Aikanaan on herättänyt hämmennystä, miksi ylimitoitetut osat voivat vaurioitua? Mikä oikein on ilmiö näiden takana?
Pienellä virheettömällä osalla tehdyt väsytystestit johtavat päättelyyn, että materiaalin väsytyskestävyys on n puolet sen vetomurtolujuudesta.
Todelliset koneissa käytettävät osat eivät kuitenkaan ole tuollaisia optimaalisia kappaleita. Niiden koon kasvaessa väsymislujuus alenee ja on käytännössä n 1/3-osa murtolujuudesta.
Esim hiiletyskarkaistussa hammaspyörässä materiaalin murtolujuus on ehkä n 1600-1800 MPa. Mutta sen väsytyskeston raja on 325 MPa. 1600/325 = 4,9. Toisin sanoen väsymiskesto on vain n 5-osa murtolujuudesta. Pyörän hampaissa on niin paljon lovivaikutusta ja siitä johtuvaa jännityshuippua hampaiden tyvessä, että vaihtolujuudessa ei päästä juuri tuon rajan yli. Hetkellisesti hampaat tietenkin kestävät paljon enemmän kuin 325 MPa.
Kaikki olisi kohtuullisen yksinkertaista, jos tämä olisi koko totuus väsymiskestävyydestä, jonka arvo yleensä määritellään sen mukaan, että osa kestää 10 miljoonaa kuormituskertaa. Jos se kestää sen, se kestää loputtomasti. Toisin sanoen kappaleen jännitysvaihtelun pysyessä väsymiseen johtavan jännitysvaihtelun alapuolella, kesto on tässä suhteessa ikuista.
Mutta kun kuvaan astuu mukaan olosuhde, joka on korrosiivinen, osan väsymiskäyttäytyminen muuttuu. Sillä ei välttämättä ole selvää väsymisrajaa ollenkaan ja se rikkoontuu lopulta hyvinkin pienellä vaihtokuormalla.
Koneenrakennuksessa yleisiä ovat akseli-/napaliitokset. Näiden yhteydessä yksi tyypillisimmistä vaurioista on englantilaiselta nimeltään FRETTING FATIGUE. Suomeksi se kääntyisi esim ”kitka-korroosio-väsymismurtuma”.
Liitoksen kitkakerroin voi nousta arvoon 0,8 ja kun sitten liitospinnoissa on pientä liikettä, tämä prosessi ydintää murtuman alun tehokkaasti. Ja sitten mukana on vielä sovitekorroosio. Tällä yhdistelmällä tuhotaankin osia sitten tehokkaasti väsytyskuormituksen alaisissa liitoksissa. Tavanomaiset mitoitusmenetelmät eivät niissä päde.
Korroosioon tarvitaan happea. Väsytystesteissä on kokeiltu korvata ympäröivä ilma suojakaasulla (argon). Silloin kestävyys on noussut jopa 1,7-kertaiseksi ilmaan nähden. Ilmassa on happea mukana. Frettingin estämiseen voi käyttää siis keinoja, joilla estetään hapen pääsy liitokseen. Sama tietysti koskee kosteuden pääsyä. Vedessäkin on happea.
Tyypillisenä FRETTING-juttuna pidän mm sen Nuffieldin 460-mallin ohutseinämäisen sylinteriputken katkeamista yläpäästään. Ohuesta seinämän paksuudesta johtuen vaihtojännitys tulee putken yläpäässä suureksi. Putken ja lohkon pinnat ottavat toisiinsa kiinni ja siellä pääsee tapahtumaan mikrotason liikettä. Kuormituskertoja tulee paljon koneen käydessä. Mukana voi olla korrosiivista vettä.
Ensimmäinen asia tietenkin tuon vaurion estämiseksi on laittaa väkevä kunnollinen jäähdytysnesteseos, joka estää korroosion. Yksi suurimmista syistä vaurioihin oli se, kun koneita muinoin käytettiin pelkän vesijäähdytyksen varassa.
Vanhat ruosteiset pinnat on korjauksen yhteydessä puhdistettava ruosteesta huolellisesti varsinkin lohkon yläpäästä.
Jos jännitystasoa lasketaan paksuseinämäisillä putkilla, vaurioherkkyys vähenee. Sama tapahtuu oikealla materiaalin valinnalla ja/tai lämpökäsittelyillä. Toisin sanoen materiaalin väsytyskestävyys on suurempi.
Putket voi esim nitrata, jolloin fretting-ilmiö ei saa ydinnettyä särölle alkua.
Yksi mielenkiintoinen kysymys tässä putkijutussa on se, että jäähdytysnesteen täytön yhteydessä, kun sen pinta nousee lohkossa, sylinteriputkien yläpäähän jää pieni umpiperä (ilmatasku). Jos putken asennuksesssa laittaa jotain neutraalia veden kestävää rasvaa sen yläpään kaulalle, rasva syrjäyttää tyhjän tilan eli sen umpiperän ja siirtää lämpöä putken yläpäästä lohkoon (hanarasva tms).
Fretting edellyttää mikroliikettä pintojen välillä. Putket voi sovittaa hyvin yläpäästään, jolloin ei pääse yhteen kohtaan tulemaan jännityksen ja pintapaineisen kontaktin välistä suurikitkaista mikroliikettä. Hieno venttiilinhiomatahna tasoittaa pinnat, kun tällä menetelmällä hieroo putkien sovituksen.
Väsytystesteissä mikroliikkeen suuruus on havaittu olevan merkittävä tekijä. Eräässä testissä 0,01 mm liike sai eniten pahaa aikaan.
