Zatarcia zawiasów ze stali nierdzewnej: przyczyny i zapobieganie

Zawias ze stali nierdzewnej może charakteryzować się mierzalnym luzem sworznia, a mimo to jego ruch może stawać się coraz trudniejszy. W jednym miejscu łuku otwarcia może pojawić się nierówność. Ruch może wówczas stać się nierówny, wzrasta siła potrzebna do uruchomienia, a połączenie może częściowo lub całkowicie zablokować się. Po rozdzieleniu powierzchni ślizgowych ślady zużycia mogą mieć postać rozmazanego, wypukłego lub rozdartego metalu, a nie gładkiego wypolerowania, jakiego można by się spodziewać w przypadku zwykłego zużycia.

Zatarcie zawiasów ze stali nierdzewnej jest to poważna awaria spowodowana zużyciem adhezyjnym na obciążonej powierzchni ślizgowej. Istotnym zagadnieniem inżynierskim nie jest po prostu to, czy zawias jest “nierdzewny”. Chodzi o to, które dwie powierzchnie ślizgają się względem siebie, w jaki sposób rozkłada się obciążenie, jaki jest stan powierzchni w miejscu styku, czy w tym miejscu utrzymuje się smarowanie oraz co uległo zmianie, zanim tarcie zaczęło wzrastać.

Zacznij od dowodów wskazujących na niepowodzenie. Zacinający się zawias niekoniecznie oznacza jego zatarcie. Podobne objawy mogą wynikać z przeszkód wymiarowych, niewspółosiowości, produktów korozji, twardych zanieczyszczeń, uszkodzonych tulei oraz zużycia adhezyjnego, jednak każda z tych przyczyn wymaga innych działań naprawczych.

Zacieranie to zużycie adhezyjne, a nie tylko ciasne dopasowanie

Zacieranie często określa się mianem zgrzewania na zimno. W przypadku zawiasu nie oznacza to jednak, że cały sworzeń i przegub stają się jednym zgrzanym elementem. Proces ten rozpoczyna się w mikroskopijnych punktach styku. Pod wpływem wystarczającego obciążenia i ruchu względnego ochronne warstwy powierzchniowe mogą ulec miejscowemu uszkodzeniu, powstają połączenia metal-metal, a dalszy ruch powoduje ścinanie tych połączeń. Następnie materiał jest przenoszony, odrywany lub gromadzony na przeciwległej powierzchni.

The Wytyczne Brytyjskiego Stowarzyszenia Stali Nierdzewnej dotyczące zatarcia i zużycia opisuje zacieranie jako poważne zużycie adhezyjne i wskazuje obciążenie, stan powierzchni oraz smarowanie jako czynniki mające na nie wpływ. Stale nierdzewne austenityczne mogą być podatne na to zjawisko w niekorzystnych warunkach poślizgu, charakteryzujących się dużymi naprężeniami i słabym smarowaniem.

Gdy rozpocznie się przenoszenie, powierzchnia styku nie jest już tą samą parą powierzchni, co na pierwotnym rysunku. Wypukły materiał przeniesiony może stać się nowym lokalnym wzniesieniem. Kolejny ruch skupia obciążenie na tym wzniesieniu, co może przyspieszyć dalsze przenoszenie materiału, powstawanie rys oraz zjawisko „stick-slip”. Dlatego zawias może działać zadowalająco przez pewien czas, a następnie ulegać znacznie szybszemu zużyciu po pojawieniu się pierwszych widocznych uszkodzeń spowodowanych zatarciem.

Ścieranie się kleju w zawiasach ze stali nierdzewnej i przenoszenie materiału

Ani stopu 304, ani 316 nie należy traktować jako automatycznie “odpornych na zacieranie”. Nazwa gatunku opisuje jedynie część układu ruchomego. Stan sworznia, materiał elementu współpracującego, twardość (o ile jest kontrolowana), przygotowanie powierzchni, wzór styku, smar, temperatura oraz historia ruchu pozostają odrębnymi czynnikami.

