MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE BRNO 2012 Bc. VLASTIMIL OBERREITER
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Abrazivní opotřebení strojů pro zpracování půdy Diplomová práce Vedoucí práce: doc. Ing. Josef Filípek, CSc. Vypracoval: Bc. Vlastimil Oberreiter Brno 2012
Zadání
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma Abrazivní opotřebení strojů pro zpracování půdy vypracoval(a) samostatně a pouţil(a) jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně. dne. podpis
PODĚKOVÁNÍ Těmito slovy chci poděkovat vedoucímu diplomové práce panu doc. Ing. Josefu Filípkovi, CSc. za odborné vedení, metodickou pomoc poskytnutou v průběhu zpracování diplomové práce. Dále chci poděkovat Ing. Jaromíru Liškovi za poskytnutí cenných rad při zpracování dat a materiálové zabezpečení pro zkoušky, dále Ing. Zdeňku Chadimovi za umoţnění provést provozní zkoušku v jejich podniku a také panu Václavu Ivančikovi za spolupráci při provozní zkoušce.
ABSTRAKT Cílem této diplomové práce je sledování a porovnání velikosti abrazivního opotřebení vybraných druhů ocelí, které jsou různě tepelně zpracovány. Opotřebení je vyhodnoceno na základě hmotnostních úbytků při provozní a laboratorních zkouškách. První dvě části práce je věnovány problematice degradačních procesů působících na stroje a problematice abrazivního opotřebení. Další části práce jsou zaměřeny na jednotlivé provedené zkoušky. První se uskutečnila zkouška tvrdosti. Dále následovala provozní zkouška, kdy se zkoušené vzorky připevňovaly na dláto orebního tělesa. Laboratorní zkouška s vázanými částicemi se provedla na přístroji s brusným plátnem. Laboratorní zkouška s volnými částicemi se realizovala v Bondově bubnovém přístroji. Výsledky zkoušek jsou statisticky vyhodnoceny a graficky interpretovány. Ze zkoušek je patrné, ţe odolnost proti abrazivnímu opotřebení značně závisí na tvrdosti materiálu. Lze konstatovat, ţe čím bude tvrdost vyšší, tím bude opotřebení materiálu niţší. Na základě získaných dat je důleţité správně zvolit vhodný materiál, který je odolný proti abrazivnímu opotřebení, umoţňuje správnou činnost stroje a jeho provoz je ekonomický. KLÍČOVÁ SLOVA Degradace, opotřebení, abrazivní opotřebení, stroje pro zpracování půdy, provozní zkouška, laboratorní zkouška, brusné plátno, Bondův bubnový přístroj
ABSTRACT The aim of this thesis is to monitor and compare the size of the abrasive wear of selected types of steel that are heat treated differently. Attrition is evaluated on the basis of weight, decreases in operating and laboratory tests. The first two parts of the work is devoted to the issue of degradation processes operating on the machine and abrasive wear problems. Other parts of the works focus on the individual tests carried out. The first test took place hardness. In addition, followed by operational test when the test sample fastened to the chisel plow body. Laboratory test of bound particles was performed on the unit with abrasive cloth. Laboratory test with loose particles have been carried out in Bond drum unit. Test results are statistically evaluated and graphically interpreted. The test shows that the resistance to abrasive wear is highly dependent on the hardness of the material. It can be stated that the higher the hardness, the wear of the material will be lower. Based on these data, it is important to choose a suitable material that is resistant to abrasive wear and allows the correct operation of the machine and its operation is economic. KEYWORDS Degradation, wear, abrasive wear, tillage equipment, field test, laboratory test, abrasive cloth, Bond's drum machine
OBSAH Úvod... 8 Cíl práce... 9 1 Degradace strojů... 10 1.1 Opotřebení... 10 1.1.1 Adhezivní opotřebení... 10 1.1.2 Abrazivní opotřebení... 12 1.1.3 Erozivní opotřebení... 13 1.1.4 Kavitační opotřebení... 14 1.1.5 Únavové opotřebení... 15 1.1.6 Vibrační opotřebení... 16 1.2 Koroze... 17 1.2.1 Elektrochemická koroze kovů... 17 1.2.2 Chemická koroze kovů... 17 1.2.3 Biologická koroze... 17 1.3 Otlačení... 18 1.4 Deformace... 18 1.5 Trhliny a lomy... 18 2 Abrazivní opotřebení strojů pro zpracování půdy... 20 2.1 Faktory ovlivňující abrazivní opotřebení... 20 2.1.1 Vliv zatížení na proces abrazivního opotřebení... 20 2.1.2 Vliv kluzné rychlosti na proces abrazivního opotřebení... 21 2.1.3 Vliv doby provozu na proces abrazivního opotřebení... 22 2.1.4 Vliv tvrdosti abrazivních částic a materiálů... 22 2.1.5 Vliv tvaru abrazivních částic... 23 2.1.6 Vliv velikosti abrazivních částic... 23 2.1.7 Vliv vlastností půdy na abrazivní opotřebení... 24 2.1.8 Vliv rázů na proces abrazivního opotřebení... 24 2.2 Zkoušky odolnosti proti abrazivnímu opotřebení... 25 2.2.1 Provozní zkoušky abrazivního opotřebení... 25 2.2.2 Laboratorní zkoušky abrazivního opotřebení... 25 2.2.2.1 Přístroje s vázanými abrazivními částicemi... 26 2.2.2.2 Přístroje s volnými abrazivními částicemi... 26 2.2.2.3 Přístroje s vrstvou abraziva mezi dvěma stykovými povrchy... 27 3 Experimentální část... 28 3.1 Zkoušené materiály... 28 3.1.1 Ocel 11 373... 28 3.1.2 Ocel Hardox 400... 28
3.1.3 Ocel 19 436... 28 3.1.4 Ocel 19 573... 29 3.1.5 Měření tvrdosti vzorků... 29 3.2 Půdní analýza... 30 3.2.1 Klasifikační systém půd... 30 3.2.2 Zrnitost... 31 3.3 Provozní zkouška opotřebení... 32 3.3.1 Metodika provozní zkoušky... 32 3.4 Laboratorní zkoušky opotřebení... 33 3.4.1 Metodika laboratorních zkoušek... 33 3.4.1.1 Bondův bubnový přístroj... 34 3.4.1.2 Zkušební přístroj s brusným plátnem... 35 3.5 Použité vzorce... 37 4 Výsledky experimentů... 38 4.1 Výsledky měření tvrdosti... 38 4.2 Výsledky půdní analýzy... 39 4.3 Výsledky provozní zkoušky... 40 4.4 Výsledky laboratorní zkoušky na brusném plátně... 44 4.5 Výsledky laboratorní zkoušky z Bondova bubnového přístroje... 45 4.6 Porovnání provozní zkoušky a laboratorních zkoušek... 46 5 Návrhy na zvýšení odolnosti proti opotřebení u strojů pro zpracování půdy... 47 6 Závěr... 48 7 Seznam literatury... 50 8 Seznamy... 52 8.1 Seznam tabulek... 52 8.2 Seznam obrázků... 52 Seznam příloh... 55
ÚVOD Pouţívání strojů pro zpracování půdy pří různých provozních podmínkách a vlastnostech půdy má za následek určité potíţe, které se snaţíme částečně nebo nejlépe úplně eliminovat. Proto je snaha o pouţívání dokonalejších materiálu, které jsou více odolné proti opotřebení a zefektivňují práci v zemědělství. Na stroje pro zpracování půdy během provozu působí celá škála vlivů, především se jedná o části stroje, které jsou v přímém kontaktu s půdou. Následkem je geometrická změna ploch pracovní součásti, které jsou způsobeny opotřebením. Dochází k postupnému zhoršování funkce stroje, coţ má za následek jeho znehodnocení a vyřazení z provozu. Tyto změny mají vliv na ţivotnost, spolehlivost a spotřebu energie. Ovlivňují také náklady na údrţbu a obnovu opotřebovaných částí. Opotřebení způsobuje více poruch na strojích pro zpracování půdy neţ jiné formy poškození, které jsou způsobeny lomy, trhlinami, korozí či deformacemi. Vzhledem ke vzrůstajícím potřebám lidstva je poţadováno zvyšování spolehlivosti a technické ţivotnosti strojů a zařízení. Dále je poţadavek na snadnou údrţbu, jednoduché a časově nenáročné opravy při náhodných poruchách a samozřejmě ekonomická náročnost těchto úkonů. Finanční náklady spojené s opotřebením se snaţíme co nejvíce sníţit. K moţnostem, které nám pomohou sníţit náklady způsobené opotřebením, patří správná volba konstrukce a materiálu, patřičná kvalifikace obsluhy stroje a dodrţování intervalů výměn součástí strojů, aby nedošlo k váţným poruchám či úplné destrukci. Proto se během fází konstruovaní, výroby a údrţby strojů vyuţívají poznatky tribologie. Tribologie je věda zabývající se vzájemným působením povrchů při jejich relativním pohybu a s tím souvisejícími ději [1]. 8
CÍL PRÁCE Cílem této diplomové práce je vzájemné porovnání abrazivního opotřebení vybraných ocelí v provozních a laboratorních podmínkách a závislosti tohoto opotřebení na tvrdosti. Byly vybrány tyto oceli. Ocel 11 373 ve stavu tepelně nezpracováno, kaleno a kaleno a popuštěno na 600 C. Otěruvzdorná ocel Hardox 400. Dále nástrojové oceli 19 436 a 19 573, které byly tepelně zpracovány. Získané výsledky z provozní zkoušky a laboratorních zkoušek budou vyhodnoceny a porovnány. Ze získaných výsledků budou stanoveny vlivy na velikost abrazivního opotřebení. 9