Kun tuntee fretting-ilmiön, silloin voi löytää myös lääkkeet sen torjumiseen. Tämä ilmiö on valitettavan yleinen koneissa. Jos esim rasvanpoistajalla huollossa puhdistetaan akseli-/napaliitos eikä rasvata sitä kokoonpanossa (taataan suuri kitka), kiila on vähän väljä eikä korjata sitä (mikroliike), kosteuttakin pääsee kondensoitumaan liitokseen, mutta ei tiivistetä mitään (kova korroosio), niin varsin yllättävä vaurio voi olla myöhemmin edessä, vaikka kuormitus oli vähäinen.
Vaurioita analysoitaessa on hyvä aina katsoa, oliko kysymyksessä tyypillinen fretting-tapaus. Jos liitos on esim ruosteesta punainen, ei tarvitse kovin paljon ihmetellä.
Kitka-korroosio-väsymismurtuma
Valvoja: automies560
-
Joonas Potkonen
- Ylläpitäjä
- Viestit: 7384
- Liittynyt: 25 Maalis 2007, 01:40
- Konekalustoani: N 3DL '59, N 460 KKK '64, V 500 '69, L 245 '73 L 270 Vammas Kersantti '75, L 262QMS '79 L 2100 '79, L 472SQMS '80, V N103 HT5, Valtra N141
- NLCF r.y jäsen Nro: 001
- Paikkakunta: Ilomantsi
- Viesti:
Täysin asiapitoista tekstiä, mutta tavan harrastaja tuuppaa hiekoitetulla rukkasella enimmät pölyt putkista pois, junttaa sen vaseliinin kanssa lohkoon ja kantta päälle... ja on paskalaitos kun ei kestä...
Tosin täytyy sanoa, ettei moni ammattilainenkaan moisista tajua, tai ei välttämättä välitetä.
En tiedä, ovatko englannissa havainneet vahvan jäähdytysnesteen vaikutuksen, koska useasti olen huomannut nuffeihin suositeltavan 60% glykoliseosta meidän 50/50 suhteen sijaan?
Tosin täytyy sanoa, ettei moni ammattilainenkaan moisista tajua, tai ei välttämättä välitetä.
En tiedä, ovatko englannissa havainneet vahvan jäähdytysnesteen vaikutuksen, koska useasti olen huomannut nuffeihin suositeltavan 60% glykoliseosta meidän 50/50 suhteen sijaan?
Maatilallinen Ilomantsin Kuuksenvaarasta.
-
lisenssi
- Vuoden Nuhvisti 2013
- Viestit: 1280
- Liittynyt: 17 Elo 2012, 14:53
- Konekalustoani: Nuffield 4/65
- NLCF r.y jäsen Nro: 408
Voi olla näin. Ei siellä nyt ainakaan pakkasen tähden tarvita väkeviä seoksia. Korroosion esto on A ja O näissä jutuissa.
Jos ajelee pelkällä vedellä, ruostelietettä kertyy aivan tajuttomasti lohkon pohjalle ja se tapahtuu verrattain nopeasti.
Tuo peräänkuuluttamasi huolellisuus johtaa toimiviin koneisiin ja siihen, että ei tarvitse tehdä työtä moneen kertaan.
Jos ajelee pelkällä vedellä, ruostelietettä kertyy aivan tajuttomasti lohkon pohjalle ja se tapahtuu verrattain nopeasti.
Tuo peräänkuuluttamasi huolellisuus johtaa toimiviin koneisiin ja siihen, että ei tarvitse tehdä työtä moneen kertaan.
-
British Steel
- Kylmäkoskelainen
- Viestit: 87
- Liittynyt: 31 Joulu 2012, 07:47
- Konekalustoani: 272
Erittäin hyvä kirjoitus! Tämä samainen ilmiö on tullut eteen höyryturbiinien siipiurien kanssa pelatessa. Kirjoituksessa ilmaisu "prosessi ydintää murtuman alun tehokkaasti" kaivannee useimmille selvennystä,minä en sitä aivan ymmärtänyt.
Kitka-korroosio-väsymismurtuman etenemistä selitti eräs 3D-ulträänellä kappaleita tutkiva ulkomaanelävä näin:
1. pintoihin ilmestyy huonoissa olosuhteissa pistemäistä korroosiota
2. kitkan vaikutuksesta lähimpien korroosiopisteiden väliset kannakset murtuvat
3. näin muodostuneet mikrosäröt yhdistyvät pidemmäksi säröksi
4. särö syvenee
5. osan kuormituksen kesto vähenee
6. lopullinen murtuminen
Jos särö ei ole liian syvä, niin sen jouheva pois hiominen antaa kappaleelle lisää lujuutta, vaikka materiaalivahvuus särön kohdassa vähenisikin.
Raikasta päivänjatkoa!
Kitka-korroosio-väsymismurtuman etenemistä selitti eräs 3D-ulträänellä kappaleita tutkiva ulkomaanelävä näin:
1. pintoihin ilmestyy huonoissa olosuhteissa pistemäistä korroosiota
2. kitkan vaikutuksesta lähimpien korroosiopisteiden väliset kannakset murtuvat
3. näin muodostuneet mikrosäröt yhdistyvät pidemmäksi säröksi
4. särö syvenee
5. osan kuormituksen kesto vähenee
6. lopullinen murtuminen
Jos särö ei ole liian syvä, niin sen jouheva pois hiominen antaa kappaleelle lisää lujuutta, vaikka materiaalivahvuus särön kohdassa vähenisikin.
Raikasta päivänjatkoa!