Różnica w stosunku do osadzenia wymiarowego ma zasadnicze znaczenie. Otwór może pozostawać większy od trzpienia w całym zakresie warunków pracy i mimo to wykazywać znaczne przenoszenie materiału po stronie obciążonej. Zatarcie nie świadczy zatem o tym, że pierwotna specyfikacja luzu była zbyt mała.

Zacieranie, ścieranie, korozja czy zacinanie się?

Zacznij od oceny stanu powierzchni w stanie, w jakim je zastałeś, oraz historii serwisowej. Określenie “trudno się otwiera” opisuje objaw, a nie mechanizm usterki.

Stan	Na jakie dowody należy zwrócić uwagę	Co sprawdzić dalej
Zużycie adhezyjne / zatarcie	Rozmazany lub przeniesiony metal, podniesione obszary z rozdarciami, miejscowe silne zarysowania, zjawisko „stick-slip” lub tarcie gwałtownie narastające aż do zatarcia	Para materiałów, stan powierzchni, lokalne ciśnienie styku, ustawienie i smarowanie
Zużycie ścierne	Rowki kierunkowe, stopniowe usuwanie materiału, osadzone cząstki, twarde zanieczyszczenia lub fragmenty powłoki	Źródło cząstek, chropowata powierzchnia licowa, zanieczyszczenia i cząstki powstałe w wyniku zużycia
Zakłócenia wymiarowe	Niewielki ruch bez wyraźnego przemieszczenia materiału; zakłócenia pojawiają się po nałożeniu powłoki, w wyniku zmian termicznych, odkształceń lub montażu	Wymiary otworów i sworzni, osadzenie warstwy wykończeniowej, pasowanie montażowe i temperatura
Zablokowanie spowodowane produktami korozji	Tlenki, osady, przebarwienia, wżery lub produkty korozji występujące na powierzchni styku	Ekspozycja, zgodność stopu z otoczeniem, odprowadzanie wody, czyszczenie oraz przemieszczanie po ekspozycji
Zetarstwo lub zużycie o małej amplitudzie	Drobny, ciemny osad lub miejscowe uszkodzenia w miejscach, gdzie ruch jest bardzo niewielki, a nie w całym skoku otwarcia	Ograniczenie ruchomości stawu, drgania, lokalizacja mikroruchów oraz to, czy dany interfejs rzeczywiście ma się przesuwać

Na tej samej uszkodzonej części może występować więcej niż jeden mechanizm. Niewielki błąd osiowy może powodować obciążenie krawędziowe. W jednym końcu strefy łożyska dochodzi do lokalnego wzrostu ciśnienia. W tym miejscu rozpoczyna się przenoszenie materiału adhezyjnego, a przeniesiony materiał rysuje następnie powierzchnię po przeciwnej stronie. Po demontażu zawias może wykazywać zarówno ślady zatarcia, jak i ślady przypominające ścieranie, mimo że pierwotną przyczyną była niewspółosiowość.

Przed przystąpieniem do intensywnego czyszczenia należy zabezpieczyć te dowody. Należy sfotografować oba elementy pary, zaznaczyć ich orientację, odnotować, gdzie zaczyna się i kończy najsilniejszy kontakt, oraz odnotować, czy uszkodzenie rozkłada się na całej powierzchni tocznej, czy też skupia się na jednej krawędzi.

Znajdź parę Surface’ów, która faktycznie uległa awarii

Na rysunku produktu zespół ten może być określony jako “zawias ze stali nierdzewnej 304”, jednak zużycie przez zacieranie występuje w miejscu styku dwóch elementów, a nie na etykiecie produktu. Pierwszym zadaniem po rozmontowaniu jest ustalenie, które dwie powierzchnie poruszały się względem siebie w momencie pojawienia się uszkodzenia.

W prostej konstrukcji typu „sworzeń i przegub” parą może być sworzeń przylegający do otworu roboczego. W innym zawiasie sworzeń może poruszać się w tulei metalowej lub polimerowej. Jeśli zespół przenosi siły osiowe, krytyczną parą ślizgową może być zamiast tego powierzchnia czołowa przegubu przylegająca do podkładki oporowej, występ sworznia przylegający do podkładki lub inny element podtrzymujący siły osiowe. Jeden zawias może zawierać zarówno promieniowe, jak i osiowe styki ślizgowe.

