MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE BRNO 2010 Ing. PETR DOUBEK

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Abrazivní a erozivní opotřebení Diplomová práce Vedoucí práce: doc. Ing. Josef Filípek, CSc. Vypracoval: Ing. Petr Doubek Brno 2010 1

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy 2009/2010 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE Autor práce: Studijní program: Obor: Ing. Petr Doubek Zemědělská specializace Management technika Název tématu: Abrazivní a erozivní opotřebení Rozsah práce: 50-70 s. Zásady pro vypracování: 1. Druhy poškození strojních součástí. 2. Erozivní opotřebení jako technickoekonomický problém. 3. Zjistěte vzájemné vztahy mezi strukturou, tvrdostí, odolností proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení vybraných materiálů. 4. Proveďte laboratorní a provozní zkoušky abrazivního a erozivního opotřebení konkrétních materiálů. 5. Technicko ekonomické zhodnocení. Seznam odborné literatury: 1. JOZEF, B. -- MARIAN, D. -- PAVEL, B. Tribológia. Bratislava: ALFA, 1990. 360 s. ISBN 80-05- 00633-0. 2. KUKLÍK, V. -- ZDRAVECKÁ, E. -- SUCHÁNEK, J. Abrazivní opotřebení materiálu. Praha: ČVUT, 2007. 162 s. ISBN 978-80-01-03659-4. 3. SUCHÁNEK, J. Mechanizmy erozívního opotřebení a jejich význam pro optimální volbu kovových materiálů v praxi. Praha: ČVUT, 2006. 28 s. ISBN 80-01-03562-X. Datum zadání diplomové práce: říjen 2008 Termín odevzdání diplomové práce: duben 2010 Ing. Petr Doubek řešitel diplomové práce doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. vedoucí ústavu doc. Ing. Josef Filípek, CSc. vedoucí diplomové práce prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc. děkan AF MZLU v Brně 2

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma ABRAZIVNÍ A EROZIVNÍ OPOTŘEBENÍ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF Mendelovy univerzity v Brně. dne... podpis diplomanta... 3

Poděkování Těmito slovy chci srdečně 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. Jiřímu Votavovi, PhD. za pomoc při úpravě zkušebních vzorků pro přístroj s brusným plátnem a za pomoc s metalografickou zkouškou. Dále chci poděkovat firmě Kovo Staněk, s.r.o., za umožnění vykonání provozní zkoušky. Také chci poděkovat panu Josefu Hiclovi a Jiřímu Horákovi z firmy Kovo Staněk, s.r.o., kteří mi poskytly cenné rady při provozní zkoušce. Dále Ing. Pavlu Doležalovi, PhD. za rady v průběhu měření tvrdosti zkušebních vzorků. A také Monice Ondráčkové. 4

ABSTRAKT Cílem této diplomové práce je sledování a porovnání velikosti abrazivního a erozivního opotřebení tří materiálů pro vnitřní obložení pracovní komory (Ocel 11 373, Creusabro 4800, Creusabro M) a pěti materiálů pro lopatky metacího kola (Sedur 204, AG 202, SiSiC ROCAR SiG, K10, K20) tryskacího zařízení. Opotřebení je vyhodnoceno na základě objemových úbytků a objemové odolnosti proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení při laboratorní a provozní zkoušce. První část práce je věnována problematice poškození strojních součástí se zaměřením na abrazivní a erozivní opotřebení. Druhá část práce je zaměřena na jednotlivé provedené zkoušky. Nejprve se uskutečnila zkouška tvrdosti. Dále následovala laboratorní zkouška s vázanými částicemi na brusném plátně. Provozní zkouška se konala ve firmě Kovo Staněk, s.r.o., ve zkušebním tryskacím zařízení, které simulovalo provozní podmínky tryskání. Použitým abrazivem pro provozní zkoušku bylo AMASTEEL S 230 kuličky a AMASTEEL LG 40 ostrohran. Výsledky obou zkoušek jsou vyhodnoceny a graficky interpretovány. Výsledky zkoušek nepotvrdily velkou závislost mezi tvrdostí a odolností proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení zkoušených materiálů. Ze získaných poznatků lze vyvodit důležitost správné volby materiálů, které odolávají degradačním procesům. Toto rozhodnutí může mít výrazný vliv nejen na životnost součástí a celého zařízení, ale i na ekonomiku provozu. KLÍČOVÁ SLOVA Abrazivní opotřebení, erozivní opotřebení, zkouška tvrdosti, laboratorní zkouška, provozní zkouška, brusné plátno, tryskací zařízení, metací kolo, lopatka. 5

ABSTRACT The object of this thesis is to observe and compare the extent of the abrasive and erosive deterioration of three materials for the inside working chamber casing (Steel 11 373, Creusabro 4800, Creusabro M) and of five materials for the throwing wheel vanes (Sedur 204, AG 202, SiSiC ROCAR SiG, K10, K20) of the air-blast equipment. The deterioration is assessed according to the volume loss and the volume resistance against the abrasive and erosive deterioration during the laboratory a and operation test. The first part of the thesis is focused on the problems of the machinery components especially of the abrasive and erosive deterioration. The second part is concentrated on separate tests. Firstly a test on hardness was carries out. Next a laboratory test with bound particles on the abrasive cloth. The operation test took place in the Kovo Staněk Ltd. in a testing air-blast equipment simulating the operating conditions of air-blasting. The abrasive used for the operating were AMASTEEL S 230 little balls and AMASTEL LG 40 sharp angular particles. The test of both results are evalated and interpreted graphically. The test results did not affirmed any dependency between the hardness and the resistence against the abrasive and erosive deterioration of tested materials. From the obtained information the importance of the right choice of material can be deduced of materials that resist the processes of degradation. This decision can have a distinctive influence not only on the operating life of the whole equipment, but also on the operation economy. KEY WORDS Abrasive deterioration, erosive deterioration, hardness test, laboratory test, operation test, abrasive cloth, air-blasting equipment, throwing wheel, vane. 6

OBSAH 1. Úvod 10 2. Cíl práce 11 3. Literární přehled 12 3.1 Druhy poškození strojních součástí 12 3.1.1 Koroze 13 3.1.2 Otlačení 14 3.1.3 Deformace 15 3.1.4 Trhliny a lomy 15 3.1.5 Opotřebení 17 3.1.5.1 Druhy opotřebení 17 3.2 Abrazivní opotřebení 18 3.2.1 Vliv abrazivních částic na intenzitu abrazivního opotřebení 20 3.2.1.1 Vliv množství abrazívních částic 20 3.2.1.2 Vliv tvaru abrazívních částic 20 3.2.1.3 Vliv velikosti abrazívních částic 20 3.2.1.4 Vliv pevnosti abrazívních částic 20 3.2.1.5 Vliv tvrdosti abrazívních částic 21 3.2.2 Materiály odolné proti abrazivnímu opotřebení 22 3.2.3 Příklady abrazivního opotřebení 26 3.3 Erozivní opotřebení 27 3.3.1 Vliv jednotlivých faktorů na intenzitu erozivního opotřebení 29 3.3.1.1 Úhel nárazu částic 29 3.3.1.2 Dopadová rychlost částic 30 3.3.1.3 Velikost částic 30 3.3.1.4 Tvar erozivních částic 31 3.3.1.5 Tvrdost erozivních částic 31 3.3.1.6 Množství dopadajících částic 32 3.3.1.7 Tvrdé strukturní složky 32 3.3.1.8 Matrice 33 3.3.2 Materiály odolné proti erozivnímu opotřebení 33 3.3.3 Příklady erozivního opotřebení 35 3.4 Zkoušky odolnosti materiálu proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení 36 7

3.4.1 Laboratorní zkoušky 36 3.4.1.1 Přístroj pro laboratorní zkoušku abrazivního opotřebení s 37 vázanými částicemi 3.4.1.2 Přístroj pro laboratorní zkoušku erozivního opotřebení 37 3.4.2 Provozní zkoušky 38 4. Experimentální část 39 4.1 Zkoušené materiály 39 4.1.1 Hustota a cena zkoušených materiálů 41 4.1.2 Měření tvrdosti jednotlivých zkušebních vzorků 42 4.1.3 Metalografická zkouška 43 4.1.4 Použité přístroje a zařízení 45 4.2 Abrazivo 46 4.2.1 AMASTEEL S 23O kuličky 46 4.2.2 AMASTEEL LG 40 ostrohran 47 4.3 Laboratorní zkouška opotřebení 48 4.3.1 Metodika laboratorní zkoušky 48 4.3.1.1 Zkušební přístroj s brusným plátnem 49 4.4 Provozní zkouška opotřebení 51 4.4.1 Metodika provozní zkoušky 51 4.4.1.1 Tryskací zařízení 53 4.4.2 Parametry provozní zkoušky 56 4.4.3 Harmonogram provozní zkoušky 56 4.5 Metodika statistického zpracování 57 5. Výsledky práce a diskuse 58 5.1 Výsledky měření tvrdosti 58 5.2 Výsledky laboratorní zkoušky 59 5.2.1 Výsledky z přístroje s brusným plátnem 59 5.3 Výsledky provozní zkoušky 62 5.3.1 Výsledky z kuliček 62 5.3.2 Výsledky z ostrohranu 66 5.3.3 Porovnání použitých abrazivních materiálů kuliček a ostrohranu 70 5.4 Porovnání laboratorní a provozní zkoušky 76 6. Závěr 82 8

7. Seznam literatury 84 8. Seznam obrázků 86 9. Seznam tabulek 88 Přílohy 9

1. ÚVOD Práce strojů (nástrojů) strojírenské techniky v různých podmínkách přináší mnohé komplikace a tedy i spoustu různých řešení vedoucích k dosažení ideálního stavu. Používají se stále lépe zušlechtěné materiály s vyšší odolností proti opotřebení, automatizace usnadňuje práci ve všech odvětvích strojírenství. Při provozu strojů (nástrojů) působí celá řada vlivů a procesů. To má za následek změny funkčních ploch strojních součástí, které následně vedou k prvotním příčinám poruch. Změny vlastností funkčních ploch jsou způsobeny opotřebením, které se významně podílí na životnosti, spolehlivosti, na ztrátách energie a materiálu strojních součástí. Má též výrazný vliv i na náklady spojené s údržbou, opravami a renovací strojních součástí. Zkoumáním procesů opotřebení a doprovodných jevů se zabývá vědní obor nazvaný TRIBOLOGIE. Tribologie je nauka o vědeckém výzkumu a technickém použití zákonitostí a poznatků pro vědní obory opotřebení, tření a mazání (Blaškovič, 1990). Opotřebení má na svědomí až 80 % poruch strojů a jejich součástí. Převládá nad jinými příčinami poškození, jako jsou poruchy způsobené lomy, trhlinami, deformacemi či přetížením součásti. Zpravidla způsobuje zhoršení funkce zařízení, což může vést k jeho předčasnému vyřazení nebo úplnému porušení. Takto způsobené škody jsou příčinou velkých ztrát a dají se přirovnat snad jen ke škodám vzniklých následky koroze. Zvyšování spolehlivosti a prodlužování technické životnosti strojů (nástrojů) je jedním z požadavků moderní techniky. K nim se zařazuje požadavek na jednoduchou údržbu, jednoduché, časově nenáročné opravy při odstranění náhodných poruch nebo provozních havárií. Ekonomická otázka těchto požadavků je samozřejmá. Náklady spojené s opotřebením je třeba snižovat nebo usilovat o jejich snížení. Ke způsobům vedoucím k úsporám nákladů způsobených opotřebením patří správná volba materiálu, správná obsluha stroje, účelná renovace prodlužující životnost součásti a včasná výměna součásti na konci jejího životního cyklu, aby nedošlo k závažnějším poruchám. 10

2. CÍL PRÁCE Cílem diplomové práce je sledování a vyhodnocení velikosti abrazivního a erozivního opotřebení tří materiálů pro vnitřní obložení pracovní komory (Ocel 11 373, Creusabro 4800, Creusabro M) a pěti materiálů pro lopatky metacího kola (Sedur 204, AG 202, SiSiC ROCAR SiG, K10, K20) tryskacího zařízení v laboratorních a provozních podmínkách. Použitým abrazivem pro provozní zkoušku bylo AMASTEEL S 230 kuličky a AMASTEEL LG 40 ostrohran. Odolnost proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení zkušebních vzorků je vztažena k nízkouhlíkové oceli. Opotřebení bude vyhodnoceno na základě objemových úbytků a poměrné objemové odolnosti proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení při laboratorní a provozní zkoušce. Získané výsledky z laboratorní zkoušky na přístroji s brusným plátnem a z provozní zkoušky na zkušebním zařízení, které simuluje provozní podmínky tryskacího zařízení budou vyhodnoceny a porovnány. Ze získaných výsledků budou stanoveny vlivy na velikost abrazivního a erozivního opotřebení. 11

3. LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Druhy poškození strojních součástí Jestliže se k sobě přibližují povrchy dvou součástí, např. působením vnějšího zatížení nebo vlastní hmotnosti dojde k prvnímu dotyku povrchových ploch teoreticky ve třech bodech. V těchto bodech je skutečný měrný tlak tak veliký, že dochází k plastické deformaci a k odlamování částí povrchu (to vše samozřejmě v mikroskopických rozměrech). V důsledku toho přicházejí do kontaktu další místa povrchu. Na nich probíhají stejné děje a to tak dlouho, než skutečná plocha dotyku dosáhne takové velikosti, že skutečný měrný tlak už nevyvolává další plastické deformace. Je zřejmé, že dosažení tohoto rovnovážného stavu závisí na více činitelích, zejména na vnějším zatížení a vlastnostech povrchových vrstev součástí. Při přibližování povrchů se porušuje celistvost adsorpční vrstvy i oxidové vrstvy a povrchy součástí přicházejí do přímého kovového kontaktu. To má za následek tvorbu mikrospojů. Při jejich následném rozrušování v důsledku relativního pohybu povrchů může docházet k oddělování kovových částic a přemísťování materiálu povrchů. Intenzita tohoto procesu závisí na řadě činitelů, z nichž nejvýznamnější jsou: druh a vlastnosti vzájemně působících povrchů těles, přítomnost a vlastnosti média mezi povrchy, charakteristiky relativního pohybu povrchů (směr, rychlost, jejich časové změny), zatížení (Pošta, 2002). Různé kombinace vlastností strojních součástí, jejich provozního namáhání a dalších vlivů a procesů mají za následek vznik a rozvoj různých druhů degradace strojních součástí: koroze, otlačení, deformace, trhliny a lomy, opotřebení. 12

3.1.1 Koroze Koroze je nežádoucí trvalá změna povrchu materiálu, způsobená elektrochemickými a chemickými vlivy okolního prostředí. Podle mechanismu korozních procesů se koroze dělí na: chemickou, elektrochemickou. Chemická koroze se vyskytuje poměrně zřídka. Jsou to případy, kdy dochází k chemickým reakcím v nevodivém prostředí, například tvorba okují při tváření oceli za tepla. Elektrochemická koroze je nejčastější. Změny působené touto korozí si lze představovat jako procesy probíhající v galvanickém článku. Elektrochemická koroze může probíhat všude tam, kde se stýkají různé kovy a je přítomen elektrolyt; stačí vzdušná nebo kondenzační vlhkost. Korozi velmi podporuje, je-li elektrolyt dobře vodivý, např. v důsledku přítomnosti iontů SO 2. Podle vzhledu se koroze dělí na: rovnoměrnou, nerovnoměrnou. Rovnoměrná koroze probíhá přibližně stejně rychle po celém napadeném povrchu, lze poměrně přesně předvídat její postup. Nerovnoměrná koroze napadá jen některé části povrchu nebo některé strukturní složky materiálu. Napadená místa při tom navenek nemusí jevit zřetelné známky napadení. Bodová koroze proniká přednostně do hloubky materiálů a vede až k jejich proděravění. Laminární koroze postupuje přednostně po hranicích jednotlivých vrstev, např. u válcovaných nebo vrstvených materiálů, které se pak oddělují v šupinách. Mezikrystalická koroze postupuje po hranicích krystalových zrn do hloubky, často vede k úplné destrukci materiálu. Transkrystalická koroze postupuje do hloubky nejen po hranicích krystalových zrn, ale i napříč zrny. 13

