MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ INSTITUT CELOŽIVOTNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ ODDĚLENÍ EXPERTNÍHO INŽENÝRSTVÍ

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ INSTITUT CELOŽIVOTNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ ODDĚLENÍ EXPERTNÍHO INŽENÝRSTVÍ BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2013 MICHAELA SOBOTKOVÁ

Mendelova univerzita v Brně Institut celoživotního vzdělávání Oddělení Expertního Inženýrství Odborné posouzení opotřebení součásti z pohledu hodnocení kvality mazacího systému Bakalářská práce Vedoucí Bakalářské práce: doc. Ing. Michal Černý, CSc. Vypracoval (a): Michaela Sobotková Brno 2013

Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma,,odborné posouzení opotřebení součásti z pohledu hodnocení kvality mazacího systému vypracovala samostatně a použila jsem jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen souhlasem vedoucího bakalářské práce a ředitelky vysokoškolského ústavu ICV Mendelovy univerzity v Brně. Brno dne... Podpis studenta...

Poděkování Chtěla bych poděkovat vedoucímu bakalářské práce doc. Ing. Michalu Černému, CSc. za odborné vedení, trpělivost a čas, který věnoval při psaní této bakalářské práce. Dále bych chtěla poděkovat mé rodině za podporu během celého studia.

Abstrakt Tato bakalářská práce pojednává o opotřebení v návaznosti na mazání. V první části je uvedena problematika tribologie (tření, opotřebení, mazání). Druhá část pojednává o rozdělení maziv a jejich aplikaci v návaznosti na režimy mazání. Třetí část se zabývá modifikací topografie třecích povrchů se zaměřením na elastohydrodynamické mazání (EHD). V další části bakalářské práce je experimentální měření týkající se tloušťky mazacího filmu, viskozity a vlastností maziv. Poslední část je zaměřena na obor Technického znalectví v souvislosti s EHD mazáním a poškození strojních součástí. Klíčová slova: tribologie, tření, opotřebení, mazání. Abstract This bachelor thesis discusses wear following lubrication. The first part focuses on the issue of tribology (friction, wear, lubrication). The second part deals with the distribution of lubricants and their application in connection with the lubrication modes. The third part describes the modification of the topography of the friction surfaces with a focus on EHD lubrication. In the next part of the bachelor thesis experimental measurements are shown concerning the lubricating filmthickness, viscosity and properties of lubricants. The last part is focused on the field of Technical expertise in the context of EHD lubrication for damaged machine parts. Key words: tribology, friction, wear, lubrication.

OBSAH ÚVOD...... 10 CÍL PRÁCE... 11 1 ASPEKTY A BUDOUCNOST TRIBOLOGIE... 11 1.1 Ekonomický význam tribologie... 11 1.2 Úlohy a výhledy tribologie... 12 2 TŘENÍ... 13 2.1 Druhy tření... 14 2.1.1 Smykové tření... 14 2.1.2 Valivé tření... 14 2.2 Materiál třecích prvků... 14 2.3 Materiály používané na třecí povrchy... 15 2.3.1 Kovy... 15 2.3.2 Plasty... 17 2.3.3 Keramika... 18 3 OPOTŘEBENÍ... 19 3.1 Adhezivní opotřebení... 19 3.2 Abrazivní opotřebení... 20 3.3 Erozivní opotřebení... 21 3.4 Kavitační opotřebení... 22 3.5 Únavové opotřebení... 23 3.6 Vibrační opotřebení... 24 3.7 Korozní opotřebení... 25 3.7.1 Chemická koroze... 25 3.7.2 Vibrační koroze (tribokoroze)... 26 3.8 Plastický tok... 26 3.9 Lom... 27 7

4 MAZÁNÍ... 28 4.1 Režimy tření a mazání... 28 4.1.1 Suché tření... 28 4.1.2 Mezné tření a mazání... 29 4.1.3 Kapalinové tření a mazání... 29 4.1.4 Smíšené tření a mazání... 30 4.1.5 Elastohydrodynamické tření a mazání... 30 4.2 Vlastnosti maziv... 31 4.2.1 Obecné vlastnosti maziv... 31 4.2.2 Elektrické vlastnosti maziv... 32 4.2.3 Podmínky vymezující teplotní použití maziv... 33 4.2.4 Životnostní vlastnosti maziv... 34 5 DRUHY MAZIV... 35 5.1 Tuhá maziva... 35 5.2 Kapalná maziva... 37 5.2.1 Ropné oleje... 38 5.2.2 Syntetické oleje... 38 5.3 Plastická maziva... 39 5.4 Plynná maziva... 40 5.5 Mazací soustavy a zařízení... 40 5.5.1 Krákodobé mazací systémy... 41 5.5.2 Dlouhodobé mazací systémy... 42 6 TOPOGRAFIE POVRCHŮ A MAZÁNÍ... 44 6.1 Cílená modifikace topografie třecích povrchů... 44 6.1.1 Cílená modifikace topografie konformních povrchů... 45 6.1.2 Cílená modifikace topografie nekonformních povrchů... 46 8

7 MAZÁNÍ A TYPY POŠKOZENÍ... 47 7.1 Olejová kontaminace... 48 7.2 Nedostatečné mazání... 48 7.3 Neobvyklé provozní podmínky... 49 7.4 Poškození cizím předmětem... 49 8 EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ... 50 8.1 Charakteristika tribometru... 50 8.2 Průběh měření... 51 9 VÝZNAM PRO TECHNICKÉ ZNALECTVÍ... 54 10 ZÁVĚR... 56 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 57 SEZNAM OBRÁZKŮ... 59 SEZNAM TABULEK... 60 9

ÚVOD Tribologie je věda, která se zaobírá chováním dvou dotýkajících se povrchů při pohybu nebo při snaze těchto povrchů o konání vzájemného relativního pohybu. Může nastat pohyb kluzný, valivý, rotační, nárazový nebo kmitavý. Není podmínkou, že současně může nastat jen jeden druh pohybu. Při pohybu dvou povrchů se mohou prosazovat i dva a více druhů pohybu. Mezi dvěma tuhými povrchy (např. kovy, polymery, horninami), nebo mezi tuhým povrchem a kapalinou, ale i plynem nebo parou může docházet k vzájemnému působení. Význam vzájemného působení má v převodech (např. ozubená kola, řetězy) nebo v zastavení pohybu (např. brzdy). Předmětem zkoumání je tedy tření, opotřebení a mazání. Při tření dochází k odporu pohybu povrchů a tím k jejich opotřebení. K tření patří ztráta energie a ztráta materiálu, které souvisí s opotřebením. Mazání má za úkol snižovat tření a opotřebení materiálu, ale i například odvod tepla, dosažení těsnícího účinku, ochrana před korozí a nečistotami. S tribologií souvisí věda tribometrie, která se zabývá měřením tření a opotřebení, zkoušením maziv a kontrolou chodu strojů. Z technického hlediska můžeme pak tření a opotřebení rozdělit do tří skupin případů: a) nízké tření a opotřebení (např. v ložiskách a převodech) b) tření je podstatně vyšší než opotřebení (např. u řemenových převodů) c) tření a opotřebení je nízké pouze u jedné třecí složky, protože u druhé složky je opotřebení žádoucím jevem (např. při obrábění kovů, při tváření kovů) [1] 10

CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce je interpretovat proces mazání při vlivu opotřebení v souvislosti s elastohydrodynamickým mazáním a význam tribologie. Provést hodnocení EHD mazacího systému strojní součásti v oboru technického znalectví. 1 ASPEKTY A BUDOUCNOST TRIBOLOGIE V tribologii je důležité zajistit co nejoptimálnější podmínky pro provoz strojních součástí, aniž by docházelo k jejich poškozování vlivem tření. Protože technický pokrok jde kupředu a stroje jsou složitější, nároky na mazání jsou vysoké. Jsou vytvářena nová syntetická maziva splňující požadavky pro mazání. 1.1 Ekonomický význam tribologie Při tření dochází ke spotřebě energie a při opotřebování k poškození materiálů, což má za následek jeho znehodnocení. Zvyšují se nároky na samotnou údržbu, ale také roste výroba náhradních dílů. Zvyšování výroby má za následek růst spotřeby energie. Zvláště ekonomicky závažné můžou být následky vzniklé z výpadku výroby. K největším ztrátám z tribologického hlediska dochází při nedodržování jejich zásad a to zejména v průmyslově vyspělých zemích. Odhaduje se, že ztráty způsobené vlivem nevyhovujících tribologických zásad činí asi 30 % vyrobené energie. Ekonomický význam tribologie lze odhadnout ze vzniklých skutečností. Nejvyšší podíl, a to 80 až 90 %, na vyřazování strojů má opotřebení povrchových vrstev materiálu. Podíl na ztrátách mají ložiska (nejvíce u kompresorů, klimatizačních zařízení, parních a plynových turbín). Ztráty u ložisek jsou zapříčiněny již z výroby nebo montáže. V leteckém průmyslu má za vznik největšího procenta škod právě selhání tribotechniky. Na opravu a údržbu automobilů a traktorů je často vynaložen delší čas než při jejich samotné výrobě. Předcházet vzniku těchto škod by bylo možné vyhovujícím mazáním, které nepatří k nákladné údržbě strojů. [1] 11

1.2 Úlohy a výhledy tribologie Nejdůležitějším úkolem tribologie je zabezpečit, aby ztráty energie a materiálu při vzájemném pohybu povrchů a při účasti i neúčasti maziva byly co nejmenší. Tato skutečnost se v této době zvýrazňuje, protože dochází k nárůstu cen jak energie, tak i materiálů. V dnešní době se používají z hlediska tribologie složitější mechanismy. Klade se důraz na to, aby stroje dokázaly pracovat s větším zatížením a teplotou, při vyšších rychlostech a tlacích. V oblasti mazání je nejpoužívanější elastohydrodynamický režim. Pro využití maziv je důležitá malá viskozita olejů. Vznikají nová syntetická maziva, která obsahují přísady zlepšující jejich vlastnosti. Zvyšuje se smysl používání tuhých a plynných maziv. Tribologie se rozšiřuje i do oblasti jaderné technologie a kosmonautiky. [1] 12

2 TŘENÍ Tření je děj, který vzniká pohybem tělesa a jeho kontaktem s dalším tělesem. Tření dělíme na dva druhy, suché a tekutinové. Kontaktem suchých povrchů dvou těles dosáhneme suchého tření. Naopak u tekutinového tření se na povrchu nachází kapalné mazivo. Mezné tření je takové tření, které vzniká při vysoké zátěži nebo malé rychlosti. Současně musí být povrchy ošetřeny tenkou vrstvou maziva. Smíšené tření nastává tehdy, když na třecí povrchy není dodáváno potřebné množství kapalného maziva. Spolu s tekutinovým třením dochází ke vzniku mezného tření. Smíšené tření má tedy stejné příznaky jako tření mezné. Důvodem může být viskozita maziva. Tření se dále dělí na statické a kinematické. Statické tření je nezbytné zdolat při uvedení těles do pohybu. U kinematického tření jde o pokračování pohybu těles. Je dáno, že kinematické tření je menší než statické (vliv setrvačnosti). Pozn.: Coulombovské tření představuje smykové tření. Pro smykové tření je rozsah rychlostí konstantní. U tělesa, které začíná konat pohyb, je tření vyšší než u tělesa, které se pohybuje. Tento druh tření rozdělujeme podle rychlosti pohybu tělesa na klidové (tzv. statické) a na smykové tření za pohybu (tzv. kinematické). Obdobně lze rozdělit součinitele tření na statické μ 0 a kinematické μ. Součinitel tření představuje poměr třecí síly a kolmé tlakové síly mezi pohybujícími se tělesy. Při malých rychlostech není smykové tření závislé na rychlosti a tak se jedná o tzv. suché tření. Třecí síly ploch ovlivňují náchylnost k prokluzu. Příčinou suchého tření jsou nerovnosti a adheze povrchů. 13

2.1 Druhy tření Podle druhu relativního pohybu, tvaru třecích ploch a podoby jejich dotyků se tření dále dělí na: smykové tření valivé tření Místo, kde vzniká tření, se nazývá třecí jednotka. Při vzniku tření mohou nastat oba druhy tření (smykové a valivé). 2.1.1 Smykové tření Smykové tření, také nazýváno kluzné, je modelováno dvěma tělesy, která po sobě klouzají. Tím dochází ke vzájemnému působení, které se děje na celé kluzné ploše. Při smykovém tření vzniká třecí síla působící proti směru pohybu. 2.1.2 Valivé tření Vzniká při pohybu rotujícího tělesa, které se odvaluje po rovné nebo zakřivené ploše. Styk u valivého tření nebývá tak rozsáhlý. Jedná se pouze o styk bodový nebo přímkový. Třecí síla, která vzniká při tření, je podstatně menší než u smykového tření. Valivé tření je charakteristické,,působením molekulárních sil styčných míst povrchu. Pro valivé tření při zatížení je typický vznik deformací. Koeficient valivého tření je dán poloměrem valivého tělesa. [2] 2.2 Materiál třecích prvků Nejobvyklejším tuhým třecím materiálem jsou kovy. Velký rozvoj v této oblasti zaznamenaly i polymery (přírodní, syntetické) a nekovové anorganické materiály. Protože se při tření střetávají dva třecí materiály, dochází k vzájemnému působení mezi nimi. To má za následek změnu jejich chemických i fyzikálních vlastností. Velký podíl na těchto změnách má vliv okolního prostředí a použití maziva. Třecím materiálem jsou obvykle slitiny kovů. Jako tuhé třecí prvky se používají například polymery, dřevo, porcelán, grafit, sklo, karbidy a jiné nekovy. 14