-
lisenssi
- Vuoden Nuhvisti 2013
- Viestit: 1280
- Liittynyt: 17 Elo 2012, 14:53
- Konekalustoani: Nuffield 4/65
- NLCF r.y jäsen Nro: 408
Kyllä. Alkuvaiheessa voidaan tehdä pelastusoperaatio poistamalla alkusäröt pinnasta.
Tyypillistä tälle Frettingille on hidas eteneminen. Säröjen kasvunopeus väsymisessä on riippuvainen jännitysvaihtelun suuruudesta. Mitä kovemmat jännitykset sitä nopeampi vaurio. Mutta Frettingissä nimenomaan jännitystaso on matala ja siksi etenemisnopeus on hidasta, mutta valitettavan varmaa.
Muotoilulla voidaan vaikuttaa siihen, ettei kohdisteta ulkoisen kuorman aiheuttamaa jännitystä juuri tuohon fretting-alttiiseen kohtaan.
Usein tuo alkusärö lähtee 45 asteen kulmassa pinnasta näissä fretting-tapauksissa, josta sen mm voi tunnistaa. Siinä vaikuttaa alussa leikkausmuodonmuutos ja siksi kova kitka ja pintojen epätasaisuuksista tulevat jännityspiikit ovat pahoja. Ne ovat niin kuin maassa olevia nupulakiviä, joita edestakaisin nitkuttamalla kivi löystyy. Mutta jos ei ole sitä nupulaa, ei ole mitä nitkuttaa (hyvin sileä pinta). Ja tarvitaan myöskin kovaa kitkaa, että "ote" pitää nupulassa ja saa sen revittyä auki.
Noilla hakusanoilla fretting fatigue löytää englanninkielistä tutkimusmateriaalia netistä runsain mitoin, nykyään. Mutta esim silloin, kun nuo sylinteriputkien ilmiöt tulivat esiin, ei tästä asiasta ollut paljon tietämystä.
Frettingillä on myös tekemistä materiaalin loviherkkyyden kanssa. Esim harmaa valurauta on jo lähtökohtaisesti "lovista" grafiittisulkeumiensa johdosta. Se ei ole loviherkkää kuten monet teräkset. Siksi mekanismi, joka pyrkii tekemään "lovea" pintaan, ei oikein saa mitään aikaan tuossa valussa.
Aikojen saatossa on esitetty useita eri tieteellisiä teorioita frettingin mekanismista, mutta ilmeisesti ei vieläkään ole päästy täyteen yksimielisyyteen jokaisesta yksityiskohdasta.
Nykyisin tärkeimpänä yksittäisenä tekijänä pidetään ympäristön vaikutusta, kun puhutaan nimenomaan Fretting-ilmiöstä ja sen aiheuttamasta väsymismurtumasta.
Koska tästä asiasta on kirjoitettu paksuja kirjoja, ei tällä palstalla ole aivan mahdollista tehdä kovin syvällisiä selvityksiä, mutta jo asian tiedostaminen on konemiehille tarpeellista. Silloin siihen tietää reagoida etukäteen näissä väsytyskuormituksen alaisissa soviteliitoksissa.
Kun soviteliitokseen laitetaan esim kova Loctite, joka estää liikettä ja korroosiota, saatetaan frettingistä päästä ko kohteessa eroon kokonaan.
Kiitokset hyvistä kommenteista, keskusteluun tulosta ja asiaan perehtymisestä.
Tyypillistä tälle Frettingille on hidas eteneminen. Säröjen kasvunopeus väsymisessä on riippuvainen jännitysvaihtelun suuruudesta. Mitä kovemmat jännitykset sitä nopeampi vaurio. Mutta Frettingissä nimenomaan jännitystaso on matala ja siksi etenemisnopeus on hidasta, mutta valitettavan varmaa.
Muotoilulla voidaan vaikuttaa siihen, ettei kohdisteta ulkoisen kuorman aiheuttamaa jännitystä juuri tuohon fretting-alttiiseen kohtaan.
Usein tuo alkusärö lähtee 45 asteen kulmassa pinnasta näissä fretting-tapauksissa, josta sen mm voi tunnistaa. Siinä vaikuttaa alussa leikkausmuodonmuutos ja siksi kova kitka ja pintojen epätasaisuuksista tulevat jännityspiikit ovat pahoja. Ne ovat niin kuin maassa olevia nupulakiviä, joita edestakaisin nitkuttamalla kivi löystyy. Mutta jos ei ole sitä nupulaa, ei ole mitä nitkuttaa (hyvin sileä pinta). Ja tarvitaan myöskin kovaa kitkaa, että "ote" pitää nupulassa ja saa sen revittyä auki.
Noilla hakusanoilla fretting fatigue löytää englanninkielistä tutkimusmateriaalia netistä runsain mitoin, nykyään. Mutta esim silloin, kun nuo sylinteriputkien ilmiöt tulivat esiin, ei tästä asiasta ollut paljon tietämystä.
Frettingillä on myös tekemistä materiaalin loviherkkyyden kanssa. Esim harmaa valurauta on jo lähtökohtaisesti "lovista" grafiittisulkeumiensa johdosta. Se ei ole loviherkkää kuten monet teräkset. Siksi mekanismi, joka pyrkii tekemään "lovea" pintaan, ei oikein saa mitään aikaan tuossa valussa.
Aikojen saatossa on esitetty useita eri tieteellisiä teorioita frettingin mekanismista, mutta ilmeisesti ei vieläkään ole päästy täyteen yksimielisyyteen jokaisesta yksityiskohdasta.
