การสึกหรอเบื้องต้น

Attention, เปิดในหน้าต่างใหม่. PDFพิมพ์อีเมล

การสึกหรอเบื้องต้น .......... การสึกหรอถูกนิยามง่ายๆว่าเป็นการสูญเสียผิวเนื้อวัสดุอันเนื่องมาจากการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสัมพัทธ์ของชิ้นงานคู่สัมผัส ซึ่งอาจจะเป็นของแข็ง,ของเหลว และก๊าซ เมื่อมีการสึกหรอเพิ่มมากขึ้นจะเป็นที่มาของ "กลไก" ของการสึกหรอรูปแบบต่างๆ ซึ่งนอกเหนือจากการมีผลให้เกิดการสูญเสียไปของเนื้อวัสดุแล้วยังอาจจะมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างของเนื้อวัสดุอีกด้วย
กลไกการสึกหรอ
ตามมาตรฐานอุตสาหกรรมของประเทศเยอรมัน DIN 50320 ได้มีการจัดแบ่งรูปแบบการสึกหรอไว้ 4 ลักษณะคือ
1.กลไกการสึกหรอแบบยึดติด ( Adhesion )
การสึกหรอแบบนี้เกิดขึ้นจากการสัมผัสกันของ Asperities ซึ่งทำให้เกิดขึ้นของเนื้อวัสดุที่เชื่อมติดเข้าด้วยกันที่เรียกว่า " Junction " และขาดออกจากกัน ซึ่งเรียกว่าการเชื่อมเย็น ( Cold welding ) ในระดับโมเลกุล
การยึดติดเป็นการสึกหรอที่มักเกิดขึ้นเมื่อมีการลื่นไถลแบบไร้สารหล่อลื่นและมักจะมีเศษโลหะเกิดขึ้นระหว่างผิวหน้าสัมผัส การเกิดการสึกหรอชนิดนี้อาจจะเกิดขึ้นได้แม้เพียงมีภาระการใช้งานเพียงครั้งเดียว และมีผลทำให้ผิววัสดุชิ้นงานมีการชำรุดเสียหายได้ ในกรณีที่ผิวชิ้นงานมีสารหล่อลื่นหากเกิดการสึกหรอชนิดนี้ก็บ่งบอกได้ว่ามีฟิล์มหล่อลื่นที่บางเกินไปนั้นเอง
2.กลไกการสึกหรอแบบขูดขีด ( Abrasion )
การขูดขีดเกิดจากการที่เนื้อวัสดุหลุดหายไปจากการถูกขีดข่วน หรือถูกขูดเป็นร่องลึก ( 2 - Body Abrasion ) หรือเกิดจากการที่มีผงฝุ่นสิ่งสกปรกที่มีความแข็งมากๆ แทรกอยู่ระหว่างผิวคู่สัมผัส และทำให้เกิดร่องลึกหรือรอยขีดข่วน ( 3 - Body Abrasion )
หากมีการกรองน้ำมันหล่อลื่นให้สะอาดจะทำให้การสึกหรอแบบนี้เกิดขึ้นน้อยลง การสึกหรอแบบนี้เกิดขึ้นกับปัจจัยดังต่อไปนี้
- ชนิดของอนุภาคสิ่งสกปรก ( ความแข็งและรูปร่างของอนุภาค )
- ขนาดของอนุภาค
- ปริมาณของสิ่งสกปรก
- ชนิดของวัสดุตู่สัมผัส
- ปัจจัยการใช้งาน เช่น ความเร็วรอบ ภาระ ชนิดของสารหล่อลื่นและอุณหภูมิ
3.การล้าตัว ( Material Fatique )
เป็นการสึกหรอที่เกิดจากการล้าตัวของเนื้อวัสดุ ซึ่งจะทำให้เห็นว่าผิววัสดุมีหลุม มีรอยแตกหรือรอยแยก ( Spalling and Fissuring or Crack ) อันเป็นผลมาจากการเสียรูปทั้งในลักษณะเสียรูปแบบถาวรหรือการคืนรูปเดิมได้ ( Plastic and Elastic Deformation )
