Kovine, zlitine, tehnologije/letnik 26/številka 1, 2/strani 41 do 48/ 1992 Razvoj in pomen tribologije doma in v svetu Tribology Research, Trends and Future Directions J. Vižintin, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, Katedra za konstruiranje, Laboratorij za tribologijo Tribologija je nauk o trenju, obrabi in mazanju. Trenje in obraba se pojavljata znotraj tribološkega sistema, ki je sestavljen iz dveh trdnih teles, vmesnega medija in okolice. V prispevku je najprej opisan kratek pregled razvoja trenja in obrabe skozi različna zgodovinska obdobja. Nato je prikazan gospodarski pomen tribologije s stališča prihranka energije in materiala v pogonskih in delovnih sistemih. Opisani so vsi parametri, ki vplivajo na trenje in obrabo, podani so tudi postopki za izračun trenja in obrabe pri različnih triboloških modelih. Na koncu prispevka je podan kratek pregled nalog, ki nas čakajo v prihodnosti na področju tribologije. It is now generally recognized that friction and wear are not "intrinsic material properties" but rather the characteristics of the piertinent "tribological system", consisting generally of four material components: a pair of solids, an interfacial medium and an environmental atmosphere. In this paper a short historical development of friction and wear as well as the problems of friction energy losses and wear materials losses in the design of dinamic mechanical systems are described. The main properties of solids which influence friction and wear are discussed and published rules which relate material properties to friction and wear are considered. Finally, a frame-work for further development and experimental friction and wear investigations is given. 1 Kratek zgodovinski pregled pomembnih dosežkov s področja trenja in mazanja Trenje je naravni pojav, ki spremlja razvoj človeštva od kamene dobe (3500 pred n.št.), ko je človek s trenjem naredil ogenj, do danes. Že v prazgodovini po letu 3500 pred n.št. so (Sumerijci in Egipčani) vrtali luknje s trenjem. I/, tega obdobja so se ohranili kamniti drsni ležaji, ki so jih uporabljali za lončarske stroje. Kot mazivo so uporabljali vodo. V tistem obdobju so na zanimiv način reševali probleme pri transportu težkih kipov. Izdelali so sanke, ki so jih nato vlekli po prej pripravljenih poteh, politih z vodo, ki jim je služila kot mazivo. Poznali so tudi vozila, ki so imela z usnjem obložene ležaje, sama kolesa pa so bila po obodu obložena z bakrenimi nastavki, ki so varovali les pred preveliko obrabo. Že v tistem času so spoznali, da je odpor pri gibanju manjši pri kotalnem kot pri drsnem trenju, zato so pod sani podstavljali okrogle palice. Da so že v tistem času poznali tudi druga maziva nam dokazuje tudi klinopis. Obdobje med letom 900 pred n.št. do leta 400 po n.št. (grško-rimsko obdobje) je pomembno za razvoj na področju drsnih ležajev, mehanskih pogonov in za začetek razvoja kotalnih ležajev. Prvič so bile uporabljene bronaste puše za drsne ležaje. Razvit je bil sistem kolo—os, ki je odprl razvoj vozov kot prevoznih sredstev. V tem obdobju so spoznali tudi, da imajo površine mazane z živalskimi mastmi in olji manjše trenje. V času renesanse (1450-1600) izstopa Leonardo da Vinci (1452-1512) s svojimi raziskavami, med ostalimi, tudi na področju trenja. Pivi je definiral, da je sila trenja odvisna od obremenitve in neodvisna od izgleda