Podle prostředí se koroze dělí na: atmosférickou, půdní, ve vodě, v plynech. Nejčastěji se vyskytuje koroze atmosférická. Činitelé, kteří ji podporují jsou zejména: vlhkost, přítomnost iontů minerálních solí, přítomnost vzdušného kyslíku a jiných plynů (SO 2, H 2 S, Cl), sluneční záření a prachový spad (střídání teploty, vlhkost). 3.1.2 Otlačení Otlačení je trvalá nežádoucí změna povrchu, způsobená vnějšími silami. K otlačení dojde tehdy, jestliže skutečný kontaktní tlak překročí mez kluzu materiálu povrchové vrstvy. Protože technické kovy lze považovat za objemově nestlačitelné má při otlačení působení kontaktního tlaku za následek tok materiálu z místa působení tlaku. Objem materiálu se nemění, materiál neubývá, ale přemísťuje se a vytváří valy okolo místa působení tlaku. To má v technické praxi zpravidla za následek změnu vůlí v daném spojení, čímž může být vyvoláno např. zvýšené opotřebení nebo lomy v důsledku rázů. Otlačení v uvedeném smyslu je možno považovat za místní (povrchovou) deformaci. Pozn.: O otlačení jako samostatném poškození lze mluvit tehdy, je-li zasažená (deformovaná) oblast makroskopických rozměrů. Z pohledu mikroskopického dochází k otlačení vždy a vlastně se jedná o první fázi opotřebení, ve které dochází k přibližování povrchů. 14

3.1.3 Deformace Deformace je trvalá nežádoucí změna geometrického tvaru součásti. K deformaci součásti dojde tehdy, překročí-li napětí v některém průřezu součásti mez kluzu materiálu. Při tom záleží též na vlastnostech materiálu. U křehkých materiálů k deformaci dochází zřídka, většinou vznikne lom, protože už poměrně malé deformace vedou k překročení meze pevnosti. Napětí vedoucí k deformaci může být způsobeno vnějšími nebo vnitřními silami. Vnější síly obvykle vyvolávají ohybové nebo torzní momenty. Vnitřní síly (vnitřní napětí) mohou být zbytková, v důsledku použitého výrobního postupu, nebo vnesená zvenčí, např. přehřátím při provozu nebo jako důsledek otlačení. Deformaci ovšem vyvolá také změna rovnováhy vnitřních pnutí např. v důsledku stárnutí materiálu který obsahoval vnitřní pnutí, v důsledku působení zvýšených teplot, nebo v důsledku opotřebení při kterém je odstraněna povrchová vrstva materiálu s koncentrovaným napětím. Pozn.: O deformaci jako samostatném poškození lze mluvit tehdy, jde-li o změnu geometrického tvaru součásti, např. prohnutí hřídele, ovalita prstencové součásti, vyboulení desky apod. Pružné deformace se za poškození nepovažují. 3.1.4 Trhliny a lomy Trhlina je porušení homogenity materiálu v části průřezu. Lom je porušení homogenity materiálu v celém průřezu. Příčiny vzniku trhlin a lomů jsou stejné jako u otlačení a deformací, tj. působení vnějších nebo vnitřních napětí, které v části průřezu, popř. v celém průřezu překročí mez pevnosti nebo mez únavy materiálu. Je-li materiál křehký, praskne a vznikne trhlina nebo lom. Vlivy, které k tomu vedou jsou rozmanité. Může se jednat o: nevhodnou konstrukci (nevhodný tvar nebo rozměry), nevhodný materiál (nedostatečně pevný nebo nedostatečně houževnatý), nevhodnou technologii výroby (zbytková pnutí, vruby), nesprávný provoz (přetěžování, zanedbání údržby), časové změny vlastností materiálu (stárnutí, koroze, únava materiálu). Trhliny jsou jedním z nejčastějších poškození především u odlitků, u svařenců a u tepelně zpracovávaných součástí. Trhliny snižují pevnost součástí, působí netěsnosti a u dynamicky namáhaných součástí vedou ke vzniku únavových lomů. 15

Lomy lze rozdělit na: lomy statické (křehké nebo houževnaté), lomy únavové. Statický lom vznikne tehdy, je-li překročena mez pevnosti materiálu v některém průřezu. Vzhled lomové plochy statického lomu se mění podle vlastností materiálu a způsobu namáhání. Nejčastěji dochází k lomům vyvolaným ohybovým namáháním. Lomová plocha takového statického lomu je přibližně rovinná a kolmá na směr napětí. Její povrch je zrnitý, drsný, hrubší nebo jemnější v závislosti na velikosti zrna materiálu. Vzhled celé lomové plochy je stejný (nedojde-li k druhotnému poškození lomové plochy např. vzniklými rázy). Statické lomy vyvolané namáháním v krutu mají lomovou plochu typicky šroubovitou u houževnatějších materiálů a jehlicovitě roztříštěnou u tvrdších materiálů. Statické lomy vyvolané kombinovaným namáháním (krut a ohyb) mají i lomovou plochu komplikovanějšího tvaru, který se blíží k tvaru typické lomové plochy převládajícího namáhání. Únavový lom vznikne tehdy, je-li překročena mez únavy materiálu. V místě povrchu, kde dochází ke koncentraci napětí, vznikne po určitém počtu cyklů zárodek trhliny. Pokračujícím proměnlivým zatížením se střídavě "otevírá" a "zavírá" a šíří se do hloubky materiálu. Tímto otevíráním a zavíráním se povrchy vyhladí až vyleští, dostávají typický lasturovitě vyhlazený vzhled. Jak se tato únavová oblast vznikajícího lomu rozšiřuje, zmenšuje se nosný průřez součásti až napětí vyvolané okamžitým zatížením překročí mez pevnosti a součást se ve zbývajícím průřezu zlomí statickým lomem. Lomová plocha únavového lomu má tedy dvě typické vzhledově odlišné oblasti: únavovou, s lasturovitě vyhlazeným povrchem, statickou, s typickým drsným povrchem křehkého lomu (Pošta, 2002). 16

3.1.5 Opotřebení Opotřebení, je proces úbytku materiálu z povrchu jednoho nebo obou dvou kontaktních povrchů tuhých těles. Probíhá při všech druzích jejich relativního pohybu. Opotřebení se definuje jako trvale nežádoucí změna povrchu (rozměrů), způsobených vzájemným působením funkčních povrchů nebo funkčního povrchu a opotřebovávajícího se média. Projevuje se jako odstraňování nebo přemísťování částic z opotřebovaného povrchu mechanickými účinky provázenými i jinými vlivy (např. chemickými, elektrochemickými, elektrickými). 3.1.5.1 Druhy opotřebení Opotřebení se podle ČSN 01 5050 rozděluje na šest základních druhů: adhezivní, abrazivní, erozivní, únavové, kavitační, vibrační. Na obr. 1 jsou uvedeny základní druhy opotřebení. V technické praxi se obvykle jednotlivé druhy kombinují, jeden druh přechází v jiný, uplatňují se další vlivy, takže vzniká řada variant. Obr. 1 Schéma různého poškození materiálu opotřebením 1 adhezivní, 2 abrazivní, 3,4 erozivní, 5,6 kavitační, 7 únavové, 8 vibrační 17

3.2 Abrazivní opotřebení Abrazivní opotřebení charakterizuje oddělování částic materiálu z funkčního povrchu účinkem tvrdšího a drsného povrchu jiného tělesa nebo účinkem abrazivních částic. Podle charakteru vzájemných interakcí při abrazivním opotřebení rozlišujeme dva základní modely. U prvního z nich jde o opotřebení při interakci dvou těles, nejčastěji částic a funkčního povrchu (Obr. 2a). Typickým praktickým příkladem je opotřebení součástek při zpracování půdy, těžbě surovin apod. Druhým případem (Obr. 2b) je opotřebení částicemi, které jsou mezi dvěma funkčními povrchy. Tato situace znamená interakci tří těles. V praxi se s tímto uspořádáním setkáme v různých pohyblivých uložených, při drcení nerostů a podobně. Uvádí se, že 50 % případů opotřebení je způsobeno abrazí. Obr. 2 Základní modely abrazivního opotřebení a interakce dvou těles, b interakce tří těles Zkušenosti z praxe ukazují, že existují určité závislosti odolnosti kovů proti opotřebení odvozené z jejich mechanických vlastností. Podle mechanických vlastností můžeme do určité míry předpokládat chování kovu při opotřebení. Z mechanických vlastností je to především tvrdost, která určuje odpor proti vniknutí tvrdých částic do povrchu a odpor proti plastické deformaci. Hloubka vniknutí částice je přímo úměrná zatížení a nepřímo úměrná tvrdosti povrchu. Ze závislosti opotřebení a tvrdosti vyplývá, že mezi odolností čistých kovů u abrazivního opotřebení ψ a jejich tvrdostí H je přímá úměrnost. Zkoušky tepelně nezpracovatelných ocelí ukázaly, že závislost jejich odolností proti opotřebení je velmi blízká chování čistému kovu. U tepelně zpracovaných ocelí se tato závislost už značně odlišuje od závislosti, která platí pro čisté kovy. Poměrná odolnost proti opotřebení ψ roste se zvyšováním tvrdosti, ale méně intenzivně jako u čistých kovů. Pro různé tepelné zpracování ocelí dostaneme různé tvrdosti, tedy i různé hodnoty odolnosti proti 18

opotřebení. Z toho vyplývá, že vysokolegované kvalitní oceli se v této závislosti přibližují čistým kovům. Tuto skutečnost je možno vysvětlit tím, že při oddělování částic se dosahuje mezní zpevnění, které materiál při plastické deformaci je schopný získat. Předcházející zpevnění plastickou deformací proto neovlivňuje tento proces. Pro podmínky abraze při vysokých tlacích a přítomnosti nárazů je možné považovat za nejvhodnější austeniticko-karbidickou strukturu, martenziticko-karbidická struktura je vhodnější pro podmínky nízkonapěťové abraze. Přítomnost martentzitu ve struktuře oceli se zvyšuje odolnost v porovnání s feritickoperlitickou strukturou. Přísada karbidů chromu ve feritu bez ohledu na značné zvýšení tvrdosti zvyšuje odolnost proti opotřebení jen velmi mírně. Příznivé vlastnosti karbidů na odolnost proti opotřebení se v daném případě neprojevují, protože je potlačí přítomnost feritu. Vysoký stupeň legování proto ještě nezaručí dobrou odolnost proti opotřebení. Příznivější vlastnosti je možno získat spojením legování s optimálním strukturním stavem. Ani martenziticko-karbidická struktura s vysokou tvrdostí nezabezpečuje maximální odolnost proti opotřebení, protože nedostatečně odolává rozrušení ve druhé fázi při relativním pohybu abraziva po povrchu součástky. Mnoho trhlin je na hranicích mezi martenzitem s karbidy, protože typ a rozměr jejich krystalických mřížek jsou podstatně rozdílné. Proto martenzitická matrice nedrží karbidy dostatečnou silou, která by bránila jejich odtržení při srážce s abrazivem. I čistá martenzitická struktura při menší tvrdosti v porovnání s martenziticko-karbidickou strukturou je odolnější proti abrazivnímu opotřebení. Zmenšení množství martenzitu v martenziticko-karbidické struktuře a jeho náhradě austenitem zvyšuje odolnost proti opotřebení, nebere se zřetel na pokles tvrdosti. Nejvyšší odolnost proti abrazivnímu opotřebení se získává při austeniticko-karbidické struktuře. Spojení těchto strukturních složek má nejpříznivější vliv na schopnost odolávat abrazivímu opotřebení. V této souvislosti je velmi důležité jakým způsobem se dosáhne zpevnění, které zvýší odolnost proti opotřebení. Nejméně odolnou fází proti opotřebení slitin železa je ferit. Legováním feritu odolnost proti opotřebení roste ve shodě o vlivu tvrdosti na odolnost proti opotřebení. Zvýšení obsahu legujícího prvku ve feritu a nezměněný obsah karbidů způsobuje nepatrný vzrůst odolnosti proti opotřebení (Blaškovič, 1990). Významným faktorem určujícím odolnost proti abrazivnímu opotřebení materiálů zpevněných karbidy je poměr šířky tvořící se rýhy a velikost karbidu. 19

3.2.1 Vliv abrazivních částic na intenzitu abrazivního opotřebení 3.2.1.1 Vliv množství abrazívních částic Vliv množství abrazívních částic mezi opotřebovávanými povrchy je zřejmý. Je-li částic hodně, dochází k jejich shlukování či vrstvení a tím k abrazívnímu opotřebení i v případě, že většina částic má menší velikost než je vůle mezi povrchy. Je také větší pravděpodobnost, že se bude vyskytovat větší množství částic takového tvaru, který je z hlediska abrazívního opotřebení nepříznivý (tj. ostrohranných) a že jich bude větší množství v takové poloze, kdy mohou intenzivněji opotřebovávat povrch součástí. 3.2.1.2 Vliv tvaru abrazívních částic Vliv tvaru abrazívních částic je velmi výrazný. Ostrohranné částice budou působit mnohem intenzivněji než částice zaoblené. Je zřejmé, že hloubka vnikání částice do povrchu součásti bude záležet kromě tvaru také na síle působící na částice v normálovém směru. Působit bude zcela určitě také případné převracení částice, které bude ovlivněno v případě abraze mazaných povrchů také poměry proudění v mazací vrstvě. 3.2.1.3 Vliv velikosti abrazívních částic Vliv velikosti abrazívních částic je zřejmý. V případě kdy jsou abrazívní částice volné mezi dvěma povrchy dochází k abrazívnímu opotřebení jen těmi částicemi, které jsou větší než vůle mezi oběma povrchy. Abrazivita se zvyšuje zvětšováním rozměru abrazivních částic. Při nerovnoměrné velikosti zrn je určujícím rozměrem největší frakce. Pro oceli dosahuje hodnoty okolo 100 μ m a pro neželezné kovy 120 150 μ m. 3.2.1.4 Vliv pevnosti abrazívních částic Vliv pevnosti abrazívních částic spočívá v tom, že při nízké pevnosti částic dochází k jejich drcení (snižují se rozměry) a k otupování částic olamováním hran. Zároveň se však při drcení vytvářejí nové částice s ostrými hranami. Tyto jevy (zmenšování rozměrů a otupování na jedné straně a vznik nových ostrohranných částic na druhé) 20

působí protikladně. Výsledkem je známý fakt, že s rostoucím zatížením povrchů, působícím na abrazívní částice nedochází prakticky ke změně jejich abrazivity. 3.2.1.5 Vliv tvrdosti abrazívních částic Vliv tvrdosti abrazívních částic je rovněž velmi zřejmý. Čím jsou abrazívní částice tvrdší než opotřebovávaný povrch tím snáze do něj vnikají a tím je intenzita opotřebení větší a naopak. Tím lze také odůvodnit a vysvětlit běžnou snahu konstruktérů a technologů dosáhnout co možno nejtvrdších povrchových vrstev u těch součástí kde lze očekávat abrazívní opotřebení (Pošta, 2002). Důležitý je vliv vzájemného vztahu mezi tvrdostí abraziva a opotřebovávaného kovu. Odolnost proti opotřebení ocelí roste rychleji, když tvrdost opotřebovaného povrchu přesáhne 0,5 0,6 tvrdosti abraziva (Blaškovič, 1990). Koeficient tvrdosti je: přičemž K T > 0,5 až 0,6. H K T = (1) H a kde: K T koeficient tvrdosti, H tvrdost opotřebovávaného materiálu, H A tvrdost abraziva. 21