2.3 Materiály používané na třecí povrchy 2.3.1 Kovy Kovy mají největší zastoupení používaných materiálů ve strojírenství. Jejich vlastnosti se mohou měnit legováním a tepelným zpracováním. Charakteristickými vlastnostmi kovů jsou tvrdost, pružnost, elektrická a tepelná vodivost. Dělení podle složení: oceli litiny neželezné kovy a jejich slitiny Oceli jsou slitiny železa a uhlíku, které obsahují maximálně 2,11 %, uhlíku s příměsí legujících prvků. Legující prvky jsou přidávány do materiálu během výroby a jsou jimi molybden (Mo), mangan (Mn), nikl (Ni), křemík (Si), chrom (Cr) a vanadium (V). Oceli se dělí podle chemického složení a způsobu výroby. Rozdělují se na oceli: 1) k tváření konstrukční (obvyklých jakostí, ušlechtilé - uhlíkové, slitinové, vysoce legované) nástrojové (uhlíkové, slitinové, rychlořezné) 2) na odlitky konstrukční (uhlíkové, slitinové) nástrojové Uhlíkové oceli se liší podle obsahu uhlíku. Rozeznávají se tři skupiny, kterými jsou nízkouhlíkové oceli (do 0,25 %), středněuhlíkové oceli (0,25-0,6 %) a vysokouhlíkové (0,6 % a více). Oceli slitinové se dělí na nelegované, nízkolegované a vysoce legované oceli. Podíl prvků u nelegovaných ocelí se pohybuje kolem 2 %. Jejich vlastnosti se upravují tepelným zpracováním (kalení, žíhání, popouštění), tepelně-mechanickým a tepelněchemickým zpracováním (cementace, nitridace). Nízkolegované oceli obsahují méně 15

než 5 % legujících prvků. Obsah uhlíku ovlivňuje pevnost oceli. Větší přítomnost uhlíku zaručuje vyšší pevnost resp. tvrdost. U vysoce legované oceli je přítomnost legujících prvků nad 5 %. Litiny jsou slitiny železa, uhlíku a dalších složek (Si, P, S, Mn). Přítomnost uhlíku je zde vyšší než 2,14 %. Mají malou pružnost, ale jejich odolnost proti vysokým teplotám a tlakům je velká. Eutektikum vzniká tuhnutím slitin o daném chemickém složení. Je ve formě cementitické (ledeburit), která je základem pro bílou litinu nebo grafitické, která je podstatou vzniku šedé litiny. Určujícím aspektem u litin je schopnost vyloučení grafitu z železa, který stanoví vlastnosti (křehkost, tvrdost). Rozdělení litin podle struktury vyloučeného grafitu: tvárná litina (s kuličkovým grafitem) - vyznačuje se velkou mazací schopností šedá litina (s lupínkovým grafitem) - je způsobilá k tlumení rázů a chvění bílá litina - u této litiny se grafit nevyloučí, ale dále přetrvává a vzniká zde karbid železa (tvrdá a křehká litina) temperovaná litina (s vločkovým grafitem) Neželezné kovy a jejich slitiny je skupina technických kovů, do kterých nepatří železo. Mezi tyto kovy patří hliník, měď, olovo, zinek, hořčík, nikl a titan. Jejich použití je výrobně a finančně náročnější. Zdroje pro výrobu neželezných kovů jsou nízké a proto je nutné je nahrazovat (vysokolegované oceli, nekovové materiály, litiny). Významná je čistota kovů, která je 99,5 až 99,8 % a podle potřeby se dají připravit kovy s větší čistotou. Hliník a slitiny hliníku jsou lehké neželezné kovy. Mezi jejich vlastnosti patří nízká měrná hmotnost, odolnost proti korozi, dobrá tepelná a elektrická vodivost. Vyrábí se z nich plechy, folie, dráty aj. Ze slitin hliníku se vyrábí lisované profily, které slouží pro využití ve stavebnictví a strojírenství. Slitiny hliníku se rozdělují podle principu zpevňování na legované, tvářené a vytvrzované. Vytvrzované slitiny jsou pevnější, ale jejich odolnost proti teplotě je do 120 C. 16

Měď a slitiny mědi má několikrát vyšší tepelnou a elektrickou vodivost než ocel. Je to neželezný kov, který se dobře zpracovává. Slitiny se rozdělují na mosazi a bronzy. Mosazi jsou slitiny mědi se zinkem. Olovo je kov s vysokou měrnou hmotností, odolností vůči vlivu kyselin a malou pevností. Zinek je schopný odolat atmosférické korozi. Používá se k pozinkování plechů a k výrobě mosazi. Hořčík je charakteristický malou měrnou hmotností. Houževnatost hořčíku se dosahuje povrchovými úpravami. Nikl a slitiny niklu jsou odolné proti korozi a mají dobré mechanické vlastnosti, které převládají i za vysokých teplot. Nejvíce se používají k výrobě odolných slitin a k povrchovým úpravám. Používají se slitiny se železem nebo chromem. S železem má nikl magnetické a elektrické vlastnosti a slitiny s chrómem jsou žárupevné. Titan patří mezi nové konstrukční materiály, které jsou odolné proti korozi a mají malou měrnou hmotnost. Opracovávat lze tento kov za tepla i za studena. Za tepla ve vakuu je hořlavý a intenzivně se slučuje s O 2. 2.3.2 Plasty Jsou plastické hmoty, které tvoří polymer a přísady zlepšující vlastnosti plastů (barviva, změkčovadla, stabilizátory a plniva). Dělí se na: Termoplasty jsou plasty, které jsou při vyšší teplotě plastické až tekuté a ochlazením se dostávají do původního pevného stavu. Tato teplotní změna se může opakovat. Reaktoplasty se za působení tepla, záření nebo katalyzátoru vytvrzují a získávají lepší vlastnosti. Vytváří se sítě v materiálu zaručující, že se plast nebude tavit a rozpouštět. Jsou velmi tvrdé a odolné proti okolním podmínkám. 17

Elastomery jsou polymery, které se dělí na kaučuky a silikony. V širokém rozsahu teplot mají velkou pružnost. Při působení vnějších sil vznikají deformace, které odezní, když síly přestanou působit. 2.3.3 Keramika Keramika je anorganická látka nekovového charakteru vyrobená za vysokých teplot. Tvoří ji střep, který vzniká vypálením výrobků. Skládá se z krystalů, skelné fáze a pórů. Pro keramiku je charakteristická nízká tepelná a elektrická vodivost, vysoká pevnost, křehkost a značně nízká pružnost. Keramický střep ve strojírenství, udává rozdělení na jemnou a hrubou keramiku. [3] Tab. 1 Koeficienty smykového tření pro kombinace materiálů [4] Statický součinitel Dynamický součinitel Materiál 1 Materiál 2 Suché mazání Hydraulické mazání Suché mazání Hydraulické mazání měkká ocel měkká ocel 0,74 0,57 0,09 měkká ocel litina 0,183 0,23 0,133 měkká ocel hliník 0,61 0,47 měkká ocel mosaz 0,51 0,44 tvrdá ocel tvrdá ocel 0,78 0,11-0,23 0,42 0,03-0,19 teflon teflon 0,04 0,04 ocel teflon 0,04 0,04 litina litina 1,10 0,15 0,07 litina bronz 0,22 0,077 hliník hliník 1,05 1,4 18

3 OPOTŘEBENÍ Opotřebení je definováno jako poškození strojní součásti a projevuje se úbytkem povrchu materiálu při: 1) pohybu dvou materiálů 2) styku materiálu s okolním prostředním (koroze) Kromě úbytku materiálu nastává také změna vlastností opotřebované součásti. Opotřebením se zabývá mj. tribologie. Druhy opotřebení: adhezivní abrazivní erozivní kavitační únavové vibrační korozní plastický tok lom 3.1 Adhezivní opotřebení Adhezivní opotřebení se vyznačuje rozdělováním a přenesením částic daného kovu, který se nachází mezi dvěma stykovými plochami. Při relativním pohybu funkčních povrchů vznikají poruchy materiálu. Adhezivní opotřebení má za důsledek vytvoření mikrospojů. To se děje při styku povrchů, na které navzájem působí velké síly a vznikají plastické deformace. Plastické deformace doprovází vznik už zmíněných mikrospojů. Mikrospoje (obr. 1) vznikají pomocí lokálního ohřevu materiálů (vysoký tlak na malou plochu). Ohřev zapříčiní chemickou reakci kovu s okolním prostředím. Při reakci s okolním prostředím může zintenzivnit rychlost výskytu opotřebení. [5] 19