dotikalne površine. Ugotovil je, kar se je kasneje izkazalo kot napačno, da je razmerje med silo trenja in pritisno silo za drsne pare 1/4. Ločil je drsno od kotalnega trenja. Razisko- val je delovanje maziv za zmanjšanje trenja. Leonardo da Vinci je izdelal tudi ležajno kovino, ki je bila sestavljena iz treh delov bakra in sedem delov kositra. Ukvarjal se je tudi s študijem obrabe v drsnih ležajih. V začetku industrijske revolucije (1600-1750) je najbolj izstopal Robert Hooke, ki je opravil prve eksperimente z valjanjem cilindra po ravnini. Ugotovil je, da je deformacija proporcionalna sili in da je kotalni odpor odvisen od deformacije in ad-hezije. Guillaume Amontons je eksperimentiral z drsnimi pari iz železa, bakra, svinca in lesa, ki so bili mazani z živalskimi maščobami. Ugotovil je, ne da bi poznal dela Leonarda da Vincija, da je sila trenja odvisna od pritisne sile in daje neodvisna od geometrijske dotikalne površine. Prav tako je ugotovil, da jc razmerje med silo trenja in pritisno silo 1/4. Delo je predložil francoski Akademiji znanosti, ki pa mu je delo zavrnila. Lconard Euler (1707-1783) je opravil preizkuse z hrapavo površino, ki jo je simuliral z obliko trikotnika. Študiral je razliko med statičnim in kinematičnim trenjem. Isaak Newton je v letih (1642-1727) definiral viskoznost kot notranje trenje v gibajočem mediju. Ta definicija je v veljavi še danes. V času industrijske revolucije (1750-1850) je predvsem Charles Augustin Couloumb sistematično raziskoval drsno in kotalno trenje. Leta 1780 je prijavil francoski Akademiji znanosti raziskavo, ki je v bistvu definirala zakon o trenju v naslednjih točkah; 1. sila trenja je odvisna od pritisne sile, 2. sila trenja je neodvisna od geometrijske dotikalne površine. Tak zakon o trenju se je v bistvu in skoraj v celoti nespremenjen ohranil do sredine tega stoletja kot Coulombov zakon. Couloumb je razlikoval trenje pri mirovanju in pri gibanju ter se tudi aktivno ukvarjal z raziskavami obrabe. V obdobju (1850-1925), ki ga imenujemo tudi 75 let tehničnega napredka, je deloval med drugimi tudi Heinrich Rudolph Herz. Postavil je teorijo za izračun napetosti in deformacije v obremenjenem kontaktu pri popolni elastični deformaciji. Še danes je ta teorija poznana kot Hertzova teorija, ki jo v osnovi ponazarjajo enačbe, ki so prikazane na sliki 1. J LT ■h \F E* i 7T R Po = P = Po Ji- -f? 1=1+1 R R, R2 E - skupni elastični modul 1 E' Slika 1. Hertzova teorija (1881). Osnovo za matematičen popis hidrodinantičnega mazanja sta s svojo enačbo postavila Navir in Stokes leta 1823/1845. Osbome Reynolds je na osnovi spoznanj in meritev, ki jih je leta 1883 opravil Beauehamp Tower, izdelal leta 1886 teoretične osnove in predlagal enačbo za popis hidrodinantičnega efekta. Ta enačba je še danes v uporabi. Teoretične izsledke Reynoldsa je za izračun radialnih drsnih ležajev uporabil Arnold Johannes VVilhelm Sommerfeld leta 1904, za aksialne ležaje pa Michell v Avstraliji in od njega neodvisno Kingbury v Angliji. Teorijo o hidrodinamičnem mazanju je z natančnimi meritvami irenja na drsnem ležaju potrdil Richard Stribeck leta 1902. Dejanski hidrodinamični tlak direktno v drsnem ležaju je bil prvič izmerjen leta 1916, klasična teorija hidrodinantičnega mazanja pa je bila uporabljena tudi za zobnike. Na področju suhega trenja se je delo nadaljevalo predvsem po zaslugi