ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ PRO ZPRACOVÁNÍ PŮDY

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ PRO ZPRACOVÁNÍ PŮDY Bakalářská práce Brno 2006 Vedoucí bakalářské práce: Vypracoval: Doc. Ing. Josef Filípek, CSc. Petr Doubek

2 2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ PRO ZPRACOVÁNÍ PŮDY vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně, dne Podpis diplomanta

3 3 Poděkování Těmito slovy chci upřímně poděkovat vedoucímu bakalářské práce panu Doc. Ing. Josefu Filípkovi, CSc. za odborné vedení, metodickou pomoc poskytnutou v průběhu zpracování bakalářské práce. Dále chci poděkovat Ing. Jiřímu Votavovi za poskytnutí cenných rad při vyhodnocení hodnot z experimentální části.

4 4 ANNOTATION The objektive of my bachelor themis was to monitor and compare the extent the abrasive wear of the cast iron with spheroid nodular graphite (GJS). Experimental samples were made of the above mentoined cast iron with spheroid nodular graphite a were exposed to following different heat treatments hardening, isothermal ferining 880/250/0,5; 880/300/0,5 and 880/380/0,5 and normalization, in the end heat unworkable. After these heat treatments the samples were exposed both operation test attrition. Operation test attrition was realized in agricultural company Farma Nedvězí Ltd. Experimental samples were fixed to a cutting edge of a plougnuhg aggregate which perfomed work in previously determined sector area. At intervals of each 1000 meters there were measured decreases of weights. Metering were repeat 6 times. Consequently were test results statistically evaluated and graphically interpreted abrasive attrition of the particular samples. Results operation test attrition confirmed preliminary expectations that the extent of the wear would depend on the value of hardness of theused materials. Greates attrition had experimental samples heat unworkable with greatest hardness and smallest attrition had experimental samples hardening with greatest hardness. On the basis of the measured values deduce the high importrance of the right choise of the material which is able resist to the process attrition best. This decision will significantly affect not only the length of the service life of the particular parts but also the whole machinery as well as its economic operation.

5 5 OBSAH 1. Úvod Literární přehled Opotřebení Druhy opotřebení Abrazivní opotřebení Vliv abrazivních částic na opotřebení Materiály odolné proti opotřebení Oceli Nízkolegované oceli Vysokolegované oceli Nástrojové oceli Polymery Karbidy Keramika Litiny Druhy litin Značení litin Litiny odolné abrazivnímu opotřebení a legování litin Bílá litina Temperovaná litina Legování litin Litina s kuličkovým grafitem Tepelné zpracování litiny s kuličkovým grafitem Zemědělské stroje Problematika zpracování půdy 23

6 Základní zpracování půdy Příprava půdy Sklízecí stroje Pluhy Rozdělení pluhů Pluhy radličné Orební těleso Cíl práce Experimentální část Zkoušené materiály Příprava zkušebních vzorků Měření tvrdosti jednotlivých vzorků Použité přístroje a zařízení Půdní analýza Provozní zkouška opotřebení Podmínky a metodika měření Úbytek hmotnosti vzorků Metodika statistického zpracování Výsledky práce Výsledky měření tvrdosti Výsledky půdní analýzy Výsledky provozní zkoušky Vyhodnocení úbytku hmotnosti vzorků Závěr Soupis literatury Přílohy

7 7 SEZNAM TABULEK A OBRÁZKŮ Tab. 1 Označení litin podle typu grafitu Tab. 2 Charakteristické chemické složení litiny s kuličkovým grafitem Tab. 3 Mechanické vlastnosti litiny s kuličkovým grafitem Tab. 4 Chemické složení litiny s kuličkovým grafitem Tab. 5 Tepelné zpracování litiny s kuličkovým grafitem Tab. 6 Velikost půdních částic na pozemku Tab. 7 Tvrdosti vzorků litiny s kuličkovým grafitem Tab. 8 Hmotnosti vzorků z provozní zkoušky [g] Tab. 9 Hmotnostní úbytky vzorků z provozní zkoušky [g] Tab. 10 Statistické zpracování výsledků z provozní zkoušky Obr. 1 Základní modely abrazivního opotřebení Obr. 2 Tvar grafitu v jednotlivých druzích litin Obr. 3 Rozložení specifických tlaků půdy na orebním tělese Obr. 4 Rozdělení povrchu čepele a odhrnovačky na zóny podle intenzity opotřebení Obr. 5 Hlavní části orebního tělesa Obr. 6 Schéma orebního tělesa pluhu Fortschritt B-201 s popisem jednotlivých částí Obr. 7 Čepel se zkušebním vzorkem Obr. 8 Průměrná tvrdost vzorků podle Vickerse [HV] Obr. 9 Hmotnostní opotřebení zkušebních vzorků v provozních podmínkách Obr. 10 Celkové průměrné hmotnostní opotřebení vzorků v provozních podmínkách Obr. 11 Průměrné hmotnostní opotřebení vzorků po ujetí dráhy 6000 m Obr. 12 Procentní opotřebení vzorků z původní hmotnosti po ujetí dráhy 6000 m Obr. 13 Závislost hmotnostního opotřebení na tvrdosti [HV] po ujetí dráhy 6000 m Obr. 14 Bodový diagram hmotnostního opotřebení z provozní zkoušky po ujetí dráhy 6000 m Obr. 15 Pásy spolehlivosti aritmetického průměru (95%) s dílčími grafy Obr. 16 Mikrostruktura litiny s kuličkovým grafitem, tepelné zpracování 880/250/0,5 Obr. 17 Mikrostruktura litiny s kuličkovým grafitem, tepelné zpracování 880/300/0,5 Obr. 18 Mikrostruktura litiny s kuličkovým grafitem, tepelné zpracování 880/380/0,5 Obr. 19 Orební souprava Zetor s pluhem Fortschritt B-201

8 8 Obr. 20 Pluh Fortschritt B-201 Obr. 21 Orební těleso pluhu Fortschritt B-201 Obr. 22 Orební těleso se zkušebním vzorkem Obr. 23 Zkušební vzorek Obr. 24 Pozemek s písčitohlinitou půdou

9 9 1. ÚVOD Práce strojů (nástrojů) zemědělské techniky v různých typech půd a půdních podmínkách přináší mnohé komplikace a tedy i spoustu různých řešení vedoucích k dosažení ideálního stavu. Používají se stále lépe zušlechtěné materiály s vyšší odolností proti opotřebení, mechanizace usnadňuje práci ve všech odvětvích zemědělství. Při provozu strojů (nástrojů) působí celá řada vlivů a procesů, zejména na součásti přicházející do přímého kontaktu s půdou. Toto má za následek změny funkčních ploch strojních součástí, které následně vedou k prvotním příčinám poruch. Změny vlastností funkčních ploch jsou způsobeny opotřebením, které se významně podílí na životnosti, spolehlivosti, na ztrátách energie a materiálu strojních součástí. Má též výrazný vliv i na náklady spojené s údržbou, opravami a renovací strojních součástí. Zkoumáním procesů opotřebení a doprovodných jevů se zabývá vědní obor nazvaný TRIBOLOGIE. Tribologie je nauka o vědeckém výzkumu a technickém použití zákonitostí a poznatků pro vědní obory opotřebení, tření a mazání. Opotřebení má na svědomí až 80 % poruch strojů a jejich součástí. Převládá nad jinými příčinami poškození, jako jsou poruchy způsobené lomy, trhlinami, deformacemi či přetížením součásti. Zpravidla způsobuje zhoršení funkce zařízení, což může vést k jeho předčasnému vyřazení nebo úplnému porušení. Takto způsobené škody jsou příčinou velkých ztrát a dají se přirovnat snad jen ke škodám vzniklých následky koroze. Zvyšování spolehlivosti a prodlužování technické životnosti strojů (nástrojů) je jedním z požadavků moderní techniky. K nim se zařazuje požadavek na jednoduchou údržbu, jednoduché, časově nenáročné opravy při odstranění náhodných poruch nebo provozních havárií. Ekonomická otázka těchto požadavků je samozřejmá. Náklady spojené s opotřebením je třeba snižovat nebo usilovat o jejich snížení. Ke způsobům vedoucím k úsporám nákladů způsobených opotřebením patří správná volba materiálu, správná obsluha stroje, účelná renovace prodlužující životnost součásti a včasná výměna součásti na konci jejího životního cyklu, aby nedošlo k závažnějším poruchám.