1 DEGRADACE STROJŮ Vznik poruch a omezení provozu strojů je zaviněno celou řadou vlivů a procesů, které působí a probíhají ve stroji. Tyto vlivy a procesy způsobují změny vlastností strojních součástí, které mohou být příčinnou poruch strojů. Souhrn těchto vlivů a procesů se nazývá mechanismus degradace strojů. Znalost podstaty mechanismu a projevů jednotlivých druhů degradace strojů je důleţité pro jejich správné technické a ekonomické eliminování čí úplné odstranění. Mechanismy degradace se zabývají různé vědní obory např. tribologie, fraktologie, aplikovaná chemie atd.. Kombinace vlastností strojů, jejich pracovního zatíţení a dalších vlivů má za následek vznik a rozvoj jednotlivých druhů degradace strojů [2]. Druhy degradace [2] Opotřebení Koroze Otlačení Deformace Trhliny a lomy Ostatní poškození 1.1 Opotřebení Opotřebení je neţádoucí změna povrchu nebo rozměrů pevných těles. Tyto změny způsobuje vzájemné působení funkčních povrchů nebo funkčního povrchu a média. Projevem opotřebení je odstraňování nebo přemísťování částic hmoty z funkčních povrchů mechanickými účinky, které mohou být doprovázeny elektrickými, elektrochemickými nebo chemickými vlivy. Procesy opotřebení se rozdělují na 6 základních druhů. Je to opotřebení adhezivní, abrazivní, erozivní, kavitační, únavové a vibrační. Během provozu strojů je moţné se setkat s působením více druhů opotřebení současně. Současně mohou působit další degradační procesy, které mohou modifikovat mechanismy opotřebení [3]. 1.1.1 Adhezivní opotřebení Adhezivní opotřebení vzniká při vzájemném pohybu třecí dvojice ploch, na které působí velké síly. Charakteristické pro adhezivní opotřebení je velký součinitel tření. Při tomto pohybu dochází k vytrhávání a přenosu částic z třecích ploch. K vytrhávání částic 10
materiálu dochází, protoţe mezi styčnými plochami existují meziatomové síly, které se snaţí vytvářet pevnou vazbu a spojit obě styčné plochy dohromady. Neustále vzniká velké mnoţství adhezivních spojů, které neustále vznikají a zanikají. Při abrazivním opotřebením dochází k plastickým a elastickým deformacím povrchů, přecházející v rýhování a vytváření svarových spojů, následně končící zadřením nebo stavem poruchy [4]. OBR. 1 Schéma mechanismu adhezivního opotřebení [5] OBR. 2 Adhezivní opotřebení přítlačného kotouče [6] 11
1.1.2 Abrazivní opotřebení Abrazivní opotřebení je velmi intenzivní degradační proces. První případ abrazivní opotřebení vzniká vzájemným silovým působením funkčního povrchu součásti a tvrdých, většinou minerálních, částic. Dochází k oddělování a přemisťování částic materiálu z funkčního povrchu. Abrazivní částice mohou být volné nebo určitým způsobem vázány [3]. OBR. 3 Schéma mechanismu abrazivního opotřebení [5] Druhý případ abrazivního opotřebení je způsoben přítomností tvrdých částic mezi dvěma funkčními povrchy, které se pohybují různou rychlostí. Vyskytuje se u kluzných dvojic, kde je moţnost vnikání abrazivních částic kvůli špatné těsnosti nebo během adhezivního opotřebení vznikají tvrdé otěrové částice, které abrazivně působí na funkční plochy [3]. OBR. 4 Schéma mechanismu abrazivního opotřebení [3] 12
Je uváděno, ţe 50% případů opotřebení je způsobeno abrazivním opotřebením. Dochází k rýhování řezání povrchu funkční plochy, kdy změny funkčního povrchu jsou různorodé a závislé na materiálových, konstrukčních a provozních faktorech [3]. OBR. 5 Abrazivní opotřebení plužní čepele [6] 1.1.3 Erozivní opotřebení Erozivní opotřebení je způsobeno naráţením tvrdších částic na funkční povrch. Vlivem nárazu se kinetická energie částice mění na deformační práci. Proto dochází na povrchu k deformaci formou rýhování vedoucí k oddělování částic. Oddělování částic z funkčního povrchu můţe být způsobeno částicemi nesenými [4]: proudem kapaliny (vodní turbíny a čerpadla) proudem plynu (ventilátory, tryskače) proudem kapaliny, páry, kapek nebo plynu (parní turbiny, náběţné hrany letadel) OBR. 6 Schéma mechanismu abrazivního opotřebení [4] 13
OBR. 7 Erozivní opotřebení ventilu [6] 1.1.4 Kavitační opotřebení Kavitační opotřebení je negativní jev, který se projevuje změnou kvality funkčního povrchu vlivem kavitace. Dochází ke zvrásnění, zdrsnění, tvarovým změnám a vzniku trhlin. Kavitace se vyskytuje u strojů a zařízení, kde dochází k interakci funkčních ploch s proudícím médiem (vodní turbíny a čerpadla apod.). Kavitace se definuje jako fyzikální jev v kapalině, při kterém vznikají a zanikají kavitační bubliny. Při jejich zániku dochází tlakovými vlnami ke kavitačnímu porušování povrchu materiálu, porušuje se soudrţnost materiálu v povrchové vrstvě funkční plochy. Kavitační opotřebení je závislé na mnoha faktorech (druh kapaliny, obsah plynu v kapalině, tvaru bublin, stlačitelnost kapaliny atd.) [4]. OBR. 8 Schéma zániku bubliny [4] 14
OBR. 9 Kavitační opotřebení vodní turbíny [6] 1.1.5 Únavové opotřebení Únavové opotřebení je charakteristické postupnou kumulací poruch ve vrchní vrstvě materiálu funkční plochy při opakovaném kontaktním zatíţení. Kontaktní únavové opotřebení je způsobeno silovým, cyklicky se opakujícím, stykem dvou těles. Toto opotřebení se projevuje převáţně u součástí se zaoblenými styčnými plochami, jako jsou valivá loţiska a ozubená kola. Kromě tlakového zatíţení zde ještě působí skluz a tření, které způsobují tahové a smykové namáhání a tím zvyšují opotřebování povrchů. Únavové opotřebení se většinou projevuje tvorbou důlků v povrchu materiálu. Zvláštním případem je odlupování tenké tvrzené vrstvy z měkčího podkladu, kdy vlivem kontaktních tlaků dochází ke vzniku podpovrchových trhlin. Postupem se začne tvrzená vrstva prolamovat a odlupovat. Experimentálně je prokázáno, ţe odolnost proti únavovému poškození roste lineárně s tvrdostí povrchu aţ do hodnot 68 HRC [2]. OBR. 10 Schéma mechanismu únavového opotřebení [2] 15
OBR. 11Únavové opotřebení valivého ložiska [6] 1.1.6 Vibrační opotřebení Vibrační opotřebení je způsobováno kmitavými pohyby funkčních ploch a jejich zatěţování silami. Pohyb ploch je způsoben vibracemi nebo pruţnými deformacemi v uloţení namáhaných součásti. Běţná amplituda kmitů je 10-4 aţ 10-1 mm. Při takto malém pohybu nedochází k odstraňování otěrových částic. Tyto částice jsou neustále zatěţovány, pokud je přístup vzduchu, dochází k jejich oxidaci a zabarvování povrchů. K vibračnímu opotřebení můţe docházet jak u volně pohyblivých součástí (čepy a hřídele), tak u nalisovaných spojení (náboje kol a setrvačníků). Typickým výskytem vibračního opotřebení je u kříţového kloubu a dráţkovém spojení kloubů. Hlavní faktory ovlivňující vibrační opotřebení jsou [2]: Amplituda pohybu Frekvence pohybu Měrný tlak ve styku součástí Vlastnosti materiálů OBR. 12 Schéma mechanismu vibračního opotřebení [2] 16
1.2 Koroze Koroze je neţádoucí a škodlivé rozrušování materiálů chemickými, elektrochemickými a biologickými vlivy okolního prostředí. Koroze se projevuje různými způsoby. Můţe docházet k rovnoměrnému úbytku materiálu z povrchu, tvorbě důlků a skvrn, křehnutí, praskání a odlupování materiálu. Tyto projevy vedou ke změně geometrie povrchu, ale i k dalším projevům, jako hlučnost, sniţování výkonu a dalších negativních změn na strojích a zařízení. Korozi lze rozdělit na 3 základní typy [4]. 1.2.1 Elektrochemická koroze kovů Princip elektromechanické koroze je způsoben termodynamickou nestabilitou kovů v korozním prostředí. Korozní děj probíhá v prostředí podobné elektrolytu (vodné roztoky solí, kyselin a zásad). Společně různé kovy a elektrolyt vytvářejí galvanický článek. V galvanickém článku vlivem chemických reakcí vzniká stejnosměrný proud, který teče od anody ke katodě. Anoda je tvořena méně ušlechtilým kovem a katoda ušlechtilejším kovem. V galvanickém článku se narušuje vţdy anoda z méně ušlechtilého kovu [4]. 1.2.2 Chemická koroze kovů Chemická koroze se nejčastěji vyskytuje při působení plynů (vzduch, spaliny atd.) za vyšších teplot. Chemická koroze probíhá v nevodivém prostředí a jedná se o samovolnou interakci kovu s korozním prostředím, při které oxidace kovu a redukce oxidující sloţky probíhají současně. Její základní příčinou je termodynamická nestálost kovů v různých prostředích, spojená s přechodem kovu do stálejšího stavu zplodin koroze [4]. 1.2.3 Biologická koroze Biologické koroze znamená narušení povrchu kovů v důsledku metabolické aktivity mikroorganismů. Tyto bakterie mohou být široce klasifikovaný, jako aerobní (vyţadují kyslík pro svou aktivitu) nebo anaerobní (kyslík je toxický pro bakterie) [7]. Mikroorganismy mohou přímo nebo nepřímo ovlivňovat celistvost materiálů pouţívaných v průmyslu. Většina kovů, včetně ţeleza, mědi, niklu, hliníku a jejich slitin, jsou více či méně náchylné k poškození. Pouze titan a jeho slitiny se jeví většinou odolné proti biologické korozi. Mikroorganismy potřebují vodu, zdroj energie pro svůj 17