Goodman-a, ki je leta 1886 pojasnil fenomene suhega trenja s strukturo dotikalne površine. Ugotovil je, da je trenje med enakimi materiali večje kot med različnimi. To spoznanje velja še danes. V tem času so tudi prvič sistematično obdelali problem mešanega trenja ter pomen površinskih tankih filmov, ki nastanejo na dotikalni površini na podlagi kemične oziroma fizikalne reakcije. Hardy je leta 1922 postavil tudi model, s katerim je pojasnil mehanizem nastanka mazalnih plasti. Obdobje od leta 1925 do danes lahko predstavimo s področji na katerih se je izživela večina raziskovalcev. Ta področja so: • suho trenje, • kotalno trenje, • materiali za ležaje, • kotalni ležaji, • drsni ležaji, hidrodinamični ležaji, plinski ležaji, • mazalna sredstva. Rezultati, ki jih je potrebno posebej poudariti, so: • proučevanje Reynolds-ove diferencialne enačbe s poudarkom na porazdelitvi hidrodinantičnega tlaka za drsne ležaje z omejeno dolžino, • G. Vogelpohlova enačba za izračun kritičnega števila vrtljajev pri drsnih ležajih, • razvoj teorije elasto-hidrodinamičnega mazanja s poudarkom na izračunu minimalne debeline oljnega filma (slika 2). Teorijo sta razvila Dovvson in Hig-ginson leta 1966. porazdelitev. Heifzovega tlaka /porazdelitev / [tlaka v olju ////// izstopna cona PH max (N /mm2) 2 b (mm) f(x)min ( mm) 2 SO 12387 026 0000056 1000 247'75 0'S2 0'000225 2000 350'37 072 0 0004S Slika 2. Porazdelitev tlaka pri EHD mazanju. 2 Novo obdobje razvoja trenja, obrabe in mazanja— tribologija Po letu 1960 so v razvitem svetu že čutili problem preskrbe z energijo in osnovnimi surovinami. Zato je veliko raziskovalnih in razvojnih institucij pričelo s študijami o tem, kako, kje in na kakšen način bi bilo mogoče prihraniti energijo in surovine. Tako je leta 1966 Peter Jost predložil Britanskemu ministrstvu za izobraževanje in znanost poročilo: "Lubrication—A Report of the Present Position and Področja Izgube S trenjem Obraba mazam deli skupaj mazam deli Skupaj Mazani deli Oskrba z energijo in vodo 1.058-1.575 1.916 1.61 2.974-3.491 2.678 -3.195 Industrija 1.598-2.703 14.30 6.77 15.B98-17.003 8.366-9.473 Promet 8.141-14.457 11.06 9.24 19.201-25.517 17.381-23.697 Stanovacia 0.047-0.034 0.16 0.10 0.207-0.254 0.147-0.194 Ostalo 0.188-0.494 4.80 3.20 4.988-5.294 3.388-3.694 Slrupaj 11.032-19.323 32^3« 20.93 43.268 -51.559 31.962-40.253 letne skupne izgube zaradi trenja in obrabe t ZRN t Urd. DU (Osnova 1 kTh = 0.235 DM; 1 liter goriva = 1.00 DU Področja v železarni Možni prihranki 1. stopnja 2. stopnja ICo. DU Ifio. DU Oddelek za sintranje 5.3-10.5 11 Visoke peči 26.7-31.5 16 Valjanje 46-63 43-63 Skupaj 80-110 70-90 Področje Prihranek (Urd. DU) Energija 0.2390 Industrija 0.2980 Promet (mazani deli) 2.3953 Promet (brez mazanja) 3.4660 Skupaj 8.3983 Možni prihranki v železarnah v ZRN Realni letni prihranek energije z uporabo znanja iz Iribologije v ZRN IZGUBE PRIHRANKI Področje Prihranek (Mio. t) Promet 332 - 501 Industrija 135.05 - 215.65 Obdelava kovin 70 - 140 Zamenjava delov in vzdrževanje 23.75 - 26.05 Stanovanja 80 - 120 Skupaj 548 - 837 Možni prihranki energije z uporabo znanja iz tribolofiie v Veliki Britaniji (1980/81). Področje Prihranek Poraba energije v energije 7. Urd. $ letno Promet 7.4 11.00 Industrija 0.7 1.05 Proizvodnja energije 2.8 4.20 Skupaj 10.9 10.25 Kožni prihranki energije z uporabo znanja iz Iribologije v ZDA (1980/81) Slika 4. Ocena prihrankov v ZRN, Veliki Britaniji in ZDA, če bi upoštevali znanje iz Iribologije (1980/81). Mio.oC / leto Zmanjšanje porabe energije pri manjšem trenju.................28 Manjše angažiranje delavcev......................................................10 Prihranek maziv........................................................................ 