W przypadku uszkodzonej pary należy opisać jej stan w następującej kolejności:

Podaj imiona i nazwiska obu członków zespołu ds. kontaktów. Nie poprzestawaj na “sworzniu zawiasowym”. Określ, o co faktycznie ociera się sworzeń, powierzchnia oporowa lub element ruchomy.
W miarę możliwości należy sprawdzić dokładny rodzaj materiału i stan przedmiotu. Materiał, z którego wykonano łopatkę, nie świadczy o materiale, z którego wykonano sworzeń i tuleję, ani o twardości czy obróbce powierzchniowej.
Należy odnotować stan powierzchni w stanie, w jakim została znaleziona. Zwróć uwagę na wykończenie powierzchni, ślady obróbki skrawaniem, powłoki, osady metalu, wypukłości, osadzone zanieczyszczenia oraz wcześniejsze naprawy.
Należy sporządzić mapę pasma kontaktowego. Szeroki, rozłożony tor bieżnika oraz wąski, skupiony na końcu tor wskazują na różne warunki mechaniczne.
Należy zapewnić smarowanie w miejscu styku — a nie tylko w całym zespole. Należy odnotować, czy załadowany pas jest mokry, suchy, zanieczyszczony, umyty, czy też nie ma możliwości jego uzupełnienia.
Odtworzyć ruch i obciążenie. Kąt otwarcia, odwrócenie, prędkość, czas zatrzymania, orientacja oraz rzeczywista reakcja promieniowa lub osiowa mogą wpływać na zachowanie tej pary.

Certyfikat materiałowy może potwierdzić skład stopu. Nie pozwala on jednak ustalić, czy na sworzeń działało obciążenie krawędziowe, czy smar przemieścił się z obszaru aktywnego styku, ani czy powierzchnia oporowa była obciążona w sposób, który został pominięty podczas analizy rysunku technicznego. Są to kwestie związane z montażem i eksploatacją.

Połączenie materiałów wpływa na zachowanie podczas zacierania

Zastosowanie stali nierdzewnej w całej konstrukcji zawiasu może ułatwić spełnienie wymagań dotyczących odporności na korozję, jednak odporność na korozję i kompatybilność ślizgowa to dwie różne kwestie inżynieryjne. Gdy problem z zatarciem wynika z działania pary ślizgowej, zmiana konstrukcji powinna polegać na modyfikacji układu tribologicznego bez powodowania nowych słabych punktów w innych miejscach.

Kierunek łączenia	Dlaczego warto to rozważyć	Nowe zagrożenie, które wciąż wymaga sprawdzenia
Podobne powierzchnie ze stali nierdzewnej austenitycznej	Może spełniać wymagania dotyczące odporności na korozję i spójności materiałowej przy użyciu prostej listy materiałów	Przenoszenie się kleju może nadal występować w niekorzystnych warunkach dotyczących ciśnienia, powierzchni i smarowania
Zmiana twardości lub stanu metalurgicznego	Może wpływać na przyczepność oraz na rozkład zużycia między dwoma elementami	Twardszy element może przenosić uszkodzenia na element bardziej miękki, nie korygując przy tym niewspółosiowości ani niedostatecznego zasilania
Nierówna metalowa powierzchnia przylegająca	Zmienia parę ślizgową, zamiast opierać się na dwóch podobnych powierzchniach ze stali nierdzewnej	Korozja galwaniczna lub ogólna, zużycie elementu o mniejszej twardości, dostępność i zgodność technologiczna
Obróbka powierzchni lub powlekanie	Może ograniczyć bezpośrednią interakcję między podłożami	Grubość, przyczepność powłoki, uszkodzenia krawędzi, pęknięcia, przetarcia i zanieczyszczenia
Specjalna tuleja lub wkładka	Przenosi interfejs przesuwny do systemu materiałowego przeznaczonego do przesuwania	Dopasowanie po montażu, temperatura, podparcie siły osiowej, zabezpieczenie przed wypadnięciem, zanieczyszczenia oraz zasady konserwacji

Sama zmiana gatunku ze 304 na 316 nie stanowi rozwiązania zapobiegającego zatarciom. Oba są powszechnie stosowanymi stalami nierdzewnymi austenitycznymi, a powstawanie uszkodzeń zależy przede wszystkim od całościowej pary materiałów i warunków styku, a nie wyłącznie od klasy odporności na korozję.