10 10 2. LITERÁRNÍ PŘEHLED 2.1 Opotřebení Opotřebení, je proces úbytku materiálu z povrchu jednoho nebo obou dvou kontaktních povrchů tuhých těles probíhá při všech druzích jejich relativního pohybu. Patří k degradačním procesům. Podle ČSN [3] se definuje opotřebení jako trvale nežádoucí změnu povrchu (rozměrů), způsobených vzájemným působením funkčních povrchů nebo funkčního povrchu a opotřebovávajícího se média. Projevuje se jako odstraňování nebo přemísťování částic z opotřebovaného povrchu mechanickými účinky provázenými i jinými vlivy (např. chemickými, elektrochemickými, elektrickými). 2.2 Druhy opotřebení Podle ČSN [3] se rozděluje opotřebení na: adhezivní, abrazivní, erozivní, únavové, kavitační, vibrační, jiné Abrazivní opotřebení Abrazivní opotřebení charakterizuje oddělování částic materiálu z funkčního povrchu účinkem tvrdšího a drsného povrchu jiného tělesa nebo účinkem abrazivních částic. Podle charakteru vzájemných interakcí při abrazivním opotřebení rozlišujeme dva základní modely. U prvního z nich jde o opotřebení při interakci dvou těles, nejčastěji částic a funkčního povrchu (Obr. 1a). Typickým praktickým příkladem je opotřebení součástek při zpracování půdy, těžbě surovin apod.

11 11 Druhým případem (Obr. 1b) je opotřebení částicemi, které jsou mezi dvěma funkčními povrchy. Tato situace znamená interakci tří těles. V praxi se s tímto uspořádáním setkáme v různých pohyblivých uložených, při drcení nerostů a podobně. Obr. 1 Základní modely abrazivního opotřebení a interakce dvou těles, b interakce tří těles Zkušenosti z praxe ukazují, že existují určité závislosti odolnosti kovů proti opotřebení odvozené z jejich mechanických vlastností. Podle mechanických vlastností můžeme do určité míry předpokládat chování kovu při opotřebení. Z mechanických vlastností je to především tvrdost, která určuje odpor proti vniknutí tvrdých částic do povrchu a odpor proti plastické deformaci. Hloubka vniknutí částice je přímo úměrná zatížení a nepřímo úměrná tvrdosti povrchu. Ze závislosti opotřebení a tvrdosti vyplývá, že mezi odolností čistých kovů u abrazivního opotřebení ψ a jejich tvrdostí H je přímá úměrnost. Zkoušky tepelně nezpracovatelných ocelí ukázaly, že závislost jejich odolností proti opotřebení je velmi blízká chování čistému kovu. U tepelně zpracovaných ocelí se tato závislost už značně odlišuje od závislosti, která platí pro čisté kovy. Poměrná odolnost proti opotřebení ψ roste se zvyšováním tvrdosti, ale méně intenzivně jako u čistých kovů. Pro různé tepelné zpracování ocelí dostaneme různé tvrdosti, tedy i různé hodnoty odolnosti proti opotřebení. Z toho vyplívá, že vysokolegované kvalitní oceli se v této závislosti přibližují čistým kovům. Tuto skutečnost je možno vysvětlit tím, že při oddělování částic se dosahuje mezní zpevnění, které materiál při plastické deformaci je schopný získat. Předcházející zpevnění plastickou deformací proto neovlivňuje tento proces.

12 12 Pro podmínky abraze při vysokých tlacích a přítomnosti nárazů je možné považovat za nejvhodnější austeniticko-karbidickou strukturu, martenziticko-karbidická struktura je vhodnější pro podmínky nízkonapěťové abraze. Přítomnost martentzitu ve struktuře oceli se zvyšuje odolnost v porovnání s feritickoperlitickou strukturou. Přísada karbidů chromu ve feritu bez ohledu na značné zvýšení tvrdosti zvyšuje odolnost proti opotřebení jen velmi mírně. Příznivé vlastnosti karbidů na odolnost proti opotřebení se v daném případě neprojevují, protože je potlačí přítomnost feritu. Vysoký stupeň legování proto ještě nezaručí dobrou odolnost proti opotřebení. Příznivější vlastnosti je možno získat spojením legování s optimálním strukturním stavem. Ani martenziticko-karbidická struktura s vysokou tvrdostí nezabezpečuje maximální odolnost proti opotřebení, protože nedostatečně odolává rozrušení ve druhé fázi při relativním pohybu abraziva po povrchu součástky. Mnoho trhlin je na hranicích mezi martenzitem s karbidy, protože typ a rozměr jejich krystalických mřížek jsou podstatně rozdílné. Proto martenzitická matrice nedrží karbidy dostatečnou silou, která by bránila jejich odtržení při srážce s abrazivem. I čistá martenzitická struktura při menší tvrdosti v porovnání s martenziticko-karbidickou strukturou je odolnější proti abrazivnímu opotřebení. Zmenšení množství martenzitu v martenziticko-karbidické struktuře a jeho náhradě austenitem zvyšuje odolnost proti opotřebení, nebere se zřetel na pokles tvrdosti. Nejvyšší odolnost proti abrazivnímu opotřebení se získává při austeniticko-karbidické struktuře. Spojení těchto strukturních složek má nejpříznivější vliv na schopnost odolávat abrazivímu opotřebení. V této souvislosti je velmi důležité, jakým způsobem se dosáhne zpevnění, které zvýší odolnost proti opotřebení. Nejméně odolnou fází proti opotřebení slitin železa je ferit. Legováním feritu odolnost proti opotřebení roste ve shodě o vlivu tvrdosti na odolnost proti opotřebení. Zvýšení obsahu legujícího prvku ve feritu a nezměněný obsah karbidů způsobuje nepatrný vzrůst odolnosti proti opotřebení [1]. Významným faktorem určujícím odolnost proti abrazivnímu opotřebení materiálů zpevněných karbidy je poměr šířky tvořící se rýhy a velikost karbidu.

13 Vliv abrazivních částic na opotřebení Abrazivní opotřebení kovových materiálů v podstatě ovlivňují tyto vlastnosti abraziva: rozměr, tvar, mechanická pevnost a tvrdost abrazivních částic. Aby mohlo nastat rýhování kovu abrazivním zrnem, je třeba, aby se zrno abraziva zatlačilo do povrchu a aby se v procesu rýhování během odběru třísky při vzrůstajícím odporu zpevňujícího se kovu neporušilo. Schopnost abrazivního zrna vnikat do materiálu závisí nejen na tvrdosti, ale i na geometrickém tvaru zrna. Hranaté částice poměrně měkkého materiálu mohou způsobit větší opotřebení, než zaoblené částice tvrdšího materiálu. Vliv ostrosti hran se snižuje při zvyšování odolnosti zkoušeného materiálu proti opotřebení. Velmi důležitý je vliv velikosti abrazivních částí. Abrazivita se zvyšuje zvětšováním rozměru abrazivních částic. Při nerovnoměrné velikosti zrn je určujícím rozměrem největší frakce. Pro oceli dosahuje hodnoty okolo 100 μ m a pro neželezné kovy120 až 150 μ m. Jednou z nejdůležitějších vlastností abraziva je tvrdost. Důležitý je vliv vzájemného vztahu mezi tvrdostí abraziva a opotřebovávaného kovu. Odolnost proti opotřebení ocelí roste rychleji, když tvrdost opotřebovaného povrchu přesáhne 0,5 až 0,6 tvrdosti abraziva. Koeficient tvrdosti je [1]: přičemž K T > 0,5 až 0,6. K = T H H a kde: K T..koeficient tvrdosti, H tvrdost opotřebovávaného materiálu, H A..tvrdost abraziva. 2.3 Materiály odolné proti opotřebení Protože opotřebení je komplexní a složitý proces, výběr materiálů, které mají opotřebení odolávat je důležitý při řízení procesu opotřebení praxi. Výběr materiálů odolných proti opotřebení vyžaduje pečlivé posouzení celkové funkce tribologického uzlu, ve kterém se bude pracovat, a okolí, ve kterém se budou materiály nacházet.

14 14 Nebudou to jen požadavky na odolnost proti opotřebení, ale i jiné požadavky na jiné vlastnosti. Obyčejně je to kompromis mezi ideálními mechanickými nebo chemickými vlastnostmi a odolností proti opotřebení. Výběr materiálů na tribologické použití můžeme rozdělit podle: a) Identifikace požadavků na všeobecné a specifické vlastnosti. b) Porovnání těchto vlastností s vlastnostmi materiálů, které se bežně používají pro jednotlivé typy aplikací. c) Výběr materiálů, které se nejlépe shodují s požadovanými vlastnostmi. d) Porovnání jejich tribologického chování. e) Výběr specifických materiálů. f) Posouzení testovacími zkouškami. Požadované vlastnosti se rozdělují na [1]: všeobecné vlastnosti, specifické vlastnosti, tribologické vlastnosti. Ke všeobecným vlastnostem patří: pevnost (v tahu, v tlaku), únava, lomová houževnatost,tažnost, korozní odolnost, obrobitelnost, cena, tepelné chování. Ke specifickým vlastnostem patří: tvrdost, pevnost, pružnost, elektrická vodivost, optické vlastnosti, hmotnost. Ke tribologickým vlastnostem patří: trvanlivost, koeficient tření, povrchové porušení Oceli Nízkolegované oceli Tyto materiály se používají v širokém rozsahu vzhledem k jejich nízké ceně. Nízkolegované oceli jsou vhodné pro teploty 100 až 150 C, přičemž si udržují dobrou odolnost proti opotřebení. Některé speciální oceli se vyvinuli pro specifické trigologické aplikace např. oceli s obsahem 1% C tyto oceli se používají pro valivá ložiska a zpracovávají se tak, aby zabezpečovali maximální tvrdost a odolnost proti opotřebení.