3.2.2 Materiály odolné proti abrazivnímu opotřebení Materiály odolné proti abrazivnímu opotřebení můžeme rozdělit do několika skupin: Tvářené oceli Oceli obvyklých jakostí se používají velmi často pro součásti pracující v podmínkách s nízkou intenzitou opotřebení. Jejich předností je nízká cena, snadná zpracovatelnost standardními technologickými postupy. Odolnost proti abrazivnímu opotřebení těchto ocelí je poměrně malá ( ψ =1,25). Jejich abrazivní otěr je nepřímo úměrný tvrdosti. V a posledních 10 letech se výrazně používají plechy s vysokou otěruvzdorností, které se dociluje kalením přímo po válcování a následným popouštěním (jsou to např.: XAR, Brinar, Dillidur, HARDOX). Jejich struktura je tvořena martenzitem což zajišťuje vysokou tvrdost. Používají se na výrobu důlních zařízení, stavebních strojů, korb nákladních automobilů přepravující zeminu a kamenivo, součásti zemědělských strojů. Nelegované oceli s vysokým obsahem uhlíku (>0,65 % C) mají vysokou tvrdost, pevnost i odolnost proti abrazivnímu opotřebení. Odolávají velmi dobře abrazivnímu opotřebení bez rázů a proto se používají tam kde dochází ke kluzné abrazi. Při vyšších požadavcích na odolnost proti abrazivnímu opotřebení se používají ušlechtilé uhlíkové konstrukční oceli. Vychází se z toho, že odolnost proti abrazivnímu opotřebení silně závisí na mechanických vlastnostech opotřebovaného materiálu. Proto se používají oceli s vyšším obsahem uhlíku, které umožňují docílit vyšší povrchovou tvrdost. Ušlechtilé uhlíkové oceli s obsahem 0,16 0,3 % C ( ψ =1,1) mají vyšší pevnost a tvrdost než nízkouhlíkové oceli. Zvýšení jejich odolnosti proti abrazivnímu opotřebení se dosahuje chemicko-tepelným zpracováním kdy se docílí vysoká povrchová tvrdost okolo 60 HRC při dostatečné pevnosti a houževnatosti. Tloušťka cementované vrstvy se obvykle volí v rozmezí 0,5 1,5 mm. Uhlíkové oceli s obsahem 0,3 0,65 % C ( ψ =1,8) se používají ve stavu kaleném a nízko pouštěném nebo ve stavu zušlechtěném. Tepelným zpracováním mohou tyto oceli získat tvrdost 225 500 HB, zvýšenou pevnost a také vysokou odolnost proti abrazivnímu opotřebení. a a Oceli na odlitky Žíhané oceli na odlitky mají poměrně nízké hodnoty poměrné odolnosti proti abrazivnímu opotřebení, což je dáno jejich feriticko-perlitickou strukturou. Tepelným zpracováním lze odolnost proti abrazivnímu opotřebení zvýšit zejména u ocelí s vyšším 22

obsahem uhlíku. Hadfieldova ocel je austenitická manganová ocel. Tato ocel dobře odolává abrazivnímu opotřebení. Obsahuje 11 14 % Mn. Výborná odolnost proti opotřebení vyplývá především z její schopnosti dosáhnout podstatného zpevnění tvářením za studena. Tvrdost stoupá z 200 HB až na 600 HB. Používá se pro výrobu součástí odolných proti abrazivnímu opotřebení a součástí rázově namáhaných. Typickým použitím jsou čelisti drtičů, zuby lžic bagrů a těžních strojů nebo pancíře pokladen. Ocel vykazuje dobrou odolnost proti opotřebení jen tehdy, je-li součást vystavena větším měrným tlakům, které jsou nutným předpokladem zpevnění. Zpevnění této oceli je naopak velmi nepříznivé při obrábění. Odebírání třísky řeznými nástroji je téměř nemožné. Litiny Odolnost proti abrazivnímu opotřebení šedých litin závisí na jejich složení. Ve struktuře je důležitou složkou grafit. Grafit má malou odolnosti proti abrazivnímu opotřebení. Zvýšit odolnosti proti abrazivnímu působení tvrdých částic je možné tepelným zpracováním, kterým se dosáhne martenzitické matrice. Odolnost tvárných litin proti abrazivnímu opotřebení je určena matricí. Tvárná litina s martenzitickou matricí, která je tvrdší než u nízkouhlíkových ocelí, ale je houževnatější než u bílých litin, proto se používá v cementárnách pro mlecí koule. Tvárné litiny lze tepelně zpracovat kalením a popouštěním nebo povrchovým kalením a tak zvýšit jejich odolnost proti abrazivnímu opotřebení. Bílé litiny jsou velmi tvrdé a křehké, tzn. že veškerý uhlík je ve formě tvrdého a křehkého cementitu. Používá se pro výrobu jednoduchých odlitků odolných proti abrazivnímu opotřebení a na výrobu lopatek tryskačů apod. Legované bílé litiny mají vysokou odolnost proti abrazivnímu opotřebení. Legováním dosáhneme zvýšených mechanických vlastností. Nejčastěji se používá Cr, Mo, Ni, V, Cu. Litiny legované chromem jsou odolné vůči abrazivnímu opotřebení a odlévají se z nich např. součásti drtičů a třídičů pro úpravny nerostů. Neželezné kovy a jejich slitiny Co a slitiny Co s přísadou chrómu, wolframu a molybdenu mají vynikající odolnost proti abrazivnímu opotřebení kombinované s odolností proti vysokým teplotám a oxidaci. Ostatní neželezné kovy a jejich slitiny jako Ni, Cu, Al, Mg, Ti mají nízkou odolnost proti opotřebení oproti Co a tudíž se používají méně častěji. 23

Plasty Případů kdy lze s úspěchem použít pro zvýšení odolnosti proti abrazivnímu opotřebení použít eleastomery je několik. Používají se na ložiska hřídelí lodních šroubů, ložisek bagrů, na stroje zpracovávající písek a štěrk. Tlumí hluk a vibrace, odolávají korozi. Odolnost proti abrazivnímu opotřebení eleastomerů je v přímé závislosti na mezi pevnosti v tahu. Tvrdost přitom nemůže být používána jako kritériu odolnosti proti abrazivním opotřebení. Velmi dobrou odolnost proti abrazi mají polyuretany a přírodní kaučuk. Keramika Keramické materiály se stále více využívají při ochraně proti opotřebení a korozi různých součásti při třídění, zpracování, dopravě a v potrubních systémech v důlním průmyslu. Keramické materiály mají velmi dobré mechanické vlastnosti včetně tvrdosti, jsou odolné proti působení chemických látek, odolávají opotřebení a mohou pracovat i za vysokých teplot. Faktorem, který limituje použití keramických materiálů je křehkost, která se projevuje především při tahovém zatížení. Podle chemického složení konstrukční keramiku lze rozdělit do tří skupin: oxidová je tvořena jednoduchými oxidy kovů (Al 2 O 3, CaO, MgO, ZrO 2 ) nebo složitými sloučeninami (mullitem, spinelem), neoxidová používají se karbidy a nitridy bóru, křemíku a hliníku (SiC, B 4 C, AlN), kompozitní představují vícefázové systémy jako (Al 2 O 3 -ZrO 2 ). Vhodné materiály jsou vybírány na podkladě jejich fyzikálních vlastností, pracovních podmínek, životnosti a ceny. V současné době se v průmyslu nejčastěji používají korund a keramika na bázi SiC. Tyto materiály mají výbornou proti abrazivnímu opotřebení a korozi, vysoké mechanické vlastnosti, včetně tvrdosti, schopnost práce za vysokých teplot (nad 1300 C) a odolnost proti tepelným šokům. Lze je vyrábět s různými tvary a rozměry a výrobní proces je poměrně levný. Důležitým faktorem pro dosažení odolnosti keramických materiálů proti abrazivnímu opotřebení je mikrostruktura. Jemnozrnné materiály (např. AG 202, ψ =40) jsou všeobecně odolnější proti abrazi a odolnější proti následnému lomu. a 24

Slinuté karbidy Slinuté karbidy mají vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení. Tvrdá fáze je tvořena karbidy wolframu, tantalu nebo titanu v kovové matrici tvořené kobaltem nebo niklem. S rostoucím obsahem Co (7 15 %) roste houževnatost, ale klesá tvrdost a odolnost proti abrazivnímu opotřebení. Významný vliv má i velikost karbidických částic. Menší velikost karbidických částic se projevuje větší tvrdostí a menší houževnatostí slinutých karbidů. Používají se především, když je potřeba dosáhnout vysokou odolnost proti opotřebení při intenzivním abrazivním opotřebení např. nástroje na zpracování rudy, vrtáky na zemní vrty, kalové čerpadla kde dochází k velkému abrazivnímu účinku (Suchánek, 2007). 25

3.2.3 Příklady abrazivního opotřebení a Plužní čepel b Detail plužní čepele c Píst d Ozubené kolo e Uhlík elektromotoru f Brzdová destička Obr. 3 Příklady abrazivního opotřebení (Pošta, 2002) 26

3.3 Erozivní opotřebení Erozivní opotřebení je trvale nežádoucí změna povrchu a rozměrů způsobená vzájemným působením funkčního povrchu a opotřebovávajícího média. Projevuje se odstraňováním částic z opotřebovávaného povrchu mechanickými účinky, popř. doprovázenými i jinými vlivy, např. chemickými, elektrochemickými, elektrickými. Typickými příklady erozivního opotřebení je poškozování lopatek spalovacích a parních turbín, potrubních systémů, čerpadel, vodních turbín. Erozivní mechanizmy se též využívají v technologických aplikacích jako je úprava povrchu tryskáním a řezání materiálů vodním paprskem s částicemi (Suchánek, 2006). Erozivní opotřebení může také způsobit komplikace v letecké dopravě. Výbuch islandské sopky Eyjafjallajökull v dubnu letošního roku ochromil leteckou dopravu v Evropě na několik dní. Příčinu je možné nalézt v mraku sopečného popela. Sopečný popel netvoří měkké částice, ale jedná se o přetavené krystalky hornin vymrštěné výbuchem do vzduchu a unášené větrem. Pokud letoun letící vysokou rychlostí (řádově stovky km/h) do takového mraku vlétne, působí částice jako abrazivo a odírají povrch letounu. Popel dokáže obrousit potah na holý kov a z transparentního skla pilotní kabiny udělat mléčné sklo. Erozivní opotřebení může být vyvoláno: částicemi nesenými proudem kapaliny, částicemi nesenými proudem plynu, proudem kapaliny, kapek, páry nebo plynu. Intenzita erozivního opotřebení je ovlivněna řadou faktorů, zejména: podmínkami nárazu úhel nárazu, dopadová rychlost částic, charakteristikami směsi média a částic druh, velikostí, tvar, tvrdost částic, teplotou a chemickými vlastnostmi nosného média, charakteristikami erodovaného materiálu pevnost, tvrdost, houževnatost, makromikrostruktura. Mechanismus erozivního opotřebení je podobný jako u opotřebení abrazivního, tj. dochází k rýhování a seřezávání materiálu. Typické pro erozivní opotřebení je nerovnoměrné porušení povrchu, který je zvlněný, zvrásněný a poškozený i v prohlubeninách (Obr. 4), (Červený, 2008) 27

Obr. 4 Schéma erozivního mechanizmu opotřebení K porušování povrchu tělesa erozí dochází následkem srážek tvrdých částic s povrchem. Při nárazu se kinetická energie částice mění v deformační práci, na povrchu vzniká stopa po dopadu částice, popř. dojde k oddělení malého objemu povrchové vrstvy. Opakované nárazy mají charakter únavového zatěžování. Na obr. 5 je znázorněn rozdílný vliv úhlu nárazu. Obr. 5 Poměry při dopadu částice na povrch a šikmý dopad, b rovnoběžně s povrchem, c kolmo k povrchu Velikost objemového úbytku materiálu není závislá jen na velikosti dopadajících částic, ale důležitou roly hraje i tvar částice. Objemový erozivní otěr W 0 je dán vztahem: W 0 = n Mv cos 2 α 6Xp h (2) kde: M celková hmotnost dopadlých částic [kg], v dopadová rychlost částic [m.s -1 ], 28

n exponent (pro kovy 2,05 2,43), α úhel nárazu, X l/h je poměr mezi délkou a hloubkou rýhy vytvořenou částicí na funkčním povrchu, p h horizontální složka tlaku částice na funkční povrch. Rovnice platí pro relativně houževnaté materiály s mnohem nižší tvrdostí, než je tvrdost erozivních částic a pro úhly dopadu v rozmezí od 15 30. Při větších úhlech dopadu a pro materiály s nízkou houževnatostí rovnice neplatí. Zatímco u tvrdých, křehkých materiálů velikost hmotnostního otěru s rostoucím úhlem dopadu částic vzrůstá, u měkkých, vysoce houževnatých materiálů naopak dochází s rostoucím úhlem dopadu, ale větším než 15, k poklesu velikosti W 0. 3.3.1 Vliv jednotlivých faktorů na intenzitu erozivního opotřebení 3.3.1.1 Úhel nárazu částic Je-li úhel dopadu abraziva nízký, je mechanizmus opotřebení obdobný abrazivnímu. V tom případě je pro odolnost proti opotřebení rozhodující tvrdost povrchu materiálu. Mohou být použity i vysoce křehké tvrdé materiály, jako jsou např. keramické materiály. Je-li úhel dopadu vysoký (blížící se kolmému), dochází k plastické deformaci materiálu povrchu a ke křehkému porušení. Vliv úhlu dopadu abraziva na míru opotřebení je znázorněn na obr. 6. Obr. 6 Vliv úhlu dopadu abraziva na velikost opotřebení 29

Při dopadu částic na houževnatý materiál zprvu roste stupeň opotřebení s rostoucím úhlem až do 20 30, pro úhly větší než 30 se opotřebení postupně snižuje. Pro tvrdé a křehké materiály opotřebení pozvolna stoupá až do 90, což je zřejmé z obr. 7. Obr. 7 Závislost úhlu dopadu částic a houževnatý kov, b keramika Při erozivním opotřebení postupně dochází k oddělování materiálu v oblasti dopadu částic, což se projeví zdrsněním povrchu. Pak úhly nárazu jednotlivých částic budou záviset na sklonu povrchu v místě jejich dopadu (Červený, 2008). 3.3.1.2 Dopadová rychlost částic Obecně platí, že objemový erozivní otěr je úměrný n-té mocnině dopadové rychlosti. Hodnota exponentu n závisí na erodovaném materiálu, na úhlu nárazu, geometrickém tvaru částic a pevnosti částic. Objemový erozivní otěr není tedy závislý pouze na kinetické energii dopadajících částic. U kovů se hodnota exponentu n pohybuje v rozmezí 2,05 2,8. Často má hodnotu 2,4 u houževnatých kovů při úhlu nárazu (20 30 ), kdy dochází k maximální intenzitě erozivního opotřebení. Pro křehké materiály se udává n v rozmezí 1,4 5,1. Rychlosti odražených částic jsou 5 až 20 % původní dopadové rychlosti, takže kinetická energie částic přenesená do povrchových vrstev je 96 až 99,8 % jejich původní energie. 3.3.1.3 Velikost částic S rostoucí velikostí dopadajících částic lineárně stoupá jejich kinetická energie a proto bude růst i intenzita erozivního opotřebení. Po dosažení kritické velikosti částic (d=0,1 0,2 mm) objemový erozivní objemový otěr již nezávisí na velikosti částic. S rostoucí dopadovou rychlostí částic je jejich kritická velikost zmenšuje. 30

3.3.1.4 Tvar erozivních částic Na stupeň opotřebení má také výrazný vliv tvar částic. Všeobecně je známo, že větší intenzita erozivního otěru je způsobena částicemi s větším počtem hran a s jejich malým poloměrem zaoblení. Například při zkouškách žíhané oceli 12 050 byl objemový otěr 18 krát větší při použití ostrohranné litinové drti než při použití ocelových kuliček. Při dopadu částic na erodovaný povrch dochází ke snižování jejich erozivní schopnosti otupování hran a výstupků a při vysokých dopadových rychlostech k porušování jejich celistvosti. Na obr. 8 je zobrazen časový úbytek hmotnosti materiálu po dopadu částic z drceného skla a částic skla kulového materiálu. Obr. 8 Vliv tvaru dopadajících částic na erozivní opotřebení korozivzdorné austenitické oceli 3.3.1.5 Tvrdost erozivních částic Proces erozivního opotřebení je ovlivňován tvrdostí erozivních částic. S rostoucí tvrdostí a pevností částic roste intenzita porušování erodovaného povrchu. Erozivní opotřebení v závislosti na tvrdosti dopadajících částic stoupá až do určitého stupně tvrdosti částic a pro částice mnohem tvrdší než je tvrdost materiálu již není erozivní opotřebení závislé na tvrdosti dopadajících částic, to je znázorněno na obr. 9. 31