To, że coś jest odmienne, nie oznacza automatycznie, że jest kompatybilne. Nową parę należy poddać wspólnej ocenie pod kątem otarć, korozji, rozkładu zużycia, dopasowania, temperatury i konserwacji. Rozwiązanie problemu przywierania, które jednocześnie powoduje szybkie zużycie lub korozję, nie stanowi udanej modyfikacji konstrukcji.

Jeśli w zmodyfikowanej architekturze zostanie wprowadzona specjalna tuleja gładka, szczegółowe porównanie systemów z tworzyw sztucznych/kompozytów, brązu impregnowanego olejem oraz innych systemów z metalowymi elementami smarowanymi powinno znaleźć się w Przewodnik dotyczący materiałów i smarowania tulei zawiasów przemysłowych. Niniejsza strona skupia się na diagnozowaniu i usuwaniu przyczyn zatarcia.

Nacisk kontaktowy i obciążenie krawędziowe mogą mieć pierwszeństwo przed rysunkiem

Pary materiałów są widoczne w zestawieniu materiałów. Rozkład sił nie jest natomiast widoczny. Zawias może mieć dużą nominalną długość nośną, a jednocześnie przenosić większość siły reakcji jedynie na niewielkiej części tej długości.

W przypadku zwykłej cylindrycznej strefy łożyska promieniowego pierwszą wartość orientacyjną dla przewidywanego nacisku łożyska można zapisać w następujący sposób:

p_nom ≈ F_r / (d × L_b)

F_r czyli siła reakcji promieniowej przenoszona przez tę konkretną strefę łożyska, d to średnica sworznia, a L_b to efektywna długość nośna łożyska. Nie należy automatycznie zastępować tej wartości całkowitą masą drzwi F_r. Jest to zależność służąca do oceny nominalnego ciśnienia prognozowanego, a nie próg zatarcia.

Obciążenie krawędziowe sworznia zawiasu zwiększa ryzyko zatarcia

Kluczowe znaczenie ma sformułowanie “efektywna długość nośna”. Jeśli sworzeń styka się jedynie z końcem przegubu z powodu niewspółosiowości osi, rzeczywista powierzchnia obciążona jest mniejsza niż wynika to z rysunku. W rezultacie wzrasta lokalne ciśnienie, mimo że wymiary nominalne i materiały pozostały niezmienione.

Przesunięcie osi to tylko jedna z przyczyn obciążenia krawędziowego. Cienki kołnierz montażowy może ulec skręceniu. Spawanie może spowodować przemieszczenie wspornika zawiasu. Formowana przegubowa część zawiasu może być niewspółosiowa. Wiele zawiasów może wzajemnie na siebie oddziaływać, gdy ich osie nie leżą na jednej wspólnej linii. Elastyczność drzwi lub ościeżnicy może również zmienić rozkład nacisku po przyłożeniu obciążenia.

Nie należy ślepo stosować tego samego wyrażenia ciśnienia do powierzchni oporu osiowego. Jeśli do zatarcia dochodzi na powierzchni czołowej podkładki lub przegubu, należy uwzględnić rzeczywistą siłę reakcji osiowej oraz efektywną geometrię styku oporu dla danego połączenia. Obliczenia dotyczące połączenia promieniowego sworznia z otworem nie opisują pary oporu osiowego.

Właśnie dlatego uszkodzenie zawiasu może dać wynik pozornie sprzeczny: sworzeń i otwór mieszczą się w granicach tolerancji ciągnienia, a mierzalny luz nadal jest dodatni, jednak w jednym wąskim pasmie widoczne jest znaczne przeniesienie metalu. Szczelina niekoniecznie zniknęła; reakcja po prostu uległa skoncentrowaniu.