metabolismus a ţiviny (uhlík, dusík, fosfor, stopové kovy, atd.) pro buněčnou obnovu a růst. Chápání těchto faktorů můţe někdy pomoci při obraně proti biologické korozi [8]. 1.3 Otlačení Otlačení je stálá a neţádaná změna makroskopických rozměrů na povrchu materiálu působením vnějších sil. K otlačení dochází, pokud síly působící na povrch překročí mez kluzu materiálu. Kolem místa působení sil dochází k přemísťování materiálu a tvorby valů, jelikoţ se technické kovy povaţují za objemově nestlačitelné. Pokud dojde k otlačení, můţe být vyvolány další formy degradace [2]. 1.4 Deformace Deformace je neţádoucí změna geometrického tvaru součásti. K deformaci dochází, pokud překročí napětí v kterémkoli bodě průřezu součásti mez kluzu materiálu. Deformace jsou způsobovány většinou vnějšími ohybovými a torzními momenty nebo vnitřními silami, které zůstanou po výrobním postupu nebo přehřátím během provozu [2]. 1.5 Trhliny a lomy Trhlinou se rozumí porušení celistvosti materiálu v části průřezu. Jsou způsobovány vnějším nebo vnitřním napětí, které překračuje mez pevnosti nebo mez únavy. Trhliny znehodnocují mechanické vlastnosti materiálu a mohou způsobit únavový lom [2]. Statické lomy vznikají nejčastěji rázovým nebo ohybovým působením vnějších síl, kterými se překročí mez pevnosti materiálu v některém průřezu. Lomová plocha statického lomu je zrnitá a drsná. Vzhled celé lomové plochy je stejný. Statické lomy způsobené namáháním v krutu mají lomovou plochu šroubovitou u houţevnatějších materiálů a jehlicovitě roztříštěnou u tvrdších materiálů [9]. Únavový lom je způsoben opakovaným cyklickým zatíţením. Je to progresivní a lokalizované poškození v důsledku kolísání mechanického napětí. V nejvíce namáhané oblasti se začnou tvořit trhliny, které se postupně rozšiřují průřezem, aţ dojde ke statickému lomu zbytkové části průřezu [10]. 18
OBR. 13 Statický lom na ozubeném kole [6] OBR. 14 Únavový lom hřídele [6] 19
2 ABRAZIVNÍ OPOTŘEBENÍ STROJŮ PRO ZPRACOVÁNÍ PŮDY Stroji pro zpracování půdy se provádí soubor operací a agrotechnických zásahů, kterými se upravuje půda do stavu, který umoţňuje pěstovaným rostlinám optimální podmínky pro vzcházení, růst a dosaţení optimálního výnosu [11]. Pracovní nástroje zemědělských strojů pro zpracování půdy (pluţní čepele, dláta, odhrnovačky, plazy, radličky kultivátorů, hroty bran) jsou při činnosti v půdě vystaveny intenzivnímu abrazivnímu opotřebení, dynamickému zatíţení a chemickému působení vnějšího prostředí. Rychlý úbytek materiálu a změna tvaru pracovního nástroje vyţadují vyšší náklady na provoz, renovaci a obnovu zařízení, ale také i na neţádoucí prostoje stroje. Abrazivní opotřebení je moţné sniţovat vhodnými technologiemi a výběrem materiálu na výrobu celého nástroje nebo na jeho části v místech s největším opotřebením [12]. 2.1 Faktory ovlivňující abrazivní opotřebení 2.1.1 Vliv zatížení na proces abrazivního opotřebení Na základě provedených laboratorních experimentech s otevřeným systémem, u kterých nedochází ke změně abrazivity částic, se předpokládá, ţe abrazivní opotřebení materiálů je přímo úměrné zatíţení (úměrnému tlaku). Proto se u laboratorních zkoušek volí konstantní zatíţení. Ovšem u některých materiálů za specifických podmínek se abrazivní opotřebení se vzrůstajícím tlakem sniţuje [3]. OBR. 15 Opotřebení oceli 12050 v závislosti na měrném tlaku a zrnitosti částic Al 2o3 [3] 20
2.1.2 Vliv kluzné rychlosti na proces abrazivního opotřebení Při experimentálních zkouškách na přístroji s brusným plátnem se došlo ke zjištění, ţe velikost abrazivního opotřebení roste zhruba do rychlosti 2 m s -1 ( tab. 1). TABULKA 1 Vliv kluzné rychlosti na abrazivní opotřebení [3] Materiál Materiál Tvrdost Kluzná rychlost v m s -1 podle ČSN [HV] 0,0233-0,172 0,093-0,685 0,376-2,73 Ocel 40 žíháno 12 040 178 93,50% 100% 106,50% Ocel 45 tepelně zpracováno 12 050 645 96,70% 100% 103,30% Při zkouškách hliníku, mosazi a Armco ţeleza na brusném plátně bylo dokázáno, ţe při zkouškách s menšími abrazivními částicemi opotřebení roste se zvyšující se rychlostí o 4 20 %. Při pouţití větších abrazivních částic bylo opotřebení zanedbatelné [3]. OBR. 16 Vliv kluzné rychlosti na abrazivní opotřebení [3] 21
2.1.3 Vliv doby provozu na proces abrazivního opotřebení Pokud nedochází k tvarové změně opotřebovávané součásti a značné změně mechanismu opotřebení v otevřeném systému abrazivního opotřebení, je moţné říct, ţe opotřebení roste lineárně v závislosti s dobou provozu nebo délkou třecí dráhy. Jiná situace nastane v uzavřeném systému abrazivního opotřebení, kde dochází k opakovanému působení součásti a abrazivních částic. Proto dochází ke sniţování abrazivity částic a klesání rychlosti opotřebení [3]. 2.1.4 Vliv tvrdosti abrazivních částic a materiálů Obecně platí, ţe čím je menší tvrdost materiálu oproti tvrdosti abrazivních částic, tím je niţší odolnost materiálu proti abrazivnímu opotřebení. Proto je snaha o dosaţení velmi tvrdých fází v materiálu, které se svou hodnotou tvrdosti blíţí nebo i přesahují tvrdost abrazivních částic [3]. TABULKA 2 Tvrdosti minerálních látek a fází ve slitinách železa [3] Minerální látka Tvrdost [HV] Minerální látka Tvrdost [HV] sádrovec 36 SiC 2600 vápenec 140 diamand 10000 fluorit 190 B 4 C 3700 apatit 540 hematit 470-650 sklo 500 křemen 900-1280 živec 600-750 pazourek 800-1100 topaz 1430 korund 1800-2000 Fáze ve slitině Fe Tvrdost [HV] Fáze ve slitině Fe Tvrdost [HV] ferit 70-200 austenit- Cr litina 300-600 ferit nelegovaný 250-320 (Fe, Cr) 3 C 840-1100 perlit legovaný 300-460 (Fe, Cr) 7 C 3 1200-1600 martenzit-ocel 850-890 Mo 2 C 1500 martenzit- Cr litina 500-1000 VC 3000 popuštěný martenzit 280-700 TiC 3000-3200 austenit- Mn ocel 200-500 WC 1780-2200 Ovšem je důleţité pochopit mikrostrukturu materiálu, z jakých fází se skládá, protoţe dva kovy o stejné změřené tvrdosti mohou mít různou odolnost proti abrazivnímu opotřebení [14]. 22
2.1.5 Vliv tvaru abrazivních částic Uvaţuje se, ţe čím víc se tvar abrazivních částic liší od kulovitého, tím bude jejich účinek na opotřebení větší. Během abrazivního procesu dochází také k ohlazovaní ploch či vylamovaní hrotů a hran abrazivních částic. Tvarové hodnocení parametrů abrazivních částic je velmi komplikované. Pouţívají se různé parametry, které se stanovují na základě měření částic. Například parametr SPQ bere v úvahu pouze hroty překračující kruţnici modelující průměrnou velikost částice [3]. 2.1.6 Vliv velikosti abrazivních částic Experimentálními studiemi závislosti velikosti abrazivních částic na opotřebení se dokázala existentence kritické velikosti částic. Od nejmenších částic s růstem jejich velikosti výrazně roste i abrazivní opotřebení. Po dosaţení kritické velikosti částic intenzita opotřebení klesá. Tato kritická velikost je závislá na zatíţení, vlastnostech abrazivních částic a materiálu [3]. OBR. 17 Opotřebení žíhané nízkouhlíkové oceli v závislosti na velikosti abrazivních částic a zatížení [3] 23
2.1.7 Vliv vlastností půdy na abrazivní opotřebení Abrazivní opotřebení strojů pro zpracování půdy je zapříčiněno obsahem minerálních abrazivních částic v půdě (křemen, ţivec, ţula atd.). Dalšími parametry, které ovlivňují abrazivní opotřebení je utuţení půdy a vlhkost půdy, která sniţuje abrazivní opotřebení, ale urychluje korozní procesy [15]. U minerálních částic závisí nejen na tvrdosti a velikosti částic, ale také na štěpitelnosti. Protoţe částice s menší tvrdosti, ale dobrou štěpitelností mohou mít stejné abrazivní účinky jako částice tvrdší [3]. OBR. 18 rychlost abrazivního otěru vybraných materiálů zkoušených 4 druhy abraziva [3] 2.1.8 Vliv rázů na proces abrazivního opotřebení Mechanismus kombinovaného procesu abrazivního opotřebení je sloţitý děj a nelze do něj zahrnout pouze tvrdost materiálu a obsah uhlíku. Protoţe se zvyšujícím obsahem uhlíku se plastická deformace sniţuje a nahrazuje se křehkým lomem. Proto se křehké materiály působením rázů a abrazivnímu opotřebení intenzivně opotřebovávají [3]. 24