Obr. 9 Vliv tvrdosti částic na erozivní opotřebení tvrzené uhlíkové oceli 3.3.1.6 Množství dopadajících částic Mezi erozivním otěrem a počtem dopadajících částic se obvykle předpokládá lineární závislost. Objemový úbytek erodovaného materiálu proto roste s rostoucí koncentrací částic v proudícím médiu a s dobou jejich působené, nemění-li se další podmínky eroze. Existuje však počáteční fáze procesu erozivního opotřebení, kdy se mění intenzita erozivního opotřebení a až po dosažení určité hranice, která je závislá na dopadové rychlosti částic a jejich úhlu nárazu je intenzita procesu erozivního opotřebení ustálená. Souvisí to s inkubační dobou, kdy dochází k postupné kumulaci plastické deformace a u měkčích materiálů i k zabudování částic do povrchu součásti. Experimenty ukazují, že existuje kritická koncentrace částic v proudící směsi částic a nosného média. Při vyšší koncentraci částic dochází k vzájemné interakci dopadajících a odražených částic, což může vést k poklesu intenzity erozivního porušování povrchu částic (Suchánek, 2006). 3.3.1.7 Tvrdé strukturní složky Odolnost proti erozivnímu opotřebení závisí na tvrdosti, tvaru, velikosti a množství tvrdých strukturních složek a jejich rozložení v základní kovové hmotě. Obecně platí, že rostoucí podíl karbidů či jiných tvrdých fází má příznivý vliv na odolnost proti erozivnímu opotřebení. Karbidy mají velký význam především jako překážky proti vnikání erozivních částic do povrchu materiálu. Při své vysoké tvrdosti mohou karbidy snadno otupovat řezné hrany a hroty částic. Kromě podílu karbidů je důležitým 32

faktorem velikost karbidických částic. Velké karbidy se při erozivním účinku částic snadno rozrušují a vylamují. 3.3.1.8 Matrice Experimentálních měření vyplývá, že nejnižší odolnost proti erozivnímu opotřebení mají feritické struktury. S rostoucím podílem perlitu ve struktuře stoupá odolnost proti erozivnímu opotřebení, ale při velkých dopadových rychlostech bude efekt rostoucího podílu perlitu na zvýšení otěruvzdornosti poměrně malý. Oceli a litiny s martenzitickou základní strukturou mají vyšší odolnost proti opotřebení než perlitické materiály. Přítomnost karbidů v martenzitické základní hmotě se projeví dalším zvýšením odolnosti proti erozivnímu opotřebení. Uvedené poznatky o vlivu struktury platí pouze v případě eroze částicemi s nižšími kinetickými energiemi. Při dopadech částic s vysokou kinetickou energií může být vliv struktury málo významný (Suchánek, 2006). 3.3.2 Materiály odolné proti erozivnímu opotřebení Při volbě materiálu se musí zvažovat jak technické tak ekonomické aspekty. Z poznatků o chování různých materiálů v podmínkách erozivního opotřebení částicemi vyplývá, že používané materiály lze rozdělit na dvě typické skupiny. První skupina obsahuje měkké a houževnaté materiály, které lze použít ve velkých úhlech nárazu. Při menších dopadových rychlostech se osvědčily pryže a některé plasty, které jsou schopny dostatečně tlumit kinetickou energii částic. Do druhé skupiny patří tvrdé materiály (kalené a nízkopopuštěné oceli a bílé litiny, tvrdé návary, slinuté karbidy a keramika), které dobře odolávají erozi částicemi při malých úhlech nárazu. Příznivě se projevuje odolnost povrchových vrstev proti vnikání částic a odolnost jejich rýhovacímu účinku. Při výběru materiálů se nejčastěji vychází z hodnot odolnosti proti erozivnímu opotřebení zjišťovaných laboratorními nebo provozními zkouškami. V podmínkách erozivního opotřebení se používá velké množství různých konstrukčních a nástrojových ocelí, bílých litin, návarových a nástřikových materiálů. Poměrná odolnost proti erozivnímu opotřebení ψ e, která je dána poměrem objemového otěru etanolového materiálu a zkoušeného materiálu. Zkouška se konala za stejných 33

podmínek. Parametry zkoušky: tryskací zařízení EO 2, α =45, v=21 m.s -1, doba zkoušky 600 s, částice křemenný písek. Z tvářených konstrukčních a nástrojových ocelí mají vysoké hodnoty poměrné odolnosti proti erozivnímu opotřebení kalené a nízkopopuštěné chromové ledeburitické oceli 19 436 a 19 572 ψ e =3,57, což souvisí s jejich mikrostrukturou. Bílá chromovaná litina Cr27 má podstatně vyšší podíl karbidické fáze než chromované ledeburitické oceli a proto mají vyšší hodnoty ψ e =5,96 než chromové ledeburitické oceli. Tvrdé návarové slitiny s chemickým složením obdobných jako bílé chromové litiny mají vysokou odolnost proti erozivnímu opotřebení částicemi ψ e =4,3. Slitiny neželezných kovů obvykle mají odolnost proti erozivnímu účinku částic podstatně nižší než oceli s nízkých obsahem uhlíku (Suchánek, 2006). 34

3.3.3 Příklady erozivního opotřebení a Koule uzávěru b Detail koule uzávěru c Deska šoupátka d Šoupátko e Ventil f Lopatka metacího kola Obr. 10 Příklady erozivního opotřebení (Pošta, 2002) 35

3.4 Zkoušky odolnosti materiálů proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení 3.4.1 Laboratorní zkoušky Při laboratorních zkouškách je snaha udržet konstantní intenzitu opotřebení a zajistit malý rozptyl výsledků. Laboratorní přístroje abrazivního opotřebení jsou velmi rozmanité od kluzné abraze bez rázového zatížení až po laboratorní čelisťový drtič modelující procesy opotřebení při drcení. Tyto zkoušky mají řadu výhod: jsou relativně levné, snadno lze řídit jejich parametry, dovolují v krátké době vyzkoušet mnoho různých materiálů. Při volbě zkušebního zařízení a parametrů zkoušky je nutné zvažovat stav abraziva (vázané x volné), velikost částic abraziva, jejich tvar a tvrdost, směr a rychlost relativního pohybu po dráze (Suchánek, 2007). Je snaha najít korelaci mezi laboratorními a provozními zkouškami. Hlavní problémy spočívají v odlišném mechanizmu opotřebení povrchových vrstev než v provozu, v absenci rázového zatěžování a rozdílných abrazivech v laboratorních zkouškách a v provozu. Podle podmínek v oblasti kontaktu opotřebovaného povrchu s abrazivními částicemi se zkušební přístroje rozdělují na: přístroje s vázanými částicemi, přístroje s volnými částicemi, přístroje s vrstvou volných částic mezi stykovými povrchy. Obr. 11 Přístroje na zkoušky odolnosti materiálu proti abrazivnímu opotřebení (Filípek, 2007) 36

3.4.1.1 Přístroj pro laboratorní zkoušku abrazivního opotřebení s vázanými částicemi Přístroj s brusným plátnem (Obr. 12) se používá ke zkoušení odolnosti kovových materiálu nejčastěji. Kromě přístrojů s rotačním pohybem se používají přístroje s přímočarým vratným pohybem, případně přístroje s brusným pásem (Obr. 11a). Výhodou všech přístrojů s vázanými částicemi je jednoduchost, spolehlivost a malý rozptyl výsledků. Nevýhodou všech přístrojů s vázanými částicemi je změna abrazivity plátna nebo kotouče v průběhu zkoušky. Abrazivní částice se postupně otupují a vylamují, kromě toho se jejich povrch znečišťuje částicemi otěru. Obr. 12 Přístroj s brusným plátnem (Filípek, 2007) 3.4.1.2 Přístroj pro laboratorní zkoušku erozivního opotřebení Jako příklad takového zařízení lze uvést přístroj ZVZ Milevsko (Obr. 13). Abrazivo je proti zkušebnímu vzorku strháváno proudem stlačeného vzduchu z trysky, čímž je docíleno ustálených podmínek. Obr. 13 Schéma přístroje ZVZ Milevsko Z zkušební vzorek, A křemičitý písek, D keramická deska, T tryska 37

3.4.2 Provozní zkoušky Při provozních zkouškách odolnosti materiálu proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení působí i další degradační procesy, proměnné zatížení, okolní prostředí apod. Důležitý požadavek, který musí provozní zkoušky splňovat jsou stejné podmínky abrazivního a erozivního opotřebení v provozu a provozní zkouška musí být relativně krátká v porovnání s celkovou životností součásti. Výsledky provozních zkoušek jsou těmito podmínkami a vlivy často ovlivněny. Proto provozní zkoušky mají význam pro konkrétní výrobní zařízení nebo pro zařízení pracující v podobných podmínkách (Suchánek, 2007). Zkoušky erozivního opotřebení jsou obvykle prováděny na provozních zařízení za definovaných podmínek. Jsou velmi zatíženy druhem a přesností použitého zařízení. 38

4. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 4.1 Zkoušené materiály Odolnost proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení byla zjišťována u tří materiálů pro vnitřní obložení pracovní komory (Ocel 11 373, Creusabro 4800, Creusabro M) a pěti materiálů pro lopatky metacího kola (Sedur 204, AG 202, SiSiC ROCAR SiG, K10, K20) tryskacího zařízení. Charakteristika a chemické složení jednotlivých materiálů je v následujícím textu a v tabulkách. Ocel třídy 11 373 (S 235 JRG1) porovnávací etalon Nízkouhlíková feriticko-perlitická ocel. Použití: na různé součásti běžného použití, výroba profilů apod. Tab. 1 Chemické složení oceli 11 373 C [%] Mn [%] P [%] S [%] 0,042 0,15 0,008 0,008 Mez kluzu Re: 259 MPa Pevnost v tahu Rm: 347 MPa Tažnost A: 28 % Creusabro 4800 Otěruvzdorná ocel tepelně zpracovaná kalením v oleji se zvýšenou odolností proti opotřebení. Použití: doly, lomy, cementářský a ocelářský průmysl, zemědělská technika. Tab. 2 Chemické složení Creusabra 4800 C [%] Mn [%] Si [%] P [%] Cr [%] Mo [%] Cu [%] Ni [%] Al [%] Ti [%] S [%] 0,19 1,502 0,332 0,008 1,553 0,166 0,098 0,28 0,029 0,052 0,0005 Tvrdost: 370 HB Struktura: bainit/martenzit + zbytkový austenit + jemné mikro-karbidy + velmi tvrdé karbidy titanu. 39

Creusabro M Otěruvzdorná austenitická nemagnetická manganová ocel (17 618.4) odolná zejména dynamickému abrazivnímu opotřebení, čili tzv. (13 % Mn "HADFIELD ocel ). Použití: pro zařízení, která vyžadují vysokou odolnosti proti opotřebení ve formě silných úderů nebo talkových zatížení jako např. drtící desky mlýnských drtičů, pancéřování tryskacích zařízení. Tab. 3 Chemické složení Creusabra M C [%] Mn [%] Si [%] P [%] S [%] 1,106 12,596 0,320 0,02 0,0002 Tvrdost: počáteční 193 197 HB, v průběhu tryskání se tvrdost zvyšuje až na 600 HB Mez kluzu Re: 340 MPa Pevnost v tahu Rm: 880 MPa Tažnost A: 30 % Sedur 204 Materiál lopatky metacího kola. Pozn.: Výrobce - První brněnská strojírna Velká Bíteš, a.s. AG 202 Slinutá korundová keramika s obsahem 95 % Al 2 O 3. Použití: výrobky vyžadující vysokou mechanickou pevnost, tvrdost a otěruvzdornost. Výrobky: destičky pro vnitřní obložení lisů a mlýnků, trny při tažení cihlářských výrobků, trysky pro svařování v ochranné atmosféře, obráběcí nože a šablony pro opracování elektrotechnického porcelánu. SiSiC ROCAR SiG Infiltrovaný (reaction-bonded) karbid křemíku hrubozrnný SiSiC ROCAR SiG. Charakteristika: vyniká vysokou teplotní odolností, velmi nízkým koeficientem teplotní roztažnosti, velmi vysokou tvrdostí, otěruvzdorností, vysokou korozní odolností, nízkou měrnou hustotou, nepropustností pro plyny a kapaliny, výbornou tepelnou vodivostí, 40

výbornými kluznými vlastnostmi a mezi keramickými materiály vysokou odolností vůči teplotním šokům. Použití: klasickým materiálem s širokým spektrem uplatnění v aplikacích, kde nejsou vhodné levnější vyspělé materiály (kompozity, grafit, Al 2 O 3 -korund apod.). Chemická odolnost je omezena do ph 10. Drsnost neobrobeného materiálu je pod 6,3. K10 a K20 Slinutý karbid. Použití: K10 velmi vysoká otěruvzdornost a velmi malé rázové zatížení, K20 vysoká otěruvzdornost a malé rázové zatížení. Tab. 4 Chemické složení a vlastnosti materiálů K10 a K20 Označení Co [%] WC [%] Ta(Nb)C [%] Velikost zrn Tvrdost +50-50 HV Pevnost ohybu [Mpa] K10 5,0 93,0 2,0 velmi jemná 1800 2800 K20 6,0 91,5 1,5 velmi jemná 1750 3000 4.1.1 Hustota a cena zkoušených materiálů Tab. 5 Hustota a cena zkoušených materiálů Materiál Hustota [g/cm³] Cena [Kč/cm 3 ] Cena [Kč/kg] Poměr Ocel 11 373 7,75 0,09 12 1 Creusabro 4800 7,74 0,33 43 3,5 Creusabro M 7,70 0,57 74 6 Sedur 204 7,34 2,20 300 12 AG 202 3,60 5,37 1490 124 SiSiC ROCAR SiG 3,09 35,63 11493 958 K10 14,61 21,90 1500 125 K20 14,62 21,90 1500 125 Pozn.: ceny jsou bez DPH. 41

4.1.2 Měření tvrdosti jednotlivých zkušebních vzorků Tvrdost je definována jako odpor materiálu proti vnikání cizích těles. Při měření musí být povrch vzorků dostatečně rovný a hladký, aby vtisk byl zřetelný a mohl se odečíst s dostatečnou přesností. Dále musí měřené vzorky ležet na podložce, aby se jejich plochy během zkoušky nezměnily. Způsoby jak lze měřit tvrdost jsou metody podle Brinella, Vickerse a Rockwella. Pro měření kovových materiálů a keramiky je nejvhodnější Vickersova zkouška. Na rozdíl od jiných metod u Vickersovy zkoušky poměr čísel tvrdosti odpovídá skutečným poměrům tvrdosti. Např. ocel o tvrdosti 800 HV má dvojnásobnou tvrdost oproti oceli s tvrdostí 400 HV (Obr. 14). 70 1000 HRC 60 50 800 HRB HV 40 30 115 110 600 HB 20 100 10 90 400 80 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 3000 Rm (MPa) Obr. 14 Vztah mezi tvrdostí a pevností u oceli kalené nebo zušlechtěné Odolnost proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení nezávisí jen na tvrdosti kovového materiálu, ale i na pevnosti meziatomových vazeb a pevnosti strukturních složek na hranicích zrn. K měření tvrdosti zkušebních vzorků bylo použito měření na Vickersově tvrdoměru. Měření se provedlo metodou podle normy ČSN EN 23878, přičemž se použilo zatížení 98,1 N (HV10) podobu 10 s. U každého zkušebního vzorku se provedlo měření v pěti místech rovnoměrně rozmístěných po ploše zkušebního vzorku, následně se vypočetla průměrná hodnota tvrdosti zkušebního vzorku. Měření se uskutečnilo na VUT FSI Brno na ústavu materiálových věd a inženýrství, probíhalo za teploty 20 C a atmosférického tlaku 1010 hpa. 42