Formu opotřebení nazýváme i oděrem. K omezení vzniku nebo snížení adhezivního opotřebení je nutné vytvořit dostačující vrstvu maziva. Tato vrstva má být dostatečně silná a houževnatá, aby byl dosažen maximální výsledek. Mimo vytvoření vrstvy mazacího filmu je také důležité, jaké dva materiály jsou ve vzájemném styku s třecími plochami a jaká je jejich povrchová úprava. Při valivém pohybu nepravidelných strojních součástí se důsledek adhezivního opotřebení zvyšuje spolu se smykovým třením. Pro vymezení tohoto opotřebení u nepravidelných materiálů je důležitý výběr profilu zakřivení součásti a proces styku zakřivených těles. Dodržením těchto zásad může dojít ke snížení vlivu adhezivního opotřebení. Obr. 1 Adhezivní opotřebení [6] a) fragmentace povrchu; b) lokální svary 3.2 Abrazivní opotřebení Při vzniku abrazivního opotřebení dochází k oddělování částic z povrchů. Příčinou je vztah tvrdostí mezi povrchy. Na jedno těleso působí tvrdý a drsný povrch dalšího materiálu. Abrazivní částice způsobují abrazivní opotřebení, pro které je typický vznik rýh na povrchu tělesa. Výskyt rýh je nepřímo úměrný velikosti abrazivní částice (obr. 2). Míra opotřebení je závislá na,,poměru tvrdostí funkční plochy a abrazivní částice. Podmínkou bývá, že povrch funkční plochy je měkčí v závislosti na tvrdosti abraziva a naopak. [5] 20

Abrazivní opotřebení může vzniknout při veškerých režimech tření. Při abrazivním opotřebení dochází ke vzniku oděru. Oděr při abrazivním opotřebení nemusí být zjevný hned při jeho vzniku. Na vznik abrazivního oděru může mít vliv mechanický adhezivní oděr (písek) nebo chemický (karbon), který vzniká při tepelném rozložení maziva. Vznik abrazivního oděru má spojitost s adhezivním oděrem. Abrazivní opotřebení má nejvyšší podíl na vzniku škod, které vznikají opotřebením. K počátku abrazivního opotřebení stačí, aby došlo k dotyku dvou součástí například při přepravě. Mazivo neuchrání povrchy těles před vznikem abrazivního opotřebení. Do maziva se dostávají nečistoty (prachové částice a částice opotřebení) a musí dojít k výměně maziva. Obr. 2 Abrazivní opotřebení [6] a) opotřebení povrchu; b) model abraze 3.3 Erozivní opotřebení Erozivní opotřebení se vyskytuje v kapalinovém režimu tření (obr. 3). Ke vzniku erozivního opotřebení dochází za překážkami na povrchu materiálu, kde dochází k víření proudící kapaliny. To má za důsledek vznik nestejnoměrných zvlnění a nakrabatění povrchů materiálu, popřípadě se mohou vytvářet povrchové důlky. Vyskytuje-li se v mazivu více nečistot, bývá opotřebení více rozsáhlé. Erozivní opotřebení se vyznačuje zvětšujícími se nerovnostmi povrchů. Na nejnižším místě dochází ke ztrátě materiálu. Kapaliny s nízkou viskozitou mají větší podíl na rozrušování materiálů. 21

Obr. 3 Erozivní opotřebení koule uzávěru [7] 3.4 Kavitační opotřebení Kavitační opotřebení má velký dopad na rozrušení materiálu těmito ději: velkým mechanickým namáháním impulzními rázy elektrochemickými reakcemi tepelně-chemickými reakcemi Ke kavitačnímu opotřebení dochází postupně. První fáze se projevuje tmavým zabarvením a matným povrchem materiálu. Po té se začíná tvořit značný počet nepatrných pórů, na jejichž rozmístění a hloubku má vliv složení materiálu (obr. 4). Nakonec vznikají nepatrné trhliny. Tyto trhliny se prohlubují dále do materiálu a uvnitř se spojují. Na vznik kavitačního opotřebení má vliv i výběr maziva. [1] Průběh kavitačního opotřebení je spojen s kavitací, při které se za sníženého tlaku tvoří dutiny v kapalině a v místě o vysokém tlaku dochází k destrukci. Důsledkem kavitace jsou otřesy, hluk, rázy, ztráty účinnosti a kavitační opotřebení. [8] Obr. 4 Kavitační opotřebení lopatkového kola [7] 22

3.5 Únavové opotřebení Únavové opotřebení vzniká na povrchu třecích materiálů. V oblasti mikrotrhlin se projevuje vydrolováním materiálu. Původem vzniku povrchových trhlin může být vada materiálu nebo nedodržení technologického postupu při zpracování. Vydrolováním materiálu se tvoří důlky tzv.,,pitting. Pitting je opotřebení kluzných ploch, které se vytváří u třecích ploch při valivém a kluzném kontaktu součástí. Důsledkem pittingu je opakované kontaktní napětí povrchu materiálu. Částice materiálu jsou odstraňovány z kluzné plochy a vznikají roztroušené důlky. Nejčastěji je tímto druhem opotřebení zasáhnuta oblast elastohydrodynamického mazání (EHD). S další zátěží se pitting prohlubuje a nastává tzv. spalling (vydrolování). Dochází k rozšiřování důlků a jejich spojování a tím vznikají dutiny a trhliny v materiálu. Na vzniku trhlin se účastní následující faktory: zvětšení namáhání zapříčiňuje vznik podpovrchových trhlin vlastnosti povrchu přítomnost nežádoucích nečistot poškození materiálu nespojitost v dotykové geometrii využití elastohydrodynamického režimu tření a mazání druh rozložení zatížení 23

3.6 Vibrační opotřebení Vibrační opotřebení se vytváří na funkčních plochách, kde se stýkají dva povrchy, které konají při působení zatížení tangenciální pohyb, který má malou amplitudu. Vznikající opotřebení setrvává a hromadí se mezi styčnými plochami. Vibrační opotřebení má různá zabarvení a někdy může být zaměňováno za korozi vzniklou vlivem okolního prostředí. Například na litinových a ocelových součástech se objevuje hnědé, černohnědé a červenohnědé zabarvení. [8] Obr. 5 Vibrační opotřebení ložiska [7] Vibrační koroze (obr. 5) se vytváří na styčných plochách materiálů konajících vzájemný pohyb. Jedná se o opotřebení, jejichž důsledkem jsou oxidy, které způsobují mnohem výraznější opotřebení než při tření za působení okolního prostředí. Na obr. 6 je vidět vznik vibrační koroze, která je doprovázena vysokým měrným zatížením s přítomností vrstvy oxidů. [9] Obr. 6 Schéma vzniku vibrační koroze [9] 24

