Các Kiểu Mài Mòn Cơ Bản Trong Hệ Thống Bôi Trơn - Mai An Đức

Các kiểu mài mòn cơ bản trong hệ thống bôi trơn .Bài viết này cung cấp định nghĩa và hiểu biết cơ bản về các chế độ hoặc cơ chế mài mòn chính dựa trên phân loại chế độ hỏng ổ trục lăn ISO 15243.2004. Một số dạng mài mòn khác xảy ra ở bánh răng, ổ trục, bơm thủy lực và piston – nhưng không xảy ra ở ổ lăn – sẽ được thảo luận.

Hệ thống ISO thảo luận về sự hao mòn trong sáu danh mục chính với 15 danh mục phụ.

Không có trong phân loại ISO là Ăn mòn từ các hạt và Cavitation.

Cơ chế mài mòn cũng có thể được coi là xảy ra trong hai loại riêng biệt: chế độ tiếp xúc và chế độ không tiếp xúc. Sự mài mòn khi tiếp xúc đòi hỏi các bộ phận phải tiếp xúc trực tiếp giữa kim loại với kim loại để xảy ra hiện tượng mài mòn. Chế độ không tiếp xúc không yêu cầu các bề mặt tiếp xúc trực tiếp để chúng mài mòn; nói cách khác, có thể tồn tại một lớp màng bôi trơn chất lỏng đầy đủ.

Mài mòn dưới bề mặt

Mòn dưới bề mặt là một dạng mòn xảy ra sau nhiều chu kỳ uốn kim loại ứng suất cao. Điều này gây ra các vết nứt trên bề mặt của kim loại, sau đó lan truyền ra bề mặt, dẫn đến một phần kim loại bề mặt bị loại bỏ.

Nó bắt đầu với các tạp chất hoặc lỗi trong kim loại chịu lực bên dưới bề mặt. Các vết nứt nhỏ dưới bề mặt hình thành do các chu kỳ tải và ứng suất lặp lại trong thời gian dài (500.000 psi), gây ra biến dạng đàn hồi (uốn) của kim loại. Điều này là điển hình trong tất cả các phần tử ổ trục lăn và bánh răng và răng bánh răng, tất cả đều hoạt động ở chế độ bôi trơn đàn hồi (EHD) . Ứng suất tiếp xúc tập trung tại một điểm bên dưới bề mặt kim loại.

Những vết nứt siêu nhỏ này thường lan truyền đến bề mặt, cuối cùng dẫn đến một phần của vật liệu bề mặt bị loại bỏ hoặc tách lớp. Chúng xuất hiện dưới dạng hư hỏng hoặc mòn bề mặt (các vết rỗ lớn) được gọi là bong tróc. Các thuật ngữ khác cho hiện tượng mỏi dưới bề mặt bao gồm bong tróc, bong tróc và rỗ cơ học. Có màng dầu đầy đủ và không cần tiếp xúc kim loại với kim loại hoặc làm hỏng bề mặt. Mệt mỏi bề mặt không phải là một vấn đề phổ biến nếu các kim loại chất lượng tốt hơn được sử dụng trong sản xuất ổ trục. Hầu hết các vòng bi sẽ bị hỏng bởi một cơ chế khác trước.

Hư hỏng do mỏi dưới bề mặt là kết quả của việc ổ trục sống hết tuổi thọ bình thường dựa trên tải trọng, tốc độ và độ dày màng chất bôi trơn mà nó tiếp xúc. Tuổi thọ mỏi L10 của ổ trục là thời gian trung bình (tính bằng giờ hoặc chu kỳ) để 10% một bộ ổ trục giống hệt nhau bị hỏng trong các điều kiện nhất định. Có thể tính toán ước tính tuổi thọ L10, cung cấp tuổi thọ định mức của ổ trục.

