برآمده هستند که تنشها را افزایش میدهد و منجر به خستگی ناشی از سطح ترکهای (سطحی و در نهایت تشکیل گودال یا سایش چسبناک می شود.

تغییر شکل پلاستیک دارای سه زیر شاخه است:

۱-باربیش از حد یا برینلینگ واقعی با بارگذاری ثابت یا ضربه ای یا ضربه ناشی از سوء استفاده عملیاتی مشخص میشود که باعث ایجادفرورفتگی دائمی در فلز بدون برشکاری یا جوشکاری میشود.

برخی افراد فرورفتگی ناشی از ضربه چکش بر یاتاقان را به عنوان اضافه بار در نظر میگیرند برخی از افراد نیز ممکن است آن را به عنوان یک فرورفتگی از جا به جایی در نظر بگیرند

یاد آوری – سختی برینل مقیاسی است که برای مقدار عددی سطح سختی ماده استفاده می.شود روش انجام آزمایش سختی برینل به طور کامل در ASTM E10 تعریف شده است به طور کلی برای انجام آزمایش یک شیء برای مدت زمان از پیش تعیین شده ای تحت فشار از پیش تعیین شده بر روی فلز فشار می.آورد به طور معمول این شیء یک توپ ۱۰ میلیمتری از فولاد سخت شده است و نیرویی که وارد میکند کیلوگرم – نیرو ۲۹) :کیلونیوتن ۶۶۰۰ پوند _ نیرو است.

برای مواد نرم یا سخت این آزمایش کمی تغییر می.کند شیء پس از آن که با فشار روی فلز وارد شد برداشته میشود و عرض تورفتگی حاصل با استفاده از میکروسکوپ اندازه گیری می.شود سپس اندازه گیری تورفتگی را میتوان با استفاده از مقیاس سختی برینل محاسبه کرد.

۲- تغییر شکل پلاستیک میتواند ناشی از بقایای ذرات فلزی و سایر ذرات باشد که باعث فرورفتگی یا لهیدگی میشود که در اثر گیر افتادن ذره در فاصله های پویا (دینامیک بین دو جز ماشین یا سطوح raceway ، رولر یا ساچمه های در حال حرکت زندانی شده و باعث ایجاد فرورفتگی در سطوح می.گردد این نیرو باعث ایجاد فرورفتگی ته گرد در قسمت ریس یا غلطک میشود ترکها ممکن است در فلز منتشر شوند. -۳ فرورفتگی میتواند ناشی از جا به جایی هنگام حمل و نقل یا نصب رخ دهد و شبیه تغییر شکل پلاستیک ناشی از بقایای ذرات فلزی و سایر ذرات است اما در واقع ناشی از افتادن یا چکش خوردن یاتاقان است که باعث بارگذاری موضعی میشود همچنین میتواند به دلیل بریدگی توسط اجسام سخت یا تیز باشد.

فرسایش Erosion

در صنایع نفت

فرسایش را میتوان نوعی سایش خراشان در نظر گرفت که عمدتا در جریانهای سیال با سرعت بالا رخ میدهد.

ذرات جامد و آلودگیها که در سیال روغن حبس شده اند به سطوح برخورد میکنند و آنها را فرسایش میدهند یکی از نمونه هایی که ممکن است این نوع سایش در آنها رخ دهد سیستمهای هیدرولیک است نرخ سرعت جریان سیال تاثیر قابل توجهی بر میزان فرسایش دارد.

نرخ فرسایش حداقل با مجذور سرعت سیال متناسب است فرسایش معمولا در پمپها شیرها و نازلها رخ می دهد.

در اثر فرسایش در نهایت فاصله ی بین دو سطح افزایش می یابد.

در این نوع سایش تماس فلز با فلز رخ نمیدهد.

از مکانیسم فرسایش به عنوان یک مزیت در برش با جت آب استفاده میشود.

سایش الکتریکی         Electrical Erosion

سایش الکتریکی یکی از فرسایشهای رایج در انواع بلبرینگ و رولبرینگ خصوصا در موتورهای الکتریکی است.

این نوع سایش زمانی اتفاق می افتد که جریان الکتریکی بین دو سطح فلزی مثلاً یاتاقان غلطکی از لایه روغن یا گریس عبور می کند.