3.7 Korozní opotřebení Chemická a vibrační koroze mají vliv i na vznik korozního opotřebení materiálů v provozu. Jedná se ale o dva rozdílné druhy koroze, které vznikají v různém prostředí za odlišných podmínek. 3.7.1 Chemická koroze Vznik chemické koroze je spojen s reakcí povrchu materiálů a prostředí (kyselin, vody, zásad aj.). Rychlost chemické koroze roste společně s teplotou. Koroze má za následek trvalé poškození povrchu materiálu strojní součásti. Po výskytu koroze je důležité povrch ošetřit, ale i tak nezabráníme dalšímu rozvoji koroze. Koroze se i přes ošetření opakuje a to s větší intenzitou. Po heterogenní reakci aktivních složek maziva s kovovými povrchy vznikají oxidační zplodiny, soli (sulfidy, chloridy, fosfidy a fosfáty), které sice vytvářejí mezné mazací filmy, ale nemají-li dostatečnou únosnost a trvanlivost, snadno a rychle se z povrchu odstraňují a vystavují povrch dalším reakcím, spojeným s postupným opotřebením. [9] Mazivo má za úkol předejít vniknutí vlhkého vzduchu, kapalin a plynů. Musí mít takové vlastnosti a složení, aby bylo schopno zvýšit odolnosti proti korozi. Je velmi důležité, aby mazivo neobsahovalo žádné korozní sloučeniny. Musí se vždy zvážit výběr maziva vůči danému druhu povrchu materiálu. Zabránění reakcí korozivních plynů s povrchy záleží mj. na tloušťce mazacího filmu a tudíž na viskozitě maziva (u kapalných maziv). 25

3.7.2 Vibrační koroze (tribokoroze) Příčinou vzniku vibrační koroze (tribokoroze) jsou vibrace materiálů (obr. 7). Koroze způsobuje vytvoření oxidu železitého Fe 2 O 3, který je hnědé barvy a magnetitu Fe 3 O 4, který má černou barvu. Rozsah vibrační koroze závisí na zatížení, povrchu materiálu, vlhkosti a teplotě okolního prostředí. Obr. 7 Tribokoroze [6] 3.8 Plastický tok Jsou-li materiály třecích ploch namáhány až nad mez zatížení dochází ke vzniku plastického toku. Projevem plastického toku je stálá plastická deformace. Poškození tímto druhem opotřebení se projevuje v materiálu a konstrukci. Snížení nebo předcházení vzniku plastického toku povrchu, můžeme docílit použitím olejů s vyšší viskozitou. Mezi plastické deformace patří tzv. zvlnění povrchu a zbrázdění povrchu. Zvlnění povrchu není jednoznačně považováno za opotřebení. Tohle opotřebení zajišťuje lepší přilnavost maziva k povrchu. Nevýhodou je vznik většího opotřebení, zbrázdění povrchu. Patří mezi jednu ze zvláštních forem plastického toku. K jeho vzniku přispívá působení vyššího bodového zatížení. [1] 26

3.9 Lom Ke vzniku lomu dochází zpravidla při překročení meze pevnosti. Projevuje se buď vznikem trhliny na povrchu materiálu, nebo dokonce odlomením napadené části. Při vysokých rychlostech mazivo narušuje povrch součásti a tlačí mazivo před sebe a pod tlakem se hromadí vrstva maziva, která způsobí narušení materiálu v podobě mikrotrhlin. Mikrotrhliny se zvětšují přítomností oxidů a jsou podnětem ke vzniku lomu. Mezi nejčastější druhy lomu patří tzv. únavový lom (obr. 8). Únavový lom se projevuje opakovaným napětím v ohybu, který je nad mezí nosnosti materiálu a přetížením nad mez únavové pevnosti. Napětí může vycházet z porušené konstrukce nebo z vady povrchu materiálu. Obr. 8 Únavový lom klikového hřídele [7] 27

4 MAZÁNÍ Cílem mazání je snížit opotřebení a tření mezi dvěma tělesy. Hlavním úkolem je zamezení přímého styku povrchů. Vytváří se tenký film maziva a tím se zabrání tření a případnému vzniku opotřebení. Základními vlastnostmi maziv je viskozita a schopnost vytvoření mazivového filmu při konstantní konzistenci. Viskozita udává schopnost tzv. tečení maziva. 4.1 Režimy tření a mazání Podle plochy, která je mezi třecími povrchy, dělíme tření, jak již bylo uvedeno v kapitole 2, na suché a tekutinové. Suché tření je charakteristické tím, že se třecí povrchy přímo dotýkají. Naopak u kapalinového tření se mezi povrchy nachází kapalina nebo plyn. Mezi smíšeným a kapalinovým třením je oblast elastohydrodynamického režimu. Oblast je charakteristická pro zatížené nerovné povrchy. 4.1.1 Suché tření Suché tření vzniká tedy tak, že při pohybu dvou těles se jejich třecí povrchy přímo dotýkají. Suché tření můžeme určit ze dvou hledisek, deformační a adhezivní. Důležité je, že v každém z nich se používá jiný obor studia. U deformačního hlediska se využívá spíše mechanika a u adhezivního zase chemie. Největší význam mají vlastnosti povrchů, kterými jsou například velikost povrchu, složení materiálu, tepelné a mechanické vlastnosti aj. 28

4.1.2 Mezné tření a mazání K meznému tření nebo meznému mazání dochází, pokud se mezi třecími povrchy nachází tenká vrstva mazacího filmu a to ve formě plynu, kapaliny nebo látky vzniklé z chemického procesu dvou povrchů. Jedná se o druh mazání probíhající mezi dvěma povrchy, které jsou v relativním pohybu. Tento druh mazání je stanoven na základě vlastností povrchů a maziva, u kterého se nebere na vědomí jeho viskozita. Princip mezného mazání spočívá v tom, že mezi povrchy dvou materiálů není přiváděno potřebné množství maziva. Třecí plochy se k sobě postupně přibližují, až mezi nimi není téměř žádná vrstva maziva. Čím více se povrchy k sobě přibližují, tím se přibližují i jejich nerovnosti, které se nachází na povrchu materiálu. Tyto nedokonalosti vznikají už opracováním povrchu strojní součásti při výrobě. K zamezení styku povrchů slouží mezný film. K meznému mazání dochází při nízkých rychlostech a při vysoké zátěži. Mezný film zmenšuje tření, ale nedokáže zamezit vzniku studených svarů a přímému kontaktu drsných povrchů. 4.1.3 Kapalinové tření a mazání Kapalinové tření nebo mazání je nejúčinnějším způsobem oddělování třecích vrstev povrchů. Při kapalinovém mazání se vytváří stejnoměrná vrstva maziva, která zabrání styku povrchů a srovnává drsnost povrchů. Rozsah vnitřního tření v mazivu určuje třecí sílu kapalinového tření. Aby byla mazací vrstva schopna vytvořit protitlak vůči zatížení, lze využít hydrodynamického a hydrostatického mazání. Hydrodynamické mazání zabraňuje vzájemnému dotyku třecích ploch díky poměrně silné vrstvě mazacího filmu. Není potřebné, aby bylo mazivo dodáváno pod tlakem. Velmi důležité je zajistit nepřetržitou dodávku maziva. Aby vznikl hydrodynamický tlak, musí být kapalinné mazivo unášeno do úzkého místa. Ke vzniku klínové vrstvy maziva dochází při sklonu tělesa vůči druhému, jestliže se pohybují daným směrem. Aby byl vytvořen protitlak, je nutné, aby byla rychlost třecích povrchů dostatečně velká. Hydrostatického mazání je možno vytvořit pokud má např. olej stálý tlak. Tlak vzniká mimo třecí plochy. Pro hydrostatické mazání je potřeba mít vyšší tlak maziva než zatížení, k čemuž dopomůže hydrogenerátor. 29