2.2 Zkoušky odolnosti proti abrazivnímu opotřebení 2.2.1 Provozní zkoušky abrazivního opotřebení Při provozních zkouškách odolnosti materiálu proti abrazivnímu opotřebení jsou vzorky vystavovány kromě abraze i další degradační procesy, proměnné zatíţení, okolní prostředí apod. Důleţitý poţadavek, který musí být během provozní zkoušky splněn, jsou stejné podmínky abrazivního opotřebení v provozu a provozní zkouška musí být relativně krátká v porovnání s celkovou ţivotností součásti. Výsledky provozních zkoušek jsou často těmito podmínkami a vlivy ovlivněny. Proto provozní zkoušky mají smysl pro konkrétní výrobní zařízení nebo pro zařízení pracující v podobných podmínkách. Provozní zkoušky probíhají na výrobním zařízení nebo na modifikovaných zkušebních vzorcích. Intenzita opotřebení se mění jak v čase, tak i místně. Proto je nutné pro vyhodnocování dat z provozních zkoušek pouţít statistických metod [3]. 2.2.2 Laboratorní zkoušky abrazivního opotřebení Tyto zkoušky zahrnují velkou skupinu testů na zkušebních zařízeních. Jedná se jednoduché zkoušky opotřebení (přístroje s brusným plátnem) aţ po specifické přístroje modelující proces opotřebení při drcení (čelisťový drtič). Tyto zkoušky jsou celkem levné, jednoduše se řídí jejich parametry a časová náročnost není velká. Při laboratorních zkouškách je nutné brát v potaz stav abraziva (velikost, tvar a tvrdost abrazivních částic, směr a rychlost relativního pohybu a velikosti působících sil). Je snaha najít spojitost mezi provozními a laboratorními zkouškami. Problém ovšem spočívá v mechanismu opotřebení, absenci rázů a v rozdílných abrazivech [3]. Podle podmínek ve stykové oblasti mezi opotřebovávaným povrchem a abrazivními částicemi se laboratorní zařízení dělí na přístroje s [1]: S vázanými abrazivními částicemi S volnými abrazivními částicemi S vrstvou abrazivních částic mezi dvěma stykovými povrchy 25
2.2.2.1 Přístroje s vázanými abrazivními částicemi U těchto přístrojů se nejvíce vyuţívá brusné plátno či brusný kotouč. Jejich výhodou je jednoduchost a spolehlivost s malým rozptylem. Vzorek se můţe pohybovat po stejném abrazivu nebo postupovat na nové nepoškozené. Zkouška na brusném plátně je normalizovaná podle ČSN 01 5084 [1]. OBR. 19 Schéma přístroje s brusným plátnem a brusným pásem [25] 2.2.2.2 Přístroje s volnými abrazivními částicemi Mezi tyto přístroje patří zařízení s brusnou nádobou, pruţným kotoučem a bubnové přístroje. U těchto zkoušek je nevýhodou, ţe se během zkoušení mění parametry abrazivních částic [1]. OBR. 20 Schéma přístroje s brusnou nádobou [25] 26
OBR. 21 Schéma bubnového přístroje a přístroje s pružným kotoučem [25] 2.2.2.3 Přístroje s vrstvou abraziva mezi dvěma stykovými povrchy U těchto přístrojů je problematické odstraňování rozrušených částic abraziva z oblasti stykových ploch a jejich nahrazování novými částicemi [3]. OBR. 22 Schéma přístroje s mezivrstvou abrazivních částic [25] 27
3 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 3.1 Zkoušené materiály Zkouška abrazivního opotřebení byla prováděna u čtyř různých typů ocelí. Tepelné zpracování zajistil Ing. Jaromír Liška. Jedná se o tyto oceli: Ocel 11 373 Hardox 400 Ocel 19 436 Ocel 19 573 3.1.1 Ocel 11 373 Nelegovaná ocel obvyklých vlastností vhodná ke svařování pro ocelové konstrukce. Součásti konstrukcí a strojů menších tlouštěk i tavně svařované, namáhané staticky i mírně dynamicky [22]. Tato ocel byla zvolena jako etalon, protoţe i u dříve provedených měření byla tato ocel pouţita jako etalon. Ocel sice není určena k tepelnému zpracování, ale tepelným zpracováním se můţe změnit odolnost proti abrazivnímu opotřebení. Tato ocel byla zkoušena ve třech variantách tepelného zpracování: tepelně nezpracováno, kaleno, kaleno a popuštěno na 600 C. Ohřev proběhl v kalícím přístroji Coderre v ochranné atmosféře methanol + dusík. Kalící teplota byla 830 C. Náběh i s výdrţí cca 50 minut, samotná výdrţ 20 min. Ochlazení do oleje teplota 80 C. Pro popuštěnou verzi byla pouţita popouštěcí elektrická Pec, popuštěno na 600 C, výdrţ 45 min. 3.1.2 Ocel Hardox 400 HARDOX 400 je univerzální plech odolný proti opotřebení. Díky jeho vysoké pevnosti, dobré ohýbatelnosti a svařitelnosti můţe být tento plech pouţit v některých aplikacích pod velkým zatíţením. HARDOX 400 je nejrozšířenější v řadě otěruvzdorných plechů HARDOX. Vzhledem k vysoké úrovni houţevnatosti a bezproblémové svařitelnosti se často pouţívá jako otěruvzdorný a konstrukční plech současně [23]. 3.1.3 Ocel 19 436 Vysoce legovaná chromová ocel s velkou prokalitelností ke kalení v oleji a na vzduchu, zvlášť vysoká odolnost proti opotřebení jak kovovými tak minerálními látkami, dobrá řezivost, velmi vysoká pevnost v tlaku, značně nízká houţevnatost zejména v příčném směru [22]. 28
Tepelné zpracování této oceli byl následující. Ohřev proběhl v kalícím přístroji Coderre v ochranné atmosféře methanol + dusík. Kalící teplota byla 940 C. Náběh i s výdrţí cca 60 minut, samotná výdrţ 30 min (dle hmotnosti výrobků v peci). Ochlazení do oleje teplota 80 C. Popuštěno na tvrdost 61 HRC, při teplotě 170 C, výdrţ 45min. 3.1.4 Ocel 19 573 Chrom - molybden - vanadová ocel s velkou prokalitelností ke kalení v oleji a na vzduchu, zvlášť vysoká odolnost proti opotřebení (vyšší neţ u 19 436), dobrá řezivost, velmi vysoká pevnost v tlaku, menší houţevnatost (ale vyšší neţ u 19 436) [22]. Tepelné zpracování oceli 19573 bylo následující. Ohřev proběhl ve vakuu za pouţití přístroje Schmetz. Třístupňový náběh na teplotu 650 C- 850 C 1060 C (náběhy i výdrţe celkem 4-5 hodin, protoţe se vzorky kalily s velkými formami, tak aby došlo k prohřátí velkých kusů). Kaleno proudem dusíku při tlaku 0,6 MPa, teplota dusíku na přívodu byla 20 C. Popuštěno 3x na teploty 510 C, 530 C, 480 C. Výdrţe do prohřátí velkých kusů. TABULKA 3 Chemické složení zkoušených ocelí [3] Označení Obsah prvků [%] Ocel C Mn Si Cr Mo Ni V B P S 11 373 max. 0,17 max. 0,007 max. 0,045 max. 0,045 Hardox 0,14-0,22 max. max: 0,3-1,4 0,25-0,6 0,25-0,5 _ 0,004 400 1,6 0,7 19 436 1,91 0,29 0,16 11,2 0,49 _ 19 573 1,5 0,29 0,3 12,4 1 _ 1,75 _ 3.1.5 Měření tvrdosti vzorků Tvrdost se definuje jako odpor kladený materiálem proti vnikání cizích těles. Hodnoty tvrdosti se udávají bezrozměrně pouze s udáním způsobu měření nebo stupnice [18]. Pro měření vzorků pouţitých na provozní a laboratorní zkoušky byla pouţita zkouška tvrdosti podle Rockwella, metodou HRC, mimo vzorků z oceli 11 373 tepelně nezpracováno, jelikoţ je to materiál velmi měkký a hodnoty tvrdosti nelze změřit metodou HRC, proto se měřila metodou HRB. Pro kaţdý vzorek byla provedena 3 29
měření, ze kterých se spočítala průměrná hodnota. Dále se tyto hodnoty převedly podle tabulek na hodnoty tvrdosti podle Vickerse HV. Tvrdost podle Rockwella se měří na Rockwellově tvrdoměru jako rozdíl hloubky vtisku vnikajícího tělesa mezi dvěma stupni zatíţení (předběţného a celkového). Účelem předběţného zatíţení je odstranit z měřené plochy povrchové nepřesnosti. Pro metodu HRC má diamantový kuţel vrcholový úhel 120 a poloměr kulové části 0,2 mm. Pro metodu HRB je pouţita ocelová kulička o průměru 1,5875 mm. Diamantový kuţel nebo ocelová kulička dotýkající se povrchu zkoušeného předmětu se nejprve předběţně zatíţí silou (počáteční poloha pro měření hloubky vtisku). Potom se zvyšuje zatěţovací síla tak, aby se za 3 aţ 6 sekund dosáhlo zatíţení předepsané normou. Pak se zatěţující síla opět zmenšuje aţ na původní hodnotu a v tomto stavu se zjistí přírůstek h hloubky vtisku, který nastal proti výchozí poloze. Zkouška tvrdosti podle Rockwella je rychlá, snadná a vpichy jsou velmi malé. Pro naše měření HRC bylo pouţito zatíţení 150 kp (1471,5 N) a u HRB 100 kp (981 N) [19]. OBR. 23 Princip zkoušky podle Rockwella HRB [19] OBR. 24 Princip zkoušky podle Rockwella HRC [19] 3.2 Půdní analýza 3.2.1 Klasifikační systém půd Klasifikační systémy půd dělí půdy do skupin (skupiny půdních typů, půdní typy atd.) podle charakteristických znaků daných morfogenetickým vývojem půd. Hlavním znakem morfogenetického vývoje půd je formace diagnostických horizontů a jejich sled 30
v půdním profilu. Při zařazení do klasifikačních jednotek se uplatňují také některé chemické vlastnosti půd, stupeň antropogenního narušení, geologický substrát. V ČR nyní platí Taxonomický klasifikační systém půd ČR [20]. 3.2.2 Zrnitost Zrnitost půdy se označuje také jako textura a popisuje míru rozloţení jednotlivých frakcí částic v půdě. Zrnitostní sloţení spolu s dalšími faktory určuje řadu fyzikálních a chemických parametrů půdy. Z pohledu technologických vlastností půdy, má zrnitost velký vliv na soudrţnost a konzistenci půdy, které jsou ukazateli pro zpracovatelnost, orební odpor, únosnost, pevnost a další vlastnosti půdy. Pro klasifikaci zrnitosti půdy je v ČR pouţívána Novákova klasifikační stupnice nebo hodnocení dle trojúhelníkového zrnitostního diagramu [21]. OBR. 25 Klasifikační stupnice podle Nováka [21] OBR. 26 Trojúhelníkový zrnitostní diagram [21] 31