این نوع فرسایش بر اساس شدت آسیب تقسیم بندی میشود فرسایش الکتریکی را نباید با فرسایش ناشی از ذرات اشتباه گرفت.

•  ولتاژ بیش از حد حفره الکتریکی

به دلیل عبور جریان الکتریکی یا آمپر بالا تنها چند حفره روی فلز ایجاد میکند ابتدا ولتاژ ایجاد میشود و سپس قوس، در نتیجه باعث گرما ٫ ذوب موضعی و تبخیر سطح فلز میشود.

این موضوع باعث ایجاد گودالهایی با دهانه هایی به شکل آتشفشان یا حفره های عمیق و بزرگ در سطوح فلزی میشود.

•  نشت جریان فلوتینگ الکتریکی

آسیب کمتری ایجاد میکند که توسط جریان الکتریکی مداوم ایجاد میشود آسیب ممکن است حفره هایی کم عمق با دهانه های مانند آتشفشان باشد که در موقعیت نزدیک به هم قرار گرفته اند و به نظر به رنگ خاکستری تیره میرسند.

اگر تخلیه الکتریکی در حین حرکت یاتاقان اتفاق بیفتد با یک لایه روغن کامل اثر تخته شستشو یا شیارهای در قسمت روی سطح ریس وی (raceway) یاتاقان ظاهر میشود و به آن آرایش راه راه ) نوعی پارچه نخی نرم و قوی با طرح خطوط راست برجسته می گویند.

سایش خوردگی در واقع یک مکانیسم سایش غیر مستقیم است.

خوردگی شامل حذف یا از بین رفتن فلز توسط واکنش شیمیایی اکسیداسیون در سطح فلز و در حضور رطوبت (آب) است.

این انحلال یک فلز در یک مایع رسانای الکتریکی با جریان (آمپر) بسیار کم است و ممکن است شامل شکنندگی هیدروژن هم باشد.

مانند تمام واکنشهای شیمیایی با افزایش دما واکنش شیمیایی اکسیداسیون تسریع میشود.

نیازی به تماس فلز با فلز نیست این فرایند با وجود فیلم کامل روغن رخ میدهد.

خوردگی اغلب در اثر آلودگی یا تخریب روانکارهای در حال خدمت ایجاد میشود.

بیشتر روغنهای روان کننده حاوی مواد بازدارنده خوردگی هستند که سطوح را در برابر این نوع حمله محافظت میکنند.

هنگامی که افزودنیهای روغن به دلیل خدمات طولانی مدت یا آلودگی بیش از حد توسط رطوبت احتراق یا سایر گازها یا سیالات حاضر در فرآیند تخریب یا از بین میروند در چنین شرایطی بازدارنده های خوردگی که تخریب شده یا از بین رفته اند دیگر قادر به محافظت در برابر سیال خورنده اسیدی نیستند و در این هنگام حفره های ناشی از خوردگی ممکن است ایجاد شود و رفته رفته حفره ها روی سطح فلزی که در معرض محیط خورنده قرار گرفته ظاهر میشوند.

در نتیجه، سطح جدید در معرض آسیبهای خوردگی اضافی قرار می گیرد.

سایش خستگی Fatigue Wear

سایش خستگی شکلی از سایش است که پس از چرخه های زیاد خم شدن فلز با تنش زیاد رخ می دهد.

این موضوع باعث ایجاد ترک در سطح زیرین فلز میگردد و سپس در سطح آن پخش میشود، در نتیجه این علل یک ذره از سطح فلز جدا می شود.

در فلز یاتاقان با آخالها یا گسل ها ترک از زیر سطح شروع میشود.

میکرو ترکهای زیر سطحی به دلیل چرخه های بارگذاری مکرر طولانی مدت و تنش ۵۰۰۰۰۰ ایجاد میشوند که باعث تغییر شکل الاستیک (خم شدن) فلز میشوند.

این امر در همه عناصر یاتاقان غلتشی، race و دندانه های چرخ دنده که همگی در رژیم روغنکاری الاستو هیدرودینامیک (EHD) کار میکنند، معمول است.

تنش تماسی در نقطه ای زیر سطح فلز متمرکز میشود.

این ریزترکها معمولا در سطح پخش میشوند که در نهایت منجر به برداشتن یا لایه لایه شدن مواد سطح میشوند.

