RIJKSWATERSTAATpublicaties.minienm.nl/download-bijlage/69631/216362.pdf · Directoraat-Generaal...

0

S

034

B1BLIOÏHEK BOUWDENST RIJKSWATERSTAAT Btuwdei Jks NR £. SO34 1Lj

Putbu )Q ($ 0 . ..... t' SchieFabv.o.f.

ohanisch onderzoek, keuringen, osie onderzoek en schade-analyse

ONDERZOEK NAAR HET SLIJTGEDRAG VAN FEROFORM T814 OP ROESTVAST STAAL TEN BE- :Ierland

HOEVE VAN TAATSLAGERS VOOR SLUISDEU- efoon 076 - 424 300 REN

Rapport KRB-RS-318 DRA-R-9'/OUG

VASTGESTELD

Projcct PL dawm

M*vt PiM. 7

220597 Kra~pi Oud

DraIlgers R.A. 2045-97 Shsdeur Din

Opdrachtgever

Ref. opdrachtgever

Rapportnummer

Datum rapport

Onderzoeker/Opsteller rapport

Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat Bouwdienst Rijkswaterstaat

97000052NCHA

SL 97.3454

2 april 1997

Ir. E.G. Scheepers

Distributie : Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat Bouwdienst Rijkswaterstaat Dhr. Daniël (lOx)

Schielab-archief (lx) el QUALLFIED BYSTERLAR Ingeschreven in het STERLAB register voor laboratoria onder nr. [063 voor gebieden zoals nader omschreven in de erkeirriir Schielab v.o.t. (Handelsregister Rotterdam nr. 170257) is een samenmerkingsverband van Stork F.D.O. bv. en de Röntgen Technische Dienst

,od. S24-022 9337)

Schielab v.o.f.

SL 97.3454 Pagina 2 van 21

Inleiding

De conventionele taatslagers van sluisdeuren bestaan uit een kap en een kom, beide van mangaanstaal type GX12OMn12 volgens SEW 390-61. Na langdurig gebruik (10 - 20 jaar) vertonen de lagers ernstige slijtage, waardoor de wanddikte van de kap soms met 20 mm is afgenomen (tot vrijwel nihil).

Het onderzoek naar het typische slijtage-gedrag van het mangaanstaal en naar het gedrag van enkele andere staallegeringen is eerder uitgevoerd en beschreven in Schielab rapport SL 95.2085 (DRA-R-95002) en rapport SL 96.7195 (DRA-R-96001).

Schielab is gevraagd de specifieke slijtfactoren van een zestal parameters combinaties te bepalen van de materiaal-combinatie Feroform T814 - roestvast staal AISI type 316, zodat de opdrachtgever een verantwoorde keuze kan maken voor nieuw te fabriceren taatsla-gers.

Uitgevoerd onderzoek

Het slijtgedrag van de door Rijkswaterstaat gekozen combinaties is gekarakteriseerd middels slijtageproeven. Deze slijtageproeven bestaan uit het bewegen van een monster over een oppervlak met een vaste aandrukkracht van een monster op het oppervlak. De belasting van het monster is statisch. De opstelling is schematisch weergegeven in figuur 1. De figuren 2 en 3 tonen foto's van de opstelling. In tabel 1 zijn de toegepaste parame-ter-combinaties gegeven.

Tabel 1: De volgende zes combinaties zijn beproefd:

Combinatie

Combinatie Vlaktedruk Ruwheid roestvast staal bij aanvang

Uitvoering test droog of nat

Hi 8 N/mm 2 Ra = 0.8 m droog

H2 8 N/mm 2 Ra = 0.8 im nat

H3 16 N/mm2 Ra = 0.8 grn droog

H4 8 N/mm 2 Ra = 1.6 grn droog

H5 8 N/mm 2 Ra = 1.6 jim nat

H6 16 N/mm 2 Ra = 1.6 gin droog

Schielab v.o.f.