3.3 Provozní zkouška opotřebení 3.3.1 Metodika provozní zkoušky Pro zkoušku bylo pouţito 36 zkušebních vzorků ze čtyř různých ocelí, jeden typ oceli byl tepelně upraven na 2 varianty. Rozměr vzorků byl 76 x 38 x 8. V horní části byl vytvořen otvor o průměru 13 mm a vytvořeno částečné zapuštění pro radlicový šroub. K přišroubování byl pouţit radlicový šroub M12 x 45. Vzorky se umísťovaly pomocí šroubu na horní otvor dláta orebního tělesa (viz. Obr. 27). OBR. 27 Umístění zkušebního vzorku Měření bylo provedeno v zemědělském podniku Bikos spol. s r.o. v období od 24. 10. do 5. 11. 2011 na pozemku s názvem Královky (rozloha 105 ha). Pro provozní zkoušku byl pouţit sedmiradličný polonešený oboustranný pluh Lemken VariDiamant 10 s traktorem CASE Magnum 250. Parametry traktoru: Počet válců/objem: 6/8300cm 3 Jmenovitý výkon: 185kW/252k Maximální výkon: 210kW/285k Maximální krouticí moment při 1400 min -1 : 1271Nm Typ převodovky: Full Powershift s Powershuttle Parametry pluhu: Počet orebních těles 7 Pracovní záběr 210-385 cm Hmotnost 3215 kg Zkušební vzorky byly rozřazeny do tří skupin po 12 kusech, od kaţdé varianty materiálu jsou ve skupině 2 kusy. Rozmístění vzorků ve skupinách bylo takové, aby se 32
vzorky jednotlivých variant nacházely v kaţdé třetině pluhu, jak na levé, tak i pravé straně. S kaţdou skupinou byly provedeny tři jednodenní měření, kdy se kaţdý vzorek z původní pozice posunul po kaţdém měření o dvě orební tělesa dozadu. S těmito vzorky se tedy provedly tři jednodenní měření. Před měřením byly vzorky zváţeny s přesností na 0,01g. Po denním cyklu orby byly vzorky odmontovány a nahrazeny vzorky z další skupiny, provedlo se očištění a následné zváţení. Velikost opotřebení zkušebních vzorků bylo vyhodnoceno na základě hmotnostních úbytků během zkoušek dle vztahu: HUi H 0 H i [g] H Ui. úbytek hmotnosti při i-tém měření [g] H 0... hmotnost nového vzorku [g] H i hmotnost vzorku při i-tém měření [g] 3.4 Laboratorní zkoušky opotřebení 3.4.1 Metodika laboratorních zkoušek Abrazivní opotřebení materiálů se nejběţněji zkoumá na přístrojích s vázanými částicemi, volnými částicemi nebo vrstvou volných částic mezi dvěma stykovými plochami. U laboratorních zkoušek dochází k malým hmotnostním úbytkům materiálu, proto je důleţité dodrţovat postup měření a vzorky před měřením řádně očistit [3]. Laboratorní zkoušky se provedly na přístroji s vázanými a volnými částicemi. Pouţily se zkušební vzorky ze stejně upravených materiálu, které se pouţili na provozní zkoušku. Velikost opotřebení zkušebních vzorků bylo vyhodnoceno na základě hmotnostních úbytků během zkoušek dle vztahu: HUi H 0 H i [g] H Ui. úbytek hmotnosti při i-tém měření [g] H 0... hmotnost nového vzorku [g] H i hmotnost vzorku při i-tém měření [g] Měření bylo provedeno v areálu MENDELU v Brně Lesná v lednu a únoru roku 2012 za pokojové teploty a normálního atmosférického tlaku. 33
3.4.1.1 Bondův bubnový přístroj Laboratorní zkouška opotřebení ve volném abrazivu byla provedena v Bondově bubnovém přístroji. Osm zkušebních vzorků je uchyceno pomocí matic a šroubů k rotoru, který má otáčky 64,4 s -1. Rotor je uloţen ve zkušebním bubnu, který se otáčí stejným směrem otáčkami 7,3 s -1. [24] OBR. 28 Schéma Bondova bubnového přístroje [24] OBR. 29 Zkouška v Bondově přístroji [25] 34
Pro tuto zkoušku byl pouţit jako abrazivní materiál Bratčický betonářský písek. Ke zkoušce se pouţilo 5ks vzorků od kaţdého druhu materiálu stejného tepelného zpracování, jako u provozní zkoušky. Doba trvání zkoušky byla 60 minut. S kaţdým vzorkem bylo provedeno jedno měření. Před kaţdou zkouškou byla vyměněna abrazivní náplň za novou, která činí 1000 cm 3. Vzorky se po kaţdé zkoušce důkladně očistily a zváţili s přesností 0,001g. 3.4.1.2 Zkušební přístroj s brusným plátnem Laboratorní zkouška opotřebení s vázaným abrazivem byla prováděna na přístroji s brusným plátnem podle normy ČSN 01 5084. Zkušební přístroj s brusným plátnem se skládá z rovnoměrně otáčející se vodorovné desky, na které je upevněno brusné plátno. Zkušební vzorek je uchycen v drţáku a je přitlačován závaţím k brusnému plátnu. Rozměr zkušebního vzorku je 10 x 10 x 10mm. Během zkoušky se horizontální kotouč s brusným plátnem otáčí a zároveň se testované těleso posunuje od středu k okraji brusného plátna. Po stanovené délce 50 metrů třecí dráhy koncový spínač stroj zastaví. Vzorek se očistí a zváţí na elektronických vahách, poté je stanoven hmotnostní úbytek. Pokud velikost dráhy dosáhne 250 metrů, je pouţívané brusné plátno nahrazeno novým plátnem. Kaţdý druh materiálu byl zastoupen 1ks vzorku, se kterým se provedlo pět měření [16]. OBR. 30 Schéma přístroje s brusným plátnem [17] 35
Technické data přístroje: [16] délka třecí dráhy: 50 m průměr otáčející se desky: 480 mm max. kluzná rychlost zkušebního tělesa: 0,5 m.s -1 měrný tlak: 0,32 N.mm -2 radiální posuv zkušebního tělesa: 3 mm.ot -1 brusné plátno: korundové, zrnitost 120. OBR. 31 Přístroj s brusným plátnem [25] 36
3.5 Použité vzorce Průměr _ x n i 1 n x i kde: x i - hodnota znaku, n i - rozsah souboru. Rozptyl s 2 x n 1 ( x i n _ x) Směrodatná odchylka 2 s x s x Variační koeficient v x s x _ x 2 100 Poměrné opotřebení m m etalon vzorek Poměrná tvrdost HV HV vzorek etalon 37
4 VÝSLEDKY EXPERIMENTŮ 4.1 Výsledky měření tvrdosti Naměřené hodnoty tvrdosti pro jednotlivé vzorky pouţité pro provozní zkoušku jsou uvedeny v (Příl. 1). Průměrné hodnoty tvrdosti jednotlivých materiálu jsou v následující tabulce a graficky znázorněny v (Příl. 2). Grafické znázornění poměrné tvrdosti je v (Příl. 5). TABULKA 4 Průměrné hodnoty tvrdosti vzorků Tvrdost Směrodatná Variační Tvrdost Poměrná Materiál koeficient HRC odchylka HV tvrdost [-] [%] ocel Hardox 400 34 0,81 2,4 336 2,04 ocel 11 373 85 HRB 5,52 6,5 165 1,00 ocel 19 436 61 0,83 1,4 742 4,50 ocel 19 573 58 0,57 1,0 670 4,06 11 373 kaleno 38 6,42 16,7 372 2,25 11 373 kaleno + popuštěno na 600 C 25 1,99 7,8 269 1,63 Z naměřených hodnot vyplývá, ţe průměrná tvrdost u vzorků z oceli 11 373 kalených je 2,25krát větší a u vzorků z oceli 11 373 kaleno a popuštěno na 600 C je 1,63krát větší neţ u vzorků z oceli 11 373 tepelně nezpracovaných. Z toho plyne, ţe tvrdost materiálu je moţno ovlivnit tepelným zpracováním. U vzorků z oceli 19 436 je tvrdost dokonce 4,5krát větší. 38
4.2 Výsledky půdní analýzy Z půdní mapy ČR uvedené v (Příl. 3) se na pozemku pro provozní zkoušky jedná o kambizem mesobazickou a hnědozem oglejenou. Kambizemě se vytvářejí hlavně ve svaţitých podmínkách pahorkatin, vrchovin a hornatin, v menší míře v rovinatém reliéfu. Tyto půdy vznikají z magmatických, metamorfických a sedimentárních hornin. Vznik těchto půd z pestrého spektra substrátů podmiňuje jejich velkou rozmanitost z hlediska zrnitosti a skeletovitosti. Hnědozemě se vyskytují hlavně v rovinatém či mírně zvlněném reliéfu ze spraší, prachovic a polygenetických hlín [26]. Z půdního rozboru vzorku půdy provedeného ústavem půdoznalství Mendelovy univerzity bylo zjištěno toto zastoupení jednotlivých frakcí. TABULKA 5 Procentuální zastoupení frakcí v půdě Velikost částic [mm] Procentuální zastoupení [%] 2,00-0,25 7,18 0,25-0,05 29,14 0,05-0,01 30,52 0,01-0,001 19,4 < 0,001 13,76 < 0,01 33,16 2,00-0,05 36,32 0,05-0,002 45,42 < 0,002 18,26 Podle vyhodnocení vzorku panem Ing. Jiřím Jandákem, CSc. z ústavu agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výţivy rostlin se jedná o půdní druh hlinitá půda a zrnitostní třída hlína. Z hodnot zanesených do trojúhelníkového zrnitostního diagramu (Příl. 4) je rovněţ patrné, ţe se jedná o třídu zrnitosti- hlína. Z Novákovy klasifikační stupnice také plyne, ţe se jedná o půdní druh- hlinitá půda. 39
4.3 Výsledky provozní zkoušky Hmotnostní úbytky vzorků jsou uvedeny v (Příl. 6, Příl. 7, Příl. 8). Grafické vyhodnocení úbytků hmotnosti vzorků v závislosti na ujeté dráze je uvedeno v (Příl. 9, Příl. 10, Příl. 11, Příl. 12). Statistické vyhodnocení hodnot získaných po prvním měření kaţdého vzorku je zobrazeno v této tabulce. TABULKA 6 Statistické vyhodnocení 1. měření provozní zkoušky na dráze 15000m Materiál 1. měření Průměrný Směrodatná Variační úbytek [g] odchylka [g] koeficient [%] ocel 11 373 18,73 2,95 15,74 ocel 11 373 kaleno 13,67 0,19 1,42 ocel 11 373 kal. + popuštěno na 600 C 14,37 3,44 23,93 Hardox 400 15,83 3,28 20,70 ocel 19 573 4,27 1,75 40,89 Z výsledků je patrné, ţe největší opotřebení mají vzorky z oceli 11 373, které mají průměrné opotřebení 11,01 % z původní hmotnosti. Materiál s druhým největším opotřebením byla ocel Hardox 400, která měla opotřebení 9,59 % z původní hmotnosti. Další v pořadí byla ocel 11 373 kalená a popuštěná na 600 C, která měla opotřebení 8,45 %. Následuje ocel 11 373 kalená, u této oceli ovšem došlo ke ztrátě 4 ks vzorků z celkového počtu 6 ks během provozní zkoušky, coţ je nejspíš způsobeno křehkou martenzitickou strukturou v kombinaci s rázy působící na pluh. Nejmenší opotřebení měly vzorky z oceli 19 573, u kterých bylo opotřebení 2,56 % z původní hmotnosti. Poslední ocel 19 436 měla ještě niţší opotřebení (3,41g na 15000m dráhy), ale první měření provozní zkoušky přečkal pouze jeden vzorek z důvodu nízké houţevnatosti této oceli, s tímto vzorkem se dále neprováděla provozní zkouška. 40