Mài mòn do bề mặt bắt đầu

Điều này bắt đầu với chế độ bôi trơn giảm và mất lớp màng bôi trơn bình thường. Màng dầu bị giảm biên hoặc chế độ hỗn hợp. Xảy ra một số chuyển động trượt và tiếp xúc giữa kim loại với kim loại. Xuất hiện hư hỏng bề mặt. Các điểm cao của bề mặt kim loại bị loại bỏ, ban đầu chúng xuất hiện dưới dạng bề mặt mờ hoặc mờ. Đây không phải là bôi bẩn, như ở độ bám dính (thảo luận bên dưới). Loại hư hỏng bề mặt này thường có thể nhìn thấy được với độ phóng đại từ ba đến năm lần.

Sự phá hủy bề mặt được kết hợp với tải trọng theo chu kỳ của các con lăn lăn trên đường đua. Điều này tạo ra các microcracks và microspalling bất thường. Các vết nứt bắt đầu ở bề mặt và di chuyển xuống kim loại. Một cạnh của kim loại được tạo ra ở bề mặt mà nó uốn ở mép của vết nứt bề mặt. Điều này tạo ra một cạnh gia công nguội có màu sáng hơn. Các vết nứt lan truyền và có thể giao nhau bên trong kim loại, và một phần vật liệu bề mặt sau đó sẽ được loại bỏ. Vảy, rỗ cơ học và rỗ vi là những tên gọi khác được sử dụng để mô tả hiện tượng bong tróc.

Mệt mỏi bề mặt cũng có thể xảy ra do biến dạng dẻo (mô tả bên dưới). Các hạt ô nhiễm trong dầu xâm nhập vào khu vực tiếp xúc lăn tải trọng cao giữa các con lăn và bánh răng, hoặc giữa các răng của bánh răng, và gây ra một số dạng hư hỏng bề mặt – vết lõm. Xử lý vòng bi không đúng cách có thể gây ra hư hỏng bề mặt tương tự.

Những vết lõm có đáy hình tròn này thường có một vết lõm nổi lên xung quanh các cạnh của chúng. Phần gờ nhô lên của kim loại hoạt động như một điểm gia tăng tải trọng hoặc ứng suất, hoặc tạo ra chế độ bôi trơn giảm (hỗn hợp hoặc ranh giới), và dẫn đến tuổi thọ mỏi bề mặt thấp hơn. Cải thiện bộ lọc làm giảm biến dạng dẻo, và do đó gián tiếp làm giảm sự xuất hiện của mỏi bề mặt.

Lưu ý rằng thuật ngữ “mỏi do tiếp xúc” không được ISO sử dụng. Đây là một thuật ngữ mơ hồ đôi khi được sử dụng để mô tả cả hai dạng mệt mỏi. Nó không chỉ rõ là hư hỏng do uốn kim loại bắt đầu từ bề mặt dưới hay từ một số hư hỏng bề mặt ban đầu. Nó bao gồm bất kỳ sự thay đổi nào trong cấu trúc kim loại do ứng suất lặp lại tập trung ở quy mô cực nhỏ trong vùng tiếp xúc giữa các phần tử lăn và rãnh, và giữa các răng bánh răng.

Mài mòn

Mòn mài mòn được ước tính là dạng mài mòn phổ biến nhất trong máy móc được bôi trơn. Sự nhiễm bẩn hạt và bề mặt nhám gây ra vết cắt và làm hỏng bề mặt giao phối đang chuyển động tương đối với bề mặt đầu tiên.

Sự mài mòn ba thân xảy ra khi một chất bẩn tương đối cứng (hạt bụi bẩn hoặc mảnh vụn mài mòn) có kích thước gần bằng với khe hở động lực (độ dày màng dầu) trở nên nhúng vào một bề mặt kim loại và bị ép giữa hai bề chuyển động. Khi kích thước hạt lớn hơn chiều dày màng chất lỏng, có thể xảy ra hiện tượng xước, cày hoặc khoét. Điều này tạo ra các rãnh song song theo hướng chuyển động, giống như chà nhám. Sự mài mòn nhẹ bởi các hạt mịn có thể gây ra hiện tượng đánh bóng có bề ngoài bóng, mờ hoặc bóng. Điều này có thể được ngăn chặn bằng cách cải tiến lọc, xả và niêm phong các hạt nhỏ.