4.1.4 Smíšené tření a mazání Smíšené tření a mazání je spojení dvou tření, kapalinového a mezného. Znamená to, že vrstva maziva mezi třecími plochami není dostatečná a dochází k přímému styku nerovností povrchů. Pokud vrstva maziva mezi třecími plochami je menší, než je dovoleno a je zajištěno hydrodynamické mazání a zároveň je vrstva mazacího filmu větší, než u mezného mazání dochází ke smíšenému tření. [1] 4.1.5 Elastohydrodynamické tření a mazání Elastohydrodynamické tření a mazání se používá v případech, kdy povrchy těles jsou nekonformně zakřiveny. Tento režim kapalinového mazání má tloušťku mazacího filmu srovnatelnou jako je elastická deformace povrchů. Využívá se při hydrodynamickém mazání. Při odvalování tělesa je zatížení rozloženo na velké ploše a tlak je nižší, takže dochází ke vzniku mikrodeformací. Valivé povrchy jsou při deformaci stlačeny a viskozita stoupá, takže nedochází ke styku povrchů. Povrchy a viskozita valivých těles se ihned po odvalení vrací do původního stavu. EHD mazání patří mezi režimy mazání, kdy při odvalování těles je mezi třecí plochy nasáto mazivo. Tento režim mazání se používá zejména u valivých ložisek nebo ozubených kol, která mají společný záběr. [4] 30

4.2 Vlastnosti maziv Při aplikaci maziv je důležité rozeznávat jejich vlastnosti. Určují odolnost a chování maziv v daném prostředí a za určitých podmínek. Maziva musí odolávat nejčastěji teplotě, O 2, tlaku, vlhkosti, chemikáliím, kyselinám apod. Pro aplikaci maziv je důležitá viskozita, nízká odpařovací schopnost a odolnost proti hořlavosti. Odolnost maziv je různorodá, závisí na skupenství, chemickém složení a množství obsažených přísad. 4.2.1 Obecné vlastnosti maziv 4.2.1.1 Hustota (měrná hmotnost) Pojem hustota udává hmotnost zkoumaného objemu materiálu při určité teplotě. Důležitá je pro kapalná maziva, kde slouží pro klasifikaci složení. U kapalných maziv se hustota mění v závislosti na teplotě a tlaku. S rostoucím tlakem se hustota zvyšuje a s rostoucí teplotou se naopak snižuje. 4.2.1.2 Viskozita Viskozita je nejdůležitější vlastností kapalných maziv. Projevuje se odporem pohybujících se částic maziva. Dělí se na dynamickou (absolutní) a kinematickou viskozitu. Dynamická viskozita představuje látkovou charakteristiku dané kapaliny. Méně často používaná je kinematická viskozita, která je poměrem mezi dynamickou viskozitou a hustotou za dané teploty. Se vzrůstající teplotou se viskozita minerálních a syntetických olejů zvyšuje. Vlivem tlaku viskozita kapalných a plastických maziv roste. Změna viskozity maziva záleží na chemickém složení. Viskozita je určující pro kvalitu maziva a samotného mazání. Mazivo s nízkou viskozitou má tendenci zeslabovat vrstvu mazacího filmu vytlačováním maziva. Problémem je zánik mazacího filmu což může vést k poškození mazacích ploch. Odpor při pohybu třecích ploch je v důsledku ztráty maziva, která je způsobena vysokou viskozitou. Spolu se stářím maziva a teplotou se mění i jeho viskozita. Viskozita olejů je dána rozmezím hodnot, které jsou označovány jako tzv. viskozitní třídy. Každá viskozitní třída má své značení a určuje vlastnosti maziva, které jsou normovány. Výběr maziva závisí na teplotě, rychlosti a zatížení. Mazivo musí 31

být více viskózní, bude-li používáno v prostředí s vysokými provozními teplotami a větším zatížením. Viskozitní index udává závislost viskozity maziva na teplotě. Čím je viskozitní index větší, tím je lepší závislost viskozity a teploty. [10] 4.2.1.3 Stlačitelnost kapalných maziv Stlačitelnost je důležitá při použití hydraulických systémů pro mazání. Určuje, jak se kapalné mazivo chová při přenosu sil. K dosažení velké účinnosti je potřeba kapalina s nejmenší stlačitelností. Vlastnosti maziv může ovlivnit stlačitelnost. Těžko stlačitelná maziva se špatně odstraňují z povrchu součásti a tím lépe předcházejí styku dvou kovů i tření. [1] 4.2.2 Elektrické vlastnosti maziv 4.2.2.1 Elektrická vodivost Uhlovodíkové oleje, které jsou suché, čisté a neaktivované, jsou špatnými vodiči elektřiny. S obsahem látek schopných se rozdělovat na elektrolytické ionty nebo vlivem záření, se vodivost zvyšuje. Ionty se za účinku elektrického pole přemisťují a elektrickému proudu je tak umožněn průchod olejem. Vodivost se s rostoucí teplotou zvyšuje, protože ionty se v oleji pohybují díky menší viskozitě oleje. Spolu s časem elektrická vodivost klesá vlivem vybitých nahromaděných iontů. [1] 32

4.2.3 Podmínky vymezující teplotní použití maziv 4.2.3.1 Bod zákalu a bod tuhnutí Kapalné mazivo při ochlazování nedosahuje okamžité přeměny z kapalné fáze na tuhou. Tento děj se děje postupně ve dvou fázích. Bod zákalu představuje proces, kdy dochází při dané teplotě z ropných olejů k vylučování krystalů uhlovodíků, které značí tuhou fázi. Vytváří se krystalová mřížka, která se při ochlazování olejů zpevňuje. Zamezuje pohybu kapalných částic a nastává bod tuhnutí. [10] Bod tuhnutí značí nejvyšší teplotu, při které oleje ztrácí tekutost. Určuje chování ropných olejů při nízkých teplotách. 4.2.3.2 Bod varu a odpařování U kapalných maziv je bod varu vysoký. Z hlediska viskozity olejů mají vyšší body varu ty látky, které mají vyšší viskozitní indexy. Bod varu závisí na tlaku. Odpařování nastává při vysokých teplotách, i když u kapalných maziv často nedochází k samotnému odpařování. Odpařování je důležitý činitel, který musíme sledovat. Může dojít k poruše mazání nedostatečnou vrstvou maziva nebo snížením potřebných vlastností maziva. 4.2.3.3 Bod skápnutí Bod skápnutí je tepelný stav zahřívaného plastického maziva za určitých podmínek, kdy se objeví první kapka a dochází ke zkapalnění. Při zkapalnění se plastické mazivo přeměňuje jako celek nebo mazivo vylučuje jen část, tedy oleje. 33

4.2.3.4 Mez pevnosti Mez pevnosti plastických maziv závisí na teplotě a smykovém spádu (určuje rychlost deformace). Tyto veličiny vedou ke změně meze pevnosti. Ke zmenšení meze pevnosti dochází zvyšující se teplotou maziv. U smykového spádu je tomu obdobně, tedy s rostoucím smykovým spádem mez pevnosti klesá. Při daném smykovém spádu zaujímá význam mez tekutosti. [1] 4.2.4 Životnostní vlastnosti maziv 4.2.4.1 Odolnost proti oxidaci Jedná se o stárnutí maziv, které vzniká reakcí se vzdušným kyslíkem. Míra a rychlost vzniku oxidace je zapříčiněna chemickým složením maziv a výskytem látek, které mají urychlující nebo zpomalující vlastnosti ke vzniku oxidace. Hlavním činitelem urychlujícím vznik oxidace je teplota. Při použití maziv v podmínkách, kde jsou vyšší teploty, jde o termooxidační reakci, kdy se maziva nemění. [1] 34