Statistické zhodnocení dat vzorků po druhém měření je v následující tabulce. TABULKA 7 Statistické vyhodnocení 2. měření provozní zkoušky na dráze 20000m Materiál 2. měření Průměrný Směrodatná Variační úbytek [g] odchylka [g] koeficient [%] ocel 11 373 36,74 9,24 25,15 ocel 11 373 kal. + popuštěno na 600 C 33,67 2,45 7,27 Hardox 400 30,15 2,11 7,01 ocel 19 573 5,28 0,52 9,76 Z těchto výsledků je opět patrné, ţe největší opotřebení mají vzorky z oceli 11 373, které mají průměrné opotřebení 24,12 % z hmotnosti před 2. měřením. Materiál s druhým největším opotřebením byla ocel 11 373 kalená a popuštěná na 600 C, která měla opotřebení 21,55 % z původní hmotnosti před 2. zkouškou. Další v pořadí byla ocel Hardox 400, která měla opotřebení 20,05 % z hmotnosti před měřením. Nejmenší opotřebení měly vzorky z oceli 19 573, u kterých bylo opotřebení 3,24 % z hmotnosti před druhým měřením, u této oceli se ovšem projevila menší houţevnatost materiálu a došlo ke ztrátě 3 ks vzorků během zkoušky. Statistické výsledky z třetího měření jsou uvedeny v této tabulce. TABULKA 8 Statistické vyhodnocení 3. měření provozní zkoušky na dráze 20000m Materiál 3. měření Průměrný Směrodatná Variační úbytek [g] odchylka [g] koeficient [%] ocel 11 373 55,94 14,45 25,83 ocel 11 373 kal. + popuštěno na 600 C 45,64 9,13 19,99 Hardox 400 37,73 17,69 46,89 ocel 19 573 10,08 1,24 12,29 Z těchto výsledků je také patrné, ţe největší opotřebení mají opět vzorky z oceli 11 373, které mají průměrné opotřebení 50,37 % z hmotnosti před 3. měřením, u tohoto materiálu došlo ke ztrátě jednoho vzorku. Materiál s druhým největším opotřebením byla ocel 11 373 kalená a popuštěná na 600 C, která měla 38,56 % z původní hmotnosti před 3. zkouškou. Další v pořadí byla ocel Hardox 400, která měla opotřebení 32,36 % 41
Úbytek [g] z hmotnosti před měřením. Nejmenší opotřebení měly vzorky z oceli 19 573, u kterých bylo opotřebení je 6,43 % z hmotnosti před třetím měřením. Toto třetí měření bylo zčásti ovlivněno změnou geometrického tvaru vzorků. V této tabulce je celkové zhodnocení opotřebení jednotlivých materiálů přepočteno na 20000m ujeté dráhy. Nejsou zde zařazeny oceli 19 436 a 11 373 kaleno, jelikoţ u nich došlo jiţ během první zkoušky ke ztrátě většiny vzorků z důvodů jejich mechanických vlastností. TABULKA 9 Statistické vyhodnocení celé provozní zkoušky na dráze 20000m Průměrný úbytek Směrodatná Variační Materiál na dráze 20000m [g] odchylka [g] koeficient [%] ocel 11 373 38,23 15,88 41,53 ocel 11 373 kal. + popuštěno na 600 C 32,82 12,41 37,82 Hardox 400 29,66 12,58 42,43 ocel 19 573 6,69 2,65 39,64 Z grafické závislosti v (Příl. 13) je patrné, ţe korelační závislost mezi opotřebením a tvrdostí [HV] je velmi těsná (konkrétně -0,997). Z výsledků je moţno konstatovat, ţe se vzrůstající tvrdostí vzorků se zvětšuje odolnost proti abrazivnímu opotřebení. V následujícím grafu je zobrazen průběh průměrného opotřebení pro jednotlivé materiály během provozní zkoušky. 120 100 80 60 Závislost průměrného opotřebení na dráze 19 573 Hardox 400 11 373 11 373 kal.+popušť. 40 20 0 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 Ujetá vzdálenost [m] OBR. 32 GRAF závislosti průměrného opotřebení na dráze 42
Opotřebení [%] V tomto grafu je zobrazeno procentuální opotřebení, kde vzorky z oceli 11 373 jsou povaţovány jako etalon, tedy jejich úbytek představuje 100 %. 120 Procentuální opotřebení při provozní zkoušce 100 80 11 373 11 373 kal.+popušť. Hardox 400 60 40 20 19 573 0 OBR. 33 Procentuální opotřebení při provozní zkoušce Porovnáme-li tyto výsledky s výsledky uváděnými Filípkem a Březinem [27], kteří pouţili při provozní zkoušce také vzorky z oceli 11 373 jako etalon, zjistíme, ţe vzorky z oceli Hardox 400 mají přibliţně stejné procentuální opotřebení jako materiál DILLIDUR 500 (nízkolegovaný otěruvzdorný plech), který pouţili. Další materiály, které měli přibliţně stejné procentuální opotřebení, byly vzorky z oceli 19 573 a návarový materiál WOKA Durit NiA. 43
4.4 Výsledky laboratorní zkoušky na brusném plátně Hmotnostní úbytky zkušebních vzorků v průběhu zkoušky jsou v (Příl. 14). V (Příl. 15) jsou uvedeny procentuální hodnoty opotřebení vztaţené ke vzorku s nejvyšším opotřebením (ocel 11 373), kterých dosáhly jednotlivé zkušební vzorky. Grafické zobrazení poměrného opotřebení vůči vzorku z oceli 11 373 je v příloze (Příl. 16). Statistické zhodnocení dat je v následující tabulce. TABULKA 10 Výsledné hodnoty zkoušky na brusném plátně Materiál Průměrný Směrodatná Variační Poměrné Tvrdost HV koeficient úbytek [g] odchylka [g] opotřebení [-] [%] ocel Hardox 400 318 0,159 0,009 5,94 1,58 ocel 11 373 175 0,251 0,013 5,15 1,00 ocel 19 436 742 0,060 0,007 11,75 4,20 ocel 19 573 670 0,043 0,002 5,57 5,78 11 373 kalená 395 0,186 0,014 7,34 1,35 11 373 kaleno + popuštěno na 600 C 258 0,206 0,013 6,48 1,22 Z výsledků je patrné, ţe ocel 19 573 s nejmenším úbytkem má 5,78krát menší opotřebení, neţ ocel 11 373 s největším úbytkem. Z grafické závislosti opotřebení na tvrdosti HV (Příl. 17) je patrné, ţe korelační závislost je -0,963, která značí velmi těsnou závislost. Ze získaných výsledků je moţno říct, ţe čím je větší tvrdost materiálu, tím je menší opotřebení, coţ je patrné také z (Příl. 18). 44
4.5 Výsledky laboratorní zkoušky z Bondova bubnového přístroje Pro tuto zkoušku byl pouţit betonářský písek z lokality Bratčice se zrnostním sloţením uvedeným v následující tabulce. TABULKA 11 Zrnitostní složení písku Velikost částic [mm] 10,00-2,00 2,00-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 pod 0,01 Zastoupení [%] 22,3 67,06 7,45 1,21 1,98 Hodnoty hmotnostních úbytků jsou uvedeny v (Příl. 19). Grafické zobrazení úbytků je v (Příl. 20). Statistické vyhodnocení dat je níţe v tabulce. TABULKA 12 Statistické vyhodnocení zkoušky v Bondově bubnovém přístroji Průměrný Směrodatná Variační Tvrdost Materiál úbytek odchylka koeficient [mg] [mg] [%] HV 11 373 - kalená 38 9,40 24,74 395 11 373 kaleno + popuštěno na 600 o C 44 10,03 22,69 258 11 373 48 12,06 25,22 175 ocel Hardox 400 42 9,88 23,52 318 ocel 19 436 14 1,79 12,78 742 ocel 19 573 13 1,10 8,43 670 Nejmenší opotřebení u oceli 19 573 je3,7krát menší, neţ u oceli 11 373. Z bodového grafu závislosti opotřebení na tvrdosti HV v (Příl. 21) je zřejmé, ţe korelační závislost je velmi těsná (-0,986). Z toho opět plyne, ţe s vyšší tvrdostí klesá opotřebení. 45
4.6 Porovnání provozní zkoušky a laboratorních zkoušek Závislost mezi jednotlivými zkouškami se posuzuje z bodových diagramů v (Příl. 22, Příl. 23). Korelační závislost mezi jednotlivými provedenými zkouškami je uvedena v následující tabulce. TABULKA 13Korelační koeficienty Provozní zkouška Brusné plátno Bondův přístroj Tvrdost HV Provozní zkouška x 0,983 0,994-0,997 Brusné plátno x x 0,968-0,963 Bondův přístroj x x x -0,986 Tvrdost HV x x x x Ze získaných dat je patrné, ţe největší korelační závislost je mezi výsledky z provozní zkoušky a tvrdosti podle Vickerse (konkrétně -0,997). Nejmenší korelační závislost je mezi zkouškou na brusném plátně a tvrdostí podle Vickerse (konkrétně -0,963). Závislost mezi provozní zkouškou a zkouškou v Bondově přístroji je značná (konkrétně -0,994), jelikoţ u obou zkoušek je pouţito volného abraziva. Naopak niţší závislost je mezi provozní zkouškou a zkouškou na brusném plátně (konkrétně -0,983), protoţe je pouţito volného a vázaného abraziva. 46