10 Zmanjšanje zastojev.................................................................... 230 Zmanjšanje investicij......................................................... 115 Boljši izkoristek delovnih sredstev ......................................... 22 Prihranek pri investicijah zaradi daljše Zivljenske dobe................................................................ 100 515 Če upoštevamo 1 & = 11DM potem je izguba 5.7Mrd DM / leto Slika 3. Ocena prihrankov v Veliki Britaniji, če bi upoštevali znanje iz iribologije (1966/67). Industrie's Needs", v katerem ugotavlja, da so problemi trenja interdisciplinarni in da je mogoče z znanjem s področja trenja, obrabe in mazanja prihraniti veliko energije in surovin (slika 3). Predložil je tudi, da bi se znanost, ki se ukvarja s proučevanjem trenja, obrabe in mazanja poimenovala s skupnim imenom TRIBOLOGIJA. Ime je prevzel iz grščine—TR1BOS, ki pomeni nauk o trenju in mazanju. Skupno ime ni prevzela samo Anglija, ampak tudi vse druge razvite industrijske dežele sveta. Danes se to ime uporablja v vseh deželah sveta in predstavlja znanost o trenju, obrabi in mazanju. Razvoj tribologije v razvitih industrijskih deželah so pospešile: 1. odvisnost razvitih držav od posameznih kovin in energije, 2. ocena možnih prihrankov energije v več državah razvitega sveta (ZRN, GB, USA), (slika 4) in 3. razvoj zanesljivih in trajnih delovnih in pogonskih strojev ter vesoljska tehnika. Zanesljivost tehničnih sistemov je mogoče doseči s pravilnim dimenzioniranjem, natančno izdelavo in pravilnim vzdrževanjem. Tehnični sistemi, ki služijo za prenos moči, materiala oziroma informacije so sestavljeni iz strukture sistema ter vhodnih in izhodnih parametrov. Iz sistema se v okolico odvajajo izgube sistema. Kot primer tehničnega sistema si oglejmo tovornjak, slika 5. Dimenzioniranje elementov strukture tehničnega sistema izdelamo po principih mehanike in trdnosti. Pri dimenzioniranju upoštevamo, da se celotna moč, ki se prenaša preko elementov strukture sistema, v našem primeru zobnikov menjalnika, prenese na dotikalno površino, ki je enaka velikosti geometrijske površine v dotiku. Za elemente strukture sistema, ki se gibljejo z relativno hitrostjo (zobniški par, ko-talni ležaji.. .) v enačbah za dimenzioniranje upoštevamo še z eksperimenti dobljene koeficiente, ki upoštevajo razmere, ki vladajo v tribološkem kontaktu. Ti koeficienti so empirični. Tribološki kontakt, v katerem se dejansko prenaša celotna moč, je definiran s standardom DIN 50320. Na dotikalni površini v tribološkem kotaktu se generirata trenje in obraba. Trenje se v celoti pretvori v toploto, obraba pa vpliva na spremembo dimenzij izdelka kot celote. Oba procesa potekata istočasno. Mehanizmi, v katerih potekata oba procesa pa so različni. Med procesoma lahko nastopi en sam ali pa več mehanizmov hkrati. Mehanizmi, ki lahko nastopijo so: adhezija, abrazija, utrujanje, erozija, deformacija in tribooksidacija. Topografija tehnične dotikalne površine