Sự mài mòn hai thân xảy ra khi bề mặt kim loại (độ nhám bề mặt, đỉnh) trên một bề mặt cắt trực tiếp vào bề mặt kim loại thứ hai. Một hạt gây ô nhiễm không tham gia trực tiếp. Tiếp điểm xảy ra trong chế độ bôi trơn biên do bôi trơn không đủ hoặc bề mặt nhám quá mức có thể do một số dạng mòn khác gây ra. Độ nhớt của dầu cao hơn, tăng độ cứng kim loại và thậm chí khử từ vòng bi sau khi gia nhiệt cảm ứng trong quá trình lắp đặt có thể giúp giảm mài mòn hai thân.

Chất kết dính

Mòn bám dính là sự chuyển vật liệu từ bề mặt tiếp xúc này sang bề mặt tiếp xúc khác. Nó xảy ra khi tải trọng, nhiệt độ hoặc áp suất cao làm cho hai bề mặt kim loại tiếp xúc, trong chuyển động tương đối, hàn điểm với nhau, sau đó ngay lập tức xé ra, cắt kim loại ở những khu vực nhỏ, rời rạc.

Bề mặt có thể thô ráp và lởm chởm hoặc tương đối nhẵn do kim loại bị vấy bẩn / biến dạng. Kim loại được chuyển từ bề mặt này sang bề mặt khác. Hiện tượng bám dính xảy ra trong thiết bị hoạt động ở chế độ bôi trơn hỗn hợp và biên do không cung cấp đủ chất bôi trơn, độ nhớt không đủ, khe hở bên trong không chính xác, lắp đặt sai hoặc lệch. Điều này có thể xảy ra ở các vòng và xi lanh, ổ trục và bánh răng.

Vỡ thông thường là một dạng mòn keo nhẹ, cũng như hiện tượng mờ. Scuffing thường đề cập đến độ mòn keo vừa phải, trong khi hiện tượng chảy nước, bẩn và se lại là kết quả của độ bám dính nghiêm trọng. Có thể ngăn chặn sự kết dính bằng cách tải thấp hơn, tránh sốc tải và đảm bảo rằng cấp độ nhớt chính xác của dầu đang được sử dụng. Nếu cần thiết, phụ gia chịu cực áp (EP) và chống mài mòn (AW) được sử dụng để giảm thiệt hại.

Ăn mòn

Ăn mòn do ẩm liên quan đến việc loại bỏ hoặc mất vật liệu bằng phản ứng hóa học oxy hóa bề mặt kim loại khi có hơi ẩm (nước). Nó là sự hòa tan của một kim loại trong một chất lỏng dẫn điện bởi cường độ dòng điện thấp và có thể liên quan đến hiện tượng nén hydro. Nó được tăng tốc, giống như tất cả các phản ứng hóa học, bằng cách tăng nhiệt độ. Không cần tiếp xúc kim loại với kim loại. Nó sẽ xảy ra với một màng dầu đầy.

Ăn mòn thường do sự nhiễm bẩn hoặc xuống cấp của chất bôi trơn đang sử dụng. Hầu hết các chất bôi trơn đều chứa chất ức chế ăn mòn giúp bảo vệ khỏi loại tấn công này. Khi các chất phụ gia bôi trơn bị cạn kiệt do thời gian sử dụng kéo dài hoặc bị nhiễm bẩn quá mức bởi độ ẩm, quá trình đốt cháy hoặc các khí khác hoặc chất lỏng quá trình, chất ức chế ăn mòn không còn khả năng bảo vệ chống lại chất lỏng ăn mòn có tính axit (hoặc xút) và có thể xảy ra hiện tượng rỗ do ăn mòn. Các vết rỗ sẽ xuất hiện trên bề mặt kim loại tiếp xúc với môi trường ăn mòn.