آنها به صورت آسیب یا سایش سطحی ظاهر میشوند (گودال های بزرگ) که به آنها پوسته پوسته شدن گفته میشود.

سایر اصطلاحات برای خستگی زیر سطحی عبارتند از پوسته پوسته شدن، لایه برداری و سوراخ شدن مکانیکی.

سایش خراشان Abrasive Wear

سایش خراشان متداول ترین مکانیزم سایش است.

این نوع سایش باعث تحمیل هزینه های فراوانی در بخشهای مختلف صنعتی نظیر حمل و نقل، معدن، فرآوری مواد معدنی کشاورزی و صنایع مربوط به حمل و نقل زمینی میگردد.

سایش خراشان موقعی به وجود می آید که یک سطح زبر و سخت در مقابل سطح نرم، حرکت لغزشی داشته باشد و داخل سطح نرم باعث فرورفتگی و ایجاد شیار شود.

یک مثال رایج از این مشکل سایش بیلها در ماشین آلات راهسازی ناشی از جابجایی خاک است.

میزان سایش و مواد ساینده بسیار بیشتر از آن چیزی است که قابل تصور است.

سایش خراشان دو حالت دارد که به دو جسمی و سه جسمی تقسیم بندی میشود.

سایش دو جسمی خراشان به سطوحی اطلاق میشود که روی یکدیگر می لغزند و در آنجا یکی از مواد (سخت) در دیگری فرو می رود و مقداری از مواد (نرم) آن را از بر میدارد.

نمونه ای از سایش دو جسمی استفاده از سوهان برای شکل دادن به قطعه کار است.

سایش خراشان سه جسمی را میتوان به عنوان یک ذره سخت (جسم سوم) در حال حرکت بین دو سطح توضیح داد.

این ذرات میکروسکوپی تقریبا به اندازه فیلم روانکار هستند و در فاصله کوچک بین اجزای روان کننده ذرات آزاد هستند که بغلتند و همچنین روی سطوح بلغزند، زیرا سفت و محکم نگهداشته نمیشوند و آزادنه حرکت میکنند.

آنها میتوانند هر دو سطح را بخراشند و در اثر این رخداد به سطوح آسیب برسانند.

قابل ذکر است برخی توصیه میکنند که اصطلاحات دو جسمی سه جسمی کنار گذاشته شود تا با یک طرح طبقه بندی جایگزین

که مستقیما بر اساس شدت آشکار سایش است به جای آنها جایگزین شود.

سایش چسبان 

سایش چسبان یکی از مهمترین مکانیزمهای سایش است. اهمیت آن به واسطه فراوانی این مکانیزیم در صنایع است که میتوان از سایش در قالب های کشش عمیق و چرخ دنده ها به عنوان مثال نام برد.

خسارات سطحی و حذف مواد از سطح در این نوع سایش هنگامی اتفاق می افتد که دو سطح در سطوح تماس نسبت به یکدیگر مالیده میشوند.

سطوح قطعات کاملا صاف نیستند و در نقاطی مالش به شدت سایش اتفاق میافتد.

در این نواحی که محل های تمرکز تماس و فعل و انفعلات هستند و تنش های زیادی در این قسمت ها ایجاد میشود، موجب تغییر شکل پلاستیکی و ایجاد اتصالات موضعی شده و سطوح به هم می چسبند و مواد را در امتداد سطح از هم دور میکنند.

این نوع سایش میتواند در یاتاقانها و اجزا ماشین ها رخ دهد. یکی از عوامل اثر بخش در کاهش این نوع سایش استفاده از روانکار مناسب است.

تریبولوژی

تریبولوژی از ریشه یونانی به معنای مالیدن مشتق شده است که پسوند یونانی به معنای مطالعه یا دانش  گرفته شده  است که علم مالش را توصیف میکند

در حالی که مطالعه این مفهوم مربوط به لئوناردو داوینچی و مطالعات او در مورد قوانین اصطکاک است، پس از او کلمه به طور گسترده ای در مورد استفاده قرار نگرفت تا اینکه پیتر اچ. جوست، مهندس مکانیک بریتانیایی، این اصطلاح را در ۹ مارس ۱۹۶۶ آشکار ساخت که اکنون به طور گسترده ای از آن استفاده می شود.