5 DRUHY MAZIV Maziva dělíme podle skupenství, ve kterém se nachází na tuhá, kapalná, plynná a plastická. Jejich použití je dáno povrchem ošetřované strojní součásti a podmínek, ve kterých se nachází. Nejpoužívanější jsou kapalná maziva. 5.1 Tuhá maziva Tato maziva mají vlastnosti tuhých látek. Používají se v případech, kde je mazivo vystavováno extrémním podmínkám a kapalné nebo plastické mazivo již neplní svoji funkci. Pevnými mazivy se ošetřují součásti, které jsou vystaveny vysokým tlakům, teplotám apod. V místě mazání, kde dochází ke kapalnému tření, naopak nastává tření suché. Nároky na mazací film jsou následující: malá pevnost ve smyku, měkkost, velká přilnavost k povrchu, odolnost proti tlaku, schopnost obnovy jednotnosti povrchu (při poškození) a nezahrnovat v sobě nečistoty. Vlastnosti tuhých maziv: tepelná stálost (v místě, kde nemůže být použito kapalné mazivo - 300 až 1100 C) odolnost proti chemikáliím odolnost proti korozi malý objem částic (čím jsou částice menší, tím je větší kvalita mazacího filmu) dostatečná tepelná vodivost (většina tuhých maziv nedokáže dobře odvádět třecí teplo) značnou elektrickou vodivost bezbarevnost [1] 35

Dále tuhá maziva můžeme klasifikovat jako: 1) Anorganická a) s laminární (vrstvenou) strukturou sulfidy grafit fluorid uhlíku halogenidy b) s jinou strukturou (např. řetězovou) 2) Organická polymerové polyaromatické tuky, vosky 3) Měkké kovy a slitiny olovo cín indium kadmium 4) Kluzné laky 36

5.2 Kapalná maziva Tekutá maziva jsou nejrozšířenějším a nejpoužívanějším druhem maziv. Tyto maziva se využívají v několika režimech mazání, a to v hydrodynamickém, hydrostatickém, elastohydrodynamickém a smíšeném mazání. Nejčastějšími mazivy, v oblasti kapalných maziv jsou ropné a syntetické oleje. Ty jsou obohaceny o aditiva. Aditiva jsou chemické přísady zlepšující vlastnosti olejů. Druhy aditiv a jejich význam v tribotechnice: 1) s povrchovým účinkem: detergenty - na povrchu strojní součásti zabraňují usazování nečistot a vzniklé nečistoty rozpouštějí. Díky této látce má mazivo lepší přilnavost k ploše. disperzanty - zamezují tvorbu usazenin vytvářených za nízkých provozních teplot maziv. ochrana proti vysokému tlaku a opotřebení - aditiva brání styku dvou kovů chemickou reakcí probíhající na jejich povrchu. předcházení tvorby koroze - aditiva vytváří na povrchu ochranný film, který brání oxidaci kovů (korozi). úprava tření - těmito aditivy je upravováno tření na potřebnou hodnotu, která je vyžadována (např. v automobilových převodovkách). 2) aditiva zlepšující vlastnosti: zlepšení viskozity - aditiva slouží k ustálení viskozity maziv. Snižuje se závislost viskozity na teplotě (viskozitní index). Mazivo má vyšší teplotní rozsah, ve kterém koná svoji funkci. snížení bodu tuhnutí - u ropných olejů dochází za nízkých teplot k vylučování parafinů a tím ke zvyšování hustoty, která zapříčiňuje horší kvalitu mazání a ztráta energie vynaložená na odpor maziva je vyšší. Aditiva pro snížení bodu tuhnutí zabraňují shromažďování parafinů a snižuje se hustota maziv, takže mazání je kvalitnější. ochrana elastomerů - aditiva mají za úkol zpomalovat stárnutí umělohmotných a gumových částí, která jsou ošetřena mazivem; zajišťují, aby plastové části zůstaly pružné. 37

3) ochranná aditiva: zpomalování stárnutí maziv - při činnosti se stroj zahřívá, takže je potřeba vybírat oleje s aditivy, která brání chemické degradaci. Dochází k tmavnutí a růstu viskozity maziva. deaktivátory kovů - aditiva zamezující průběh chemických reakcí částic, které jsou obsaženy v mazivu a tedy zabránění reakci částic kovu a maziva. snížení pěnivosti - aditiva snižují vniknutí vzduchu do oleje a tvorbu olejové pěny, která může vyvolat ztrátu funkčnosti maziva. [11] 5.2.1 Ropné oleje Ropné oleje jsou základní skupinou kapalných maziv. Vznikají z ropy destilací, rafinací, ale také odpařováním. Skládají se ze směsi uhlovodíků. Počet uhlovodíků určuje vlastnosti ropného oleje. Dnes jsou často nahrazovány syntetickými oleji. Podle obsažených uhlovodíků se ropné oleje dělí na: rovnořetězové alkány rozvětvené alkány alkycykloalkány alkylaromáty 5.2.2 Syntetické oleje Syntetické oleje jsou maziva, která mají chemické složení a mají účelově vymezené použití. Jsou vyráběny uměle, tzv. syntézou (chemická reakce k získání potřebného produktu) z látek jiných než je ropa. Používají se v případech, kdy minerální oleje nejsou vhodné, obzvlášť k mazání při nízkých či vysokých teplotách. Syntetické oleje se přidávají i jako zušlechťující přísady do ropných olejů. Zušlechťující přísady zlepšují vlastnosti základových olejů a jsou přidávány podle prostředí, ve kterém jsou používány. 38

Rozdělují se na: polyalkény alkylaromáty halogenová maziva polyalkylénglykoly polyfenylétery estery karboxylových kyselin estery kyseliny fosforečné estery křemičitých kyselin polysiloxány (silikonové oleje) 5.3 Plastická maziva Plastická maziva mají užití tehdy, když podmínky nedovolují používat tekuté oleje. Skládají se ze základového oleje, přísad pro zlepšení vlastností a navíc obsahují zpevňovadla (zahušťovadla - kovová mýdla na bázi Li, Ca a Na). Jejich mřížková struktura obsahuje olej uvolňující se během mazání mezi dva povrchy. Plastická maziva rozdělujeme na víceúčelová, polotuhá, bentonitová a maziva s velkou teplotní odolností. [12] Mazání má výhody ve schopnosti utěsnit součásti proti nečistotám a vlhkosti. Při rostoucí teplotě dochází k znehodnocení plastických maziv. Použití plastických maziv je dáno jejich odolností vůči vysokým teplotám. Podle hlavních funkčních vlastností a kovového mýdla je dělíme na mazací tuky vápenaté, sodné a lithné. Bod skápnutí vápenatých tuků je 75 až 95 C. Po překročení těchto teplot dochází k rozložení. Jejich předností je odolnost vůči vodě. Vápenaté tuky nejsou určeny pro dlouhodobé používání. Tuky sodné mají bod skápnutí ve vyšší oblasti 170 až 200 C. Překročením těchto teplot se roztaví, ale po zchladnutí se opět dostanou do původního stavu. Mají dlouhodobé využití. Změna konzistence u lithných tuků není značná a bod skápnutí se pohybuje kolem 170 C. 39