Dlaczego zwiększenie prześwitu może nie rozwiązać problemu awarii

Zwiększenie luzu roboczego pozwala skorygować rzeczywiste zakłócenia spowodowane tolerancjami, nagromadzeniem się materiału, zmianami termicznymi lub odkształceniami montażowymi. Nie eliminuje to jednak niekorzystnego połączenia materiałów ani skupionego kontaktu pod wysokim ciśnieniem. Zbyt duży luz może również zwiększyć przechylenie sworznia, luz swobodny oraz uderzenie przy zmianie kierunku obciążenia.

Skorzystaj z Przewodnik dotyczący luzu sworznia zawiasowego gdy zadaniem jest ustalenie granic wymiarów sworznia i otworu, naddatku na obróbkę wykańczającą, zmian termicznych oraz minimalnego luzu roboczego. Odporność na zatarcie należy jeszcze zweryfikować na podstawie pary materiałów, rzeczywistej geometrii styku, stanu powierzchni oraz warunków eksploatacji.

Stan powierzchni ma znaczenie przed i po przeniesieniu

Opis wykończenia powierzchni określa stan powierzchni po wyprodukowaniu. Gdy dojdzie do zatarcia, powierzchnia robocza może znacznie odbiegać od tej specyfikacji.

Przeniesiony materiał tworzy lokalne wypukłości. W miejscach rozdarć odsłonięty zostaje świeży metal. Wypukła krawędź może przejąć obciążenie w kolejnym cyklu, zanim zaangażuje się nominalna powierzchnia nośna. Wypolerowanie jedynie najbardziej widocznego śladu może zatem tymczasowo poprawić wrażenia dotykowe, pozostawiając jednak bez zmian przeniesiony materiał, zmienioną geometrię lub pierwotny stan obciążenia krawędziowego.

Wykończenie powierzchni nie podlega jednoznacznej zasadzie, zgodnie z którą “im gładsza powierzchnia, tym większe bezpieczeństwo”. Tarcie i przyczepność zależą od całościowych warunków styku, w tym od czystości i smarowania. Chropowata powierzchnia może powodować kontakt z poważnymi nierównościami, podczas gdy nawet w przypadku bardzo gładkiej pary elementów może dojść do oddziaływania adhezyjnego, jeśli ciśnienie, materiały i smarowanie graniczne są niekorzystne.

W przypadku próbki, która nie spełniła wymagań, przed ponownym przetworzeniem należy zabezpieczyć cztery próbki dowodowe:

pierwotny stan po obróbce, formowaniu, polerowaniu lub powlekaniu, o ile pozostaje on widoczny;
położenie i kierunek przemieszczenia metalu na obu elementach łączących;
wypukłości, postrzępione krawędzie lub wbite zanieczyszczenia, które mogą wpłynąć na kolejny kontakt;
wszelkie lokalne zmiany geometrii spowodowane wcześniejszym polerowaniem, rozwiercaniem lub naprawą.

Jeśli w celu walidacji zostanie wykonana próbka zastępcza, należy udokumentować stan powierzchni na początku procesu. W przeciwnym razie zespół może porównać nowo wyprodukowaną parę z parą poddaną ręcznej obróbce i przypisać różnicę niewłaściwej zmianie projektowej.

Smarowanie musi wytrzymać obciążenia występujące w zawiasie

Smarowanie może ograniczyć bezpośrednie oddziaływanie adhezyjne poprzez utrzymywanie warstwy smaru lub warstwy granicznej między obciążonymi powierzchniami. Obecność smaru w dowolnym miejscu wewnątrz zawiasu nie oznacza, że aktywny punkt styku pozostaje chroniony.

Ruch zawiasowy ma często charakter oscylacyjny, a nie ciągłego obrotu. Przegub może poruszać się w ograniczonym zakresie kątowym, zmieniać kierunek ruchu, a następnie pozostawać w bezruchu przez dłuższy czas. W takich warunkach smar może zostać przemieszczony z obszaru o najwyższym ciśnieniu, zamiast być stale uzupełniany podczas pełnego obrotu.