4.1.3 Metalografická zkouška Studiem struktury materiálu se zabývá praktická metalografie. Účelem metalografického sledování kovů a slitin je obvykle zjisti, které strukturní fáze materiál obsahuje a v jakém množství. Základní operace: Odebírání vzorku: Ze základního materiálu, který chceme zkoumat musíme oddělit vzorek asi o velikosti 1 cm 2. Nesmí dojít ke změně struktury vzorku. Preparace: Preparování vzorku se provádí většinou tak, že se vzorek zalije do umělé hmoty. Ve většině případů je nejvhodnější zalít vzorek umělou hmotou s obchodním názvem Dentacryl. Broušení: Může se provádět buď ručně nebo strojně. K broušení se používají sady brusných papírů různé zrnitosti. Začíná se u nejhrubší zrnitosti 220 a končí se u zrnitosti 500. Broušení je prováděno za mokra, použitou kapalinou je voda. Leštění: K této operaci se používá diamantová pasta. Jsou tři druhy zrnitosti 7 μm, 3 μm a 1 μm. Oostupuje od nejhrubší pasty 7 μm až po nejjemnější zrnitost o velikosti 1 μm. Leštění se provádí bez použití kapaliny. Leptání: Provádí se přípravkem s obchodním názvem Nital. Je to 2 % roztok NHO 3 v alkoholu. Doba leptání je asi 10 15 s. Pozorování pod mikroskopem: Je vhodné použít elektronový mikroskop s možností zvětšení až 100 000 krát. a Ocel 11 373 Obr. 15 Mikrostruktura vybraných materiálů 43

b Creusabro 4800 c Creusabro M d Sedur 204 Obr. 15 Mikrostruktura vybraných materiálů 44

4.1.4 Použité přístroje a zařízení elektronické váhy Shinko Denski, model PF 300, výrobní číslo 338119, max/d 300/0,001, Japonsko s přesností 0,001 g, přesná pila pro experimentální účely Mikron 110, tvrdoměr Vickers LV 700L, posuvné měřítko Somet s přesností 0,02 mm. Obr. 16 Tvrdoměr Vickers LV-700L Obr. 17 Elektronické váhy Shinko Denski s přesností 0,001 g 45

4.2 Abrazivo 4.2.1 AMASTEEL S 23O kuličky Kulatý ocelový tepelně zušlechtěný granulát. Je vyrobený z kvalitní uhlíkové oceli kalením a popouštěním, aby získal jemnou homogenní strukturu temperovaného martenzitu. Použití: především v tryskacích zařízeních s metacími koly. Rozměr oka (mm) MIN MAX ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- G r a n u l o m e t r i e 1,00 0 0,85 10 % 0,71 0,60 85 % 0,50 97 % 0,425 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- Chemické složení C 0,80 % 1,25 % Mn 0,60 % 1,20 % Si 0,40 % P 0,05 % S 0,05 % ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Tvrdost HRC 40 50 Hustota: min. 7,00 g/cm 3 Metalografická struktura: temperovaný martenzit Obr. 18 AMASTEEL S 23O zvětšeno 5krát 46

4.2.2 AMASTEEL LG 40 ostrohran Ocelová drť o střední tvrdosti, hrany se při tryskání postupně zakulacují. Má menší abrazivní účinek. Použití: v tryskačích s metacími koly k odstranění okují a přípravě povrchu pro další zpracování. Rozměr oka (mm) MIN MAX ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- G r a n u l o m e t r i e 1,00 0 0,85 0,71 0,60 0,50 0,425 70 % 0,355 0,300 80 % --------------------------------------------------------------------------------------------------------- Chemické složení C 0,80 % 1,25 % Mn 0,60 % 1,20 % Si 0,40 % P 0,05 % S 0,05 % ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Tvrdost HRC 54 61 Hustota: min. 7,20 g/cm 3 Metalografická struktura: temperovaný martenzit Obr. 19 AMASTEEL LG 40 zvětšeno 10krát 47

4.3 Laboratorní zkouška opotřebení 4.3.1 Metodika laboratorní zkoušky Abrazivní opotřebení kovových materiálu, plastů, dřeva se nejčastěji zjišťuje na přístrojích s vázanými částicemi, volnými částicemi nebo vrstvou volných částic mezi dvěma stykovými povrchy. Laboratorní zkouška opotřebení byla provedena na přístrojí s vázanými částicemi. V důsledku malých hmotnostních úbytků u laboratorních zkoušek je velmi důležité zachovávat přesný postup měření a dbát na čistotu vzorků při vážení. Obr. 20 Zkušební vzorky pro přístroj s brusným plátnem Velikost opotřebení zkušebních vzorků byla vyhodnocena na základě objemových úbytků v průběhu zkoušky podle vztahů: Objemové úbytky: m V = ui [cm 3 ] (3) ρ kde: m ui hmotnost při i-tém měření [g] ρ hustota [g.cm -3 ]. 48

V = V 1 [mm 3 ] (4) ui V i kde: V ui V 1 V i úbytek objemu při i-tém měření [mm objem nového vzorku [mm objem vzorku při i-tém měření [mm 3 ]. 3 ] 3 ] Dále byla vypočítána poměrná objemová odolnost proti abrazivnímu opotřebení ψ a podle vztahu: m ρ et et ψ ao = (5) mvzo ρ vzo kde: m et m vzo hmotnostní úbytek etalonu [g] hmotnostní úbytek vzorku [g] ρ et hustota etalonu [g.cm -3 ] ρ vzo hustota vzorku [g.cm -3 ]. Měření se uskutečnilo v areálu MZLU v Brně v měsíci červenci roku 2009 a probíhalo za teploty 22 C a atmosférického tlaku 1022 hpa. 4.3.1.1 Zkušební přístroj s brusným plátnem Laboratorní zkouška opotřebení s vázaným abrazivem byla provedena na přístroji s brusným plátnem podle normy ČSN 01 5084. Obr. 21 Schéma přístroje s brusným plátnem 49

Obr. 22 Přístroj s brusným plátnem Obr. 23 Závaží s upínací hlavicí a se zkušebním vzorkem 50

Zkušební přístroj s brusným plátnem je tvořen z rovnoměrně otáčející se vodorovné desky, na kterou se připevňuje brusné plátno. Zkušební vzorek je uchycen v držáku a je přitlačován závažím k brusnému plátnu. Rozměr zkušebního vzorku je 10 x 10 x Y mm. Během zkoušky se horizontální kotouč s brusným plátnem otáčí, přitom se zkoušené těleso posunuje od středu k okraji brusného plátna. Po stanovené délce 50 metrů třecí dráhy koncový spínač stroj zastaví. Vzorky jsou očištěny a zvážením na elektronických vahách přesností 0,001 g je stanoven hmotnostní úbytek. Pokud velikost dráhy dosáhne 250 metrů je stávající brusné plátno nahrazeno novým plátnem. Tab. 6 Technická data přístroje s brusným plátnem Délka třecí dráhy: Průměr otáčející se desky: 50 m 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 4.4 Provozní zkouška opotřebení 4.4.1 Metodika provozní zkoušky Pro provozní zkoušku bylo použito 24 zkušebních vzorků osmi druhů materiálu. Rozměr zkušebních vzorků byl 50 x 50 x Y mm. Vzorky byly upevněny v přípravku, který byl nainstalován uvnitř tryskacího zařízení. Vzorky se upevnily na přípravek pomocí bočních svěrných spojů. V přípravku byly upevněny vždy 3 vzorky jednoho zkoušeného materiálu. Následovalo metaní abraziva lopatkami metacího kola po dobu 4 hodin na upevněné zkoušené materiály. Použitým abrazivem bylo AMASTEEL S 230 kuličky a AMASTEEL LG 40 ostrohran. Před zahájením měření byly všechny vzorky zváženy s přesností na 0,001 g. Po uplynutí doby zkoušky byl každý vzorek řádně očištěn a znovu zvážen. 51

Obr. 24 Zkušební vzorky pro provozní zkoušku Velikost opotřebení zkušebních vzorků byla vyhodnocena na základě objemových úbytků v průběhu zkoušky podle rovnic 3, 4. Dále byla vypočítána poměrná objemová odolnost proti erozivnímu opotřebeníψ podle rovnice 5. e Měření proběhlo na tryskacím zařízení v areálu firmy Kovo Staněk, s.r.o., v listopadu 2009 a v lednu 2010. 52

4.4.1.1 Tryskací zařízení Provozní zkouška opotřebení byla provedena v tryskacím zařízení firmy Kovo Staněk, s.r.o., Brumovice. Úchyt přípravku Metací kolo Lopatka Abrazivo Zkušební vzorky Přípravek Obr. 25 Schéma průběhu provozní zkoušky Tab. 7 Technická data tryskacího zařízení Výrobce: Kovo Staněk, s.r.o., Brumovice Typ: TZ 4 7,5~15/11 16 Rok výroby: 2009 Hmotnost: Počet metacích kol: Počet lopatek metacího kola: Hmotnost lopatky(sedur 204): Výkon metacího kola : 2800 kg 2 ks 6 ks 450 g 7,5 kw Otáčky metacího kola: 2930 min -1 Průměr metacího kola použitého pro provozní zkoušku: Šířka: Hloubka: Výška: 359 mm 2420 mm 1840 mm 4830 mm 53

Obr. 26 Tryskací a filtrační zařízení pohled ze předu Obr. 27 Tryskací a filtrační zařízení pohled z boku 54

Obr. 28 Pracovní komora tryskacího zařízení Obr. 29 Metací kola 55

a pro materiál AG 202 b pro ostatní materiály Obr. 30 Přípravky k přichycení zkušebních vzorků 4.4.2 Parametry provozní zkoušky t = 4 hodiny (Pozn.: Materiál AG 202, t = 11 minut) α = 11 v = 55 m.s -1 l = 780 mm Q m = 120 kg/min abrazivo = S 230 kuličky, LG 40 ostrohran 4.4.3 Harmonogram provozní zkoušky Harmonogram provozní zkoušky byl následující: 6:00 7:00 začátek tryskání 7:00 7:30 přestávka v tryskání 7:30 8:00 tryskání 8:00 8:30 přestávka v tryskání 8:30 9:30 tryskání 56

9:30 10:00 přestávka v tryskání 10:00 11:00 tryskání 11:00 12:00 přestávka v tryskání 12:00 12:30 konec tryskání 4.5 Metodika statistického zpracování Střední hodnota x n i= = 1 kde: n x i x i hodnota znaku, n rozsah souboru. Pravděpodobná chyba Θ 5 1 = Δ + 6 Směrodatná odchylka 2 s x = s x Variační koeficient sx vx = 100 [%] x Interval spolehlivosti 95 % P x t kde: sx sx α / 2 μ x + t1 α / 2 = 1 α n n 1 t1 α / 2 hodnota z tabulky kvantilů Studentova t-rozdělení pro n-1 stupňů volnosti, α riziko odhadu (Stávková, 2003). 57

5. VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUSE 5.1 Výsledky měření tvrdosti Naměřené hodnoty tvrdosti zkušebních vzorků jednotlivých materiálů jsou v (Příl. 1). Na obr. 31 je grafické vyhodnocení měření tvrdosti. 2000 1800 1752 1801 1600 Tvrdost [HV10] 1400 1200 1000 800 600 400 200 129 280 412 803 0 OCEL 11 373 CREUSABRO M CREUSABRO 4800 SEDUR 204 K20 K10 Obr. 31 Průměrná tvrdost zkušebních vzorků podle Vickerse HV10 Z výsledků měření vyplývá, že nejmenší tvrdost mají zkušební vzorky z Oceli 11 373. Jejich průměrná tvrdost je 129 HV. Největší tvrdost mají vzorky K10. Jejich průměrná tvrdost je 1801 HV. Průměrná tvrdost vzorků z Oceli 11 373 je 14krát nižší než u vzorků K10. Pozn.: Tvrdost vzorků AG 202 a SiSiC ROCAR SiG nebylo možné v podmínkách Mendlovy univerzity v Brně naměřit. 58

5.2 Výsledky laboratorní zkoušky 5.2.1 Výsledky z přístroje s brusným plátnem Objemové úbytky zkušebních vzorků v mm 3 v průběhu zkoušky jsou v (Příl. 2). Objemové opotřebení vzorků v průběhu ujeté dráhy 50 m je znázorněno v mm 3 (Příl. 3). Na obr. 32 je sloupcový graf s hodnotami objemového opotřebení jednotlivých vzorků. Opotřebení [mm 3 ] 250 200 150 100 50 0 208 160 108 30 14 1,62 0,388 0,342 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 AG 202 SiSiC ROCAR SiG K20 K10 Obr. 32 Objemové opotřebení zkušebních vzorků na brusném plátně v mm 3 po 50 metrech Z výsledků měření vyplývá, že největší objemové opotřebení mají zkušební vzorky z Oceli 11 373. Jejich celkové objemové opotřebení je po ujetí dráhy 50 m 208 mm 3. Nejmenšího objemového opotřebení dosáhly vzorky K10. Opotřebení těchto vzorků je 0,342 mm 3. Na obr. 33 jsou uvedeny hodnoty poměrné objemové odolnosti proti abrazivnímu opotřebení na brusném plátně po 50 metrech vztažené k porovnávacímu vzorku (Ocel 11 373=1). 59

700 600 609 609 500 φa 400 300 200 100 1 0 OCEL 11373 CREUSABRO 4800 129 1,3 1,9 6,9 14,7 CREUSABRO M SEDUR 204 AG 202 SiSiC ROCAR SiG K10 K20 Obr. 33 Poměrné objemové odolnosti proti abrazivnímu opotřebení na brusném plátně po 50 metrech Nejvyšší poměrnou objemovou odolnost proti abrazivnímu opotřebení mají vzorky K20 kde ψ a =609. Naopak nejnižší poměrnou objemovou odolnosti proti abrazivnímu opotřebení mají vzorky Creusabro 4800 kde ψ =1,3. Struktura zkoušených materiálů je velmi rozdílná, proto odolnost proti abrazivnímu opotřebení jen částečně koresponduje s naměřenou tvrdostí. Korelační koeficient, vyjadřující těsnost mezi tvrdostí HV10 a objemovým opotřebením na brusném plátně je R = 0,8856 (Obr. 34), můžeme tedy částečně konstatovat, že čím budou mít materiály vyšší tvrdost, tím budou vykazovat nižší objemové opotřebení. a 60

250 225 200 Opotřebení Tvrdost R = 0,8856 2000 1800 1600 Opotřebení [mm 3 ] 175 150 125 100 75 1400 1200 1000 800 600 Tvrdost [HV10] 50 400 25 200 0 0 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 K20 K10 Obr. 34 Vztah mezi tvrdostí a objemovým opotřebením brusné plátno U získaných údajů objemového opotřebení v přístroji s brusným plátnem bylo provedeno statistické zpracování a vyhodnocení (Příl. 4). Tyto získané statistické údaje slouží ke zpětné kontrole zda nedošlo během měření a vyhodnocení k chybě. 61

5.3 Výsledky provozní zkoušky 5.3.1 Výsledky z kuliček Objemové úbytky zkušebních vzorků v cm 3 z provozní zkoušky jsou v (Příl. 5). Na obr. 35 je sloupcový graf s hodnotami objemového opotřebení jednotlivých vzorků. 10 9 8 8 Opotřebení [cm 3 ] 7 6 5 4 3 2 1 0 0,609 0,107 0,056 0,038 0,026 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M K20 K10 SEDUR 204 Obr. 35 Objemové opotřebení zkušebních vzorků z provozní zkoušky v cm 3 kuličky Z výsledků měření vyplývá, že největší objemové opotřebení mají zkušební vzorky z Oceli 11 373. Jejich celkové objemové opotřebení je po uplynutí doby zkoušky 4 hodin 8 cm 3. Ostatní vzorky jsou podle velikosti objemového opotřebení seřazeny sestupně až k nejmenšímu objemovému opotřebení, které dosáhly vzorky Sedur 204. Opotřebení těchto vzorků je 0,026 cm 3. Na obr. 36 jsou uvedeny hodnoty poměrné objemové odolnosti proti erozivnímu opotřebení po uplynutí doby zkoušky 4 hodin vztažené k porovnávacímu vzorku (Ocel 11 373=1). 62