v tribološkem kontaktu ni ravna in gladka, ampak je naključno hrapava in Dotik dveh elementov v tribološkem kontaktu se izvrši na realni dotikalni površini. Celotna moč, ki vstopa v tehnični sistem, se prenaša preko realne dotikalne površine, ki je manjša od geometrijske površine. Realna dotikalna površina je sestavljena iz. mnogih mikro dotikalnih površinic, ki se tvorijo na vršičkih hrapave površine. Vršički se pri delovanju normalne in tangencialne sile elastično ali plastično deformirajo (slika 7). Osnovne lastnosti, ki so pomembne za določitev realne dotikalne površine lahko delimo v dve skupini; deformacijske lastnosti vršička in topografske karakteristike površine. Lastnosti metalov v dotiku določimo z deformacijskim kriterijem, ki ga imenujemo Indeks plastičnosti v (slika 7). Če deluje v dotiku poleg normalne še tangecialna sila, potem je dotikalna površina večja (slika 7). Slika 5. Kategorije triboloških raziskav na primeru tovornjaka. valovila, (slika 6a) Vršiči hrapave površine so prevlečeni z mejnimi plastmi, ki so različne za površino z in brez prisotnosti maziva. Kako izgledajo mejne plasti v različnih triboloških kontaktih prikazuje slika 6b. Deformacijske lastnosti - elastični modul E - meja plastičnosti p - trdota H Tribo kontakt Topografija površine - porazdelitev vršičkov - radij vršičkov Q - deviacija hrapavosti 1 : Plas'ično povečanje rel. površine Ar= Aor[l+o(-t.) ] a ^g Fn Slika 7. Karakteristike tribološkega kontakta. Dejanski profil Slika 6. a) Dejanski profil tehnične površine, h) Vrste dotika v tribološkem kontaktu. Hertz.ova teorija upošteva, da se dve telesi, katerih površina je popolnoma gladka, samo elastično deformirata. Tlak, ki nastane na dotikalni površini, ima polkrožno obliko. Napetosti, ki se generirajo na in pod dotikalno površino so enakomerno razdeljene, kot prikazuje slika 8a. Na realni dotikalni površini pa se Hertzov tlak generira na vsaki površini deformiranega vršička, zato je tudi porazdelitev napetosti na in pod dotikalno površino drugačna (slika 8b). Povsem druga slika porazdelitve tlaka pa nastane pri EHD mazanju (slika 2). Tako porazdeljene napetosti je potrebno upoštevati pri reševanju triboloških kontaktnih problemov. 3 Tribološki procesi 3.1 Proces trenja Adhezijsko komponento trenja sta opisala Bowden in Tabor z močno poenostavljenim modelom, ki upošteva razmerje med strižno napetostjo, ki je potrebna za to da se dotik prestriže in tlakom, ki je potreben, da se vršiček plastično deformira. Za veliko materialov je ta koeficient 0.2, kar ustreza dejanskemu koeficientu trenja pri adhez.iji. Za povečano dotikalno površino, ki nastane zaradi delovanja tangecialne sile, je mogoče pričakovati, da se bo adhez.i-jska komponenta trenja povečala pri čistih metalih od 10 do 100 krat. Če pa sta dotikalni površini ločeni s filmom (oksid. . .), ki ima za polovico manjšo potrebno strižno napetost od osnovnega materiala, potem tudi koeficient trenja pade na polovično vrednost. Poleg te poenostavljene teorije poznamo še teorijo površinskih napetosti in teorijo, ki izhaja iz mehanike loma. Če je pri drsnem tribološkem kontaktu ena dotikalna površina dovolj trša od druge, se bo trši vršiček zadri v mehkejšo površino. Pri tangencialnem premiku bo nastal Kotego= rija Označba preizkusa Simbol v pogonu na preizkuševališču preizkus agregata pogona na preizkuševališču