Nykyisin tärkeimpänä yksittäisenä tekijänä pidetään ympäristön vaikutusta, kun puhutaan nimenomaan Fretting-ilmiöstä ja sen aiheuttamasta väsymismurtumasta.
Koska tästä asiasta on kirjoitettu paksuja kirjoja, ei tällä palstalla ole aivan mahdollista tehdä kovin syvällisiä selvityksiä, mutta jo asian tiedostaminen on konemiehille tarpeellista. Silloin siihen tietää reagoida etukäteen näissä väsytyskuormituksen alaisissa soviteliitoksissa.
Kun soviteliitokseen laitetaan esim kova Loctite, joka estää liikettä ja korroosiota, saatetaan frettingistä päästä ko kohteessa eroon kokonaan.
Kiitokset hyvistä kommenteista, keskusteluun tulosta ja asiaan perehtymisestä.
-
lisenssi
- Vuoden Nuhvisti 2013
- Viestit: 1280
- Liittynyt: 17 Elo 2012, 14:53
- Konekalustoani: Nuffield 4/65
- NLCF r.y jäsen Nro: 408
Seuraavassa on lyhyesti käsitelty ensin eri terästen väsymisen lujuusarvoja:
Teräs (0,2 C) 509 255 150
Teräs (0,4 C) 772 266 87
Teräs (0,7 C) 940 216 154
Teräs (0,7 C kylmävedetty) 1360 525 139
Austeniittinen ruostumaton 598 295 160
Lukuarvot ensimmäisessä vasemmanpuoleisessa sarakkeessa ovat noiden terästen murtolujuuksia.
Toisessa sarakkeessa ovat normaalit väsymislujuudet.
Kolmannessa sarakkeessa ovat fretting-väsymislujuudet.
Näistä näkee sen, ettei edes materiaalin lujuuden lisäykset paljon auta frettingiä vastaan. Kylmävedetyn lujan akseliteräksen fretting-raja on vain n 10% murtolujuudesta! Fretting-lujuudet pyörivät siellä 150MPa lukemissa lähes kaikissa tapauksissa ja ovat huomattavasti alempia kuin normaalit väsymislujuudet.
Meidän kannaltamme tietysti oleellista on tuntea menetelmiä, joilla voidaan parantaa lujuutta. Ja siihen keskitytään jossain määrin nyt jatkossa.
Ensimmäisenä menetelmänä otetaan esille kuulapuhallus (lasikuulapuhallus).
Silloin kun materiaalilla on kyky muokkauslujittua, siihen saadaan paljon lisää fretting-kestävyyttä lasikuulapuhalluksella.
Austeniittinen ruostumaton teräs on voimakkaasti muokkauslujittuvaa. Niinpä lasikuulapuhalluksella siihen saadaan puristusjännityksellä oleva pintakerros, jossa kovuuslukemat ovat 400 HV luokkaa, kun ne ilman puhallusta ovat vain n 150 HV.
Tuon ruostumattoman teräksen fretting-lujuus ilman käsittelyjä on 160 MPa ja 295 MPa tavallinen väsymislujuus. Mutta kuulapuhallettuna sen fretting-lujuus on jopa vähän yli 300 MPa. Tämä on radikaali parannus.
Kappaleen pintaan saatava puristusjännityskenttä ei estä fretting-ilmiön alkuvaihetta, mutta se estää alkusäröjen kasvun, koska puristusjännitys sulkee säröt eikä päästä niitä laajenemaan.
Tavallisissa rakenneteräksissä ei ole yhtä suurta muokkauslujittumista kuin austeniittisella ruostumattomalla. Kuitenkin niissäkin on saavutettavissa 300-400 MPa jännityksiä kappaleen pintaan kuulapuhalluksella (0,12-0,15 mm paksu kerros) ja parhaimmillaan fretting-kestävyyden nousu samalle tasolle normaalin väsymiskestävyyden kanssa. Huonoimmissakin rakenneterästen muokkauslujittumistapauksissa saavutetaan n 70 %:ia normaalista väsymiskestävyydestä.
Tulokset ovat siis erinomaisia ja voimme suositella lasikuulapuhallusta niihin tapauksiin, joissa on fretting-väsymisen vaara. Niitä kontaktiliitoksia vaihtokuormituksen alaisena ja korroosiolle alttiina on tavattoman paljon koneissa.
Teräs (0,2 C) 509 255 150
Teräs (0,4 C) 772 266 87
Teräs (0,7 C) 940 216 154
Teräs (0,7 C kylmävedetty) 1360 525 139
Austeniittinen ruostumaton 598 295 160
Lukuarvot ensimmäisessä vasemmanpuoleisessa sarakkeessa ovat noiden terästen murtolujuuksia.
Toisessa sarakkeessa ovat normaalit väsymislujuudet.
Kolmannessa sarakkeessa ovat fretting-väsymislujuudet.
Näistä näkee sen, ettei edes materiaalin lujuuden lisäykset paljon auta frettingiä vastaan. Kylmävedetyn lujan akseliteräksen fretting-raja on vain n 10% murtolujuudesta! Fretting-lujuudet pyörivät siellä 150MPa lukemissa lähes kaikissa tapauksissa ja ovat huomattavasti alempia kuin normaalit väsymislujuudet.
Meidän kannaltamme tietysti oleellista on tuntea menetelmiä, joilla voidaan parantaa lujuutta. Ja siihen keskitytään jossain määrin nyt jatkossa.
Ensimmäisenä menetelmänä otetaan esille kuulapuhallus (lasikuulapuhallus).
Silloin kun materiaalilla on kyky muokkauslujittua, siihen saadaan paljon lisää fretting-kestävyyttä lasikuulapuhalluksella.