5 NÁVRHY NA ZVÝŠENÍ ODOLNOSTI PROTI OPOTŘEBENÍ U STROJŮ PRO ZPRACOVÁNÍ PŮDY Největší podíl na degradaci strojů pro zpracování půdy má abrazivní opotřebení a kombinace abrazivního opotřebení se silovými rázy. Proto se snaţíme pouţívat takové materiály, které mají velkou odolnost proti abrazivnímu opotřebení a rázům, ale jsou ekonomické z finančního hlediska. Ideální by byl materiál s vysokou houţevnatosti a tvrdostí za nízkou cenu. Většina firem dodávající techniku pro zpracování půdy disponuje špičkovým technologickým a vývojovým zázemím. Jejich produkty po tepelném zpracování mohou dosahovat tvrdosti aţ 54 HRC při zachování vysoké houţevnatosti [28]. V současnosti jsou pouţívány pluţní čepele z kované a lité oceli. Pouţívají se lité čepele z vysokopevnostní, otěruvzdorné oceli nízkolegované chromem, molybdenem, niklem a wolframem a čepele kované ze zušlechtěné oceli 13 340.6, která je nízkolegovaná manganem a křemíkem. Pluţní čepele pod názvem Mölbro, Gouvy, Kverneland a Lemken jsou tepelně zpracované na průměrnou tvrdost 45 HRC [12]. Zvyšování odolnosti proti abrazivnímu opotřebení pomocí návarových materiálů by bylo vhodné pouze u součástí, které nejsou tak zatíţeny např. secí botky, pracovní části různých sklízečů. U vysoce zatíţených součástek, jako jsou pluţní čepele, u kterých je opotřebení značné, by se návarová vrstva musela obměňovat velmi často. Tudíţ by musel být podnik vybaven kvalitním vybavením pro rychlou renovaci opotřebovaných částí. Zde vzniká otázka, zda je ekonomičtější renovace či výměna za novou součást. Pouţití některých nástrojových ocelí pro výrobu pracovních částí strojů pro zpracování půdy by bylo z hlediska odolnosti proti opotřebení dobré, ale cena těchto součástek by byla velmi vysoká a tudíţ by to bylo neekonomické. Další moţností volby materiálu pro stroje na zpracování půdy je Hadfieldova manganová austenitická ocel, která můţe tvářením za studena dosáhnout zpevnění povrchu. Zvýšení tvrdosti povrchu se také přisuzuje přeměně metastabilního austenitu na martenzit v průběhu plastické deformace. Ocel proto vykazuje dobrou odolnost proti opotřebení při velkém zatíţení povrchu, které se také vyskytují při orbě [27]. 47
Ovšem tato ocel je nemagnetická a případná ztráta části pracovního stroje muţe způsobit problémy některým sklízecím strojům, které mají lapače zaloţené na principu magnetických vlastností běţných ocelí. 6 ZÁVĚR Opotřebení je definováno jako trvale neţádoucí změna povrchu materiálu součásti mechanickými vlivy, které mohou být doprovázeny fyzikálními, chemickými nebo i elektrickými jevy. Uvádí se, ţe abrazivní opotřebení má na svědomí aţ 50 % poruch strojů a jejich součástí. Převládajícím druhem opotřebení v zemědělství je opotřebení abrazivní případně v kombinaci s rázy. Hlavní náplní této diplomové práce bylo sledování a vyhodnocení velikosti abrazivního opotřebení u vzorků z vybraných druhů ocelí, které byly různě tepelně upraveny. Opotřebení bylo vyhodnoceno na základě hmotnostních úbytků při provozní a laboratorní zkoušce. Provozní zkouška opotřebení se konala v zemědělském podniku Bikos s.r.o. Velká Bíteš. Velikost opotřebení byla dána změnou hmotnosti vzorků tzv. hmotnostními úbytky v průběhu měření. Metodika měření spočívala v tom, ţe se vzorek připevnil na čepel orebního tělesa a probíhala orba. S kaţdým vzorkem se provedly 3 jednodenní měření. Po ukončení denního cyklu měření se sledované vzorky odmontovaly a nahradily dalšími vzorky, poté se vzorky pečlivě očistily a následně zváţily na elektronických vahách. Před kaţdým dalším měřením se vzorek posunul o dvě čepele dále proti původní pozici z předchozího měření. Získané údaje byly zaznamenány, zpracovány a vyhodnoceny. V provozní zkoušce bylo zjištěno toto pořadí odolnosti proti opotřebení u zkušebních vzorků v tomto pořadí. Nejmenší odolnost byla u vzorků z oceli 11 373. Další byly vzorky z oceli 11 373 kaleno a popuštěno na 600 C následovány vzorky z oceli Hardox 400. Největší odolnost měly vzorky z oceli 19 573. Vzorky z oceli 19 436 a oceli 11 373 kaleno měly sice dobrou odolnost, ale kvůli nízké houţevnatosti došlo jiţ během prvního měření ke ztrátě většiny vzorků. Výsledky provozní zkoušky dokázaly, ţe odolnost proti abrazivnímu opotřebení do značné míry záleţí na tvrdosti opotřebovávaného materiálu. Lze tedy konstatovat, ţe čím bude tvrdost materiálu vyšší, tím bude odolnost proti abrazivnímu opotřebení větší. 48
Laboratorní zkoušky opotřebení se provedly na přístrojích s volnými a vázanými částicemi. Opotřebení s volnými částicemi bylo realizováno v Bondově bubnovém přístroji. Jako abrazivo bylo pouţit stavební písek z lokality Bratčice. Opotřebení s vázanými částicemi bylo realizováno na přístroji s brusným plátnem. Velikost opotřebení byla dána změnou hmotnosti vzorků tzv. hmotnostními úbytky v průběhu měření. Po uplynutí časového intervalu u Bondova bubnového přístroje nebo stanovené dráhy u přístroje s brusným plátnem byla zkouška zastavena, zkušební vzorky byly očištěny a poté zváţeny na elektronických vahách. Získané údaje byly zaznamenány, zpracovány a vyhodnoceny. Ze zkoušky na brusném plátně byly zjištěny tyto výsledky odolnosti proti abrazivnímu opotřebení. Nejmenší odolnost měly vzorky z oceli 11 373. Větší odolnost měly vzorky v tomto pořadí. Vzorky z oceli 11 373 kaleno a popuštěno na 600 C, dále ocel 11 373 kaleno, ocel Hardox 400 a ocel 19 436. Nejvyšší byla odolnost proti abrazivnímu opotřebení u vzorků z oceli 19 573. V Bondově bubnovém přístroji byly zjištěny tyto výsledky odolnosti proti abrazivnímu opotřebení. Nejmenší odolnost měly vzorky z oceli 11 373. Dále bylo toto pořadí. Vzorky z oceli 11 373 kaleno a popuštěno na 600 C, vzorky z oceli Hardox 400, vzorky z oceli 11 373 kaleno a vzorky z oceli 19 436. Největší odolnost měly vzorky z oceli 19 573. Výsledky provozní zkoušky prokázaly, ţe odolnost do značné míry záleţí na tvrdosti materiálu, ze kterého jsou vyrobeny pracovní části, a shodují se s výsledky z Bondova bubnového přístroje a z přístroje s brusným plátnem. Tvrdost křemene, který je obsaţen v půdě, se pohybuje mezi 900-1280 HV. Lze tedy říct, ţe čím se bude tvrdost ocelí blíţit k hodnotám tvrdosti křemene, tím bude odolnost proti abrazivnímu opotřebení větší. Porovnání provozní zkoušky a laboratorních zkoušek určilo, ţe provozní zkoušce se více přibliţuje laboratorní zkouška s volnými částicemi v Bondově bubnovém přístroji. Výsledky potvrdily značný vliv vlastností oceli, sloţení oceli a tepelného zpracování na odolnost proti abrazivnímu opotřebení. Z tohoto lze vyvodit důleţitost správné volby materiálu, které odolávají degradačním procesům. Toto rozhodnutí můţe mít výrazný vliv nejen na ţivotnost součásti a celého zařízení, ale i na ekonomiku provozu. 49
7 SEZNAM LITERATURY [1] BLAŠKOVIČ, Pavel, Jozef BALLA a Marián DZIMKO. Tribológia. 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1990, 360 s. Edícia strojárskej literatúry. ISBN 80-050-0633-0. [2] POŠTA, Josef, Milan DVOŘÁK a Petr VESELÝ. Degradace strojních součástí: monografie. Vyd. 1. Praha: Česká zemědělská univerzita, Technická fakulta, 2002, 67 s. ISBN 80-213-0967-9. [3] SUCHÁNEK, Jan, Vladimír KUKLÍK a Eva ZDRAVECKÁ. Abrazívní opotřebení materiálů. Praha: [České vysoké učení technické], 2007, 162 s. ISBN 978-80-01-03659- 4 (BROţ.). [4] STODOLA, Jiří, Františka PEŠLOVÁ a Jan KRMELA. Opotřebení strojních součástí: monografie. Vyd. 1. Brno: Univerzita obrany, 2008, 195 s. ISBN 978-80- 7231-552-9 (BROţ.). [5] Povrchy a jejich úpravy. [online]. s. 6 [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://tzs.kmm.zcu.cz/povrchy.pdf [6] POŠTA, Josef. DEGRADACE STROJNÍCH SOUČÁSTÍ [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://degradace.tf.czu.cz/ [7] Different Types of Corrosion. WEBCORR, the Corrosion Clinic. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.corrosionclinic.com/types_of_corrosion/microbiologically_influenced_biol ogical_microbial_corrosion.htm [8] JACK, Thomas R. Biological Corrosion Failures. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.asminternational.org/portal/site/www/asmstore/productdetails/?vgnextoid =b67b7e0e64e18110vgnvcm100000701e010arcrd [9] KULOVANÁ, Eliška. Renovace strojních součástí. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.agroweb.cz/renovace-strojnich-soucasti s46x9970.html [10] Fatigue Failures. METALLURGICAL CONSULTANTS. [online]. [cit. 2012-04- 03]. Dostupné z: http://www.materialsengineer.com/ca-fatigue.htm [11] Mechanizace zpracování půdy. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://kzt.zf.jcu.cz/vyuka2/frid/zpracovanipudy.pdf [12] HORÁČEK, Jaroslav. MATERIÁLOVÉ ÚPRAVY PLUŢNÍCH ČEPELÍ. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://stary.agroweb.cz/projekt/clanek.asp?cid=9456 [13] KAŠPAROVÁ, ZAHÁLKA a HOUDKOVÁ. HODNOCENÍ ABRAZIVNÍ A ADHEZIVNÍ ODOLNOSTI MATERIÁLU. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.metal2012.com/files/proceedings/metal_09/lists/papers/054.pdf [14] MILLER, Robert F. Hardness vs. Wear. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.cladtechnologies.com/articles/hardness%20vs.%20wear/hardness.htm 50