400 350 333 300 250 224 φe 200 150 151 100 80 50 0 1 14 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M K20 K10 SEDUR 204 Obr. 36 Poměrné objemové odolnosti proti erozivnímu opotřebení z provozní zkoušky kuličky Největší poměrnou objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení vykazují vzorky Sedur 204 kdeψ =333. Naopak nejnižší poměrnou objemovou odolnosti proti e erozivnímu opotřebení mají vzorky Creusabro 4800 kde ψ =14. Při provozní zkoušce za použití kuliček má korelační závislost mezi tvrdostí HV10 a objemovým opotřebením nižší těsnost než při zkoušce na brusném plátně, R = 0,5128 (Obr. 37), tzn., že z tvrdosti vzorků nemůžeme usuzovat na velikost objemového opotřebení. e 63

9 2000 Opotřebení [cm 3 ] 8 7 6 5 4 3 Opotřebení Tvrdost R = 0,5128 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 Tvrdost [HV10] 2 400 1 200 0 0 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M K20 K10 SEDUR 204 Obr. 37 Vztah mezi tvrdostí a objemovým opotřebením provozní zkouška kuličky Na obr. 38 a, b jsou znázorněné opotřebované zkušební vzorky AG 202 a SiSiC ROCAR SiG z kuliček po uplynutí doby zkoušky 4 hodin. Z fotografií je zřejmé, že vzorky AG 202 se po 11 minutách z velké části ulomily, totéž platí u vzorků SiSiC ROCAR SiG, kde 2 ze 3 vzorků se po 4 hodinách také z velké části ulomily. Z tohoto důvodu nebyly tyto dva keramické materiály porovnávány s ostatnímu zkoušenými materiály, neboť porovnání by nebylo průkazné. Na obr. 39 jsou opotřebované vzorky A jednotlivých zkoušených materiálů. 64

a AG 202 b SiSiC ROCAR SiG Obr. 38 Opotřebované zkušební vzorky z provozní zkoušky kuličky Obr. 39 Opotřebované zkušební vzorky A z provozní zkoušky kuličky 65

5.3.2 Výsledky z ostrohranu Objemové úbytky zkušebních vzorků v cm 3 z provozní zkoušky jsou v (Příl. 6). Na obr. 40 je sloupcový graf s hodnotami objemového opotřebení jednotlivých vzorků. 7 6 6 Opotřebení [cm 3 ] 5 4 3 2 1,85 1 0 0,32 0,053 0,0033 0,0026 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 K20 K10 Obr. 40 Objemové opotřebení zkušebních vzorků z provozní zkoušky v cm 3 ostrohran Z výsledků měření vyplývá, že největší objemové opotřebení mají zkušební vzorky z Oceli 11 373. Jejich celkové objemové opotřebení je po uplynutí doby zkoušky 4 hodin 6 cm 3. Ostatní vzorky jsou podle velikosti objemového opotřebení seřazeny sestupně až k nejmenšímu objemovému opotřebení, které dosáhly vzorky K10. Opotřebení těchto vzorků je 0,0026 cm 3. Na (Obr. 41) jsou uvedeny hodnoty poměrné objemové odolnosti proti erozivnímu opotřebení po uplynutí doby zkoušky 4 hodin vztažené k porovnávacímu vzorku (Ocel 11 373=1). 66

2000 1800 1828 1600 1400 1357 1200 φe 1000 800 600 400 200 0 1 3 17 117 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 K10 K20 Obr. 41 Poměrné objemové odolnosti proti erozivnímu opotřebení z provozní zkoušky ostrohran Největší poměrnou objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení vykazují vzorky K20 kde ψ e =1828. Naopak nejnižší poměrnou objemovou odolnosti proti erozivnímu opotřebení mají vzorky Creusabro 4800 kde ψ =3. Při provozní zkoušce za použití ostrohranu má korelační závislost mezi tvrdostí HV10 a objemovým opotřebením nižší těsnost než při zkoušce na brusném plátně, ale vyšší než při provozní zkoušce za použití kuliček, R = 0,6128 (Obr. 42), ale přesto z tvrdosti vzorků nemůžeme usuzovat na velikost objemového opotřebení. e 67

7 2000 6 Opotřebení Tvrdost R = 0,6121 1800 1600 Opotřebení [cm 3 ] 5 4 3 2 1400 1200 1000 800 600 Tvrdost [HV10] 1 400 200 0 0 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 K20 K10 Obr. 42 Vztah mezi tvrdostí a objemovým opotřebením provozní zkouška ostrohran Na obr. 43 a, b jsou znázorněné opotřebované zkušební vzorky AG 202 a SiSiC ROCAR SiG z kuliček po uplynutí doby zkoušky 4 hodin. Z fotografií je zřejmé, že jeden vzorek AG 202 se po 11 minutách z velmi malé části ulomil. U vzorků SiSiC ROCAR SiG je patrné, že po 4 hodinách se vzorky opotřebovaly z velké části jen u okrajů. Z toho vyplývá, že tyto dva keramické materiály mají větší odolnost proti erozivnímu opotřebení za použití ostrohranu a také se nelámou jak je tomu u kuliček. Stejně jako u kuliček nebyly tyto dva keramické materiály porovnávány s ostatnímu zkoušenými materiály, neboť porovnání by nebylo průkazné. Na obr. 44 jsou opotřebované vzorky A jednotlivých zkoušených materiálů. 68

a AG 202 b SiSiC ROCAR SiG Obr. 43 Opotřebované zkušební vzorky z provozní zkoušky ostrohran Obr. 44 Opotřebované zkušební vzorky A z provozní zkoušky ostrohran 69

5.3.3 Porovnání použitých abrazivních materiálů kuliček a ostrohranu Na obr. 45 je sloupcový graf s hodnotami objemového opotřebení jednotlivých zkušebních vzorků z kuliček a ostrohranu. 10 9 8 8 Kuličky Ostrohran Opotřebení [cm 3 ] 7 6 5 4 3 2 6 1,85 1 0 0,609 0,107 0,32 0,026 0,053 0,038 0,0026 0,056 0,0033 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 K10 K20 Obr. 45 Porovnání objemového opotřebení z provozní zkoušky v cm 3 kuličky a ostrohran Ze sloupcového grafu vyplývá, že největší objemové opotřebení z kuliček i ostrohranu mají vzorky z Oceli 11 373. Naopak nejmenšího objemového opotřebení z kuliček dosáhly vzorky Sedur 204. V ostrohranu se nejméně objemově opotřebovaly vzorky K10. Materiály Creusabro 4800, Creusabro M a Sedur 204 dosáhly většího objemového opotřebení v ostrohranu než v kuličkách, oproti tomu Ocel 11 373, K10 a K20 se opotřebovaly v kuličkách více než v ostrohranu. Zajímavý je výsledek objemového opotřebení Seduru 204 z ostrohranu a K20 z kuliček. Objemové opotřebení těchto dvou materiálů je prakticky stejné. Na obr. 46 jsou uvedeny všechny hodnoty poměrné objemové odolnosti proti erozivnímu opotřebení z kuliček a ostrohranu pro zkoušené materiály po uplynutí doby zkoušky 4 hodin vztažené k porovnávacímu vzorku (Ocel 11 373=1). 70

2000 1800 1600 Poměrná objemová odolnost proti erozivnímu opotřebení - kuličky 1828 1400 1200 Poměrná objemová odolnost proti erozivnímu opotřebení - ostrohran 1357 φe 1000 800 600 400 200 0 1 14 3 80 17 333 117 224 151 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 K10 K20 Obr. 46 Porovnání poměrné objemové odolnosti proti erozivnímu opotřebení z provozní zkoušky z kuliček a ostrohranu Z výsledků měření bylo zjištěno, že v kuličkách má největší poměrnou objemovou odolnosti proti erozivmímu opotřebení materiál Sedur 204, i když má 2,2krát nižší tvrdost než materiály K10 a K20. To je pravděpodobně způsobeno tím, že vzorky K10 a K20 se opotřebovaly jen u okrajů (Obr. 39). Kuličky odlamují částečky materiálu z okrajů vzorků, to způsobuje, že celkové opotřebení je větší než má Sedur 204. Za předpokladu, že opotřebení materiálů K10 a K20 by bylo rozloženo rovnoměrně na celou plochu vzorků by byla poměrná odolnost proti erozivnímu opotřebení srovnatelná se Sedurem 204. Zároveň se potvrdilo, že z tvrdosti materiálů nemůžeme usuzovat na velikost objemového opotřebení, protože korelační koeficient vyjadřující těsnost mezi tvrdostí HV10 a objemovým opotřebením v kuličkách je R = 0,5128. Nejmenší poměrnou objemovou odolnosti proti erozivmímu opotřebení v kuličkách má materiál Creusabro 4800. Sedur 204 má tedy 24krát vyšší objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení než Creusabro 4800. 71

Co se týče výsledků z ostrohranu má největší poměrnou objemovou odolnost proti erozivmímu opotřebení materiál K20, tedy materiál s druhou nejvyšší tvrdostí má největší odolnost proti erozivnímu opotřebení. Tady je situace opačná než u kuliček. Opotřebení je rozloženo víceméně rovnoměrně po celé ploše vzorků a nedochází k vylamování částeček materiálu z okrajů vzorků (Obr. 44). Proto materiál K20 odolává lépe erozivnímu opotřebení než materiál Sedur 204, který má 2,2krát nižší tvrdost. Ale přesto se potvrdilo, že v globále z tvrdosti materiálů nemůžeme usuzovat na velikost objemového opotřebení, protože korelační koeficient vyjadřující těsnost mezi tvrdostí HV10 a objemovým opotřebením v ostrohranu je R = 0,6121. Nejmenší poměrnou objemovou odolnost proti erozivmímu opotřebení v ostrohranu má materiál Creusabro 4800. K20 má tedy 609krát vyšší objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení než Creusabro 4800. Je také nutné poznamenat, že materiál K20 má 12krát vyšší objemovou odolnost oproti erozivnímu v ostrohranu než v kuličkách. Materiál K10 má oproti K20 jen 6krát vyšší objemovou odolnost proti erozivnímu v ostrohranu než v kuličkách. Materiál Creusabro 4800 má 4,7krát vyšší objemovou odolnost proti erozivnímu v kuličkách než v ostrohranu. Materiál Creusabro M má 4,6krát vyšší objemovou odolnost proti erozivnímu v kuličkách než v ostrohranu. Nakonec materiál Sedur 204 má jen 2,9krát vyšší objemovou odolnost proti erozivnímu v kuličkách než v ostrohranu. Porovnání abraziv použitých při provozní zkoušce je znázorněno na obr. 47. Z bodového diagramu objemového opotřebení je patrné, že korelační závislost mezi objemovým opotřebením v ostrohranu a kuličkách je velmi těsná, R = 0,9733. Kuličky [cm 3 ] 9 8 7 6 5 4 3 2 1 OCEL 11373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 K10 K20 y = 1,3639x - 0,3464 R = 0,9733 0 0 1 2 3 4 5 6 Ostrohran [cm 3 ] 7 Obr. 47 Bodový diagram objemového opotřebení z provozní zkoušky v ostrohranu a kuličkách 72

Výsledky měření částečně potvrdily vliv tvaru abrazivních částic na velikost opotřebení. U materiálů Creusabro 4800, Creusabero M a Sedur 204 bylo větší erozivní opotřebení způsobeno ostrohranem s větším počtem hran a s jejich malým poloměrem zaoblení. Naopak u K10 a K20 docházelo při dopadu ostrohranu na povrch ke snižování erozivní schopnosti otupováním hran a výstupků, tudíž u karbidů bylo větší erozivní opotřebení způsobeno kuličkami. Podobně jako u tvaru abrazivních částic se částečně potvrdil vliv tvrdosti abrazivních částic na velikost opotřebení. S rostoucí tvrdostí abraziva roste intenzita porušování povrchu. U materiálů Creusabro 4800, Creusabero M a Sedur 204 bylo větší erozivní opotřebení způsobeno ostrohranem s vyšší tvrdostí HRC než měly kuličky. Naopak u K10 a K20 docházelo při dopadu ostrohranu na povrch ke snižování erozivní schopnosti otupováním hran a výstupků, tudíž větší tvrdost ostrohranu HRC neměla takový význam na porušování povrchu, tudíž u karbidů bylo větší erozivní opotřebení způsobeno kuličkami, které měly nižší tvrdost HRC. Také se potvrdilo, že slinuté karbidy K10 a K20 mají výrazně zvýšenou odolnost proti erozivnímu opotřebení. Karbidy přítomné ve struktuře mají velký význam především jako překážky proti vnikání abraziva do povrchu materiálu. Při vysoké tvrdosti karbidů docházelo k otupování řezných hran a hrotů ostrohranu. Na závěr porovnání použitých abraziv je nutné poznamenat, že z výsledků velikosti objemového opotřebení a poměrné objemové odolnosti proti erozivnímu opotřebení se dá usuzovat, že zkoušené materiály se budou chovat podobně při použití podobných druzích abraziva, které jsou znázorněny v (Příl. 8). Na obr. 48 je znázorněno porovnání opotřebení zkušebních vzorků z provozní zkoušky z kuliček a ostrohranu po uplynutí doby zkoušky 4 hodin, materiál AG 202 jen 11 minut. 73

a Ocel 11 373 b Creusabro 4800 c Creusabro M Obr. 48 Porovnání opotřebených zkušebních vzorků z provozní zkoušky kuličky a ostrohran 74

d AG 202 e SiSiC ROCAR SiG f K10 Obr. 48 Porovnání opotřebených zkušebních vzorků z provozní zkoušky kuličky a ostrohran 75

5.4 Porovnání laboratorní a provozní zkoušky Na korelační závislost mezi opotřebením při různých druzích zkoušek lze usuzovat z bodových diagramů. Jednotlivé korelační koeficienty ze všech provedených zkoušek jsou uvedeny v (Tab. 8). Tab. 8 Korelační koeficienty Brusné plátno objem Kuličky objem Ostrohran objem Tvrdost [HV10] Kuličky objem Ostrohran objem 0,8856 0,7277 0,8451 0,5128 x 0,9733 0,6121 xx x Na základě provedených zkoušek byla zjištěna nejvyšší korelační závislost mezi: tvrdostí HV10 a objemovým opotřebením na brusném plátně, objemovým opotřebením na brusném plátně a objemovým opotřebením v ostrohranu. Porovnání laboratorní a provozní zkoušky znázorňují (Obr. 49, 50). Nejvyšší korelační závislost byla zjištěna mezi objemovým opotřebením na brusném plátně a opotřebením v ostrohranu, R = 0,8451. V tomto případě jsou jednotlivé body méně rozptýleny od regresní přímky. Výsledky z provozní zkoušky z ostrohranu proto více korespondují s výsledky z přístroje s brusným plátnem, použitá abraziva tj. ostrohran a brusné plátno jsou si svými vlastnostmi podobné. Proto odolnost proti opotřebení je téměř srovnatelná. Naopak nejnižší korelační závislost byla zjištěna mezi objemovým opotřebením na brusném plátně a opotřebením v kuličkách, R = 0,7277. V tomto případě jsou jednotlivé body více rozptýleny od regresní přímky. Výsledky z provozní zkoušky z kuliček proto příliš nekorespondují s výsledky z přístroje brusným plátnem. 76