15 Vysokolegované oceli Patří k nim manganová ocel s obsahem 1 % C a 11 až 14 % Mn. Výsledkem této kompozice je austenitická ocel s nestabilním austenitem odolávající intenzivnímu abrazivnímu opotřebení s nárazy. Pracovní zatěžování pod abrazivem způsobuje transformaci austenitu v povrchové vrstvě na martenzit, a tím se zvyšuje tvrdost a odolnost proti abrazivnímu opotřebení na jedné straně a jádro zůstává houževnaté s austenitickou strukturou na druhé straně. Tento materiál se používá na pracovní části při těžbě kamene, na zpracování zeminy a rudy Nástrojové oceli Nástrojovými ocelemi se obrábějí a tváří kovy a plasty. Materiál na obrábění musí v současnosti opracovat velké množství materiálu v krátkém časovém intervalu. Přitom nástrojová ocel si musí udržet tvrdost a řeznou hranu při vysokých teplotách, které se vytvářejí při obrábění. Proto je vysoká tvrdost za tepla jednou z důležitých vlastností nástrojových ocelí. Tyto oceli se vyrábějí legováním W-Cr a Mo-Cr, Mn-Cr-W [1] Polymery Polymery se používají na kluzné kontakty, protože mají specifické vlastnosti, které nemají kovy a keramika. Velikost opotřebení při tření o kovové prvky je relativně malá. Polymery jsou cenově dostupné, vyrábějí se z nich kluzné ložiska, součástky převodovek, těsnění a povrchy, které odolávají opotřebení. Z nich je možné uvést zejména [1]: odolnost proti některým chemikáliím, relativně malá tendence k zadření, schopnost mazání při vysokých teplotách (PTFE), nízké moduly pružnosti. Podle všeobecné klasifikace je možno polymery rozdělit do tří skupin: a) Termoplasty (měknou nebo se taví při změnách teplot). b) Reaktoplasty (tvrdé a křehké --- při ohřevu). c) Eleastomery (kaučuk --- schopné velké elastické deformace v tahu a tlaku).

16 Karbidy Karbidy jsou nástrojové materiály, které se používají na obrábění vysokými rychlostmi, zejména když rychlořezná ocel snižuje tvrdost v důsledku vyvíjeného řezného tepla. Nejpoužívanější karbid je karbid wolframu. Vyrábí se práškovou metalurgií s použitím kovového pojiva (chrom, kobalt) nebo keramiky. Karbidy jsou drahé materiály a vyrábí se nákladnými technologiemi, proto je výběr karbidů, které mají odolávat opotřebení velmi přesný. Používají se především, když je potřeba dosáhnout vysokou odolnost proti opotřebení při intenzivním abrazivním opotřebení např. nástroje na zpracování rudy, vrtáky na zemní vrty, kalové čerpadla Keramika Keramika se používá při extrémně vysokoteplotní oxidaci nebo když se vyžaduje odolnost proti korozi nebo plynu. Odolnost proti abrazi je vysoká pro její vysokou tvrdost. 2.4 Litiny Vzhledem k tomu, že materiálem na kterém byly prováděny experimentální práce byla litina, je věnováno této kapitole více prostoru na základní rozdělení a charakteristiku. Jako litiny označujeme slitiny železa s uhlíkem, křemíkem a dalšími přísadovými prvky, které tvoří ve struktuře eutektikum. Obsah C převyšuje jeho mezní rozpustnost v austenitu (2,14 %) za eutektické teploty. Vedle vyššího obsahu C litiny obsahují i vyšší množství příměsí. Zejména Si, manganu (Mn), fosforu (P) a síry (S), než-li je tomu u oceli. K nejdůležitějším přísadám patří Si, pohybující se v rozmezí 0,3-4 %. Litiny jsou významným konstrukt ním materiálem, neboť jejich výroba je levná (při odlévání mají dobrou slévatelnost při poměrně nízkých teplotách lití). Litiny se vyrábí v jednoduchých, převážně kuplových pecích, přetavením slévárenského surového Fe spolu s litinovým a ocelovým odpadem a se struskotvornými přísadami [6].

17 Druhy litin Struktura litin je tvořena primární fázi a eutektikem. Při tuhnutí podle stabilního systému vzniká grafitické eutektikum, které je tvořeno austenitem a uhlíkem, jenž je vyloučený v některé z forem grafitu. Tyto litiny se nazývají litiny grafitické. Není-li ve struktuře přítomen volný grafit a takové litiny se nazývají bílé. Základním kriteriem pro určení druhu litin je zejména tvar vyloučeného grafitu. Názvy jednotlivých druhů litin, značky a číselné označení zde uvedené, respektují normu ČSN EN Podle tvaru grafitu se dělí litiny na následující třídy [5]: a) Litiny s lupínkovým grafitem GJL Dříve nazývané jako šedé litiny, obsahují grafit ve tvaru prostorových útvarů, které se na metalografickém výbrusu jeví jako lupínky. Jejich délka je podstatně větší než-li jejich tloušťka, konec lupínků je ostrý. Oblast připadající jednomu prostorovému útvaru grafitu se nazývá eutektická buňka. Tento typ litiny je nejobvyklejším typem litiny. b) Litina s kuličkovým grafitem GJS Dříve nazývaná jako litina tvárná, obsahuje grafit ve formě kuliček. Z hlediska vlastností litiny je ideálním tvarem dokonalá kulička grafitu. Často se však vyskytují podoby grafitu jako nedokonale zrnitý. Eutektická buňka je oblast příslušející právě jednomu útvaru grafitu tedy jedné kuličce. c) Litina s červíčkovým grafitem GJV Dříve nazývaná jako litina vermikulární. Červíčkový grafit má podobnou morfologii jako grafit lupínkový. Ve srovnání s GJL jsou však útvary grafitu kratší, tlustší a jejich konec bývá zaoblený. Vermikulární litina obvykle obsahuje též určité množství lupínkového nebo kuličkového grafitu. Vermikulární litina se modifikuje nízkým obsahem Mg. d) Temperovaná litina GJM Se dělí na litinu s bílým lomem GJMW a s černým lomem GJMB. Grafit v litině s černým lomem, případně i v litině s bílým lomem má tvar vloček. Na (Obr. 2) jsou znázorněné tvary grafitu v jednotlivých litinách.

18 18 Obr. 2 Tvar grafitu v jednotlivých druzích litin a GJL, b GJS, c GJV, d GJM Značení litin Značení norem jakosti litin v České republice se postupně sjednocuje s označováním podle evropských norem. Tyto nové normy se označují jako ČSN EN... Platnost norem pro litiny je od roku Způsob značení se řídí normou ČSN EN Litiny se značí značkami nebo číselně [5]. Jedno ze značení litin je podle typu grafitu v (Tab. 1). Tab. 1 Označení litin podle typu grafitu Označení L S M V N Y Tvar grafitu Lupínkový Kuličkový Vločkový Červíčkový Bez grafitu Zvláštní tvar

19 Litiny odolné abrazivnímu opotřebení a legování litin Bílá litina Bílá litina je odolná proti abrazi v tlaku. Obsahuje velké karbidy a nemá volný grafit ve struktuře. Masivní karbidy jsou schopny dobře odolávat abrazivnímu opotřebení. Lomová houževnatost je velmi malá, a proto se nemůže používat v podmínkách nárazového namáhání, také se těžko obrábí Temperovaná litina Temperovaná litina s martenzitickou matrici je velmi odolná proti abrazivnímu opotřebení. Vzhledem na vločkovou formu grafitu má litina nízkou únavovou pevnost a není vhodná na intenzivní abrazivní opotřebení. Dobře se obrábí Legování litin Účelem legování je zejména zvýšení odolnost proti intenzivnímu abrazivnímu opotřebení, vysokým teplotám a korozi. Nejčastěji se přidává Si a P. Zvyšování obsahu fosforu podporuje tvorbu tvrdého fosfidického eutektika, které je velmi odolné proti abrazivnímu opotřebení [1] Litina s kuličkovým grafitem Vlastnosti odlitku z grafitické litiny jsou určeny jednak vlastnostmi kovové matrice, jednak tvarem, rozložením a množstvím grafitu, jež je určujícím strukturním znakem pro rozdělení grafitických litin na jednotlivé druhy, protože zvláště významným způsobem ovlivňuje jejich vlastnosti. Grafitická litina u níž je po ztuhnutí vyloučen grafit ve tvaru kulových zrn se nazývá tvárná litina nebo podle tvaru zrn, litina s kuličkovým grafitem. Jejím objevitelem byl v roce 1924 H. Morrogh. Takto vyloučený grafit nejméně porušuje spojitost matrice a má příznivé vrubové účinky. Příznivého tvaru grafitu se dosahuje modifikováním, nejčastěji očkováním čistým hořčíkem v autoklávu. Po naočkování následuje grafitizační očkování ferosiliciem, aby se