Austeniittinen ruostumaton teräs on voimakkaasti muokkauslujittuvaa. Niinpä lasikuulapuhalluksella siihen saadaan puristusjännityksellä oleva pintakerros, jossa kovuuslukemat ovat 400 HV luokkaa, kun ne ilman puhallusta ovat vain n 150 HV.
Tuon ruostumattoman teräksen fretting-lujuus ilman käsittelyjä on 160 MPa ja 295 MPa tavallinen väsymislujuus. Mutta kuulapuhallettuna sen fretting-lujuus on jopa vähän yli 300 MPa. Tämä on radikaali parannus.
Kappaleen pintaan saatava puristusjännityskenttä ei estä fretting-ilmiön alkuvaihetta, mutta se estää alkusäröjen kasvun, koska puristusjännitys sulkee säröt eikä päästä niitä laajenemaan.
Tavallisissa rakenneteräksissä ei ole yhtä suurta muokkauslujittumista kuin austeniittisella ruostumattomalla. Kuitenkin niissäkin on saavutettavissa 300-400 MPa jännityksiä kappaleen pintaan kuulapuhalluksella (0,12-0,15 mm paksu kerros) ja parhaimmillaan fretting-kestävyyden nousu samalle tasolle normaalin väsymiskestävyyden kanssa. Huonoimmissakin rakenneterästen muokkauslujittumistapauksissa saavutetaan n 70 %:ia normaalista väsymiskestävyydestä.
Tulokset ovat siis erinomaisia ja voimme suositella lasikuulapuhallusta niihin tapauksiin, joissa on fretting-väsymisen vaara. Niitä kontaktiliitoksia vaihtokuormituksen alaisena ja korroosiolle alttiina on tavattoman paljon koneissa.
-
lisenssi
- Vuoden Nuhvisti 2013
- Viestit: 1280
- Liittynyt: 17 Elo 2012, 14:53
- Konekalustoani: Nuffield 4/65
- NLCF r.y jäsen Nro: 408
Frettingissä on kysymys myös kitkasta säröjen ydintäjänä. Kitkaa voi vähentää voitelulla.
Voitelun vaikutusta on testattu ja havaittu sen olevan alussa tehokasta, mutta n 400.000 syklin aikana voiteluaine poistuu liitoksesta ja lakkaa vaikuttamasta.
Parannusta on odotettavissa nanovoiteluaineiden puolelta. Itselläkin on tuollainen pikkupurkki nanorasvaa, mutta sen hintaa voi vielä pitää kohtuuttomana ennen kuin nuo aineet yleistyvät.
Joissakin tapauksissa saadaan öljy menemään liitokseen ja silloin voitelu pysyy päällä ja tuottaa halutun hyödyn. Mutta puristus- ja kutistusliitoksiin öljy ei normaalisti pääse, joten tämän keinon käyttö on rajoitettua.
Voitelun vaikutusta on testattu ja havaittu sen olevan alussa tehokasta, mutta n 400.000 syklin aikana voiteluaine poistuu liitoksesta ja lakkaa vaikuttamasta.
Parannusta on odotettavissa nanovoiteluaineiden puolelta. Itselläkin on tuollainen pikkupurkki nanorasvaa, mutta sen hintaa voi vielä pitää kohtuuttomana ennen kuin nuo aineet yleistyvät.
Joissakin tapauksissa saadaan öljy menemään liitokseen ja silloin voitelu pysyy päällä ja tuottaa halutun hyödyn. Mutta puristus- ja kutistusliitoksiin öljy ei normaalisti pääse, joten tämän keinon käyttö on rajoitettua.
-
lisenssi
- Vuoden Nuhvisti 2013
- Viestit: 1280
- Liittynyt: 17 Elo 2012, 14:53
- Konekalustoani: Nuffield 4/65
- NLCF r.y jäsen Nro: 408
Frettingi on siis riippuvainen monista eri tekijöistä: pintojen välinen kontakti, kitkavaikutukset, adheesio, kuluminen, pintojen väsyminen, jännityskeskittymät, korroosio ja ympäristöolosuhteet.
Suurimmista syistä yksi on vaihtuvat leikkausjännitykset pinnoissa. Ne tulevat pintojen välisistä kitkoista oskilloivassa liikkeessä ja aiheuttavat alkusäröjä. Silloin kuvassa on mukana kolme päätekijää: kitkakerroin, pintapaine ja oskillointiamplitudin suuruus.
Tieteellisissä empiirisissä tutkimuksissa on havaittu noiden leikkausjännitysvaikutusten saavuttavan maksiminsa n 0,02 mm amplitudilla. Pahin amplitudialue on kokeissa väsymisen kannalta ollut 0,008-0,014 mm.
Mikä tekijä selittää sen, että suuremmilla amplitudeilla tilanne ei pahene, vaan päinvastoin paranee? Tuolla aikaisemmin British Steel mainitsi alkusäröjä sisältävän pinnan poistamisen. No se juuri alkaa vaikuttaa suuremmilla amplitudeilla. Pinnat kuluvat ja alkusäröytymät osittain poistuvat ja suurelta osin jäävät liitokseen, mutta pienentävät kitkakerrointa.
Toinen tekijä on pintapaine liitoksessa. Pienet pintapaineet ovat tietysti edullisia, koska kitkavoima on melko suoraviivaisesti riippuvainen pintapaineesta. Kun liitoksen pintapaine on 70-150 MPa, sen kasvattaminen tämän yläpuolelle ei enää juurikaan huononna tilannetta, jos ulkoinen jännitysvaihtelu on suuruusluokkaa 200 MPa.