تریبولوژی دارای چندین زیرشاخه است : اصطکاک، سایش و روانکاری.

ماهیت تریبولوژی اساساً به حداقل رساندن (یا در برخی موارد، به حداکثر رساندن) اصطکاک و سایش از طریق نوع مناسب روانکاری در یک سیستم معین است که شامل قطعات متحرک است.

از آنجایی که انواع مختلفی از چنین سیستم هایی وجود دارد که هر کدام شامل مواد متفاوتی هستند و به انواع مختلفی از روانکاری نیاز دارند.

اصطکاک چیست؟

اصطکاک نیرویی است که در جهت مخالف حرکت دو سطح متقابل عمل می کند.این رابط ممکن است بین دو بدن مجزا یا درون یک بدنه باشد. 

به زبان ساده، اصطکاک باعث سایش می شود و هر چه اصطکاک بیشتر باشد، سایش بیشتر می شود. مکانیسم های مختلفی وجود دارد که به وسیله آنها سایش رخ می دهد. یک سطح ممکن است به دلیل یک یا چند مکانیسم به طور همزمان دچار سایش شود.

مکانیسم های سایش را می توان به چهار دسته اصلی طبقه بندی کرد :

1. سایش چسب: سایش ناشی از چسبندگی بین دو سطح ماده در برخورد آنها با یکدیگر است. این اتصال ممکن است باعث از بین رفتن مواد از یک سطح و افزایش در سطح دیگر یا از دست دادن هر دو سطح شود.
2. سایش ساینده: ساییدگی ناشی از سطح یک ماده سخت تر است، زیرا بر روی یک ماده نرم تر تحت بار فشار می آورد و باعث تخریب تدریجی و مداوم مواد نرم می شود.
3. پوشیدن خستگی: سایش ناشی از تنش موضعی بین دو سطح است که چندین بار تکرار می شود و منجر به شروع و انتشار ترک می شود. پس از یک تعداد بحرانی چرخه، زباله ها به عنوان تراشه های مواد از سطوح از ترک ها تشکیل می شوند.
4. سایش خورنده: تخریب سطح یک ماده به دلیل محیط خورنده ای است که در معرض آن قرار دارد. سایش خورنده ممکن است در شرایط خشک یا مرطوب تا زمانی که محیط دارای شرایط خورنده باشد رخ دهد.

روانکاری چیست؟

روان کننده ها موادی هستند که برای کنترل اصطکاک و سایش بین دو سطح متحرک در تماس با یکدیگر استفاده می شوند.

از آنجایی که هیچ سطح واقعاً صافی وجود ندارد، دو سطح که به یکدیگر مالش می‌شوند در سطح میکروسکوپی به هم متصل می‌شوند. هدف از معرفی روانکار کاهش یا حذف تماس بین این دو سطح ناهموار از طریق یک فیلم روان کننده است.

کاربرد  روان‌کننده در یاتاقان‌ها به خواص فیزیکی و شیمیایی روان‌کننده بستگی دارد که به یاتاقان، کاربرد آن، نصب و عوامل محیطی کلی مربوط می‌شود.

ویسکوزیته

به طور کلی، مهمترین خاصیت منفرد یک سیال روان کننده ویسکوزیته آن است. ویسکوزیته اندازه گیری مقاومت نسبی یک سیال در برابر جریان است.

اندازه گیری ویسکوزیته می تواند توسط هر یک از تعدادی ابزار مختلف به نام ویسکوزیمتر انجام شود. یک واحد اندازه گیری رایج Saybolt Universal Second (SUS) است. این مدت زمانی است که بر حسب ثانیه لازم است تا ۶۰ سی سی سیال از یک روزنه استاندارد در زیر سر استاندارد در دمای معین عبور کند.

دمای معمول برای گزارش ویسکوزیته ۱۰۰ تا ۲۱۰درجه فارنهایت است. هرچه عدد ویسکوزیته بیشتر باشد، مقاومت در برابر جریان بیشتر است.

تجربه نشان می دهد که یک سیال روان کننده با ویسکوزیته حداقل ۱۰۰ SUS در دمای عملیاتی کاربرد برای روانکاری معمولی یاتاقان ها کافی است.