20 20 potlačil vznik ledeburitu. Litina s kuličkovým grafitem bývá většinou eutektická, někdy i nadeutektická [10]. Její charakteristické chemické složení je v (Tab. 2). Tab. 2 Charakteristické chemické složení litiny s kuličkovým grafitem Chemický prvek Chemická značka Interval Uhlík C (3,2-4,0) % Křemík Si (1,5-4,0) % Mangan Mn (0,4-0,8) % Fosfor P (max. 0,1) % Síra S (max. 0,05) % Hořčík Mg (0,05-0,1) % Ve srovnání s ocelí si GJS zachovává výhodné vlastnosti grafitických litin jako je větší schopnost útlumu, menší vrubová citlivost, lepší slévatelnost a třecí vlastnosti. GJS je v současné době důležitým konstrukčním materiálem a její výroba i použití se stále rozšiřuje. Je ji možné využít pro odlévaní mnoha součástí, které byly dříve vyráběny zejména jako odlitky nebo výkovky z ocelí. Mechanické vlastnosti litiny s kuličkovým grafitem [10] jsou v (Tab. 3). Tab. 3 Mechanické vlastnosti litiny s kuličkovým grafitem Značka ČSN R m min R p0,2 min A min Tvrdost Struktura [Mpa] [Mpa] [%] [HB] F + G F + G F + P + G F + P + G P + G

21 Tepelné zpracování litiny s kuličkovým grafitem Cílem TZP je nejčastěji snížení vnitřních pnutí nebo zlepšení obrobitelnosti. U tvárné litiny, díky vyloučení grafitu v příznivém tvaru, se využívá postupů tepelného zpracování i k zvýšení pevnostních vlastností při zachování dobré houževnatosti a plasticity. Pozn.: Jsou uvedeny jen tepelná zpracování, které byly použity na zkušebních vzorcích. a) Normalizační žíhání Jeho cílem je zvýšit pevnost a tvrdost odlitků v jejíž struktuře po odlití je ve větší míře přítomen ferit. Litinu ohřejeme na austenitizační teplotu. Po austenitizaci následuje volné ochlazení na vzduchu. b) Kalení Martenzitické kalení Účelem kalení je získání vysoké tvrdostí a odolnosti proti opotřebení. Používá se téměř vždy u tvárné litiny. Odlitky z grafitických litin se kalí z teplot 50 až 80 C nad kritickou teplotou A1,2. Prodleva na kalící teplotě závisí významně na výchozí struktuře matrice, se vzrůstajícím podílem feritu se doba austenitizace prodlužuje. Kalícím prostředím bývá nejčastěji olej. Přítomnost grafitu po zakalení snižuje tvrdost, max. tvrdost tvárné litiny je asi 700 HV. Po kalení následuje popouštění. Povrchové kalení Využívá se poměrně často a to plamenem nebo indukční. Jeho cílem je zvýšit odolnost odlitku povrchu proti opotřebení. Tloušťka vrstvy bývá 1,5 mm až několik mm. c) Izotermické zušlechťování Při tomto způsobu se odlitky ohřívají na austenitizační teplotu (50 až 80 C nad A1,2 ) obvykle v peci s ochrannou atmosférou nebo v solné lázni pro zamezení oduhličení a oxidace. Následuje ochlazování nadkritickou rychlosti v izotermické lázni do oblasti bainitické přeměny. Následuje výdrž na teplotě po určenou dobu 1 až 3 hodiny, kdy proběhne přeměna austenitu buď na horní nebo dolní bainit. Při izotermickém zušlechtění tvárné litiny vzniká převážně bainitická matrice se zvýšenou tvrdostí (300 až 400 HB) a odolnosti proti opotřebení, popř. zbytkový austenit [8].

22 Zemědělské stroje Problematika zpracování půdy Při práci s půdou hlavním problémem je abrazivní opotřebení strojů. Náklady a přístroje související s výměnou opotřebovaných částí strojů jsou mimořádně vysoké. Pracovní nástroj na zpracování půdy v procesu využití podléhá dynamickým zatížením, abrazivnímu opotřebení a chemickému působení okolního prostředí. Rychlé opotřebení (úbytek materiálu nebo změna tvaru, např. ostří) vyžaduje náklady na opravu nebo novou náhradní součástku. Současná tendence zvyšování pracovních rychlostí strojů, snižování spotřeby a zvyšování životnosti se bezprostředně váže na problém odolnosti proti opotřebení těch částí, na kterých závisí kvalita vykonaného technologického procesu. Typické příklady pracovních částí zemědělských strojů jsou: základní zpracování půdy (čepel pluhu, odhrnovačka, plazová deska, disky podmítačů), příprava půdy (hroty brán, radličky kypřičů, válce, smyky), sklízecí stroje (vyorávací radlice sklízeče brambor, vyorávací ústrojí pro sklizeň cukrovky). Pro většinu uvedených příkladů jsou vlastnosti prvků tribologického systému stejné nebo velmi podobné a podobné jsou i faktory ovlivňující průběh opotřebení Základní zpracování půdy Základní zpracování půdy má především za úkol propracovat orniční profil půdy, upravit její fyzikální, chemické a biologické vlastnosti a připravit tak dobré podmínky pro růst kořenů a celkově růst a vývoj pěstovaných plodin. Do základního zpracování půdy náleží [13]: podmítka, orba, hloubkové kypření. Typické pracovní části strojů podléhající opotřebení jsou čepele pluhů, odhrnovačka, plazová deska, disky podmítačů a další.

23 23 Základní charakteristické proměnné veličiny jsou [1]: typ pohybu, specifický tlak a rychlost pohybu. Kromě těch jsou to nárazy, pulsace tlaků, přítomnost kamenů v půdě apod. Vzájemný relativní pohyb půdy a nástroje je kluzný pohyb částečně vázaných abrazivních částic půdy po nástroji. Velikost specifického tlaku je v různých místech smykové plochy různý. Charakter rozložení specifických tlaků půdy na orební těleso znázorňuje (Obr. 3). Obr. 3 Rozložení specifických tlaků půdy na orebním tělese Různým zatížením a dráhou pohybu částic se pracovní povrch opotřebovává nerovnoměrně. Největší tlak je ve všech půdách na nose čepele, zatím co na patce je o 40 až 50 % menší. Je to způsobeno tím, že patka čepele je v otevřené stěně brázdy, kde odpor proti deformaci půdy je o mnoho menší. Na nosu čepele kromě deformace půdy vzniká i zatížení podmíněné odtrhováním skývy v horizontální a vertikální rovině. U první brázdy, kde ještě není odkrytá stěna brázdy, tlaky na nose a patce jsou stejné. Absolutní velikosti tlaků závisí především na druhu půdy a její fyzikálně-mechanických vlastností, hloubky 2 orby a rychlosti. U těžkých půd dosahují tlaky maximálně na nose čepele 10 až 20 N. cm. 2 Na písčitých půdách nepřesahují 10 N. cm. Z hlediska velikosti opotřebování čepele je zajímavé, že v různých místech čepele neodpovídá proporcionálně velikost opotřebení působícím tlakům. Například v části nosu je tlak 1,5 krát větší až na patce, ale opotřebení je 4 až 5 krát větší. Tuto skutečnost způsobují rozdílné třecí dráhy. Rozdělení třecích povrchů radlice a odhrnovačky na zóny podle intenzity opotřebení ukazuje (Obr. 4).

24 24 Obr. 4 Rozdělení povrchu čepele a odhrnovačky na zóny podle intenzity opotřebení Maximální intenzita je v zóně I a minimální v zóně V. Při zpracování půdy se postupně mění geometrie řezného nástroje. Z hlediska správné funkční činnosti čepele je rozhodující tvar ostří, protože opotřebení bezprostředně ovlivňuje kvalitu práce a energetickou náročnost na její vykonání. Sleduje se tahový odpor, který narůstá postupným otupováním ostří pracovního mechanismu. Existují některé specifické změny vzájemného působení ostří a půdy, např. kdy je poloměr ostří malý, ostří vytváří průsečík rovin řezného klínu, potom na něho působí tvrdé částice půdy velkým tlakem. Z vlastností čepele jsou nejdůležitější tvrdost a struktura, dané chemické složení a stav. Vlastnosti půdy určuje její složení, struktura, vlhkost a chemická aktivita. Tyto vlastnosti jsou na různých půdách velmi proměnlivé, a to určuje jejich vliv na intenzitu opotřebení součástí Příprava půdy Pod pojmem příprava půdy se rozumí soubor obdělávacích zásahů zpravidla pouze do menší hloubky orniční vrstvy, umožňující kvalitní uložení osiva nebo sadby. K zásahům patří smykování, vláčení, kypření, válení. Typické pracovní části strojů podléhající opotřebení jsou hroty brán, radličky kypřičů, válce, smyky Sklízecí stroje Do kategorie sklízecí stroje patří z hlediska opotřebení pracovních částí [2]: sklízeče brambor, sklízeče cukrovky. U sklízeče brambor je pracovní část podléhající opotřebení vyorávací radlice žlabová s roštovým prodloužením.