Liitoksen pintapaineen pienentäminen ja ulkoisen jännitysvaihtelun suuntaaminen pois liitoksesta auttavat parantamaan fretting-väsymiskestävyyttä.
Esim jos meillä on suorassa tasapaksussa akselissa krympätty laippa kiinni, se on huono frettingin kannalta. Ulkoinen vääntö-/taivutusjännitys menee liitokseen sisälle kovalla tavalla. Kun tuohon akseliin tehdään pyöreäpohjainen ura juuri laipan liitoskohdan eteen, kestävyys paranee oleellisesti.
Huomattavasti parempi tulos saadaan kasvattamalla liitoskohdan halkaisijaa ja yhdyttämällä se jouhevasti laipan ulkopuolella muuhun akseliosuuteen.
Suurimmista syistä yksi on vaihtuvat leikkausjännitykset pinnoissa. Ne tulevat pintojen välisistä kitkoista oskilloivassa liikkeessä ja aiheuttavat alkusäröjä. Silloin kuvassa on mukana kolme päätekijää: kitkakerroin, pintapaine ja oskillointiamplitudin suuruus.
Tieteellisissä empiirisissä tutkimuksissa on havaittu noiden leikkausjännitysvaikutusten saavuttavan maksiminsa n 0,02 mm amplitudilla. Pahin amplitudialue on kokeissa väsymisen kannalta ollut 0,008-0,014 mm.
Mikä tekijä selittää sen, että suuremmilla amplitudeilla tilanne ei pahene, vaan päinvastoin paranee? Tuolla aikaisemmin British Steel mainitsi alkusäröjä sisältävän pinnan poistamisen. No se juuri alkaa vaikuttaa suuremmilla amplitudeilla. Pinnat kuluvat ja alkusäröytymät osittain poistuvat ja suurelta osin jäävät liitokseen, mutta pienentävät kitkakerrointa.
Toinen tekijä on pintapaine liitoksessa. Pienet pintapaineet ovat tietysti edullisia, koska kitkavoima on melko suoraviivaisesti riippuvainen pintapaineesta. Kun liitoksen pintapaine on 70-150 MPa, sen kasvattaminen tämän yläpuolelle ei enää juurikaan huononna tilannetta, jos ulkoinen jännitysvaihtelu on suuruusluokkaa 200 MPa.
Liitoksen pintapaineen pienentäminen ja ulkoisen jännitysvaihtelun suuntaaminen pois liitoksesta auttavat parantamaan fretting-väsymiskestävyyttä.
Esim jos meillä on suorassa tasapaksussa akselissa krympätty laippa kiinni, se on huono frettingin kannalta. Ulkoinen vääntö-/taivutusjännitys menee liitokseen sisälle kovalla tavalla. Kun tuohon akseliin tehdään pyöreäpohjainen ura juuri laipan liitoskohdan eteen, kestävyys paranee oleellisesti.
Huomattavasti parempi tulos saadaan kasvattamalla liitoskohdan halkaisijaa ja yhdyttämällä se jouhevasti laipan ulkopuolella muuhun akseliosuuteen.
-
lisenssi
- Vuoden Nuhvisti 2013
- Viestit: 1280
- Liittynyt: 17 Elo 2012, 14:53
- Konekalustoani: Nuffield 4/65
- NLCF r.y jäsen Nro: 408
Kuormitustapa vaikuttaa oleellisesti fretting-kestävyyteen.
a) Parhaaseen kestävyyteen päästään puhtaalla vääntökuormituksella.
b) Vahingollisempi on akselin tms suuntainen veto-/puristuskuormitus.
c) Ja pahin kaikista on taivutuskuormitus.
Usein kuormitus on yhdistelmä näistä edellä mainituista. Suunnittelulla kannattaa tietenkin vaikuttaa siihen, ettei tule suuria taivutuskuormia liitoksen alueelle.
a) Parhaaseen kestävyyteen päästään puhtaalla vääntökuormituksella.
b) Vahingollisempi on akselin tms suuntainen veto-/puristuskuormitus.
c) Ja pahin kaikista on taivutuskuormitus.
Usein kuormitus on yhdistelmä näistä edellä mainituista. Suunnittelulla kannattaa tietenkin vaikuttaa siihen, ettei tule suuria taivutuskuormia liitoksen alueelle.
-
lisenssi
- Vuoden Nuhvisti 2013
- Viestit: 1280
- Liittynyt: 17 Elo 2012, 14:53
- Konekalustoani: Nuffield 4/65
- NLCF r.y jäsen Nro: 408
Vaurioiden analyysissä on saatava selville syy, jotta löydetään oikeat lääkkeet. Fretting-tapauksissa teräsosissa on niiden naarmuissa ja säröissä punaruskeaa ruostepölyä. Tuo ”kaakao” tunkeutuu syvemmälle säröön ja näkyy murtuneessa pinnassa selvästi. Metallin alkuperäinen kontaktipinta on tahmaantunut karkeammaksi ja usein hilseillyt. Jos vaurioitunut kappale on jokin alumiiniseos, silloin puuteri on väriltään mustaa.
Frettingille otolliset olosuhteet vallitsevat mm ao konstruktioissa:
• laippakiinnityksessä, jossa siihen kohdistuu leikkauskuormaa
• akseli tai tappi reiässä, mihin vaikuttaa vaihtuva kuormitus
• vaijereissa ja kaapeleissa lankojen välillä (vaijerin sisällä)
• erilaisissa pulttien aluslaatoissa
• lehti- ja kierrejousissa, niiden kontaktikohdissa
• akseleiden kiiloissa ja kiilaurissa
• akseleihin kiinnitetyissä laipoissa ja puslissa yms
• senkkiruuvien tai niittien kannan/upotuksen alueella
Käytännön kokemukset ovat vahvistaneet sen, että fretting voi aiheuttaa särön kohteeseen, jossa laskennallisesti on varmuutta 4-kertaisesti normaaliin väsymiseen nähden.