5.4 Plynná maziva Plyny se používají u vysokorychlostních ložisek, které se vyznačují vysokými obvodovými rychlostmi (10 000 ot.min -1 a více) a vyššími teplotami (nad 300 C). Při velmi vysokých teplotách se kapalná maziva odpařují nebo rozkládají, proto se musí nahradit plynnými mazivy. Vyznačují se malou viskozitou, která je zároveň jejich prioritou. Viskozita se s rostoucí teplotou plynných maziv mírně zvyšuje. Je nezbytné, aby montáž a těsnost použitých mechanismů byla precizně provedena. Třecí povrchy musí být hladké. Nejčastěji se používá vzduch, oxid uhličitý (CO 2 ), helium, dusík, vodík (H 2 ), metan a vodní pára. Vzduch i oxid uhličitý se používá při mazání povrchů vystavených teplotě do 650 C. Vyšší odolnost má helium a dusík, který lze využít na mazání při teplotě více jak 1000 C. Použití vodíku má své výhody i nevýhody. Vodík se vyznačuje vyšším chladivým účinkem. Nevýhodou je, že vodík je hořlavý plyn. Vodní pára se používá pro ochranu parních turbín. Pro zlepšení vlastností plynných maziv se za určitých podmínek dodávají reaktivní látky. 5.5 Mazací soustavy a zařízení Mazací soustavou se rozumí souhrn zařízení, které slouží k aplikaci a dopravě maziv do mazacího prostoru. Při výběru závisí na druhu a podmínkách použití maziva. Podle použití se dělí na: krátkodobé mazací soustavy dlouhodobé mazací soustavy Mazací soustava podle tlaku: tlakové beztlakové 40

5.5.1 Krákodobé mazací systémy Při krátkodobém mazacím systému se mazivo po použití v místě, kde je potřebné, nevrátí zpět a nedojde k opětovnému použití. Po uskutečnění mazání, v daném místě, mazivo okapává. Mezi krátkodobé mazací systémy patří: olejnička ruční mazací lis pneumatické a elektrické ruční mazací lisy elektrický mazací přístroj maznice Obr. 9 Stříkací olejnička [13] Obr. 10 Ruční mazací lis pákový [14] Obr. 11 Pneumatický ruční mazací lis [15] 41

Obr. 12 Pojízdný mazací přístroj [16] Obr. 13 Automatická mazanice pružinová [16] 5.5.2 Dlouhodobé mazací systémy Mazivo je používáno dlouhodobě do té doby, kdy se neprojevuje jeho stáří na samotném mazání. U tohoto mazání jsou systémy brodícího, rozstřikovacího, oběhového, ústředního mazání a centrálního mazacího systému. Centrální mazací systém představuje: jednopotrubní systém dvoupotrubní systém vícepotrubní systém progresivní systém 42

Obr. 14 Jednopotrubní mazací systém [17] Obr. 15 Dvoupotrubní mazací systém [17] Obr. 16 Vícepotrubní mazací systém [17] Obr. 17 Progresivní mazací systém [17] 43

6 TOPOGRAFIE POVRCHŮ A MAZÁNÍ Vlivem textury a struktury povrchů, objemem maziva a tloušťkou mazacího filmu se zabývá výzkum topografie třecích povrchů. 6.1 Cílená modifikace topografie třecích povrchů Modifikace topografie třecích povrchů je tvorba systému mikronerovností, které zdokonalují tribologické vlastnosti mazaného povrchu. Prioritou je výběr režimu mazání, který má nejnižší součinitel tření. Nejvhodnějším režimem je elasthodydrodynamické mazání (EHD). Ve skutečnosti dochází k použití více režimů mazání a to při změně provozních podmínek (např. větší zatížení, snížení rychlosti třecích povrchů). Následkem je změna tloušťky mazacího filmu, se kterým se mění i režim mazání. Při použití EHD mazání probíhá režim mazání za ideálních podmínek, ale při změně zatížení se k sobě třecí plochy přibližují a tak nastává mazání smíšené. Smíšené mazání se vlivem zvyšujícího zatížení může začít měnit na mazání mezné, při kterém dochází k těsnému kontaktu třecích ploch. Zvýšené opotřebení povrchů strojních součástí může nastat v případě nedokonalého mazání. Tehdy může dojít i k porušení součásti, jejíž příčinou je nedostatek maziva. Tento nedostatek nastane tehdy, kdy se plochy ohladí a mazivo se tlakem vytěsní. Dochází ke změně režimu mazání. [18] Cílená modifikace topografie třecích prvků je jednou z možností, jak docílit požadovaného mazacího filmu. Na třecích plochách se uměle tvoří soustava mikrodůlků, které snižují tření a opotřebení a tím dochází ke kvalitnějšímu mazání. Funkce mikrodůlků spočívá v uchovávání maziva v těchto mikrokdůlcích a při rozběhu a reverzaci systému usnadňuje tvorbu mazacího filmu. 44

6.1.1 Cílená modifikace topografie konformních povrchů Konformní povrchy (obr. 18), kterými jsou například kluzná ložiska, do sebe zapadají s geometrickou přesností. Jejich styková plocha je relativně velká vlivem zatížení. Tlaky působené na konformních površích jsou malé a zatížením nedochází k zvětšování kontaktních ploch. U těchto povrchů vzniká v mnohých případech hydrodynamické mazání. Při změně zatížení a rychlosti tření se mění provozní podmínky strojní součásti a dochází k mazání smíšenému až meznému. Obr. 18 Konformní povrchy [19] Pro cílenou modifikaci topografie konformních povrchů bylo zkoumáno mnoho metod k vytvoření potřebné textury povrchu s danými parametry. Účelem je snížit tření a opotřebení, tím zvýšit životnost součásti a zajistit podmínky EHD mazání. Technologie, při které se používá laser se nazývá,,laser Surface Texturing označováno také LST. Požadované textury povrchu se docílí laserem. Laserem se na povrchu součásti vytváří mikrodůlky požadovaného tvaru a velikosti. Rozměry těchto útvarů se díky LST pohybují v desítkách až stovkách mikrometrů. [20] 45

6.1.2 Cílená modifikace topografie nekonformních povrchů Nekonformní povrchy se dotýkají jen v nepatrné kontaktní ploše, která je mnohem menší než u konformních povrchů. Tato plocha se zvětšuje s rostoucím zatížením. Velikost zatížení bývá poměrně velká. Strojní součásti, kde se s nekonformními povrchy (obr. 19) setkáváme, jsou například ozubené převodovky, valivá ložiska a vačky. Obr. 19 Nekonformní povrchy [19] EHD mazání je od druhé poloviny dvacátého stolení používáno u vysoce namáhaných strojních součástí. Vyskytuje se u hydrodynamického mazání, kdy vznikají mikrodeformace pohybem valivého tělesa, které je pod vysokým zatížením a tlakem. Zatížené povrchy jsou deformovány. Nejprve jsou stlačeny a následně lehce zploštěny, čímž dochází k pružné deformaci. Mohlo by se stát, že by byl mazací film vyloučen ze stykových míst a došlo by ke styku povrchů. Během deformace se viskozita zvýší a tak je zabráněno kontaktu. V době, kdy se valivé těleso převalí dál, vrací se viskozita i tvar stykových ploch zpět. 46