Kuličky [cm 3 ] 9 8 7 6 5 4 3 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 K10 K20 y = 0,0281x - 0,8282 R = 0,7277 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 Brusné plátno [mm 3 ] Obr. 49 Bodový diagram objemového opotřebení na brusném plátně a při provozní zkoušce kuličky 9 8 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 7 CREUSABRO M Ostrohran [cm 3 ] 6 5 4 3 SEDUR 204 K10 K20 y = 0,0233x - 0,5806 R = 0,8451 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 Brusné plátno [mm 3 ] Obr. 50 Bodový diagram objemového opotřebení na brusném plátně a při provozní zkoušce ostrohran 77

Na obr. 51, 52 jsou uvedeny všechny hodnoty poměrné objemové a hmotnostní odolnosti proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení pro zkoušené materiály vztažené k porovnávacímu vzorku (Ocel 11 373=1). 2000 1800 1600 Poměrná objemová odolnost proti abrazivnímu opotřebení - brusné plátno Poměrná objemová odolnost proti erozivnímu opotřebení - kuličky 1828 1400 Poměrná objemová odolnost proti erozivnímu opotřebení - ostrohran 1357 1200 φe 1000 800 600 609 609 400 333 200 0 1 1,3 14 80 3 2 17 7 117 224 151 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 K10 K20 Obr. 51 Porovnání poměrné objemové odolnosti proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení 1200 1100 Poměrná hmotnostní odolnost proti abrazivnímu opotřebení - brusné plátno 1000 900 800 700 Poměrná hmotnostní odolnost proti erozivnímu opotřebení - kuličky Poměrná hmotnostní odolnost proti erozivnímu opotřebení - ostrohran 719 969 φe 600 500 400 300 351 323 323 200 100 0 1 1,3 14 3 2 80 19 7 123 119 80 OCEL 11 373 CREUSABRO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 K10 K20 Obr. 52 Porovnání poměrné hmotnostní odolnosti proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení 78

Při závěrečném porovnání laboratorní a provozní zkoušky se porovnávají objemové, ale také hmotnostní odolnosti proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení. Z výsledků laboratorní a provozní zkoušky vyplývá, že nejvhodnějším materiálem pro vnitřní obložení pracovní komory tryskacího zařízení se zdá Creusabro M, který má 1,5krát vyšší hmotnostní i objemovou odolnost proti abrazivnímu opotřebení na brusném plátně než Creusabro 4800. Také má 5,7krát vyšší hmotnostní i objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení v kuličkách než Creusabro 4800. Má také 6krát vyšší hmotnostní i objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení v ostrohranu než Creusabro 4800. Je to dáno tím, že Creusabro M může tvářením dosáhnout podstatného zpevnění. Značné zvýšení tvrdosti v průběhu tryskání se také přisuzuje přeměně metastabilního austenitu na martenzit v průběhu plastické deformace. Při konečném výběru materiálu je také nutné zohlednit nejen výsledky zkoušek, ale i ekonomickou stránku, tj. cenu materiálů. Creusabro M je 1,7krát za kg dražší než Creusabro 4800. I přes vyšší cenu Creusabra M je Creusabro M vhodnějším materiálem než Creusabro 4800, má 6krát vyšší hmotnostní i objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení v kuličkách i ostrohranu než Creusabro 4800. To znamená, že vnitřní obložení z Creusabra M by mělo vydržet 6krát déle než z Creusabro 4800. To má za následek nižší četnost respektive náklady na případnou výměnu vnitřního obložení pracovní komory tryskacího zařízení. Ze závěrečného porovnání poměrné hmotnostní a objemové odolnosti proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení lze konstatovat, že z pěti zkoušených materiálů má každý materiál poměrnou hmotnostní a objemovou odolnost v kuličkách i ostrohranu rozdílnou, tudíž nemůžeme konstatovat, že jeden konkrétní materiál je ten nejvhodnější pro lopatky metacího kola tryskacího zařízení, ale musíme vybrat vhodný materiál, který odolá erozivnímu opotřebení jak v kuličkách tak i ostrohranu. Také je potřeba při konečném výběru materiálu zohlednit nejen výsledky zkoušek, ale i ekonomickou stránku, tj. cenu materiálů. Nejdříve je nutné poznamenat, že SiSiC ROCAR SiG, má srovnatelnou hmotnostní odolnost proti abrazivnímu opotřebení na brusném plátně jako K10 i K20, ale při provozní zkoušce v kuličkách se 2 ze 3 vzorků se po 4 hodinách z velké části ulomily. Totéž platí i pro AG 202, kde se všechny tři vzorky po 11 minutách také z velké části ulomily. Naopak v ostrohranu se jeden vzorek AG 202 se po 11 minutách ulomil jen z velmi malé části. Vzorky SiSiC ROCAR SiG se opotřebovaly z velké části jen u okrajů. Lopatky se používají na všechny druhy abraziv, takže tyto dva keramické materiály nejsou vhodné na lopatky metacího kola tryskacího zařízení. Jsou také dražší než Sedur 79

204. SiSiC ROCAR SiG je 38 krát za kg a AG 202 je téměř 5krát za kg dražší než Sedur 204. Z výsledků laboratorní a provozní zkoušky vyplývá, že nejvhodnějšími materiály pro lopatky metacího kola tryskacího zařízení se podle výsledků hmotnostní i objemové abrazivní odolnosti proti opotřebení na brusném plátně jeví K10 a K20. Mají shodně 46krát vyšší hmotnostní a 87krát vyšší objemovou odolnost proti abrazivnímu opotřebení na brusném plátně než Sedur 204. Naopak Sedur 204 má hmotnostní odolnost proti erozivnímu opotřebení v kuličkách 3krát vyšší a objemovou 1,5krát vyšší než K10. Dále má hmotnostní odolnost proti erozivnímu opotřebení v kuličkách 4,5krát vyšší a objemovou 2krát vyšší než K20. V ostrohranu jsou výsledky opačné, hmotnostní odolnost proti erozivnímu opotřebení v ostrohranu má K10 6krát vyšší a objemovou 11,5krát vyšší než Sedur 204. K20 má hmotnostní odolnost proti erozivnímu opotřebení v ostrohranu 8krát vyšší a objemovou dokonce 16krát vyšší než Sedur 204. Podle výsledků se zdá nejvhodnějším materiálem pro lopatky metacího kola tryskacího zařízení materiál K20. Má největší hmotnostní i objemovou odolnost proti abrazivnímu opotřebení na brusném plátně, dále má největší hmotnostní i objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení v ostrohranu. V kuličkách je na tom lépe s hmotnostní i objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení Sedur 204 i K10. Musíme také zohlednit ekonomickou stránku, tj. cenu materiálů. Tady je na tom podstatně lépe Sedur 204, který je 5krát za kg levnější než K20. Na tryskacím zařízení se dvěma metacími koly a dvanácti lopatkami jejichž hmotnost je 5,4 kg ušetříme při použití Seduru 204 přibližně 6500 Kč na jednom tryskacím zařízení než při použití lopatek z K20. Dále má Sedur 204 2krát nižší hmotnost než K20, což je také důležitý faktor, neboť vyšší hmotnost lopatek by vedla k vyšší spotřebě elektrické energie a mohla by také nepříznivě ovlivnit moment setrvačnosti, z čehož by se daly vyvodit další vlivy. V neposlední řadě je nutné zkusit oba materiály přímo v provozních podmínkách tryskání např. v intervalu 50 1000 metacích hodin v kuličkách i ostrohranu a následně porovnat jejich velikost opotřebení. Nová lopatka ze Seduru 204 váží 450 g. Lopatka na hranici maximálního opotřebení, tzn. kdy ještě není vydřená skrz tloušťku váží cca 320 g. Časový průběh opotřebení lopatky na hranici maximálního opotřebení je různý, někdy to je 50 metacích hodin někdy až 1000 metacích hodin. Velikost opotřebení lopatky ze Seduru 204 použité v tryskacím zařízení je v (Příl. 7). Z těchto poznatků se přikláním použít pro lopatky metacího kola tryskacího zařízení současný materiál Sedur 204. I přestože má výrazně nižší hmotnostní i objemovou 80

odolnost proti erozivnímu opotřebení v ostrohranu než materiál K20. Naopak má nepatrně vyšší hmotnostní i objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení v kuličkách než K20. Podstatně lépe je na tom cenově, je 5krát za kg levnější než K20 a také má 2krát nižší hmotnost než K20. S materiálem Sedur 204 má také firma Kovo Staněk, s.r.o., pro použití na lopatky metacích kol výrazně větší zkušenosti než s materiálem K20. 81

6. ZÁVĚR Jednou z nejčastějších příčin omezující spolehlivost a životnost strojů a zařízení je opotřebení. Opotřebení způsobuje zhoršení funkce zařízení, což může vést k jeho předčasnému vyřazení nebo úplnému porušení. Takto způsobené škody jsou příčinou velkých ztrát a dají se přirovnat snad jen ke škodám vzniklých následky koroze. Opotřebení je definováno jako trvale nežádoucí změna povrchu materiálu součásti mechanickými vlivy, které mohou být doprovázeny účinky fyzikálními, chemickými nebo i elektrickými. Odhaduje se, že opotřebení má na svědomí až 80 % poruch strojů a jejich součástí. Hlavní náplní této diplomové práce bylo sledování a vyhodnocení velikosti abrazivního a erozivního opotřebení tří materiálů pro vnitřní obložení pracovní komory (Ocel 11 373, Creusabro 4800, Creusabro M) a pěti materiálů pro lopatky metacího kola (Sedur 204, AG 202, SiSiC ROCAR SiG, K10, K20) tryskacího zařízení v laboratorních a provozních podmínkách. Laboratorní zkouška opotřebení se uskutečnila v přístroji s vázanými částicemi na přístroji s brusným plátnem, podle normy ČSN 01 5084. Velikost opotřebení byla dána změnou hmotnosti a objemu zkušebních vzorků v průběhu měření. Po ujetí stanovené dráhy 50 metrů byla zkouška zastavena, vzorky se očistily, následně zvážily na elektronických vahách s přesností 0,001 g. Celková ujetá dráha je 250 metrů, pak bylo stávající brusné plátno nahrazeno novým plátnem. Získané údaje byly zaznamenány, zpracovány a vyhodnoceny. Z výsledků poměrné hmotnostní a objemové odolnosti proti abrazivnímu opotřebení vztažené k porovnávacímu vzorku (Ocel 11 373=1) mají největší poměrnou hmotnostní odolnost proti abrazivnímu opotřebení zkušební vzorky SiSiC ROCAR SiG, K10, K20. Největší poměrnou objemovou odolnost proti abrazivnímu opotřebení mají zkušební vzorky K20. Naopak nejnižší poměrnou hmotnostní i objemovou odolnost proti abrazivnímu opotřebení mají zkušební vzorky Creusabro 4800. Provozní zkouška opotřebení se konala v areálu firmy Kovo Staněk, s.r.o., Brumovice, ve zkušebním tryskacím, které simulovalo provozní podmínky tryskání. Velikost opotřebení byla dána změnou hmotnosti a objemu vzorků v průběhu měření. Metodika měření spočívala v tom, že zkušební vzorky byly upevněny v přípravku, který byl nainstalován uvnitř tryskacího zařízení. Vzorky se upevnily na přípravek pomocí 82

bočních svěrných spojů. V přípravku byly upevněny vždy 3 vzorky jednoho zkoušeného materiálu. Následovalo metaní abraziva lopatkami metacího kola po dobu 4 hodin na upevněné zkoušené materiály. Po uplynutí této doby byl každý vzorek řádně očištěn a zvážen s přesností na 0,001 g. Získané údaje byly zaznamenány, zpracovány a vyhodnoceny. Za abrazivo bylo zvoleno AMASTELL S 230 kuličky a AMASTEEL LG 40 ostrohran, jsou to nejpoužívanější abraziva firmy Kovo Staněk, s.r.o., Brumovice. Z výsledků poměrné hmotnostní a objemové odolnosti proti erozivnímu opotřebení vztažené k porovnávacímu vzorku (Ocel 11 373=1) je nejvhodnějším materiálem pro vnitřní obložení pracovní komory tryskacího zařízení Creusabro M. Nutné je také zohlednit nejen výsledky zkoušek, ale i ekonomickou stránku, tj. cenu materiálů. Creusabro M je 1,7krát za kg dražší než Creusabro 4800. I přes vyšší cenu Creusabra M je tento materiál vhodnějším než Creusabro 4800, má 6krát vyšší hmotnostní i objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení v kuličkách i ostrohranu než Creusabro 4800. Hodnoty poměrné hmotnostní a objemové odolnosti proti erozivnímu opotřebení pěti zkoušených materiálů na lopatky metacího kola tryskacího zařízení jsou rozdílné pro kuličky i ostrohran, takže musíme vybrat vhodný materiál, který odolá erozivnímu opotřebení jak v kuličkách tak i ostrohranu. Materiál Sedur 204 má hmotnostní odolnost proti erozivnímu opotřebení v kuličkách 4,5krát vyšší a objemovou 2krát vyšší než K20. V ostrohranu jsou výsledky opačné, K20 má hmotnostní odolnost proti erozivnímu opotřebení v ostrohranu 8krát vyšší a objemovou dokonce 16krát vyšší než Sedur 204. Podle výsledků se zdá nejvhodnějším materiálem pro lopatky metacího kola tryskacího zařízení materiál K20. Má největší hmotnostní i objemovou odolnost proti abrazivnímu opotřebení na brusném plátně, dále největší hmotnostní i objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení v ostrohranu, ale v kuličkách je na tom lépe s hmotnostní i objemovou odolnost proti erozivnímu opotřebení Sedur 204 i K10. Při konečném výběru materiálu na lopatky metacího kola tryskacího zařízení je nutné zohlednit nejen výsledky zkoušek, ale i cenu, hmotnost, zkušenosti s materiálem Sedur 204 a K20. Z těchto poznatků se přikláním použít pro lopatky metacího kola tryskacího zařízení současný materiál Sedur 204. Výsledky zkoušek nepotvrdily velkou závislost mezi tvrdostí a odolností proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení zkoušených materiálů. Ze získaných poznatků lze vyvodit důležitost správné volby materiálů, které odolávají degradačním procesům. Toto rozhodnutí může mít výrazný vliv nejen na životnost součástí a celého zařízení, ale i na ekonomiku provozu. 83

7. SEZNAM LITERATURY BLAŠKOVIČ P., BALLA J., DZIMKO M., 1990: Tribológia. ALFA, Bratislava, 360 s. ČERVENÝ J., 2008: Teorie opotřebení abrazivní a erozivní opotřebení lopatek míchadel. Povrcháři: online časopis, č. 4, s. 2 6. ČSN 01 5050: Opotřebení materiálu. Názvosloví. Český normalizační institut, 1969, 8 s. ČSN 01 5084: Stanovení odolnosti kovových materiálů proti abrazivnímu opotřebení na brusném plátně. Český normalizační institut, 1974, 8 s. ČSN 01 5088: Stanovení odolnosti materiálů proti erozivnímu opotřebení v kapalinách s částicemi. Český normalizační institut, 1974, 8 s. ČSN EN 23878: Tvrdokovy. Zkouška tvrdosti podle Vickerse. Český normalizační institut, 1995, 8 s. FILÍPEK J. & ČERNÝ M., 2007: Animace laboratorních zkoušek abrazivního opotřebení. In: Conference of MEMD 2007, Smolenice: SUT in Bratislava, s. 1 7. POŠTA J., VESELÝ P., DVOŘÁK M., 2002: Degradace strojních součástí. [Monografie]. ČZU, Praha, 67 s. STÁVKOVÁ J., DUFEK J., 2003: Biometrika. MZLU, Brno, 194 s. SUCHÁNEK J., KUKLÍK V., ZDRAVECKÁ E., 2007: Abrazivní opotřebení materiálu. ČVUT, Praha, 162 s. SUCHÁNEK J., 2006: Mechanizmy erozívního opotřebení a jejich význam pro optimální volbu kovových materiálů v praxi. ČVUT, Praha, 28 s. URL: <http://www.kmm.zcu.cz/cd/content/2.html> 84