25 25 U sklízeče cukrovky je pracovní část podléhající opotřebení vyorávací ústrojí kotoučové, kotouč se odvaluje po půdě-působením kotoučů dojde k vyorání bulvy. Rozdělujeme vyorávací ústrojí pasivní a aktivní. Pasivní ústrojí je tvořeno patkou z vysoce kvalitní oceli zušlechtěné manganem a oxidem křemičitým, usměrňovacími pruty a diskem. Aktivní ústrojí je tvořeno vyorávací radličkou, slupicí a excentrem. 2.6 Pluhy Rozdělení pluhů (ČSN ) Pluhy se dělí podle [4]: 1. druhu tažného prostředku potažní, traktorové, lanové, samojízdné 2. druhu orebních těles a jejich pohonu radličné, talířové, rotační 3. možnosti klopení brázdových skýv na jednu nebo dvě strany od směru jízdy - jednostranné, oboustranné 4. druhu konstrukce houpavé, chodákové, předkové, rámové, otočné, překlopné, střídavé 5. účelu použití podmítací, orební, speciální 6. počtu orebních těles, která mohou být najednou v záběru jednoradličné (jednotalířové), dvouradličné (dvoutalířové) atd Pluhy radličné Podle způsobu připojení k traktoru jsou pluhy [9]: 1. přívěsné - mají nejméně 3 vlastní opěrné body (kola) a k traktoru jsou připojeny v jednom bodě. 2. návěsné (polonesené) - jsou dvěma body připojeny na ramena tříbodového závěsu traktoru a vzadu mají 1 opěrný bod (kolo). 3. nesené - jsou připojeny k tříbodovému závěsu traktoru a podle regulačního systému traktoru buď nemají žádný vlastní opěrný bod a nebo mají kolo sloužící k nastavení hloubky orby.

26 Orební těleso Orební těleso jako hlavní pracovní část pluhu odděluje při orbě brázdovou skývu, která má tvar čtyřbokého hranolu. Výška brázdové skývy (a) je hloubka orby a její šířka (b) je pracovní záběr orebního tělesa. Prostorem pro obrácení skývy je brázda. Orební těleso se skládá z čepele, odhrnovačky, plazu, slupice. Hlavní části orebního tělesa [9] jsou znázorněny na (Obr. 5). Na (Obr. 6) podle [12] a na (Obr. 21) je znázorněno orební těleso pluhu Fortschritt B-201. Obr. 5 Hlavní části orebního tělesa 1-pero odhrnovačky, 2-odhrnovačka, 3-slupice, 4-výměnná část odhrnovačky, 5-čepel, 6-vzpěra, 7-patka plazu, 8-plaz, 9-část slupice tvořící rám orebního tělesa, 10-hruď odhrnovačky, 11-křídlo odhrnovačky Č. Popis Váha (kg) Obr. 6 Schéma orebního tělesa pluhu Fortschritt B-201 s popisem jednotlivých částí 1 Odhrnovací deska 13,1 2 Výměnný díl 2,1 3 Břit 4,1 4 Zahrnovačka 2,7 5 Plaz 3,9 10 Šroub M10x35 DIN K 0, Matice samojistná M10 8G 0,01 12 Šroub M12x40 DIN K 0, Matice samojistná M12 8G 0,014

27 27 3. CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce bylo sledování a vyhodnocení velikosti abrazivního opotřebení u nástrojů pro zpracování půdy z litiny s kuličkovým grafitem (GJS) různého tepelného zpracování (kaleno; 880/250/0,5; 880/300/0,5; 880/380/0,5; normalizace; tepelně nezpracováno) v provozních podmínkách. Získané výsledky z provozní zkoušky byly vyhodnoceny a porovnány. Ze získaných výsledků byly stanoveny vlivy na velikost abrazivního opotřebení.

28 28 4. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 4.1 Zkoušené materiály Odolnost proti abrazivnímu opotřebení byla zjišťována u litiny s kuličkovým grafitem (GJS), při různých tepelných zpracování této litiny. Chemické složení litiny s kuličkovým grafitem je uvedeno v (Tab. 2). Tab. 4 Chemické složení litiny s kuličkovým grafitem C Mn Si Cu [%] [%] [%] [%] 3,4 0,08 2,25 0, Příprava zkušebních vzorků Zkušební tělesa byla nařezána na délku 77 mm a obroušena ze všech stran na rovinné brusce s minimálním úběrem materiálu. Následovalo tepelné zpracování v solné lázni (Tab. 3). Po tepelném zpracování byly vzorky obroušeny ze všech stran o 0,5 mm a drsností R a = 0,4μm. K praktické provozní zkoušce bylo použito 6 kusů zkušebních vzorků o rozměru 76 x 38 x10 mm pro každý způsob tepelného zpracování. Tab. 5 Tepelné zpracování litiny s kuličkovým grafitem Tepelné zpracování Označení vzorků Počet vzorků Austenitizace Rozpad austenitu Tvrdost (HV) Kaleno A 8 olej 676 Izotermické zušlechťování 1 Izotermické zušlechťování 2 Izotermické zušlechťování 3 B 8 C 8 D C/ 60 min solná lázeň 250 C/30min solná lázeň 300 C/30min solná lázeň 380 C/30min solná lázeň Normalizační žíhání E 8 proud vzduchu 283 Tepelně nezpracováno F

29 29 Velmi často je potřeba u některých hotových součástí zlepšit jejich vlastnosti např. zlepšit tvrdost, houževnatost, obrobitelnost. Tyto vlastnosti se získávají tepelným zpracováním. Podstatou je ohřev materiálu a následné ochlazení. Při tepelném zpracování se uvnitř materiálu dějí určité změny, tj. strukturní změny. Tyto změny jsou příčinou, že materiály se stanou měkčími, tvrdšími nebo tvárnějšími. Tepelného zpracování vzorků litiny s kuličkovým grafitem jsou uvedeny viz Pozn.: Pro zjednodušení se bude uvádět označení pro izotermické zušlechťování 1, 2 a 3 název 880/250/0,5; 880/300/0,5; 880/380/0,5. Pro normalizační žíhání název normalizace a pro tepelně nezpracováno označení nezpracováno Měření tvrdosti jednotlivých vzorků Tvrdost je odpor materiálu proti vnikání cizích těles. Při měření musí být povrch vzorků dostatečně rovný a hladký, aby vtisk byl zřetelný a mohl se odečíst s dostatečnou tvrdostí. Dále musí měřené vzorky ležet na podložce, aby se jejich plochy během zkoušky nezměnily. Způsoby jak lze měřit tvrdost jsou metody podle Brinella, Vickerse a Rockwella. K měření tvrdosti zkušebních vzorků byla použito měření na tvrdoměru Rockwellově metodou HRC. Princip zkoušky podle Rockwella HRC je založen v tom, že se do materiálu zatlačuje kužel s vrcholovým úhlem 120 silou 150 kp. Výsledky této metody byly podle tabulkových hodnot převedeny na hodnoty podle Vickerse [7]. U zkušebních vzorků jednotlivých tepelných zpracování bylo provedeno 5 měření a byla vypočtena průměrná hodnota tvrdosti jednotlivých tepelných zpracování Použité přístroje a zařízení - tvrdoměr Lucznik, typ Ph 106, výrobní číslo 3218, rok výroby 1956, Polsko, - elektronické váhy Shinko Denski, model PF 300, výrobní číslo , max/d 300/0,001, Japonsko s přesností 0,001 g, - bruska na plocho, model 3171 M, výrobní číslo 10341, rok výroby 1980, SSSR, - Zetor , rok výroby 1997, - polonesený pluh Fortschritt B-201, rok výroby 1982.