Tämä selittää myös ne tapaukset, missä selvästi on särön alku muualla kuin pahimman geometrisen loven kohdalla. Särö voi siis alkaa esim tasakiilan kiilauran kylkiosuuden keskeltä, eikä suinkaan uran pohjan nurkasta. Se johtuu frettingille otollisista olosuhteista juuri tuossa kohtaa liitoksessa. Amplitudi on sopiva, ei liian iso.
Erään ison dieselmoottorin kiertokangen alapäässä lähellä kiinnityspulttia esiintyi särökohta. Sen syy oli fretting. Vastapeluri oli pinnaltaan kovakromattu. Osien välillä oli pienen pieni liike moottorin käydessä. Liike pyrittiin estämään sokkatapeilla. Tilanne ei korjaantunut. Kiertokankien vaurioaltis pinta kokeiltiin ensin pinnoittaa lyijyllä. Siitäkään ei ollut apua. Lopulta tuo pinta nitrattiin ja se toi onnistuneen ratkaisun.
Frettingille otolliset olosuhteet vallitsevat mm ao konstruktioissa:
• laippakiinnityksessä, jossa siihen kohdistuu leikkauskuormaa
• akseli tai tappi reiässä, mihin vaikuttaa vaihtuva kuormitus
• vaijereissa ja kaapeleissa lankojen välillä (vaijerin sisällä)
• erilaisissa pulttien aluslaatoissa
• lehti- ja kierrejousissa, niiden kontaktikohdissa
• akseleiden kiiloissa ja kiilaurissa
• akseleihin kiinnitetyissä laipoissa ja puslissa yms
• senkkiruuvien tai niittien kannan/upotuksen alueella
Käytännön kokemukset ovat vahvistaneet sen, että fretting voi aiheuttaa särön kohteeseen, jossa laskennallisesti on varmuutta 4-kertaisesti normaaliin väsymiseen nähden.
Tämä selittää myös ne tapaukset, missä selvästi on särön alku muualla kuin pahimman geometrisen loven kohdalla. Särö voi siis alkaa esim tasakiilan kiilauran kylkiosuuden keskeltä, eikä suinkaan uran pohjan nurkasta. Se johtuu frettingille otollisista olosuhteista juuri tuossa kohtaa liitoksessa. Amplitudi on sopiva, ei liian iso.
Erään ison dieselmoottorin kiertokangen alapäässä lähellä kiinnityspulttia esiintyi särökohta. Sen syy oli fretting. Vastapeluri oli pinnaltaan kovakromattu. Osien välillä oli pienen pieni liike moottorin käydessä. Liike pyrittiin estämään sokkatapeilla. Tilanne ei korjaantunut. Kiertokankien vaurioaltis pinta kokeiltiin ensin pinnoittaa lyijyllä. Siitäkään ei ollut apua. Lopulta tuo pinta nitrattiin ja se toi onnistuneen ratkaisun.
-
lisenssi
- Vuoden Nuhvisti 2013
- Viestit: 1280
- Liittynyt: 17 Elo 2012, 14:53
- Konekalustoani: Nuffield 4/65
- NLCF r.y jäsen Nro: 408
Yksi esimerkki frettingistä on ohutseinämäisten sylinteriputkien katkeaminen 460 Nuffieldien kohdalla.
Putkista on monia eri modifikaatioita. Ensimmäinen oli putken yläpään otsapinnan ulkoreunan tekeminen muuta otsapintaa korkeammaksi. Toinen versio oli tasainen otsapinta. Kolmas oli otsapinnan sisäreunan korotus kapealta alueelta. Tämä viimemainittu on tiivisteen kestämisen kannalta paras.
Putken yläpään olakkeen ulkopuolen väiste on hyvin terävä ja se synnyttää suuren jännityksen muotonsa vuoksi. Lisäksi juuri tuo kohta on frettingille altis alue. Koska putket ovat tässä mallissa tavallista ohuemmat, jännitysvaihtelu on siksi suurta ko kohteessa. Nk nyrkkisääntö on, että putken seinämän on oltava vähintään 5 % sylinterihalkaisijasta. Tämä ehto ei täyty näissä putkissa.
Korroosio on ehdottomasti pyrittävä estämään käyttämällä riittävän väkevää jäähdytysnesteseosta. Sillä estetään myös putken alaosan kavitaatio-ongelmat. Lohkon olakepinnan voi viimeistellä läppäämällä venttiilinhiomatahnalla ja putkella.
Kirjoittajan tiedossa ei ole kaikkia niitä kehitysversioita, mitä vuosien mittaan on kokeiltu. Sen tiedän, että kovakromattuja putkia on käytetty, mutta niillä saadut tulokset eivät ole tiedossa. Myöskin eri materiaaleja on kokeiltu.
Jos koneesta otetaan enemmän tehoa kuin tuo 60 hv, on kyllä suositeltavaa vahvistaa putket esim nitraamalla ne.
Fretting-ilmiö on hidas ja iskee vasta viiveellä. Siksi monesta 460:stä joku putki katkesi vasta vuosien käytön jälkeen. Niiden aikakautena 60-luvulla oli aivan liian tavallista käyttää pelkkää vettä moottorin jäähdytykseen ja sillä ne vauriot pääasiassa saatiin aikaan.