Đây có thể là toàn bộ bề mặt kim loại hoặc chỉ phần dưới của kim loại có thể đã bị ngập trong nước không thoát ra khỏi bể chứa dầu hoặc tại các điểm tiếp xúc của trục lăn / rãnh. Nói chung, hình thức tấn công đồng đều và đồng đều sẽ là kết quả của hình thức tấn công này. Các dạng ăn mòn hơi ẩm nhẹ dẫn đến ố hoặc ăn mòn bề mặt. Các hình thức nghiêm trọng hơn được gọi là rỗ do ăn mòn, ăn mòn điện, ăn mòn bong tróc hoặc rỉ sét.

Ăn mòn do ma sát là một dạng mài mòn nói chung do các vi cơ có tải hoặc rung động giữa các bộ phận tiếp xúc mà không có bất kỳ chất nhiễm nước nào, mặc dù độ ẩm có thể là cần thiết. Nó cũng có thể được gọi là mòn mỏi. Nó bao gồm cả ăn mòn khó chịu và ngâm nước muối giả, mà trước đây thường được coi là cơ chế giống nhau.

Ăn mòn khó chịu là sự phá hủy do mài mòn cơ học của các bề mặt không hoàn thiện kèm theo và leo thang do ăn mòn, chủ yếu là quá trình oxy hóa trong không khí với một số độ ẩm. Nó xảy ra do nhiều vi động dao động tại các giao diện tiếp xúc giữa các bộ phận được nạp và giao phối trong đó chất bôi trơn chưa được bổ sung (tiếp điểm chưa được bôi trơn). Sự kết dính đang xảy ra và nó thường được coi là nghiêm trọng hơn so với ngâm nước muối sai.

Nó thường xuất hiện dưới dạng màu ôxít nâu đỏ (gỉ mà không có nước) trên thép và màu đen trên nhôm. Các mảnh vụn kim loại mài mòn được tạo ra hoặc bong ra.

Ăn mòn nhanh xảy ra trên nhiều thiết bị cơ khí như răng bánh răng và trục, không chỉ ổ trục phần tử lăn, và có thể xảy ra trên các bề mặt khác với phần tiếp xúc lăn. Trong ổ trục, nó cũng được liên kết với sự ăn khớp của ổ trục trên trục và trong vỏ. Nó xảy ra khi không có bất kỳ chuyển động tương đối lớn nào giữa các bộ phận giao phối chẳng hạn như giữa trục và rãnh trong và giữa vỏ và rãnh ngoài. Sự ăn mòn đáng tiếc có thể xảy ra trên các vật liệu không bị oxy hóa.

Việc ngâm nước muối sai xảy ra do các vi di chuyển dưới dao động tuần hoàn trong các tiếp điểm bôi trơn biên tĩnh hoặc quay. Sự kết dính nhẹ của các lớp kim loại đang xảy ra. Các vết lõm hoặc vết lõm nông được tạo ra trong đó các dấu gia công ban đầu bị mài mòn và không còn nhìn thấy do sự hư hỏng mòn của kim loại. Quá trình ngâm nước muối sai xảy ra trên các bộ phận cán và mương, tương tự như biến dạng dẻo quy mô nhỏ hoặc ngâm nước muối (xem bên dưới) và do đó có tên “ngâm nước muối giả”.