[15] SKALICKÝ. Zkoušky odolnosti pluţních čepelí. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.naschov.cz/zkousky-odolnosti-pluznichcepeli s46x16428.html [16] DOUBEK, Petr. Laboratorní a provozní zkoušky opotřebení nástrojů pro zpracování půdy. Diplomová práce. MENDELOVA UNIVERZITA. Vedoucí práce doc. Ing. Josef Filípek, CSc. [17] CHOTĚBORSKÝ A KOL. Abrazívní opotřebení návarových materiálů na bázi Fe- Cr-C. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.konstrukce.cz/userfiles/files/k/2009/abraz_01.pdf [18] BUREŠ, Jiří. Převodník tvrdosti. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.converter.cz/tabulky/tvrdost-online.htm [19] BUREŠ, Jiří. Zkouška tvrdosti dle Rockwella. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.converter.cz/jednotky/tvrdost-rockwell.htm [20] SÁŇKA, Milan a Jan MATERNA. Indikátory kvality zemědělských a lesních půd ČR [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.mzp.cz/osv/edice.nsf/ceffc9bddd360e2ec1256faf0040eef6/$file/indikatory _el.pdf [21] Zrnitostní (granulometrické) sloţení. ÚSTAV INŢENÝRSTVÍ OCHRANY ŢIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ, Fakulta technologická, Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://ucebnice.remediace.cz/default.asp?oid=03010400000&fid=151 [22] JKZ BUČOVICE A. S. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.jkz.cz/ [23] Oceli HARDOX, WELDOX a jejich svařování. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.svarbazar.cz/phprs/view.php?cisloclanku=2008061801 [24] ČERNÝ, Michal. Degradace nízkolegovaných ocelí v abrazivním a korozivním prostředí. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://dl.uk.fme.vutbr.cz/zobraz_soubor.php?id=99 [25] FILÍPEK, Josef a Michal ČERNÝ. ANIMACE LABORATORNÍCH ZKOUŠEK ABRAZIVNÍHO OPOTŘEBENÍ. [26] Taxonomický klasifikační systém půd ČR [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://klasifikace.pedologie.czu.cz/index.php?action=showhomepage [27] FILÍPEK, Josef a Roman BŘEZINA. Vliv struktury a podmínek zkoušky na velikost abrazivního opotřebení. ISBN 1211-8516 [28] OPaLL-AGRI s.r.o. KOLEKTIV PRACOVNÍKŮ SPOLEČNOSTI OPALL-AGRI S.R.O. [online]. [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.opall-agri.cz/1521/o-firme/ 51
8 SEZNAMY 8.1 Seznam tabulek Tabulka 1 Vliv kluzné rychlosti na abrazivní opotřebení [3]... 21 Tabulka 2 Tvrdosti minerálních látek a fází ve slitinách železa [3]... 22 Tabulka 3 Chemické složení zkoušených ocelí [3]... 29 Tabulka 4 Průměrné hodnoty tvrdosti vzorků... 38 Tabulka 5 Procentuální zastoupení frakcí v půdě... 39 Tabulka 6 Statistické vyhodnocení 1. měření provozní zkoušky na dráze 15000m... 40 Tabulka 7 Statistické vyhodnocení 2. měření provozní zkoušky na dráze 20000m... 41 Tabulka 8 Statistické vyhodnocení 3. měření provozní zkoušky na dráze 20000m... 41 Tabulka 9 Statistické vyhodnocení celé provozní zkoušky na dráze 20000m... 42 Tabulka 10 Výsledné hodnoty zkoušky na brusném plátně... 44 Tabulka 11 Zrnitostní složení písku... 45 Tabulka 12 Statistické vyhodnocení zkoušky v Bondově bubnovém přístroji... 45 Tabulka 13Korelační koeficienty... 46 8.2 Seznam obrázků Obr. 1 Schéma mechanismu adhezivního opotřebení [5]... 11 Obr. 2 Adhezivní opotřebení přítlačného kotouče [6]... 11 Obr. 3 Schéma mechanismu abrazivního opotřebení [5]... 12 Obr. 4 Schéma mechanismu abrazivního opotřebení [3]... 12 Obr. 5 Abrazivní opotřebení plužní čepele [6]... 13 Obr. 6 Schéma mechanismu abrazivního opotřebení [4]... 13 Obr. 7 Erozivní opotřebení ventilu [6]... 14 Obr. 8 Schéma zániku bubliny [4]... 14 Obr. 9 Kavitační opotřebení vodní turbíny [6]... 15 Obr. 10 Schéma mechanismu únavového opotřebení [2]... 15 Obr. 11Únavové opotřebení valivého ložiska [6]... 16 Obr. 12 Schéma mechanismu vibračního opotřebení [2]... 16 Obr. 13 Statický lom na ozubeném kole [6]... 19 Obr. 14 Únavový lom hřídele [6]... 19 Obr. 15 Opotřebení oceli 12050 v závislosti na měrném tlaku a zrnitosti částic Al 2o 3 [3].. 20 Obr. 16 Vliv kluzné rychlosti na abrazivní opotřebení [3]... 21 Obr. 17 Opotřebení žíhané nízkouhlíkové oceli v závislosti na velikosti abrazivních částic a zatížení [3]... 23 Obr. 18 rychlost abrazivního otěru vybraných materiálů zkoušených 4 druhy abraziva [3]... 24 Obr. 19 Schéma přístroje s brusným plátnem a brusným pásem [25]... 26 Obr. 20 Schéma přístroje s brusnou nádobou [25]... 26 Obr. 21 Schéma bubnového přístroje a přístroje s pružným kotoučem [25]... 27 Obr. 22 Schéma přístroje s mezivrstvou abrazivních částic [25]... 27 Obr. 23 Princip zkoušky podle Rockwella HRB [19]... 30 Obr. 24 Princip zkoušky podle Rockwella HRC [19]... 30 Obr. 25 Klasifikační stupnice podle Nováka [21]... 31 Obr. 26 Trojúhelníkový zrnitostní diagram [21]... 31 Obr. 27 Umístění zkušebního vzorku... 32 Obr. 28 Schéma Bondova bubnového přístroje [24]... 34 Obr. 29 Zkouška v Bondově přístroji [25]... 34 Obr. 30 Schéma přístroje s brusným plátnem [17]... 35 Obr. 31 Přístroj s brusným plátnem [25]... 36 52
Obr. 32 Graf závislosti průměrného opotřebení na dráze... 42 Obr. 33 Procentuální opotřebení při provozní zkoušce... 43 53
PŘÍLOHY 54
SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 Tabulka naměřený hodnot tvrdostí pro vzorky pro provozní zkoušku... 56 Příloha 2 Graf průměrné tvrdosti vzorků pro provozní zkoušku... 57 Příloha 3 Půdní mapa ČR pozemek pro provozní zkoušku... 57 Příloha 4 Zrnitostní složení vzorku půdy... 58 Příloha 5 Graf poměrné tvrdosti... 58 Příloha 6 Tabulka naměřených a dopočítaných hodnot po 1. měření... 59 Příloha 7 Tabulka naměřených a dopočítaných hodnot po 2. měření... 60 Příloha 8 Tabulka naměřených a dopočítaných hodnot po 3. měření... 61 Příloha 9 Graf závislosti opotřebení na dráze pro ocel 11 373... 62 Příloha 10 Graf závislosti opotřebení na dráze pro ocel 11 373 kaleno a popuštěno na 600 C... 63 Příloha 11 Graf závislosti opotřebení na dráze pro ocel Hardox 400... 64 Příloha 12 Graf závislosti opotřebení na dráze pro ocel 19 573... 65 Příloha 13 Závislost provozního opotřebení na tvrdosti HV... 66 Příloha 14Hmotnosti vzorků během zkoušky na brusném plátně... 66 Příloha 15 Procentuální opotřebení na brusném plátně... 67 Příloha 16 Poměrné opotřebení vůči vzorku z oceli 11 373 na brusném plátně... 67 Příloha 17 Závislost mezi opotřebením na brusném plátně a tvrdostí HV... 68 Příloha 18 Vztah mezi opotřebením na brusném plátně a tvrdostí HV... 68 Příloha 19 Naměřená data v Bondově bubnovém přístroji... 69 Příloha 20 Průměrný úbytek v Bondově bubnovém přístroji... 69 Příloha 21 Závislost mezi opotřebením v Bondově přístroji a tvrdostí HV... 70 Příloha 22 Závislost mezi opotřebením na brusném plátně a provozním opotřebením... 70 Příloha 23 Závislost provozního opotřebení na opotřebení v Bondově přístroji... 71 Příloha 24 Vzorek použitý při provozní zkoušce... 71 Příloha 25 Umístění zkušebních vzorků na orebním tělese... 72 Příloha 26 Orební těleso... 72 Příloha 27 Vzorek po provozní zkoušce... 73 Příloha 28 Pluh LEMKEN Vari Diamand... 73 Příloha 29Orební souprava při práci... 74 Příloha 30 Orební souprava při práci... 74 55
PŘÍLOHA 1 Tabulka naměřený hodnot tvrdostí pro vzorky pro provozní zkoušku Materiál vzorek č. 1. měření Tvrdost HRC Celkový Směrodatná Variační Tvrdost 2. měření 3. měření Ocel 7 35,0 33,5 39,0 35,8 11 373 8 46,5 49,5 45,0 47,0 kaleno 9 45,0 46,5 41,5 44,3 10 34,5 36,2 36,5 35,7 11 41,0 45,0 34,5 40,2 12 27,0 28,0 27,2 27,4 Ocel 19 26,8 30,0 26,5 27,8 11 373 20 28,0 25,2 26,9 26,7 Ø průměr HRC odchylka koeficient [%] HV 38 6,42 16,70 372 kaleno 21 23,0 23,0 22,2 22,7 a 22 26,0 23,1 22,1 23,7 popuštěno 23 22,5 25,9 24,2 24,2 na 600 C 24 26,5 28,9 27,6 27,7 Ocel 2 34,5 34,0 34,1 34,2 Hardox 400 3 35,2 34,6 34,2 34,7 4 32,8 33,0 34,1 33,3 5 32,5 32,8 33,4 32,9 6 35,4 35,0 35,6 35,3 25 1,99 7,81 269 34 0,81 2,38 336 7 32,5 34,2 35,4 34,0 Ocel 0 60,2 59,8 61,0 60,3 19 436 3 60,0 59,9 59,7 59,9 4 61,5 62,3 62,4 62,1 5 61,8 61,5 63,0 62,1 6 60,4 61,0 61,5 61,0 7 60,7 59,8 63,3 61,3 61 0,83 1,35 742 Ocel 2 58,6 58,2 58,0 58,3 19 573 3 57,4 57,0 57,6 57,3 4 58,6 59,4 59,0 59,0 5 56,9 57,5 58,0 57,5 6 58,3 58,7 57,8 58,3 7 59,0 57,8 58,6 58,5 58 0,57 0,99 670 Materiál vzorek č. 1. měření Tvrdost HRB Celkový Směrodatná Variační Tvrdost 2. měření 3. měření Ocel 1 88,4 90,5 87,2 88,7 11 373 2 92,4 93,8 85,2 90,5 Ø průměr HRB odchylka koeficient [%] HV 3 75,8 78,6 79,5 78,0 4 91,4 91,7 92,3 91,8 85 5,38 6,30 165 5 76,2 78,6 82,7 79,2 6 88,6 80,5 82,8 84,0 56
Tvrdost [HV] PŘÍLOHA 2 Graf průměrné tvrdosti vzorků pro provozní zkoušku 800 700 Průměrná tvrdost materiálů pro provozní zkoušku 19 573 19 436 600 500 400 300 11 373 kal.+popuštěno Hardox 400 11 373 kaleno 200 11 373 100 0 PŘÍLOHA 3 Půdní mapa ČR pozemek pro provozní zkoušku 57