30 Půdní analýza Půdní analýza byla provedena na pozemku, na kterém se konala provozní zkouška z důvodu, aby se zjistil půdní druh a zrnitostní třída půdy, kde byla vykonána provozní zkouška. Postup měření spočíval v tom, že byly odebrány vzorky na pěti honech a následně podle zastoupení jílnatých částic, (tj. útvarů menších než 0,01 mm) byly údaje zhodnoceny v (Tab. 6). Tab. 6 Velikost půdních částic na pozemku Velikost částic [mm] 2,00-0,25 Obsah částic [%] Obsah částic [%] 0,25-0,05-0,01-2,00-0,05 - < 0,001 < 0,01 0,05 0,01 0,001 0,05 0,002 < 0,002 Číslo vzorku Hon 1 20,95 33,79 20,36 16,72 8,18 24,90 54,74 33,00 12,26 Hon 2 21,69 32,51 19,16 18,08 8,56 26,64 54,20 32,92 12,88 Hon 3 18,14 32,36 23,86 17,00 8,64 25,64 50,50 37,34 12,16 Hon 4 20,24 32,26 21,32 17,90 8,28 26,18 52,50 35,44 12,06 Hon 5 21,85 31,09 21,84 16,80 8,42 25,22 52,94 34,72 12,34 Střední hodnota 20,58 32,40 21,31 17,30 8,42 25,72 52,98 34,68 12,34 [mm] Směrodatná odchylka 1,50 0,96 1,75 0,64 0,19 0,70 1,66 1,84 0,32 [mm] Variační koeficient [%] 7,31 2,96 8,23 3,71 2,26 2,74 3,13 5,31 2, Provozní zkouška opotřebení Při provozní zkoušce opotřebení u sledovaných vzorků byl zjišťován údaj: hmotnostní úbytek při orbě. Cílem měření bylo sledovat a porovnat rychlosti opotřebení u litiny s kuličkovým grafitem u jednotlivých druhů tepelného zpracování (kaleno; 880/250/0,5; 880/300/0,5; 880/380/0,5; normalizace; tepelně nezpracováno) při praktickém nasazení v pracovních podmínkách.

31 Podmínky a metodika měření Pro naši zkoušku bylo použito 32 zkušebních vzorků se šesti druhy tepelného zpracování. Na těchto vzorcích bylo provedeny již laboratorní zkoušky. Rozměr vzorků byl 76 x 38 x 10 mm. V horní části byl vyvrtán otvor o průměru 10 mm, tento otvor sloužil k přichycení vzorků na čepel orebního tělesa pomocí šroubu M10 x 30. Následně musela být tedy každá čepel v patřičném místě provrtána. Následně se celá čepel připevnila na slupici orebního tělesa pomocí dvou šroubů se zapuštěnou kuželovou hlavou (Obr. 7). Plužní čepel Šroub M10 x 30 Zkušební vzorek Obr. 7 Čepel se zkušebním vzorkem Pro provozní zkoušku byl použit šestiradliční polonesený pluh Fortschritt B-201 s hydraulickým jištěním orebních těles. Pluh pracoval v soustavě s traktorem Zetor Měření se provádělo v zemědělském podniku Farma Nedvězí spol. s.r.o. v době od do na pozemcích s abrazivní písčitohlinitou půdou. Postup měření spočíval v tom, že bylo vyrobeno šest sérií po šesti vzorcích. V každé sérii byl zastoupen vzorek s každým tepelným zpracováním. Každé měření úbytku hmotnosti bylo prováděno po ujetí dráhy 1000 m. Tedy celkově bylo s každým vzorkem ujeto 6000 m. Abychom zajistili stejné podmínky opotřebení vzorků byl každý vzorek po naměření údajů posunut o jedno orební těleso dál. Toto měření se opakovalo celkem šestkrát, což znamená, že každý vzorek byl na každém orebním tělese.

32 Úbytek hmotnosti vzorků Před zahájením měření byly všechny vzorky zváženy s přesností na 0,001 g. Po ujetí dráhy 1000 m byl každý vzorek řádně očištěn a znovu zvážen. Po zvážení byl vzorek připevněn na sousední čepel. Z naměřených hodnot byly vypočteny hmotnostní úbytky každého vzorku pomocí vztahu: kde: H ui = H 1 H i [g] úbytek hmotnosti při i-tém měření, [g] H ui hmotnost nového vzorku, [g] H 1 hmotnost vzorku při i-tém měření [g]. H i 4.4 Metodika statistického zpracování Střední hodnota x n i= = 1 kde: n x i x i - hodnota znaku, n - rozsah souboru. Pravděpodobná chyba Θ 5 1 = Δ + 6 Směrodatná odchylka 2 s x = s x Variační koeficient sx vx = 100 [%] x Interval spolehlivosti 95 % P x t kde: sx sx α / 2 μ x + t1 α / 2 = 1 α n n 1 t1 α / 2 - hodnota z tabulky kvantilů Studentova t-rozdělení pro n-1 stupňů volnosti, α - riziko odhadu [11].

33 33 5. VÝSLEDKY PRÁCE 5.1 Výsledky měření tvrdosti Naměřené hodnoty tvrdosti vzorků jednotlivých tepelných zpracování litiny s kuličkovým grafitem jsou v (Tab. 7). Grafické vyhodnocení měření tvrdosti je vyobrazeno na (Obr. 8). Z měření plyne, že kalené vzorky mají průměrnou tvrdost 676 HV. Vzorky 880/250/0,5 mají průměrnou tvrdost 563 HV, u 880/300/0,5 je průměrná tvrdost 454 HV a u vzorků 880/380/0,5 je průměrná tvrdost 336 HV. Vzorky normalizačně žíhané mají průměrnou tvrdost 283 HV a u vzorků nezpracovaných je průměrná tvrdost 226 HV. Z toho tedy plyne, že průměrná tvrdost u vzorků kalených je 3 krát větší než u vzorků nezpracovaných. Na základě naměřených hodnot můžeme konstatovat, že tvrdost jednotlivých vzorků je závislá na druhu tepelného zpracování. 5.2 Výsledky půdní analýzy Z měření vyplívá, že hodnoty odpovídají půdnímu druhu písčitohlinitému a zrnitostní třídě písčitá hlína až hlína. Získané údaje půdní analýzy byly statisticky vyhodnoceny. Tyto získané statistické údaje slouží ke zpětné kontrole, zda nedošlo během měření a vyhodnocení k chybě. 5.3 Výsledky provozní zkoušky Vyhodnocení úbytku hmotnosti vzorků Hodnoty hmotnosti vzorků z provozní zkoušky jsou v (Tab. 8) a hmotnostní úbytky z provozní zkoušky v (Tab. 9). Grafické vyhodnocení provozní zkoušky v průběhu 6000 m je znázorněno v hmotnostních jednotkách na (Obr. 9, Obr. 10, Obr. 11, Obr. 12). Z výsledků je patrné, že úvaha o závislosti velikosti opotřebení vzorků na tepelném zpracování se potvrdila. Největší abrazivní opotřebení mají vzorky nezpracované. Jejich celkové opotřebení je po ujetí dráhy 6000 m v průměru 34,71 g což je 21,4 % z původní hmotnosti. Druhé v pořadí jsou vzorky normalizačně žíhané. Jejich celkové opotřebení je po ujetí dráhy 6000 m v průměru 25,39 g což představuje 15,4 % z původní hmotnosti. Třetí v pořadí jsou vzorky 880/380/0,5. Jejich celkové opotřebení je po ujetí dráhy 6000 m

34 34 v průměru 23,29 g což je 14,45 % z původní hmotnosti. Čtvrté v pořadí jsou vzorky 880/300/0,5. Jejich celkové opotřebení je po ujetí dráhy 6000 m v průměru 16,76 g což představuje 10,26 % z původní hmotnosti. Následují vzorky 880/250/0,5. Jejich celkové opotřebení je po ujetí dráhy 6000 m v průměru 9,38 g což je 5,76 % z původní hmotnosti. Nejmenšího abrazivního opotřebení dosáhly vzorky kalené. Opotřebení těchto vzorků je po ujetí dráhy 6000 m v průměru 7,98 g což je 4,88 % z původní hmotnosti. Z výsledků měření je patrné, že průměrná ztráta vzorků tepelně nezpracovaných je 34,71 g a vzorků kalených je 7,98 g. Z toho plyne, že litina tepelně nezpracovaná má o 16,52 % vyšší ztrátu než litina kalená. Vzorky kalené mají 4,4 krát vyšší odolnost než vzorky tepelně nezpracované. Na (Obr. 13) je závislost opotřebení na tvrdosti [HV]. Z bodového diagramu hmotnostního opotřebení (Obr. 14) lze vyčíst, že korelační závislost mezi opotřebením a tvrdostí [HV] je velmi těsná (konkrétně R = -0,965), tzn., že čím bude mít litina s kuličkovým grafitem větší tvrdost [HV], tím bude vykazovat menší opotřebení. U získaných údajů opotřebení v průběhu provozní zkoušky bylo provedeno statistické zpracování a vyhodnoceny (Tab. 10). Pásy spolehlivosti aritmetického průměru (95 %) jsou na (Obr. 15). Tyto získané statistické údaje slouží ke zpětné kontrole, zda nedošlo během měření a vyhodnocení k chybě.