การเกิดการล้าตัวมักเกิดขึ้นกับชิ้นงานหรือชิ้นส่วนที่รับภาระสลับ หรือเป็นวงรอบ ( Cycle Load ) ระหว่าง 103 ถึง 108 รอบของภาระสลับ จะมีโอกาสทำให้เกิดตามด หลุม หรือรอยแตกร้าวเกิดขึ้นบนผิวชิ้นงาน การเกิดการล้าตัวของวัสดุมักเกิดขึ้นกับชิ้นงานที่มีรูปแบบการหล่อลื่นแบบ ไฮโดรไดนามิก ( Hydrodynamic ) หรือ แบบ อีลาสโตรไฮโดรไดนามิก ( Elastro Hydrodynamic )
4.ปฎิกิริยาไทรโบเคมีคอล ( Tribichemical Reactions )
ผลพวงของปฎิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างผิววัสดุคู่สัมผัสกับสารหล่อลื่นในระหว่างผิวคู่สัมผัส ภายใต้การเคลื่อนที่ที่มีความเค้นกด ชั้นผิวของปฎิกิริยาดังกล่าวมีความไวต่อปฎิกิริยาเคมี โดยทั่วไปชั้นผิวฟิล์มดังกล่าวจะมีเสถียรภาพน้อยต่อค่าแรงเฉือน ( ภายใต้การหล่อลื่นแบบ Boundary ) แต่หากชั้นผิวฟิล์มดังกล่าวทำให้เกิดการสึกหรอมากขึ้น อันเนื่องมาจากปฎิกิริยาเคมีดังกล่าวจะเรียกสิ่งเหล่านี้ว่า " การสึกหรอแบบกัดกร่อน ( Corrosive Wear )
ระดับความรุนแรงของการสึกหรอ
การวัดระดับความรุนแรงของการสึกหรอ อาจจะทำการวัดโดยตรง โดยอ้อมหรือการเปรียบเทียบการสึกหรอแบบสัมพัทธ์ ซึ่งอาจจะทำการวัดค่าต่างๆ แบบสัมบูรณ์หรือแบบสัมพัทธ์ เช่น การเปลี่ยนแปลงไปของค่าความยาว ผิวหน้า ปริมาตรหรือน้ำหนักของวัสดุ ขนาดที่เปลี่ยนไป เปรียบเทียบกับมิติในตอนเริ่มต้นใช้งานรวมไปถึงต้องคำนึงถึง ค่าระดับของภาระ ช่างเวลาในการใช้งาน เป็นต้น โดยทางปฎิบัติแล้วมีการแบ่งระดับการสึกหรอเป็น 3 ระดับ
1.การสึกหรอเล็กน้อย ระดับนี้จะไม่มีผลต่อการชำรุดของเครื่องจักรก่อนถึงอายุขัยที่คากการณ์ไว้
2.การสึกหรอปานกลาง โดยตั้งอยู่บนพื้นฐานของอัตราการสึกหรอแบบปานกลาง เชื่อกันว่าหากมีการสึกหรอในลักษณะนี้ชิ้นงานจะมีอายุขัยเกินกว่า ครึ่งหนึ่งของอายุขัยที่คาดการณ์ไว้จากการใช้งานตามปกติ
3.การสึกหรอขั้นรุนแรง ในลักษณะนี้ผิววัสดุจะบ่งบอกให้เห็นลักษณะชำรุดด้วย และส่งผลให้เครื่องจักรมีการชำรุดแบบชัดเจน
ความสัมพันธ์ระหว่างการเสียดทานและการสึกหรอ
มักจะมีความสัมพันธ์ระหว่างการเสียดทานและการสึกหรอ แต่ยังไม่มีความสัมพันธ์ที่ ชัดเจน และ โดยตรง เกิดขึ้นเลย ซึ่งโดยปกติสามารถแสดงความสัมพันธ์อย่างหยาบๆได้ดังต่อไปนี้

สภาวะการสัมผัส

ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดทาน

การสึกหรอ

การลื่นไถลแบบแห้ง

> 0.3

สูง

การกลิ้งแบบแห้ง

< 0.005

น้อย

การหล่อลื่นแบบผสม

0.005 ถึง 0.3

สังเกตได้

การหล่อลื่นแบบเต็มฟิล์ม

0.005 ถึง 0.1

น้อยมาก


( สามารถติดตามบทความทางด้านวิศวกรรมการหล่อลื่น ได้ในสัปดาห์ต่อไป )