modelni agregat preizkus na osnov = nem elementu modelni preizkus s poenostavljenimi preizkušanci Slika S. Hertzov llak in porazdelitev Misesivili napetosti. odpor, ki ga imenujemo odpor pri razenju. Model za določitev odpora pri razenju je prvi postavil L. Gumbel leta 1925. Poznamo dva načina razenja in to razenje vršička in razenje z vtisnjenim obrabnim delcem. Poenostavljen model upošteva samo kot, ki ga oklepa vršiček z dotikalno površino, Ghar pa je predložil model, ki upošteva teorijo lomne mehanike s tem, da imajo glavni vpliv lastnosti materiala. ki ga lazimo. V primeru, da razi po površini obrabni delec, je zelo pomembno kakšen je premer delca in kako globoko se delec vtisne v površino. Za deformacije, ki se pojavljajo pri drsnem trenju, predvidevamo, da se mehanska energija izgubi v procesu plastične deformacije. Za to komponento trenja prav tako poznamo več modelov. Več avtorjev je predlagalo defor-maeijski model drsne linije. Predstavljeni model ima to slabost, da ne upošteva mikrostrukture materiala, utrjevanja med procesom, temperature in plasti, ki se med procesom tvorijo na dotikalni površini. Drugi model, ki sla predlagala Heilman in Rignly, sloni na predpostavki, da je delo trenja enako delu plastične deformacije skozi celotni čas trajanja procesa. V tem modelu so karakteristični trije parametri: realna dotikalna površina, maksimalna strižna napetost materiala, ki jo dosežemo med procesom striga in povprečna strižna napetost, ki jo dejansko dosežemo med procesom drsenja. Vrednost te stri/ne napetosti je odvisna od delovnih pogojev (sila, drsna hitrost, temperatura) in od karakteristik materiala (mikrostrukture, koeficienta utrjevanja). Slika 9 nam prikazuje odvisnost koeficienta trenja od načina mazanja za različne kombinacije materialov. Na trenje vpliva tudi vrsta tribološkega kontakta, (slika 10) in hrapavost površine, (slika 11). 1.2 Proces obrabe Podobno kot trenje je tudi obraba materiala zapleten proces, v katerem sodelujejo različni mehanizmi in vplivni Slika 9. Koeficient trenja kot funkcija maziva pri različnih parili materialov. parametri. Burvvell je definiral štiri vrste obrabnih mehanizmov: abrazija, adhezija, utrujanje površine in tribokemični proces. Veliko avtorjev seje ukvarjalo s študijem obrabe, ki bi jo lahko definirali kot "odstranjevanje materiala z medsebojno delujočih dotikalnih površin pri relativnem gibanju". Nam P. Suh je ugotovil, da obraba nastane pri veliko različnih mehanizmih odvisno od materiala, okolice, delovnih pogojev in geometrije teles v dotiku. Tako razlago mehanizma obrabe lahko delimo v dve skupini: v skupino, kjer prevladujejo mehanske lastnosti trdnih teles v dotiku in v skupino, kjer so prevladujoče kemijske lastnosti materialov. Medsebojne vplive dotikalnih površin in iz tega nastale obrabne mehanizme prikazuje slika 12. Struktura osnovnega materiala se spremeni, če je material obremenjen s ponavljajočo se obremenitvijo. Sprememba mikrostrukture lahko povzroči večjo mehansko zlepitev zvaritev lejr.a plast mmmmm ■//. i h I > Ht^ -r Htj Rt2 Slika 10. Koeficient trenja v odvisnosti od vrste dotika v tnbološkem kontaktu. J Tribološka soodvisnost Ponavljanje obremenitev (sila, torna sila) JSoodvisnost materialov ,(medatomske sile) Utrujanje površine _L Tribokemija _L cikucna obremenite mikrorezanje tnbokemična plast sprememba nukrostrukture