Uzura prin oboseala superficiala

Uzura prin oboseala superficiala

Pitting-ul sau uzura prin oboseala superficiala este un proces mecanic, cauzat de solicitari mecanice sau mecano-termice ciclice, asociate unei miscari de rostogolire, de alunecare sau de combinatii ale celor doua, caracterizat prin aparitia si dezvoltarea unor micro-cratere specifice.

Sub actiunea tensiunilor variabile si in prezenta unor discontinuitati de forma si structura ale materialelor in contact (incluziuni, impuritati, fisuri preexistente, rugozitate), in zona cea mai solicitata a contactului, de obicei putin sub suprafata, se initiaza deformari, alunecari ale formelor structurale, in final o micro-fisura care va avansa spre suprafata . Cresterea progresiva a curgerilor plastice sau a fisurilor spre limita inferioara a asperitatilor suprafetei provoaca alte microfisuri, in majoritate paralele cu suprafata. La un moment dat, din cauza solicitarii repetate, reteaua de fisuri este suficient de mare, incat zona slabita dintre suprafata si reteaua de fisuri, se detaseaza. Ruperea este fragila, lasand in urma un micro-crater cu margini rugoase, un nou concentrator de tensiune.

Figura 2.35 arata etapele de distrugere din cauza oboselii superficiale, intr-un mediu fluid: I - fisura a fost amorsata, fie la suprafata, fie a fost propagata pana la atingerea suprafetei; II - triboelementul mobil comprima stratul superficial din fata contactului, avand tendinta sa inchida fluidul in interiorul fisurii; III - la trecerea triboelementului mobil, fisura este inchisa; IV - tensiunile de compre-siune din stratul superficial inchid fisura, tinzand sa o deformeze, iar lubrifiantul captat in interiorul ei este supus unor mari fluctuatii de presiune, largind fisura, V - dupa trecerea triboelementului, tensiunile de tractiune caracteristice din urma contactului si procesele de adeziune locala, deschid fisura si pot detasa o particula specifica. La urmatoarele treceri procesul se repeta in alte regiuni ale contactului.

I II III IV V VI

Fig. 2.35. Modelul de distrugere prin oboseala in mediu fluid

Ca proces predominant, uzura prin oboseala poate fi observata in rulmenti (fig. 2.38): initial, suprafetele sunt foarte bine finisate, in conditii normale de functionare exista doar o deformatie elastica, alunecarea intre suprafete este foarte mica (sub 0,01), temperatura este constanta, sub 200 C iar lubrifiantul este curat, fara particule abrazive. In aceste conditii, alte forme de uzura cum ar fi adeziunea, abraziunea sau uzura oxidativa sunt foarte reduse. Distrugerea stratului superficial apare tarziu, dupa un anumit "timp de incubatie", cauza fiind oboseala materialelor

Uzura prin oboseala este accentuata de un mediu corosiv, de temperatura. Prezenta agentilor chimici activeaza mai rapid procesul de oboseala, in mai multe microzone, accelerandu-l. Temperatura are doua efecte care se intretin reciproc: miscarea relativa a triboelementelor genereaza caldura, care determina scaderea caracteristicilor mecanice ale straturilor superficiale si accelereaza posibilele distrugeri de natura chimica. Forma distrugerii prin oboseala depinde si de tipul miscarii triboelementelor (fig. 2.36, triboelement din otel): a) rostogolire pura, b) rostogolire cu alunecare relativa de 10%. Alunecarea relativa S s-a calculat astfel:

(2.1)

in care si sunt vitezele periferice ale rolelor testate.

Rostogilirea pura a produs urme caracteristice de pitting (micro-cratere cu margini aproape rotunde). Alunecarea relativa intre suprafete a produs o uzura tip pitting, mai accentuata. Smulgerea materialului s-a facut de pe o suprafata mai mare si se observa tendinta de exfoliere si de laminare a particulelor de uzura.

Avand in vedere aplicatiile numeroase in care exista miscare de rostogolire sau de rostogolire cu alunecare, studiul distrugerii suprafetelor supuse acestui tip de miscare este important pentru cunoasterea mecanismului de distrugere, cu scopul minimalizarii acestuia.

Uzura tip pitting este caracteristica tribosistemelor de rostogolire si rostogolire cu alunecare: rulmenti (fig. 2.38), angrenaje (fig. 2.37).

O forma particulara de distrugere combinata, datorata oboselii, este oboseala termica. Triboelementul este solicitat atat la sarcini mecanice variabile cat si la variatii ale campului termic. Distrugerea este mult accelerata si are un aspect caracteristic (fig. 2.39). Fisurile se genereaza ca o retea pe toata suprafata, ca rezultat al oboselii mecanice dar si a dilatarii si contractarii repetate din cauza variatiei temperaturii. Apare la piese care, inevitabil, sunt impli-cate intr-un proces tehnologic cu sarcini mecanice si termice variabile (industria metalurgica, de exemplu) dar si in tribosisteme insuficient sau intermitent lubrifiate.