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摩耗の種類   忘れたらアカン、ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、摩耗の種類について少し、記します。



■摩耗とは
    摩耗とは、摩擦に伴って固体の表面が継続的に減量する現象です。

■摩耗はどう変化するか
    固体どうしが滑る距離Lと摩耗量V(体積)との変化を説明します(図1)。
    図に示す曲線の傾きを摩耗率(摩耗速度)といいます。図の曲線Aは、
  摩擦の開始時には高い摩耗率になる(初期摩耗)が、距離が伸びるにつれ
  て低い摩耗率になる(定常摩耗)場合を示します。

    多く機械でこのような摩耗形態が認められます。但し、潤滑状態や材料
  の性質によっては、摩耗率(滑り距離と摩耗量の比)が一定となる場合(直線B)
  や、すべり距離の増加により摩耗率が増加する場合(曲線C)もあり、摩耗量
  だけではなく摩耗率にも注意を払う必要があります。

滑り距離と摩耗率

■摩耗の種類
    摩耗は、摩擦部分に作用する荷重や、両摩擦材の物性、周囲の雰囲気、
  熱、温度、物理的、化学的作用など非常に多くのパラメータに影響されます。
    以下に代表的な摩耗の分類を示します。

  1. 凝着摩耗(Adhesive wear)
      お互いに接触しながら滑り運動をしている固体表面の面間で、突起部分
    が接触して金属的に結合した個所が生じます。この金属結合を凝着といい
    ます。この凝着を起こした部分が、次に滑り運動によりせん断により破壊され、
    脱落して表面が損耗する現象を凝着摩耗といいます。凝着した界面の結合
    が強い場合は、結合の弱いほうの表面がむしり取られて、結合の強いほうの
    相手材の表面に付着します。

     凝着摩耗は、固体同士の化学的な結合によって起こります。当然、同種類
    の材料では凝着摩耗は起こりやすくなります。また、結晶構造が同じで、格子
    定数が近い材料の組合せや、固溶体を作りやすい元素の組合せで起こりや
    すくなります。  

     凝着摩耗を防止する方法としては、

    (1)潤滑材により、材料同士が直接接触するのを防ぐ。
        転がり軸受はグリースを封入したり、潤滑油に浸漬して常に転動面に潤滑
      油が保持された状態で使用されます。

    (2)表面処理により、凝着しにくい皮膜を形成する。
        例えば、軸受けと軸との組み合わせで焼付きを防止するために軸に溶射を
      施して潤滑材の膜を保持させています。

    (3)相手材と凝着しにくい材料を選択する。
       例えば、鉄材に対して凝着しにくい元素として銀、錫、鉛、ビスマスなどがあり
      ます。かじりや、スカフィング、焼付きと呼ばれる現象も凝着摩耗に分類されます。

  2.  アブレシブ摩耗(Abresive wear)
       アブレシブ摩耗は、ひっかき摩耗もしくは切削摩耗とも呼ばれています。
     この摩耗の形態は、硬い方の材質の表面突起が、軟らかい方の材質を機械的に
     削り取ったり(2体問題)、摺動する2面間にはさまった硬質の粒子(これは、外部
     から隙間に混入したり、摩耗粉が加工硬化したもの)が表面を削り取って摩耗する
     現象です。

       アブレシブ摩耗の特徴は、潤滑状態が比較的良好で、凝着の程度が少ない
     場合の摩耗形態をとり、他の摩耗形態と比較して激しく摩耗し摩耗量が多いことが
     挙げられます。流体中に混じった硬質粒子が流体の流れの中で、固体の表面と
     衝突して削り取る現象(スラリー摩耗)や、流体そのものが固体表面に衝突して
     機械的に表面を脱落させる現象(エロージョン)もアブレシブ摩耗の一つになります。

  3. 疲労摩耗(Fatigue wear)
      疲労摩耗は、転がり軸受の転動面や歯車の歯面のように、滑り摩擦に比較して
    転がり摩擦が支配的な場合に発生します。
      転がり軸受のように、金属部品同士が接触する表面には、繰返し応力が作用して、
    表面は加工硬化を起こして、時間の経過とともに微視的な割れが発生して、これが
    亀裂に進展して終には表面剥離を発生させます。この時、割れを発生させるせん断
    応力は表面から少し内部に入ったところで最大となり、ここが起点となってうろこ状に
    はがれる現象(フレーキング)や、大きく面状にはく離する現象(ピーリング)が発生し
    ます。この他、歯車の歯面に現れるピッチングやスポーリングも同様な現象です。

  4. フレッティング摩耗(Fretting wear)
     シャフトとカップリングの嵌合部や、貫通穴をボルトとナットとで締結した部品に繰返し
    応力が作用した時に、嵌め合せ部に摩擦力を伴った微少な繰返しによって相対的な
    すべりが起こることにより接触面に少ん汁摩耗をフレッティング摩耗といいます。
     フレッティング摩耗を起こした表面には、微細な亀裂が発生しており、またフレッティング
    が発生した個所では、外部荷重とフレッティングによる摩擦力が複合して働くことから、
    疲れ強さが著しく低下して、本来の1/2~1/3まで低下して、疲労破壊により破断する
    場合があります。フレッティング摩耗が起点となった疲労破壊の発生個所は、破断の
    起点近傍に摩耗の痕跡があり、摩耗粉が付着している場合があります。

 5. 腐食摩耗(Corrosive wear)
     腐食摩耗は、化学摩耗とも呼ばれます。摩擦の機械的作用と気体や液体の雰囲気
との化学的作用支配的な場合に発生します。液体雰囲気での発生は、エロージョン・
コロージョンとも呼ばれます。




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