mikrorazenje v odvisnosti od nastanek razpoke mikro lomljenje materiala razslojevanje 1--1 . pogojev okoboe rrer.es materiali zaradi adbezije Proces odstranitve materi ubrabni delci zaradi utrujanja orrabni belci zaradi tribokemije obrabni ielci zaradi adhezij Slika 11. Sprememba koeficienta trenja in mehanizem nastanka upora pri drsnem gibanju. poškodbo strojnega elementa. Ponavljajoča obremenitev lahko generira na dotikalni površini tudi obrabne delce. Oba procesa, ki ju imenujemo tudi utrujenostna obraba, sta odvisna od velikosti in delovanja napetosti na in pod dotikalno površino ter sta neodvisna od vrste filma, ki se ustvari med dotikalnima površinama. Utrujenostna obraba se pojavi pri kotalnem trenju pa tudi prt ponavljajočem drsnem trenju. Za proučevanje nastanka in širjenje poškodbe uporabljamo teorijo dislokacij. Halling je skladno s teorijo predstavil mehanizem utrujenostne obrabe. Pri drsnem trenju pa uporabljamo za določitev utrujenostne obrabe teorijo razslojevanja. Mehanizem abrazivne obrabe je podoben kot smo ga opisali pri trenju. Trši vršički odstranjujejo material z dotikalne površine mehkejšega materiala kombinirano na Slika 12. Tribološka sosdvisnost in obrabni mehanizem. tri načine: z micro-razenjem, micro-rezanjem in micro-lomljenjem. Osnovni poenostavljeni model vključuje od lastnosti materialov samo trdoto. Hombogen pa je predlagal model, s katerim je mogoče popisati intenzivnost obrabe v odvisnosti od žilavosti materiala. Ta model je osnovan na primerjavi med deformacijo, ki jo ima vršiček med procesom in kritično deformacijo, ki je inicialna za nastanek razpoke. Gahr je upošteval vse tri načine, ki so pomembni za nastanek abrazivne obrabe in predlagal model, ki velja za duktilne materiale in upošteva mikrostruktume lastnosti materiala na dotikalni površini in trdoto. Tribokemični obrabni proces je določen z okolico in dinamičnim delovanjem površin v dotiku. Ta proces nastopa tudi pri vseh drugih procesih obrabe. Sam proces nastane v dveh stopnjah: v prvi stopnji pride površina materiala \ dotik /. okolico. V tem procesu se tvorijo reakcijski produkti na površini, v drugi stopnji se reakcijski produkt okruši (razpoka, abrazija). Na okrašenem mestu se nato tvorijo novi reakcijski produkti-proces je torej kontinuiran. Reakcijski produkti se povečujejo / naraščanjem temperature na vršičkih hrapavosti. Mehanske lastnosti oksidacijskega filma na vršičkih so različne, zato so te plasti podvržene krhkim lomom. Proces adhezivne obrabe je popisal Archard. Njegova enačba upošteva samo trdoto dotikalne površine materiala. Različne lastnosti materiala v dotiku so upoštevane s posebnim koeficientom, ki ga je potrebno določiti za vsak material posebej. Na sliki 13 je prikazana odvisnost koeficienta trenja od intezivnosti obrabe za kombinacije več različnih materialov. Koeficient obrabe je odvisen od mehanizma obrabe in vrste trenja (slika 14). Vpliv trdote na obrabo nam prikazuje slika 15.' Slika 15. Stanje obrabljene površine pri različnih kombinacijah trdote. H- / -^ kovina / keramiko Intenzivnost obrabe Slika 13. Odvisnost koeficienta trenja in obrabe za različne pare ma-tenalo\ Mešano trenje Tekočinsko ^ trenje / / / / Adhezija Utrujanje Tribokemične reakcije 4 Razvoj tribologije v prihodnosti Iz prikazanega je mogoče razbrati, da se je tribologija razvijala vse do leta 1950 kot stranska