شاخص ویسکوزیته

روغن ایده آل (تا جایی که به ویسکوزیته مربوط می شود) ویسکوزیته یکسان در تمام دماها خواهد بود.

همه روغن ها وقتی گرم می شوند چسبناک تر می شوند (رقیق می شوند) و وقتی سرد می شوند چسبناک تر (ضخیم تر) می شوند.

با این حال، همه روغن ها از نظر ویسکوزیته به یک اندازه متفاوت نیستند. برخی از آنها سریعتر ضخیم یا نازک تر از دیگران می شوند.

اصطلاح “شاخص ویسکوزیته” یا VI برای درجه بندی روغن ها بر اساس رفتار دما و ویسکوزیته آنها استفاده می شود.

روغن هایی که بالاترین شاخص ویسکوزیته را دارند نسبت به روغن های با شاخص ویسکوزیته کمتر در برابر تغییرات ویسکوزیته با تغییرات دما مقاومت بیشتری دارند. بدیهی است که روان کننده های با شاخص ویسکوزیته بالا برای کاربردهای یاتاقانی که تغییرات دمایی گسترده ای را تجربه می کنند مناسب هستند.

نقطه ریزش

نقطه ریزش پایین ترین دمایی است که سیال در آن جریان می یابد یا می توان آن را ریخت. در کاربردهایی که در معرض دماهای پایین قرار دارند، مهم است که سیال روانکار انتخاب شده دارای نقطه ریزش کمتر از حداقل دمای محیط باشد.

یاتاقان ( bearing )

وسیله‌ای است که اجازهٔ حرکت نسبیِ مشخصی را بین دو یا بیشتر از دو قطعه می‌دهد که به‌طور نمونه به صورت چرخش یا حرکت خطی است. یاتاقان‌ها را می‌توان به صورت گسترده‌ای بر طبق حرکتی که مجازند داشته باشند یا براساس اصول کاریشان و همچنین جهت بارهای اعمالی که می‌توانند تحمل کنند. 

مقدار گریس

هیچ فرمول مشخصی برای تعیین مقدار دقیق گریس لازم برای روانکاری یاتاقان وجود ندارد زیرا مقدار آن مستقیماً به عواملی مانند کاربرد، طراحی یاتاقان و نگهدارنده و نوع گریس مورد استفاده بستگی دارد.

یاتاقان‌های خاصی از انواع دقت بالا که در کاربردهای با سرعت بالا استفاده می‌شوند ممکن است کمتر از ۲۰ درصد از فضای خالی یاتاقان را با گریس پر کنند.

یاتاقان های دیگر از انواع مورد استفاده در کاربردهای سرعت پایین ممکن است تا ۸۰ درصد از فضای خالی یاتاقان پر از گریس باشند.

یاتاقان های هواپیما از انواع نوسانی ممکن است ۱۰۰ درصد با گریس پر شده باشند.

حتی در محدوده یک کاربرد معین، مقدار گریس ممکن است به نوع گریس انتخاب شده بستگی داشته باشد.

به عنوان مثال، دو گرید مختلف گریس، یکی NLGI Grade #1 و دیگری NLGI Grade #4، روان کننده های مناسبی برای یاتاقان های دوک ماشین ابزار هستند.

با این حال، از آنجایی که گریس درجه ۱ تمایل به خرد شدن دارد، مقدار کمتری باید در یک بلبرینگ معین استفاده شود در مقایسه با مقدار گریس درجه ۴ که از نوع کانالی است که چروک نمی شود.

در نتیجه، مقدار استفاده شده در یاتاقان از اهمیت کمتری برخوردار است. روغن کاری بیش از حد ممکن است باعث افزایش سریع دما در یاتاقان شود که می تواند به روان کننده و یاتاقان آسیب برساند.

مقدار روغن

معمولاً برای روانکاری یاتاقان بیش از یک لایه نازک روغن لازم نیست.

تجربه نشان داده است که وقتی مقدار روغن به بیش از حدی برسد که یک لایه روی یاتاقان ها تشکیل شود، اصطکاک سیال و گشتاور اصطکاک افزایش می یابد.

در کاربردهایی که گرمای تولید شده یک فاکتور حیاتی است، از مقادیر افزایش یافته روغن به عنوان واسطه انتقال حرارت استفاده می شود.