Przegląd systemu smarowania powinien udzielić odpowiedzi na pięć praktycznych pytań:

Na czym polega ten system smarowania? Należy podać rodzaj smaru, oleju, powłoki stałej, samosmarującej się wykładziny lub innego określonego systemu zamiast słowa “smarowany”.”
Gdzie się to stosuje? Należy upewnić się, że zamontowana taśma stykowa jest smarowana po zakończeniu montażu końcowego, a nie tylko podczas przygotowywania części.
Co powoduje jego usunięcie lub zmianę? Należy wziąć pod uwagę mycie strumieniem wody, środki czyszczące, wysoką temperaturę, położenie, działanie pompy, zanieczyszczenia oraz długie okresy bezczynności.
Czy można go uzupełnić? W przypadku zawiasów bezobsługowych może być konieczne zastosowanie innego materiału lub innego systemu smarowania niż w przypadku zawiasów wymagających konserwacji.
Jak wygląda interfejs po przeprowadzeniu typowej operacji? Po zakończeniu cyklu pracy należy sprawdzić położenie smaru i ewentualne zanieczyszczenia, zamiast zakładać, że ilość smaru pozostała w miejscu, w którym została nałożona.

Smar, olej, środki zapobiegające zatarciu oraz systemy tworzące warstwę stałą nie są produktami zamiennymi. Produkt przeznaczony do zapobiegania zatarciu elementów złącznych ze stali nierdzewnej z gwintem może nie posiadać lepkości, właściwości migracyjnych, czystości ani długotrwałej odporności na drgania wymaganych w przypadku osi zawiasu.

Gdy skład smaru sam w sobie stanowi zmienną projektową, ASTM G223-23 przedstawia laboratoryjną metodę ściskania skrętnego służącą do porównywania właściwości ciernych i zużycia adhezyjnego w przypadku smarowanych i niesmarowanych kombinacji materiałów, powłok i smarów. Jest to narzędzie do wstępnej oceny układów tribologicznych, a nie substytut weryfikacji na poziomie przegubu.

Należy naprawić przyczynę, a nie tylko objaw

Naprawa powinna opierać się na ustaleniach dotyczących uszkodzonej pary zawiasów. Rozwiercanie, polerowanie, smarowanie lub wymiana sworznia mogą tymczasowo poprawić działanie zawiasu, ale każda z tych czynności dotyczy innego elementu mechanizmu.

Dowody niepowodzenia	Prawdopodobne pytanie dotyczące mechaniki	Kierunek działań naprawczych
Szeroki pasek z naniesionym metalem na dwóch powierzchniach ze stali nierdzewnej	Czy połączenie materiału i powierzchni jest stabilne przy aktualnym ciśnieniu i w obecnych warunkach smarowania?	Sprawdź oba elementy razem; weź pod uwagę zmienione warunki, układ powierzchni lub warstwę jezdną, a następnie ponownie przetestuj tę parę
Silne przemieszczanie skupione na jednym końcu	Czy na krawędź połączenia działa obciążenie wynikające z wyrównania, odkształcenia czy lokalnej elastyczności?	Przed zastosowaniem twardszego materiału lub większej ilości smaru należy skorygować geometrię powierzchni styku
Awaria pojawia się po czyszczeniu lub umyciu	Czy aktywny element traci smar lub jest narażony na działanie nieodpowiedniego środka czyszczącego?	Należy sprawdzić trwałość, uzupełnianie, ochronę oraz kompatybilność chemiczną w rzeczywistej sekwencji czyszczenia
Powstanie zadrapań po polerowaniu	Czy przeróbka pozostawiła ślady po przeniesieniu na elemencie łączącym lub zmieniła lokalną geometrię bez usunięcia przyczyny?	Należy sprawdzić oba elementy, przywrócić kontrolowany stan początkowy i zweryfikować, czy wprowadzono kompletne zmiany korygujące
Smarowanie jest zabronione	Czy układ suchego materiału i powierzchni jest w stanie wytrzymać wymagany kontakt oscylacyjny bez przywierania?	Należy ocenić parę łożysk pracujących na sucho, powłokę lub układ tulei przeznaczony do tego zastosowania, zamiast po prostu rezygnować ze smarowania
Zużyciem obciążona jest tuleja lub wkładka	Czy awaria się przesunęła, a nie zniknęła?	Przed ponownym zamontowaniem tej samej tulei należy sprawdzić dopasowanie, kołek łączący, ciśnienie, temperaturę, zanieczyszczenia oraz podparcie osiowe.