35 35 6. ZÁVĚR Jednou z nejčastějších příčin omezující spolehlivost a životnost strojů a zařízení je opotřebení. V zemědělském provozu, zejména při zpracování půdy má opotřebení pracovních částí neblahý vliv na kvalitu práce a zejména pak na ekonomickou náročnost, která se neúměrné zvyšuje. Opotřebení je definováno jako trvale nežádoucí změna povrchu materiálu součásti mechanickými vlivy, které mohou být doprovázeny účinky fyzikálními, chemickými nebo i elektrickými. Odhaduje se, že opotřebení má na svědomí až 80 % poruch strojů a jejich součástí. Převládajícím druhem opotřebení v zemědělství je opotřebení abrazivní. Hlavní náplní této bakalářské práce bylo sledování a vyhodnocení velikosti abrazivního opotřebení u vzorků z litiny s kuličkovým grafitem (GJS) s různým tepelným zpracování v provozních podmínkách. Provozní zkouška opotřebení se konala v zemědělském podniku farma Nedvězí s.r.o. Velikost opotřebení byla dána změnou hmotnosti vzorků tzv. hmotnostními úbytky v průběhu měření. Metodika měření spočívala v tom, že se vzorek připevnil na čepel orebního tělesa a probíhala orba. Délka dráhy, kterou vzorek absolvoval byla 1000 metrů. Po uplynutí délky dráhy se pokus zastavil, sledované vzorky se pečlivě očistily a následně zváženy na elektronických vahách. Poté se každý vzorek o čepel posunul a zkouška se opakovala. Toto měření se s každým vzorkem realizovalo celkem 6 krát. Získané údaje byly zaznamenány, zpracovány a vyhodnoceny. V provozní zkoušce byla zjištěna odolnost proti opotřebení u zkušebních vzorků v následujícím pořadí: nejmenší odolnost se jevila u vzorků tepelně nezpracovaných, o dost větší odolnost u vzorků normalizačně žíhaných, srovnatelnou odolnost měly vzorky 880/380/0,5; následovaly vzorky 880/300/0,5; které jsou uprostřed pořadí odolnosti. Nejvyšší odolnost vykazovaly vzorky kalené, o něco menší odolnost měly vzorky 880/250/0,5. Výsledky provozní zkoušky dokázaly, že odolnost do značné míry záleží na tvrdosti opotřebovávaného materiálu. Lze tedy konstatovat, že čím bude tvrdost větší, tím bude mít litina s kuličkovým grafitem menší opotřebení. Z naměřených výsledků mé bakalářské práce zabývající se životností nástrojů pro zpracování půdy vyplývá, že nejvhodnější tepelné zpracování litiny s kuličkovým grafitem (GJS), které se může použít pro praxi je 880/300/0,5. Z hlediska nejmenšího opotřebení jsou na tom lépe tepelná zpracování: kaleno a 880/250/0,5. Ale z praktického použití v

36 36 provozních podmínkách se takto tepelně zpracovaná litina (GJS), jeví jako nepoužitelná. Důvod je ten, že při praktickém použití plužních čepelí vyrobených z takto tepelně zpracované litiny (GJS) se dvě ze tří plužních čepelí zlomily. Výhoda je i v tom, že pro malosériovou výrobu jakou je výroba plužních čepelí je lepší použitou litinu (GJS) odlévat do forem, než kovat což je vhodnější pro výrobu velkosériovou. Odléváním lze téměř dosáhnou libovolného tvaru. Výsledky potvrdily značný vliv vlastností, struktury, složení, druhu půdy a tepelného zpracování na odolnost proti opotřebení. Z tohoto závěru lze vyvodit důležitost správné volby materiálu, které odolávají degradačním procesům. Toto rozhodnutí může mít výrazný vliv nejen na životnost součásti a celého zařízení, ale i na ekonomiku provozu.

37 37 7. SOUPIS LITERATURY [1] Blaškovič, P., Balla, J., Dzimko, M.: Trobológia. Bratislava: ALFA, 1990, 360 s. ISBN [2] Červinka, J., Sedlák, P., Trunečka, K.: Technika a technologie pro rostlinnou výrobu návody do cvičení. Brno: MZLU, 2003, 188 s. ISBN [3] ČSN : Opotřebení materiálu definice, názvosloví. [4] ČSN : Rozdělení pluhů. [5] ČSN EN 1560: Značení litin. [6] Filípek, J.: Technické materiály (přednášky). Brno: VŠZ, 1988, 196 s. [7] Jech, J.: Tepelné zpracování oceli. Praha: SNTL, 1977, 400 s. [8] Mohyla, M.: Nekonvenční strojírenské materiály I. Ostrava: VŠB-TUO, 1994, 129 s. ISBN [9] Sedlák, P. a kol.: Stroje pro rostlinnou výrobu (návody do cvičení). Brno: VŠZ, 1993, 141 s. ISBN [10] Skočovský, P., Podrábský, T.: Grafitické liatiny. Žilina: EDIS ŽU, 2005, 168 s. ISBN [11] Stávková, J., Dufek, J.: Biometrika. Brno: MZLU, 2003, 194 s. ISBN [12] Firemní literatura. Dostupné z: < [13] Firemní literatura. Dostupné z: < radce_hospodare/radce_zpracovani_pudy.pdf>

38 8. PŘÍLOHY 38

39 39 Tab. 7 Tvrdosti vzorků litiny s kuličkovým grafitem Tepelné zpracování Kaleno Označení vzorku A 880/250/0,5 B 880/300/0,5 C 880/380/0,5 D Normalizace Nezpracováno E F Stupnice Tvrdost Průměr. Pravd. tvrdosti tvrdost chyba HRC HV HRC HV HRC HV HRC HV HRC HV HRC HV Tvrdost [HV] Kaleno 880/250/0,5 880/300/0,5 880/380/0,5 Normalizace Nezpracováno Obr. 8 Průměrná tvrdost vzorků podle Vickerse [HV]

40 40 Tab. 8 Hmotnosti vzorků z provozní zkoušky [g] Tepelné zpracování Kaleno 880/250/0,5 880/300/0,5 880/380/0,5 Normalizace Nezpracováno Série Označení vzorku Počáteční Hmotnost vzorku po ujetí dráhy v metrech [g] hmotnost [g] I A1 163, , , , , , ,369 II A2 162, , , , , , ,799 III A3 164, , , , , , ,416 IV A4 163, , , , , , ,043 V A5 161, , , , , , ,721 VI A6 165, , , , , , ,931 Průměr 163, , , , , , ,547 I B1 164, , , , , , ,718 II B2 161, , , , , , ,886 III B3 163, , , , , , ,829 IV B4 161, , , , , , ,202 V B5 162, , , , , , ,628 VI B6 163, , , , , , ,227 Průměr 162, , , , , , ,415 I C1 162, , , , , , ,452 II C2 166, , , , , , ,307 III C3 163, , , , , , ,571 IV C4 162, , , , , , ,211 V C5 163, , , , , , ,898 VI C6 163, , , , , , ,144 Průměr 163, , , , , , ,931 I D1 158, , , , , , ,789 II D2 160, , , , , , ,124 III D3 162, , , , , , ,033 IV D4 163, , , , , , ,906 V D5 160, , , , , , ,079 VI D6 160, , , , , , ,096 Průměr 161, , , , , , ,838 I E1 164, , , , , , ,848 II E2 165, , , , , , ,482 III E3 165, , , , , , ,742 IV E4 164, , , , , , ,863 V E5 164, , , , , , ,469 VI E6 165, , , , , , ,839 Průměr 164, , , , , , ,541 I F1 162, , , , , , ,006 II F2 160, , , , , , ,517 III F3 163, , , , , , ,012 IV F4 162, , , , , , ,298 V F5 163, , , , , , ,283 VI F6 163, , , , , , ,462 Průměr 162, , , , , , ,763

