Фретингова корозия: причини, места и превантивни мерки

Фретингова корозия е повърхностно увреждане, което се появява там, където две зажати, подпресични или номинално неподвижни метални повърхности изпитват малки колебателни микро-премествания под натоварване, така че механичното износване и окислението се комбинират и образуват плитки ямки и фина оксидна утайка, която е червеникаво-кафява при стомана или черна при алуминий.

Това е бавен, коварен механизъм, защото съединението изглежда стегнато и нищо не се движи видимо, а все пак амплитуди на приплъзване от само няколко микрометра са достатъчни да прекъснат повърхността и да причинят увреждане.

Как действа фретинг корозията

Трябва да са налични едновременно две условия: нормално притискащо или контактуващо натоварване и повтарящо се относително приплъзване между повърхностите. Приплъзването е много малко, типично в диапазона около 3 до 50 микрометра, предизвикано от вибрация, циклично огъване, температурни цикли или променливо натоварване. Всяко микро-приплъзване срязва защитния оксиден филм и оголва свеж метал.

Този метал незабавно се преоксидира, а твърдите оксидни частици не могат да избягат от затворения контакт. Те действат като абразив, ускорявайки износването в самоподхранваща се верига от износване и окисление.

Залавеният отломък е характерният знак. По феросъдържащите повърхности той е червено-кафяв железен оксид, често наричан „какао“ или червена утайка; при алуминий и титан отломъкът е черен прах. Под него металът показва плитки ямки, матово износено петно и често малки повърхностни пукнатини, които могат да служат като места за иницииране на умора.

Тази връзка с умората е причината фретингът да има значение отвъд козметиката: фретинг-умората може значително да понижи границата на издръжливост на компонент в сравнение с чист, нефретиран метал.

Къде се случва

Фретингът се концентрира в съединения, които са предназначени да са фиксирани, но въпреки това понасят вибрации или циклични деформации:

• Пръстени на лагери с търкалящи елементи върху валове и в корпуси, особено при свободни или слаби пресови връзки.
• Болтови и нитови структурни връзки, фланцови повърхности и ленти за стягане.
• Шлици, канали за шпонки, съединители и втулки със смаляваща посадка.
• Въжени въжета, листови пружини и усукани проводници, където нишките се търкат една в друга.
• Електрически съединители и контакти, където натрупването на оксиди повишава контактното съпротивление и причинява прекъсвания.

Фалшиво бринелване при неработещи лагери

Специален случай е фалшивото бринелване, което засяга лагери, които са неподвижни, но са изложени на външна вибрация, например машини по време на транспорт или резервни единици до работещо оборудване.

Търкалящите елементи микро-колебаят спрямо пътечката без да се въртят, така че смазката никога не се обновява в контакта и фретинг-увреждане се образува на всяка позиция на топчето или ролката. Резултатът е модел от следи разположени на разстояние, равно на стъпката на търкалящите елементи, който имитира истинските бринелови вдлъбнатини от претоварване, откъдето идва и името.

За разлика от истинското бринелване, няма пластична вдлъбнатина; металът е износен и окислен. Фалшивото бринелване скъсява експлоатационния живот и, след като работата бъде възобновена, дава шум и вибрации.

Разбирането му заедно с номиналния живот при умора помага да се определят интервалите за инспекция; вижте нашата бележка за L10 живота на лагера за това как номиналният живот и реалните експлоатационни условия се различават.

Място, механизъм и превенция, накратко

Превенция: спиране на микро-движението

Най-надеждното решение е да се елиминира относителното приплъзване. Увеличаването на притискащото натоварване или пресовата връзка така, че повърхностите да не могат да се движат, е първият лост: правилно предварително натоварено болтово съединение или коректна посадка на вала премахват драйвера изцяло. Там, където движението не може да бъде напълно потиснато, стратегията се измества към управление на контакта.

• Увеличете притискането / предварителния натиск: повишете въртящия момент на болтовете до спецификацията, коригирайте посадките на лагерите, отстранете луфта, така че амплитудата да падне под прага на увреждане.
• Смазване: гресите и антифретинговите състави предотвратяват уплътняването на оксидите и намаляват триенето; важно е филмът да отговаря на натоварването, както е разгледано в режимите на смазване.
• Покрития и повърхностна обработка: фосфатни слоеве, MoS2, PTFE, твърд хром, йонно нанасяне и обстрелване с микрошарки повишават устойчивостта към фретинг; обстрелването също добавя компресивни напрежения, които противодействат на инициирането на пукнатини.
• Промени в конструкцията: намалете градиентите на контактното налягане, добавете еластични уплътнения или втулки, преработете конструкцията така че приплъзването да се поеме от жертвено звено, и избягвайте рязките преходи в посадките.

Тъй като получените ямки и пукнатини приличат на други локализирани видове нападение, потвърдете диагнозата преди да предприемете действия. Залавените оксидни отломъци и микро-приплъзването насочват към фретинг; изолирани кухини под застойна електролитна среда сочат по-скоро към ямкова (pitting) корозия, която изисква различен подход.

Откриване и мониторинг

Фретингът е скрит вътре в съединенията, затова откриването се базира на индиректни признаци: червен или черен отломък, който просмуква от болтов шев, нарастващи вибрации или шум от лагер, увеличаващо се контактно съпротивление или фретинг следи, намерени при разглобяване.

Трендингът на вибрациите хваща развиващи се проблеми с лагерите рано, а проверки на въртящия момент на критични крепежни елементи улавят загуба на предварителен натиск преди да започне приплъзване. Записването на тези инспекции за всеки актив превръща разпръснатите наблюдения в тенденция.

CMMS като Fabrico може да планира процедурите за повторно затягане на крепежите и рутините за смазване и да съхранява историята на инспекциите, така че повтарящият се фретинг на конкретно съединение да става видим, а не изненадваща повреда. Запазете демонстрация на Fabrico , за да видите как тези процедури се проследяват.

Често задавани въпроси

Как изглежда фретинг корозията?

При стомана тя се проявява като червеникаво-кафяв прахообразен отломък, често наричан „какао“, около матово износено петно; при алуминий и титан отломъкът е черен. Под отломъка повърхността показва плитки ямки и понякога фини пукнатини.

Как се различава фретинг корозията от фалшивото бринелване?

Фалшивото бринелване е фретингът в търкалящите контакти на неподвижен лагер, изложен на вибрация. То произвежда следи, разположени на стъпката на търкалящите елементи, които приличат на вдлъбнатини от претоварване, но всъщност са износени, окислени участъци без пластична вдлъбнатина.

Спира ли смазването фретинг корозията?

Смазването намалява фретинга, като редуцира триенето и не позволява на оксидните отломъци да се уплътнят, но рядко само по себе си спира фретинга. Дълготрайното решение е да се премахне микро-движението чрез правилен предварителен натиск или посадка и след това да се подпомогне това с грес или покрития.

Защо има значение фретингът, ако съединението все още държи?

Малките пукнатини, които фретингът създава, могат да инициират умора и да намалят границата на издръжливост на частта. Съединението може да изглежда стегнато, но да се провали при много по-ниско от очакваното натоварване, защото фретингът е отслабил повърхността.