W przypadku, gdy intensywny transfer spowodował już zmiany na obu powierzchniach, kontrolowana nowa seria testowa jest zazwyczaj łatwiejsza do zinterpretowania niż wielokrotne ręczne poprawianie tej samej pary. W przeciwnym razie pierwsza awaria staje się niekontrolowaną modyfikacją powierzchni w drugim teście.

Sprawdź poprawność zaktualizowanego interfejsu uruchamiania

Obiecująca para materiałów nie oznacza jeszcze sprawnego zawiasu. Końcowy montaż wiąże się z dodatkowymi czynnikami, takimi jak geometria, skończona długość łożyska, luz, kontakt osiowy, wyrównanie, sztywność mocowania, ruch oscylacyjny, zatrzymywanie smaru, temperatura i zanieczyszczenia. Zmodyfikowane połączenie musi wytrzymać kombinację tych czynników, które mają znaczenie podczas eksploatacji.

Wykorzystaj testy par materiałów do selekcji wstępnej

ASTM G196-24, Standardowa metoda badania odporności par materiałów na zacieranie, określa metodę laboratoryjną służącą do klasyfikacji par materiałów pod kątem odporności na zatarcie. ASTM zaznacza również, że metoda ta nie jest przeznaczona do celów ilościowych związanych z ostatecznym projektowaniem, ponieważ na właściwości użytkowe wpływają takie czynniki, jak smarowanie, wyrównanie, sztywność, geometria oraz inne zmienne eksploatacyjne. Zgodnie z określonym zakresem normy nie obejmuje ona oceny par materiałów ślizgających się w warunkach smarowanych.

Ta granica ma praktyczne zastosowanie w projektowaniu zawiasów. Wyniki analizy pary materiałowo-konstrukcyjnej pozwalają wyeliminować nieodpowiednie rozwiązania lub uzasadnić dalsze prace prototypowe. Nie mogą one jednak potwierdzić, że ta sama para będzie zachowywać się identycznie w zawiasie wielosegmentowym, w którym występują obciążenia krawędziowe, siła reakcji, tolerancje produkcyjne oraz smar dostosowany do konkretnego zastosowania.

Odtworzenie warunków związanych z awarią

Badanie na poziomie zawiasów powinno odtworzyć czynniki, które mogły spowodować pierwotne przemieszczenie, a nie polegać na wielokrotnym przemieszczaniu luźnej próbki w warunkach laboratoryjnych niezwiązanych z daną sytuacją.

Określić stan wyjściowy. Należy odnotować dokładną parę styków, stan powierzchni, luz (jeśli ma to znaczenie), orientację zawiasu, stan smaru oraz siłę lub moment obrotowy przy określonym kącie i kierunku.
Należy zastosować reprezentatywne obciążenie i ruch. Należy uwzględnić wymagany zakres otwarcia, wzór odwrócenia, prędkość lub tempo, czas zatrzymania, warunki obciążenia promieniowego i osiowego, temperaturę oraz warunki otoczenia, które mają wpływ na awarię.
Śledź zmiany tarcia podczas badania. Powtórz ten sam pomiar w identycznych warunkach. Ocena “działa płynnie” nie ma znaczenia, jeśli między kolejnymi odczytami zmienia się kąt, kierunek, obciążenie lub prędkość.
Sprawdź obie strony tej pary. Po upływie określonego czasu należy sprawdzić, czy nie wystąpiło przemieszczenie, wybrzuszenie metalu, nadmierne wypolerowanie, zarysowania, przemieszczenie smaru oraz czy nie zwiększył się luz.
Oceń z góry ustalony limit akceptacji. W zależności od produktu kryteria odbioru mogą obejmować brak zablokowania, brak zerwania przeniesienia, ograniczenie zmiany siły roboczej, ograniczenie wzrostu luzu lub inną funkcję związaną z urządzeniem.