veja mehanike oziroma njenega dela trdnosti. Po letu 1950 oziroma 1966, je tribologija zelo hitro pridobivala na veljavi. Danes je v svetu priznana kot samostojna znanstvena in tehnološka disciplina. Raziskovalno delo na področju tribologije je doživelo zdrav razvoj šele po letu 1970. Letno je publiciranih preko 6000 člankov v dostopni literaturi. Vse svetovne znanstvene agencije kot tudi vladni programi namenjajo raziskavam na področju tribologije znatna sredstva. Število univerz, ki uvrščajo tribološke raziskave v svoje programe, se nenehno povečuje. Veliko tovarn je sprejelo tribologijo kot pomembno področje pri raziskavah in razvoju novih izdelkov. Tako kot na drugih področjih, je tudi na področju tribologije veliko raziskovalnih dosežkov dobilo ustrezno potrditev v praksi. Naštejmo samo nekatere: 1. razvoj hidrodinamičnega mazanja za stroje v hidroelektrarnah in vlečne agregate za železniški transport, 2. razvoj aditivov za potrebe motorjev z notranjim izgorevanjem, 3. razvoj sintetičnih olj za potrebe turbinskih motorjev, 4. razvoj specialnih trdih maziv za posebne namene in polete v vesolje, 5. razvoj trdih prevlek za izboljšanje življenske dobe orodij za obdelovalne stroje. Leta 1986 je National Science Foundation organiziral posebno konferenco z namenom, da začrta razvoj tribologije v prihodnosti. Konferenca je predlagala naslednja področja delovanja: 10"1 10"2 10"3 ICf 4 10"5 10"6 icf710-310"9 io"10 Koeficient obrabe K Slika 14. Koeficient obrabe. • vrste trenja • tribološke plasti • mehanizmi in procesi obrabe • kemija maziv • modeliranje triboloških procesov • modeliranje tribološkega sistema • tribološki materiali • diagnostika • testiranje V Sloveniji so pred drugo svetovno vojno in po njej delovale posebne "tehnične službe", ki so imele nalogo pomagati vzdrževalcem in konstruktorjem pri izbiri maziv. Omenjene službe so delovale v okviru tujih petrole-jskih podjetij kot so Schell, Mobil, itd. Po ustanovitvi slovenskega podjetja Petrol so se vse tehnične službe, ki so delovale na slovenskem ozemlju združile v eno, ki še danes deluje pod okriljem Petrola. Prof. Struna in kasneje prof. Hlebanja sta vpeljala v pedagoški proces izbirni predmet Mazanje oziroma kasneje Tribologija. Danes se tribologija predava v 4. letniku rednega študija—konstrukcijska smer na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani in Tehnični fakulteti v Mariboru. V okviru študija tribologije je mogoče opraviti vse stopnje študija od višje do visoke šole in podiplomskega študija. Raziskovalno delo na področju tribologije poteka v okviru laboratorija za tribologijo na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani. Vsebino raziskovalnega dela poskušamo kar se da povezati z novimi smermi razvoja tribologije v svetu in predvsem s potrebami naše domače industrije. 5 Literatura 1 W.J. Bartz: Zur Geschichte der Tribologie, Expert Verlage. Band t, 1988 2 W.J. Bartz: Energieeinsparung durch tribologisehe Mabmahmen, Expert Verlag, Band 2. 1988 3 H. Czichos: Importance of Properties of Solids to Friction and Wear Behaviour, Bundesanstalt ftr Materialpru-fung (BAM), 1988 4 S. Jahanmir: Future Directions in Tribology Research. Journal of Tribology. Vol. 109, 1987 5 J. Vižintin: Program razvoja "TRIBOLOGIJA". Ljubljana. 1975 6 J. Vižintin: Laboratorij za tribologijo. Strojniški vestnik. Ljubljana 33. 1987, 7-9