Yleisin tapa valitettavasti silloin oli vaihtaa 95 mm putket niiden 100 millisten tilalle. Sellaisenkin putken voi saada rikki antamalla korroosion iskeä kunnolla.
Ei frettingi tietenkään ole ainoa vaurion aiheuttaja. Valmistuksessa materiaalivirhe tai lämpökäsittelyvirhe voivat rikkoa putken. Kestävältä putkelta vaaditaan paitsi kovuutta myös sitkeyttä. Liian kova putki on hauras.
Erittäin vaativissa kohteissa tuotteet koeponnistetaan. Se aiheuttaa lisää kustannuksia, mutta tietysti seurauksena on parempi laadun varmistus. Jos esim tuote on speksattu ASME:n mukaan paineastiaksi, silloin "sikaria" polttava tarkastaja tulee jenkeistä paikalle -- ja työ ei etene mihinkään ennen kuin mies on paikalla, kenties hieman myöhässä, kun on sitä jetlagia päällä. Sitten vaan rykipumpulla painetta päälle pressure-käskyn kuuluessa ja "sikarimies" katsoo, vuotaako, räpsähtääkö rikki...ja odottelua...ja odottelua...ja savu tupruaa paksusta havannalaisesta.
Kyllähän nuo Nuhvin putketkin voi (ennen asennusta) koeponnistaa. Ensin kokeilee vanhalla putkella, missä paineessa se räpsähtää, ja sitten uudet putket testiin ja 65 % edestä vesipainetta murtopaineeseen verrattuna. Valmistusviallista putkeahan ei kannata asentaa. Tällä tavalla voi selvittää myös ohuiden ja paksujen putkien välisen kestoeron. Ilmaa ei saa jättää yhtään putkeen testin ajaksi, ettei tule pahaa onnettomuutta.
Putkista on monia eri modifikaatioita. Ensimmäinen oli putken yläpään otsapinnan ulkoreunan tekeminen muuta otsapintaa korkeammaksi. Toinen versio oli tasainen otsapinta. Kolmas oli otsapinnan sisäreunan korotus kapealta alueelta. Tämä viimemainittu on tiivisteen kestämisen kannalta paras.
Putken yläpään olakkeen ulkopuolen väiste on hyvin terävä ja se synnyttää suuren jännityksen muotonsa vuoksi. Lisäksi juuri tuo kohta on frettingille altis alue. Koska putket ovat tässä mallissa tavallista ohuemmat, jännitysvaihtelu on siksi suurta ko kohteessa. Nk nyrkkisääntö on, että putken seinämän on oltava vähintään 5 % sylinterihalkaisijasta. Tämä ehto ei täyty näissä putkissa.
Korroosio on ehdottomasti pyrittävä estämään käyttämällä riittävän väkevää jäähdytysnesteseosta. Sillä estetään myös putken alaosan kavitaatio-ongelmat. Lohkon olakepinnan voi viimeistellä läppäämällä venttiilinhiomatahnalla ja putkella.
Kirjoittajan tiedossa ei ole kaikkia niitä kehitysversioita, mitä vuosien mittaan on kokeiltu. Sen tiedän, että kovakromattuja putkia on käytetty, mutta niillä saadut tulokset eivät ole tiedossa. Myöskin eri materiaaleja on kokeiltu.
Jos koneesta otetaan enemmän tehoa kuin tuo 60 hv, on kyllä suositeltavaa vahvistaa putket esim nitraamalla ne.
Fretting-ilmiö on hidas ja iskee vasta viiveellä. Siksi monesta 460:stä joku putki katkesi vasta vuosien käytön jälkeen. Niiden aikakautena 60-luvulla oli aivan liian tavallista käyttää pelkkää vettä moottorin jäähdytykseen ja sillä ne vauriot pääasiassa saatiin aikaan.
Yleisin tapa valitettavasti silloin oli vaihtaa 95 mm putket niiden 100 millisten tilalle. Sellaisenkin putken voi saada rikki antamalla korroosion iskeä kunnolla.
Ei frettingi tietenkään ole ainoa vaurion aiheuttaja. Valmistuksessa materiaalivirhe tai lämpökäsittelyvirhe voivat rikkoa putken. Kestävältä putkelta vaaditaan paitsi kovuutta myös sitkeyttä. Liian kova putki on hauras.
Erittäin vaativissa kohteissa tuotteet koeponnistetaan. Se aiheuttaa lisää kustannuksia, mutta tietysti seurauksena on parempi laadun varmistus. Jos esim tuote on speksattu ASME:n mukaan paineastiaksi, silloin "sikaria" polttava tarkastaja tulee jenkeistä paikalle -- ja työ ei etene mihinkään ennen kuin mies on paikalla, kenties hieman myöhässä, kun on sitä jetlagia päällä. Sitten vaan rykipumpulla painetta päälle pressure-käskyn kuuluessa ja "sikarimies" katsoo, vuotaako, räpsähtääkö rikki...ja odottelua...ja odottelua...ja savu tupruaa paksusta havannalaisesta.
Kyllähän nuo Nuhvin putketkin voi (ennen asennusta) koeponnistaa. Ensin kokeilee vanhalla putkella, missä paineessa se räpsähtää, ja sitten uudet putket testiin ja 65 % edestä vesipainetta murtopaineeseen verrattuna. Valmistusviallista putkeahan ei kannata asentaa. Tällä tavalla voi selvittää myös ohuiden ja paksujen putkien välisen kestoeron. Ilmaa ei saa jättää yhtään putkeen testin ajaksi, ettei tule pahaa onnettomuutta.