41 41 Tab. 9 Hmotnostní úbytky vzorků z provozní zkoušky [g] Tepelné zpracování Série Označení vzorku Hmotnost vzorku po ujetí dráhy v metrech [g] Nezpracováno Normalizace 880/380/0,5 880/300/0,5 880/250/0,5 Kaleno I A1 0,000 1,153 2,177 3,664 5,085 6,338 7,859 II A2 0,000 1,406 2,653 3,977 5,428 6,663 7,921 III A3 0,000 1,353 2,618 4,042 5,298 6,760 7,961 IV A4 0,000 1,001 2,322 3,570 5,068 6,346 7,824 V A5 0,000 1,115 2,657 3,914 5,342 6,820 8,145 VI A6 0,000 1,186 2,611 4,007 5,292 6,777 8,168 Průměr 0,000 1,202 2,506 3,862 5,252 6,617 7,980 I B1 0,000 1,516 2,751 4,543 6,090 7,835 9,381 II B2 0,000 1,369 3,110 4,368 5,846 7,644 9,102 III B3 0,000 1,369 2,847 4,545 5,870 7,398 9,207 IV B4 0,000 1,472 2,993 4,692 6,487 7,944 9,565 V B5 0,000 1,471 2,796 4,602 6,222 7,721 9,145 VI B6 0,000 1,483 3,214 4,783 6,470 8,017 9,858 Průměr 0,000 1,447 2,952 4,589 6,164 7,760 9,376 I C1 0,000 2,248 4,941 8,143 11,113 13,306 15,903 II C2 0,000 2,478 5,435 7,982 10,723 13,822 16,547 III C3 0,000 3,147 5,694 8,358 11,565 13,982 16,610 IV C4 0,000 3,247 5,854 8,659 11,024 13,871 16,564 V C5 0,000 3,267 6,521 9,508 12,895 15,694 18,693 VI C6 0,000 2,951 5,869 8,419 11,106 13,623 16,448 Průměr 0,000 2,890 5,719 8,512 11,404 14,050 16,794 I D1 0,000 3,258 6,714 10,701 14,859 18,858 23,183 II D2 0,000 3,547 7,400 11,549 15,958 19,447 23,057 III D3 0,000 4,258 8,613 12,545 16,777 20,746 24,535 IV D4 0,000 3,576 7,711 11,233 14,866 18,522 22,481 V D5 0,000 4,142 8,405 11,637 15,192 18,831 22,618 VI D6 0,000 3,669 7,694 11,693 16,021 19,622 23,837 Průměr 0,000 3,742 7,756 11,560 15,612 19,338 23,285 I E1 0,000 3,589 7,554 12,101 16,362 20,376 24,997 II E2 0,000 4,214 8,372 12,371 16,299 20,879 25,584 III E3 0,000 4,157 8,744 13,362 17,485 22,003 26,017 IV E4 0,000 3,906 8,636 13,005 17,484 22,375 26,555 V E5 0,000 4,111 8,336 12,261 16,301 19,841 23,701 VI E6 0,000 3,858 8,072 12,596 16,743 20,723 25,300 Průměr 0,000 3,973 8,286 12,616 16,779 21,033 25,359 I F1 0,000 5,889 10,883 17,129 23,054 28,182 34,495 II F2 0,000 5,214 11,499 16,497 22,314 28,569 34,013 III F3 0,000 5,214 11,183 16,141 22,355 27,608 34,137 IV F4 0,000 5,612 11,866 18,326 23,467 28,586 35,167 V F5 0,000 6,628 11,871 16,871 23,103 28,959 35,181 VI F6 0,000 5,211 11,159 17,471 23,745 30,401 35,571 Průměr 0,000 5,628 11,410 17,073 23,006 28,718 34,761

42 42 10 Kaleno 8 Opotřebení [g] Délka dráhy [m] /250/0,5 8 Opotřebení [g] Délka dráhy [m] Obr. 9 Hmotnostní opotřebení zkušebních vzorků v provozních podmínkách

43 /300/0, Opotřebení [g] Délka dráhy [m] /380/0,5 Opotřebení [g] Délka dráhy [m] Obr. 9 Hmotnostní opotřebení zkušebních vzorků v provozních podmínkách

44 Normalizace Opotřebení [g] Délka dráhy [m] Nezpracováno 30 Opotřebení [g] Délka dráhy [m] Obr. 9 Hmotnostní opotřebení zkušebních vzorků v provozních podmínkách

45 45 Opotřebení [g] Kaleno 880/250/0,5 880/300/0,5 880/380/0,5 Normalizace Nezpracováno Délka dráhy [m] Obr. 10 Celkové průměrné hmotnostní opotřebení vzorků v provozních podmínkách Opotřebení [g] Kaleno 880/250/0,5 880/300/0,5 880/380/0,5 Normalizace Nezpracováno Obr. 11 Průměrné hmotnostní opotřebení vzorků po ujetí dráhy 6000 m

46 Neopotřebovaná část vzorků Opotřebovaná část vzorků Opotřebení [%] Kaleno 880/250/0,5 880/300/0,5 880/380/0,5 Normalizace Nezpracováno Obr. 12 Procentní opotřebení vzorků z původní hmotnosti po ujetí dráhy 6000 m Opotřebení Tvrdost Opotřebení [g] Tvrdost [HV] Kaleno 880/250/0,5 880/300/0,5 880/380/0,5 Normalizace Nezpracováno Obr. 13 Závislost hmotnostního opotřebení na tvrdosti [HV] po ujetí dráhy 6000 m

47 Tvrdost [HV] y = -16,358x + 743,49 R = -0, Opotřebení [g] Obr. 14 Bodový diagram hmotnostního opotřebení z provozní zkoušky po ujetí dráhy 6000 m

48 48 Tab. 10 Statistické zpracování výsledků z provozní zkoušky Délka dráhy Tepelné zpracování Střední hodnota Statistická charakteristika Směrodatná odchylka Variační koeficient Interval spolehlivosti 95% [m] [g] [g] [%] [g] Kaleno 1,20 0,14 11,76 1,04-1,36 880/250/0,5 1,45 0,05 3,30 1,39-1, /300/0,5 2,89 0,39 13,47 2,44-3,34 880/380/0,5 3,74 0,35 9,24 3,44-4,14 Normalizace 3,97 0,21 5,16 3,74-4,21 Nezpracováno 5,63 0,51 9,13 5,04-6,22 Kaleno 2,51 0,19 7,64 2,29-2,73 880/250/0,5 2,95 0,17 5,62 2,76-3,14 880/300/0,5 5,72 0,48 8,36 5,17-6,27 880/380/0,5 7,76 0,63 8,14 7,03-8,48 Normalizace 8,29 0,38 4,65 7,84-8,73 Nezpracováno 11,41 0,38 3,29 10,98-11,84 Kalení 3,86 0,19 4,84 3,65-4,08 880/250/0,5 4,59 0,12 2,70 4,45-4,73 880/300/0,5 8,51 0,48 5,70 7,95-9,07 880/380/0,5 11,56 0,55 4,73 10,93-12,19 Normalizace 12,62 0,44 3,48 12,11-13,12 Nezpracováno 17,07 0,69 4,05 16,28-17,87 Kaleno 5,25 0,14 2,64 5,09-5,41 880/250/0,5 6,16 0,26 4,22 5,86-6,46 880/300/0,5 11,40 0,72 6,28 10,58-12,23 880/380/0,5 15,61 0,70 4,51 14,80-16,42 Normalizace 16,78 0,52 3,11 16,18-17,38 Nezpracováno 23,01 0,54 2,36 22,38-23,63 Kaleno 6,62 0,21 3,19 6,37-6,86 880/250/0,5 7,76 0,20 2,56 7,53-7,99 880/300/0,5 14,05 0,76 5,41 13,18-14,92 880/380/0,5 19,34 0,73 3,75 18,50-20,17 Normalizace 21,03 0,88 4,20 20,02-22,05 Nezpracováno 28,72 0,84 2,94 27,75-29,69 Kaleno 7,98 0,11 1,39 7,85-8,11 880/250/0,5 9,38 0,28 2,96 9,06-9,70 880/300/0,5 16,79 0,89 5,27 15,78-17,81 880/380/0,5 23,29 0,72 3,07 22,46-24,11 Normalizace 25,36 0,89 3,53 24,33-26,39 Nezpracováno 34,76 0,56 1,61 34,12-35,40

49 Kaleno 7 6 Opotřebení [g] Délka dráhy [m] /250/0,5 8 Opotřebení [g] Délka dráhy [m] Obr. 15 Pásy spolehlivosti aritmetického průměru (95%) s dílčími grafy

50 /300/0, Opotřebení [g] Délka dráhy [m] /380/0,5 20 Opotřebení [g] Délka dráhy [m] Obr. 15 Pásy spolehlivosti aritmetického průměru (95%) s dílčími grafy

51 Normalizace 20 Opotřebení [g] Délka dráhy [m] Nezpracováno 30 Opotřebení [m] Délka dráhy [m] Obr. 15 Pásy spolehlivosti aritmetického průměru (95%) s dílčími grafy

52 52 Obr. 16 Mikrostruktura litiny s kuličkovým grafitem, tepelné zpracování 880/250/0,5 Obr. 17 Mikrostruktura litiny s kuličkovým grafitem, tepelné zpracování 880/300/0,5 Obr. 18 Mikrostruktura litiny s kuličkovým grafitem, tepelné zpracování 880/380/0,5

53 53 Obr. 19 Orební souprava Zetor s pluhem Fortschritt B-201 Obr. 20 Pluh Fortschritt B-201

54 54 Obr. 21 Orební těleso pluhu Fortschritt B-201 Obr. 22 Orební těleso se zkušebním vzorkem

55 55 Obr. 23 Zkušební vzorek Obr. 24 Pozemek s písčitohlinitou půdou