Việc ngâm nước muối sai thường liên quan đến thiết bị không nung tĩnh và do đó, sự mài mòn xuất hiện ở các điểm tiếp xúc của con lăn với cùng khoảng cách chính xác với các con lăn. Các chỗ lõm trong kim loại có thể xuất hiện sáng bóng với các mảnh vụn mòn màu đen xung quanh các cạnh. Nếu thiết bị đang quay, vết mòn sẽ xuất hiện dưới dạng hình tấm ván rửa màu xám, gợn sóng trên mương. Tuổi thọ vòng bi giảm hoặc hỏng hóc cuối cùng xảy ra, đôi khi theo kiểu thảm khốc, do hiện tượng mỏi bề mặt bắt đầu ở các lớp bề mặt bị hư hỏng này.

Một ví dụ về việc ngâm nước muối sai xảy ra trong các động cơ điện và máy bơm dự phòng (và các động cơ điện khác) không hoạt động trong một khoảng thời gian, nhưng phải chịu rung động từ sàn nhà máy lên qua các bộ phận lăn chịu lực của vòng bi. Các chất phụ gia chống mài mòn có thể có lợi trong việc giảm hư hỏng do mài mòn.

Xói mòn điện

Loại mài mòn này xảy ra khi dòng điện đi qua giữa hai bề mặt kim loại (ví dụ, ổ lăn và con lăn) qua màng dầu hoặc mỡ. Nó được chia nhỏ dựa trên mức độ nghiêm trọng của thiệt hại. Không nên nhầm lẫn xói mòn điện với xói mòn do các hạt gây ra (thảo luận bên dưới).

Điện áp quá mức (rỗ điện) là do dòng điện cao hoặc cường độ dòng điện chỉ chạy qua một số điểm nhỏ trên kim loại. Điện áp tích tụ và sau đó hình thành vòng cung, gây ra hiện tượng nóng / nóng chảy cục bộ và bốc hơi bề mặt kim loại. Điều này gây ra các hố sâu hoặc hố lớn trên bề mặt kim loại, có thể tương ứng với khoảng cách giữa các phần tử lăn của ổ trục. Có thể do khu vực hàn và tiếp đất hoặc cách điện không đủ. Nó cũng có thể được gọi là rỗ điện, phóng điện hồ quang hoặc phát tia lửa điện.

Rò rỉ dòng điện (chập điện) là một dạng thiệt hại ít nghiêm trọng hơn do dòng điện liên tục thấp hơn gây ra. Thiệt hại có thể là những miệng núi lửa nông có vị trí gần nhau và có màu xám đen. Nếu sự phóng điện xảy ra trong khi ổ trục đang chuyển động, với một màng chất lỏng đầy đủ, hiệu ứng tấm rửa hoặc các rãnh sẽ xuất hiện trên toàn bộ rãnh ổ trục và được gọi là hiện tượng bong tróc hoặc quấn dây.

Biến dạng nhựa

Đây là vết lõm, vết lõm hoặc chỗ lõm trong rãnh hoặc con lăn do va đập hoặc quá tải. Bề mặt kim loại chảy, gây ra biến dạng không thể phục hồi (không mòn). Các vết gia công vẫn còn hiện rõ ở đáy vết lõm. Các vết lõm thường có môi nhô lên làm tăng ứng suất và dẫn đến hiện tượng mỏi do bề mặt bắt đầu (vết nứt bề mặt) và cuối cùng hình thành hố hoặc mòn chất kết dính. Biến dạng dẻo bao gồm ba danh mục con.

Quá tải hoặc ngâm nước muối thực sự được đặc trưng bởi tải tĩnh hoặc sốc, hoặc tác động do lạm dụng vận hành, gây ra vết lõm vĩnh viễn trên kim loại mà không cần cắt hoặc hàn kim loại. Một ví dụ xảy ra đối với ổ lăn khi va chạm làm cho các con lăn tạo ra một loạt vết lõm trên bề mặt ổ lăn theo những khoảng thời gian khớp chính xác với khoảng cách giữa các con lăn. Một số người coi vết lõm do tác động của búa đập vào ổ trục là quá tải; những người khác có thể coi nó như một vết lõm từ việc xử lý.