Jeśli w konstrukcji zastosowano dwa lub więcej zawiasów, konieczne może być wykonanie zespołu w warunkach produkcyjnych, ponieważ wyrównanie osi i rozkład obciążenia mogą wpływać na szerokość strefy styku. Pojedynczy luźny zawias na stole warsztatowym nie pozwala odtworzyć wszystkich błędów wyrównania występujących w układach wielozawiasowych.

Nie należy przejmować uniwersalnej wartości granicznej zużycia z innej aplikacji. Kryterium dopuszczalności powinno wynikać z funkcji, która zapewnia sprawność zawiasu: ruch, pozycjonowanie, luz, kontrola zanieczyszczeń lub inne wymiary, które można zmierzyć.

Jeśli zawias ze stali nierdzewnej zaczyna się zacinać, hałasować lub trudno się porusza, prosimy o przesłanie wyraźnych zdjęć obu stykających się powierzchni wraz z rysunkiem zawiasu i opisem stanu, w jakim się znajduje. Najbardziej przydatne informacje to:

oznaczenia materiałów, z których wykonane są sworznie, przeguby, podkładki lub tuleje, o ile są znane;
zdjęcia z bliska przed wypolerowaniem lub wyczyszczeniem;
orientacja montażu, liczba zawiasów oraz stan ich wyrównania;
kierunek obciążenia, zakres otwarcia i częstotliwość pracy;
środek smarujący, proces czyszczenia, temperatura i czas ekspozycji.

Informacje te pomagają odróżnić przenoszenie kleju od utraty luzu, błędu wyrównania lub innego mechanizmu zużycia, zanim rozważy się wymianę elementu łączącego. Jeśli konieczna jest zmiana samej konstrukcji zawiasu, należy zapoznać się z dostępnymi asortyment zawiasów przemysłowych przeciwko wnioskowi.

Udostępnij zdjęcia i szczegóły dotyczące awarii

Najczęściej zadawane pytania dotyczące zatarcia zawiasów ze stali nierdzewnej

Czy zawiasy ze stali nierdzewnej typu 304 lub 316 mogą powodować zadrapania?

Tak. Stale nierdzewne austenityczne mogą ulegać znacznemu zużyciu adhezyjnemu w niekorzystnych warunkach ślizgania. Rzeczywiste ryzyko zależy od całej pary materiałów, stanu powierzchni, lokalnego nacisku, ustawienia, smarowania, ruchu i otoczenia, a nie wyłącznie od nazwy gatunku.

Czy zwiększenie luzu sworznia zawiasowego zapobiega zatarciu?

Nie samo w sobie. Większy luz roboczy może zapobiegać kolizjom wymiarowym, ale nawet przy dodatnim luzie nominalnym może dojść do zatarcia, jeśli kombinacja materiałów, lokalne ciśnienie, wyrównanie, stan powierzchni lub smarowanie są niekorzystne. Nadmierny luz może również zwiększać przechylenie sworznia, luz swobodny i uderzenia podczas zmiany kierunku obciążenia.

Jak odróżnić zatarcie zawiasów od normalnego zużycia?

Zjawisko zacierania się zazwyczaj objawia się przenoszeniem materiału adhezyjnego, rozmazanym lub rozdartym metalem, uszkodzeniami powierzchni w postaci wypukłości oraz znacznym wzrostem tarcia lub zatarciem. Stopniowe zużycie może powodować usuwanie materiału i zwiększanie luzu bez powodowania tak poważnych uszkodzeń wynikających z przenoszenia metalu. Przed ustaleniem przyczyny należy sprawdzić obie powierzchnie stykające się oraz wzór styku.

Czy zawias ze stali nierdzewnej zawsze wymaga smarowania, aby zapobiec zatarciu?

Nie ma jednej uniwersalnej zasady smarowania, która miałaby zastosowanie do wszystkich konstrukcji zawiasów. W niektórych połączeniach stosuje się smar, olej, warstwę stałą lub tuleję samosmarującą, podczas gdy inne układy materiałowo-powierzchniowe mogą być zaprojektowane do pracy na sucho. Wybrane połączenie nadal wymaga weryfikacji w rzeczywistych warunkach obciążenia, ruchu, temperatury i otoczenia.