URL: <http://www.ceramtec.com/co/cz/materialy/00139,0001,0000,5138.php> URL: <http://www.estcom.cz/?content=produkty&product=konstrukcni-dily> URL: <http://www.sobra.cz/index.php?menu=2&page=6> URL: http://www.trymeta.cz/ocelgran.html URL: http://www.pbsvb.cz/index.php URL: <http://www.lega.cz/ims/ims_lega/cmscontent.nsf/documentsbyidweb/6zye48?opendocument> URL: <http://www.flymag.cz/article.php?id=1697> 85

8. SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Schéma různého poškození materiálu opotřebením Obr. 2 Základní modely abrazivního opotřebení Obr. 3 Příklady abrazivního opotřebení (Pošta, 2002) Obr. 4 Schéma erozivního mechanizmu opotřebení Obr. 5 Poměry při dopadu částice na povrch Obr. 6 Vliv úhlu dopadu abraziva na velikost opotřebení Obr. 7 Závislost úhlu dopadu částic Obr. 8 Vliv tvaru dopadajících částic na erozivní opotřebení korozivzdorné austenitické oceli Obr. 9 Vliv tvrdosti částic na erozivní opotřebení tvrzené uhlíkové oceli Obr. 10 Příklady erozivního opotřebení (Pošta, 2002) Obr. 11 Přístroje na zkoušky odolnosti materiálu proti abrazivnímu opotřebení (Filípek, 2007) Obr. 12 Přístroj s brusným plátnem (Filípek, 2007) Obr. 13 Schéma přístroje ZVZ Milevsko Obr. 14 Vztah mezi tvrdostí a pevností u oceli kalené nebo zušlechtěné Obr. 15 Mikrostruktura vybraných materiálů Obr. 16 Tvrdoměr Vickers LV-700L Obr. 17 Elektronické váhy Shinko Denski s přesností 0,001 g Obr. 18 AMASTEEL S 23O zvětšeno 5krát Obr. 19 AMASTEEL LG 40 zvětšeno 10krát Obr. 20 Zkušební vzorky pro přístroj s brusným plátnem Obr. 21 Schéma přístroje s brusným plátnem Obr. 22 Přístroj s brusným plátnem Obr. 23 Závaží s upínací hlavicí a se zkušebním vzorkem Obr. 24 Zkušební vzorky pro provozní zkoušku Obr. 25 Schéma průběhu provozní zkoušky Obr. 26 Tryskací a filtrační zařízení pohled ze předu Obr. 27 Tryskací a filtrační zařízení pohled z boku Obr. 28 Pracovní komora tryskacího zařízení Obr. 29 Metací kola Obr. 30 Přípravky k přichycení zkušebních vzorků 86

Obr. 31 Průměrná tvrdost zkušebních vzorků podle Vickerse HV10 Obr. 32 Objemové opotřebení zkušebních vzorků na brusném plátně v mm 3 po 50 metrech Obr. 33 Poměrné objemové odolnosti proti abrazivnímu opotřebení na brusném plátně po 50 metrech Obr. 34 Vztah mezi tvrdostí a objemovým opotřebením brusné plátno Obr. 35 Objemové opotřebení zkušebních vzorků z provozní zkoušky v cm 3 kuličky Obr. 36 Poměrné objemové odolnosti proti erozivnímu opotřebení z provozní zkoušky kuličky Obr. 37 Vztah mezi tvrdostí a objemovým opotřebením provozní zkouška kuličky Obr. 38 Opotřebované zkušební vzorky z provozní zkoušky kuličky Obr. 39 Opotřebované zkušební vzorky A z provozní zkoušky kuličky Obr. 40 Objemové opotřebení zkušebních vzorků z provozní zkoušky v cm 3 ostrohran Obr. 41 Poměrné objemové odolnosti proti erozivnímu opotřebení z provozní zkoušky ostrohran Obr. 42 Vztah mezi tvrdostí a objemovým opotřebením provozní zkouška ostrohran Obr. 43 Opotřebované zkušební vzorky z provozní zkoušky ostrohran Obr. 44 Opotřebované zkušební vzorky A z provozní zkoušky ostrohran Obr. 45 Porovnání objemového opotřebení z provozní zkoušky v cm 3 kuličky a ostrohran Obr. 46 Porovnání poměrné objemové odolnosti proti erozivnímu opotřebení z provozní zkoušky z kuliček a ostrohranu Obr. 47 Bodový diagram objemového opotřebení z provozní zkoušky v ostrohranu a kuličkách Obr. 48 Porovnání opotřebených zkušebních vzorků z provozní zkoušky kuličky a ostrohran Obr. 49 Bodový diagram objemového opotřebení na brusném plátně a při provozní zkoušce kuličky Obr. 50 Bodový diagram objemového opotřebení na brusném plátně a při provozní zkoušce ostrohran Obr. 51 Porovnání poměrné objemové odolnosti proti abraziv. a eroziv. opotřebení Obr. 52 Porovnání poměrné hmotnostní odolnosti proti abraziv. a eroziv. opotřebení 87

9. SEZNAM TABULEK Tab. 1 Chemické složení oceli 11 373 Tab. 2 Chemické složení Creusabra 4800 Tab. 3 Chemické složení Creusabra M Tab. 4 Chemické složení a vlastnosti materiálů K10 a K20 Tab. 5 Hustota a cena zkoušených materiálů Tab. 6 Technická data přístroje s brusným plátnem Tab. 7 Technická data tryskacího zařízení Tab. 8 Korelační koeficienty 88

PŘÍLOHY 89

SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 Tvrdost zkušebních vzorků podle Vickerse HV10 Příloha 2 Objemové úbytky zkušebních vzorků na brusném plátně po 50 metrech Příloha 3 Objemové opotřebení zkušebních vzorků brusné plátno Příloha 4 Statistické zpracování objemového opotřebení brusné plátno Příloha 5 Objemový úbytek zkušebních vzorků z provozní zkoušky kuličky Příloha 6 Objemový úbytek zkušebních vzorků z provozní zkoušky ostrohran Příloha 7 Velikost opotřebení lopatky ze Seduru 204 použité v tryskacím zařízení Příloha 8 Vzorník abraziva 90

Příloha 1 Tvrdost zkušebních vzorků podle Vickerse HV10 Materiál Označení vzorku Tvrdost HV10 1 2 3 4 5 Průměrná tvrdost Pravděpod. chyba OCEL 11 373 CREUSARBO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 K10 K20 A1 130 133 120 131 125 128 1,667 A2 129 133 130 134 126 130 1,167 A3 134 130 131 123 126 129 1,333 Průměr 131 132 127 129 126 129 0,833 B1 405 409 426 416 420 415 2,667 B2 408 395 418 411 421 411 2,833 B3 410 414 398 419 407 410 2,167 Průměr 408 406 414 415 416 412 1,500 C1 280 276 277 284 281 280 0,833 C2 275 281 288 282 280 281 1,333 C3 289 274 275 272 280 278 2,167 Průměr 281 277 280 279 280 280 0,167 D1 792 814 800 808 790 801 3,333 D2 805 799 815 790 810 804 3,000 D3 799 806 805 797 817 805 2,167 Průměr 799 806 807 798 806 803 1,667 G1 1825 1794 1788 1810 1798 1803 4,833 G2 1787 1809 1805 1794 1814 1802 3,333 G3 1830 1810 1785 1803 1770 1800 7,167 Průměr 1814 1804 1793 1802 1794 1801 2,833 H1 1738 1765 1752 1741 1771 1753 5,000 H2 1745 1732 1769 1751 1746 1749 3,667 H3 1771 1759 1748 1734 1751 1753 4,000 Průměr 1751 1752 1756 1742 1756 1752 1,333 91

Příloha 2 Objemové úbytky zkušebních vzorků na brusném plátně po 50 metrech Objemový úbytek vzorku po ujetí dráhy [mm 3 ] Materiál Označení vzorku 50 100 150 200 250 OCEL 11 373 CREUSARBO 4800 CREUSABRO M SEDUR 204 AG 202 SiSiC ROCAR SiG K10 K20 A1 38,726 81,783 122,803 150,573 190,955 A2 44,903 86,839 129,290 175,226 218,452 A3 41,419 83,871 131,355 170,710 213,419 Průměr 41,849 84,516 128,344 166,151 208,430 B1 33,075 63,178 96,124 129,199 160,724 B2 31,008 64,212 95,995 128,295 162,016 B3 31,266 63,566 94,057 126,873 158,010 Průměr 31,783 63,652 95,392 128,122 160,250 C1 20,000 42,597 64,935 86,494 109,740 C2 18,831 41,948 64,286 84,545 108,052 C3 19,610 41,039 61,688 83,506 105,974 Průměr 19,481 41,861 63,636 84,848 107,922 D1 5,041 11,172 17,302 23,297 30,654 D2 5,858 13,488 19,210 25,477 31,744 D3 5,586 11,717 16,894 23,433 29,292 Průměr 5,495 12,125 17,802 24,069 30,563 E1 3,333 4,444 6,667 8,611 10,833 E2 3,333 6,111 10,000 12,778 16,667 E3 2,778 6,111 8,611 11,667 15,278 Průměr 3,148 5,556 8,426 11,019 14,259 F1 0,324 0,647 0,971 1,294 1,618 F2 0,324 0,647 0,971 1,294 1,618 F3 0,324 0,647 0,971 1,294 1,618 Průměr 0,324 0,647 0,971 1,294 1,618 G1 0,068 0,137 0,205 0,274 0,342 G2 0,068 0,137 0,205 0,274 0,342 G3 0,068 0,137 0,205 0,274 0,342 Průměr 0,068 0,137 0,205 0,274 0,342 H1 0,068 0,205 0,342 0,410 0,479 H2 0,068 0,137 0,205 0,274 0,342 H3 0,068 0,137 0,205 0,274 0,342 Průměr 0,068 0,160 0,251 0,319 0,388 92

Příloha 3 Objemové opotřebení zkušebních vzorků brusné plátno Opotřebení [mm 3 ] 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 OCEL 11 373 0 50 100 150 200 250 Délka dráhy [m] 180 160 CREUSABRO 4800 140 Opotřebení [mm 3 ] 120 100 80 60 40 20 0 0 50 100 150 200 250 Délka dráhy [m] 110 100 90 CREUSABRO M 80 Opotřebení [mm 3 ] 70 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 Délka dráhy [m] 93

Příloha 3 Objemové opotřebení zkušebních vzorků brusné plátno 35 30 SEDUR 204 25 Opotřebení [mm 3 ] 20 15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 Délka dráhy [m] Opotřebení [mm 3 ] 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 AG 202 0 50 100 150 200 250 Délka dráhy [m] 1,8 1,6 SiSiC ROCAR SiG 1,4 1,2 Opotřebení [mm 3 ] 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 50 100 150 200 250 Délka dráhy [m] 94

Příloha 3 Objemové opotřebení zkušebních vzorků brusné plátno 0,40 0,35 K10 0,30 Opotřebení [mm 3 ] 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 50 100 150 200 250 Délka dráhy [m] 0,55 0,50 K20 0,45 0,40 Opotřebení [mm 3 ] 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 50 100 150 200 250 Délka dráhy [m] 95

Příloha 4 Statistické zpracování objemového opotřebení brusné plátno Délka dráhy Materiál Střední hodnota Statistická charakteristika Směrodatná odchylka Variační koeficient Interval spolehlivosti 95 % [m] [mm 3 ] [mm 3 ] [%] [mm 3 ] OCEL 11 373 41,849 2,74 6,55 38,70-45,00 CREUSABRO 4800 31,783 0,92 2,89 30,72-32,84 CREUSABRO M 19,481 0,49 2,49 18,92-20,04 50 SEDUR 204 5,495 0,34 6,18 5,10-5,89 AG 202 3,148 0,26 8,32 2,84-3,45 SiSiC ROCAR SiG 0,324 0,00 0,00 0,33-0,33 K10 0,068 0,00 0,00 0,07-0,07 K20 0,068 0,00 0,00 0,07-0,07 OCEL 11 373 84,516 7,42 8,78 75,99-93,05 CREUSABRO 4800 63,652 0,43 0,67 63,16-64,14 CREUSABRO M 41,861 0,64 1,53 41,12-42,60 100 SEDUR 204 12,125 0,99 8,15 10,99-13,26 AG 202 5,556 0,79 14,14 4,65-6,44 SiSiC ROCAR SiG 0,647 0,00 0,00 0,65-0,65 K10 0,137 0,00 0,00 0,14-0,14 K20 0,160 0,03 20,20 0,12-0,20 OCEL 11 373 128,344 11,05 8,61 115,64-141,05 CREUSABRO 4800 95,392 0,95 0,99 94,30-96,48 CREUSABRO M 63,636 1,40 2,20 62,02-65,25 150 SEDUR 204 17,802 1,01 5,67 16,64-18,96 AG 202 8,426 1,37 16,23 6,85-10,00 SiSiC ROCAR SiG 0,971 0,00 0,00 0,97-0,97 K10 0,205 0,00 0,00 0,21-0,21 K20 0,251 0,06 25,71 0,18-0,32 OCEL 11 373 166,151 9,99 6,02 154,66-177,65 CREUSABRO 4800 128,122 0,96 0,75 127,02-129,22 CREUSABRO M 84,848 1,24 1,46 83,42-86,27 200 SEDUR 204 24,069 1,00 4,14 22,92-25,22 AG 202 11,019 1,76 15,99 8,99-13,04 SiSiC ROCAR SiG 1,294 0,00 0,00 1,29-1,29 K10 0,274 0,00 0,00 0,27-0,27 K20 0,319 0,06 20,20 0,25-0,39 OCEL 11 373 208,43 14,10 6,76 192,22-224,64 CREUSABRO 4800 160,250 1,67 1,04 158,33-162,17 CREUSABRO M 107,922 1,54 1,43 106,15-109,69 250 SEDUR 204 30,563 1,00 3,28 29,41-31,72 AG 202 14,259 2,49 17,45 11,39-17,12 SiSiC ROCAR SiG 1,618 0,00 0,00 1,62-1,62 K10 0,342 0,00 0,00 0,34-0,34 K20 0,388 0,06 16,64 0,31-0,46 96

Příloha 5 Objemový úbytek zkušebních vzorků z provozní zkoušky kuličky Materiál Označení vzorku OCEL 11373 CREUSARBO 4800 CREUSABRO M Objemový úbytek po 4 hodinách [cm 3 ] Materiál Označení vzorku Objemový úbytek po 4 hodinách [cm 3 ] A1 4,339 D1 0,007 A2 8,636 D2 0,009 A3 12,458 D3 0,061 Průměr 8,47785 SEDUR 204 Průměr 0,02547 B1 0,331 G1 0,026 B2 0,687 G2 0,030 B3 0,809 G3 0,057 Průměr 0,60904 K10 Průměr 0,03780 C1 0,080 H1 0,059 C2 0,118 H2 0,031 C3 0,122 H3 0,079 Průměr 0,10675 K20 Průměr 0,05624 Příloha 6 Objemový úbytek zkušebních vzorků z provozní zkoušky ostrohran Materiál Označení vzorku OCEL 11373 CREUSARBO 4800 CREUSABRO M Objemový úbytek po 4 hodinách [cm 3 ] Materiál Označení vzorku Objemový úbytek po 4 hodinách [cm 3 ] A1 1,55961 D1 0,03406 A2 7,63174 D2 0,05395 A3 9,19290 D3 0,06975 Průměr 6,12808 SEDUR 204 Průměr 0,05258 B1 0,56020 G1 0,00349 B2 2,13578 G2 0,00567 B3 2,83759 G3 0,00444 Průměr 1,84452 K10 Průměr 0,00257 C1 0,10389 H1 0,00308 C2 0,40870 H2 0,00342 C3 0,45025 H3 0,00349 Průměr 0,32095 K20 Průměr 0,00333 97

Příloha 7 Velikost opotřebení lopatky ze Seduru 204 použité v tryskacím zařízení a nová lopatka b po 50 mth v G 25 c po 200 mth v G 50 d lopatka za hranicí e lopatka za hranicí maximálního opotřebení maximálního opotřebení 98

Příloha 8 Vzorník abraziva 99