Vết lõm từ các mảnh vỡ là một dạng biến dạng dẻo nhưng nó là do một hạt bị mắc kẹt trong khe hở động giữa hai phần tử máy và bị cán quá mức. Lực gây ra vết lõm ở đáy tròn hình thành trong phần đua hoặc phần lăn. Các vết nứt có thể truyền xuống kim loại.

Vết lõm do xử lý tương tự như vết lõm từ các mảnh vỡ, nhưng là kết quả của việc vòng bi bị rơi hoặc bị đập, gây ra quá tải cục bộ. Nó cũng có thể do các vết nứt từ các vật cứng hoặc sắc nhọn.

Người ta thường gặp hiện tượng xói mòn do các hạt trong dầu và sự xâm thực, mặc dù điều này không có trong tiêu chuẩn ISO về ổ lăn.

Xói mòn

Ăn mòn có thể được coi là một dạng mài mòn. Nó xảy ra chủ yếu trong các dòng chất lỏng, tốc độ cao, nơi các mảnh vụn hạt rắn, bị cuốn vào chất lỏng (dầu), xâm nhập vào bề mặt và làm xói mòn bề mặt đó. Hệ thống thủy lực là một ví dụ mà kiểu mài mòn này có thể xảy ra. Tốc độ dòng chảy có ảnh hưởng đáng kể đến các tốc độ mòn này, tỷ lệ này ít nhất là tỷ lệ với bình phương của vận tốc chất lỏng. Xói mòn thường xảy ra ở máy bơm, van và vòi phun. Không xảy ra tiếp xúc kim loại với kim loại. Cơ chế xói mòn được sử dụng để tạo lợi thế trong việc cắt tia nước.

Xâm thực

Đây là một dạng xói mòn đặc biệt, trong đó các bong bóng hơi trong chất lỏng hình thành ở các vùng áp suất thấp và sau đó bị xẹp (nổ) ở các vùng có áp suất cao hơn của hệ thống dầu. Vụ nổ có thể đủ mạnh để tạo ra các lỗ hoặc rỗ, ngay cả trong kim loại cứng nếu vụ nổ xảy ra ở bề mặt kim loại. Loại mòn này thường gặp nhất ở các máy bơm thủy lực, đặc biệt là những máy bơm có cửa hút hạn chế hoặc hoạt động ở độ cao lớn.

Việc hạn chế dầu xâm nhập vào ống hút của máy bơm làm giảm áp suất lên dầu và do đó, có xu hướng tạo ra nhiều bong bóng hơi hơn. Hốc cũng có thể xảy ra trong các ổ trục khi áp suất chất lỏng tăng lên trong vùng tải của ổ trục. Không cần tiếp xúc kim loại với kim loại để tạo lỗ hổng.

Nói rõ hơn, rỗ là một thuật ngữ chung được sử dụng trong phân tích hư hỏng để mô tả hầu hết mọi ổ gà nhỏ, có đáy gồ ghề, hình tròn trên bề mặt kim loại. Rỗ có thể do rỗ ​​cơ học (mỏi hoặc tạo lỗ hổng), rỗ hóa chất (ăn mòn) hoặc rỗ do điện (phóng điện hồ quang), tất cả đều được mô tả ở trên.

Phân tích hư hỏng được sử dụng để chỉ định một cơ chế mài mòn cho một hư hỏng cụ thể. Nếu cơ chế mài mòn có thể được xác định, thì có thể áp dụng một số hành động khắc phục để ngăn lỗi hỏng hóc tái diễn. Thông thường, có thể hữu ích khi sử dụng quy trình loại bỏ để xác định cơ cấu mài mòn nào không thể tạo ra kiểu mài mòn quan sát được, do đó giảm số lượng cơ cấu có thể có. Thật không may, sự kết hợp của các cơ chế mài mòn tồn tại trong hầu hết các tình huống, do đó làm phức tạp việc lựa chọn hệ thống chống mài mòn tối ưu.