Resultaten van de slijtageproeven

De sljtageproeven zijn uitgevoerd middels een hydraulische vermoeiingsbank waarbij een pen met daaraan bevestigd het monster (figuur 5 en 6), horizontaal heen en •weer bewogen is, over een metaaloppervlak. Het monster is steeds statisch belast middels een dood gewicht en een hefboomsysteem, zodat de vlaktedruk 8 resp. 16 N/rnm 2 bedroeg. Het monster is met een frequentie van ongeveer 0,2 Hz heen en weer bewogen over een nat of droog gehouden oppervlak van roestvast staal AISI type 316 plaatmateriaal. De gemiddel-de bewegingssnelheid van het monster t.o.v. het roestvaststalen plaatoppervlak ( 16 mm/s) was hoger dan in een taatslager (2-3 mm/s), maar door het kleine contactoppervlak bleef de warmte-ontwikkeling toch beperkt. Een stijging in materiaaltemperatuur (tot 38°C) werd tijdens de beproeving waargenomen, met name in de droge situatie. Door toepassing van geforceerde koeling (langsbiazen van koude lucht) bleef de temperatuur beperkt tot 26°C. Bij de hogere temperatuur van slijtplaat en monster werd duidelijk een piepend geluid waargenomen dat bij lagere temperaturen afwezig was. Mogelijk treedt bij hogere temperaturen een ander slijtmechanisme op ("stick-slip"). Bij de "natte" proeven is het plaatoppervlak nat gehouden door het aanbrengen van water met een diepte van ongeveer 3 mm. De monsters zijn 24 uur voor aanvang van de test in water geplaatst zodat het Feroform met water verzadigd was. De slag (= 2 x amplitude) bedroeg ongeveer 50 mm.

Uitgaande van een werkelijk aantal bewegingen van het lager van 10 per dag, 360 dagen per jaar en een gebruiksduur van 20 jaar zouden de glijlagers ca. 72.000 belastingswisse-lingen moeten weerstaan. De slijtage proeven zijn uitgevoerd tot 15.000 wisselingen overeenkomend met een gebruiksduur van ongeveer 4 jaren.

De hechting van het Feroform aan het staal (lijmverbinding) heeft geen problemen opgeleverd tijdens de testen.

De monsters en de slijtplaten zijn zowel voor als na de slijtageproeven gewogen teneinde een indruk te verkrijgen van de mate van slijtage en om daaruit de specifieke slijtfactor te bepalen. Tevens is van elk monster en elke slijtplaat de oppervlakte ruwheid voor en na afloop van de testen bepaald, zie tabel 2.

De wrijvingscoëfficiënt vozr iedere combinatie door een beperking van de meetopstel- ling niet bepaald. Bij combinatie Hi is de wrijvingskracht benaderd; de hieruit volgende wrijvingscoëfficiënt wordt geschat op 0.09 - 0. 10. Tb.v o rpbereJnem kwn c2nervct±L4 vwq 0,20 oonien

Schielab v.o.f.


Tabel 2: De gemeten oppervlakteruwheden

Materiaal- Oppervlakte ruwheid Ra jim1 loodrecht op de bewegingrichting combinatie

Shjtplaat bij aanvang test

Slijtplaat bij einde test

Monster bij aanvang test

Monster hij einde test

Hi 0.85 0.35 0.77 0.69

H2 0.85 0.30 0.73 0.50

H3 0.78 0.34 0.73 0.51

H4 1.72 1.59 0.76 1.11

H5 1.73 0.74 0.70 0.81

H6 1.78 0.45 0.75 0.69

Het verloop van de slijtage van de monsters Feroform is tijdens de beproeving gevolgd door tussentijds gewichtsbepalingen uit te voeren. De resultaten van de bepalingen zijn samengevat de in tabellen 4 t/m 10 en de figuren 7 t/m 12. Uit de grafieken in figuur 7 t/m 12 blijkt dat er in het slijtageverloop 2 fasen zijn te onderscheiden: - Aanloopfase tot circa 5.000 wisselingen

Aan het begin van deze fase is de slijtage betrekkelijk hoog. Dit wordt verklaard door het wegsljten, afronden, vullen e.d. van plaatselijke oneffenheden in beide materialen. In deze fase vormt zich een "glijbaan" en komt de smerende werking van PTFE-deeltjes in het Feroform tot uiting.

- Bedrjfsfase na circa 5000 wisselingen In deze fase is de glijbaan reeds gevormd. Dit resulteert in een betrekkelijk stabiel slijtageverloop. Deze fase is feitelijk maatgevend voor de bepaling van de specifie-ke slijtfactoren.

Omdat de aanloopfase zeer kort is en daardoor nooit tot merkbare dikteafname kan leiden wordt deze fase in de verdere analyse buiten beschouwing gelaten.

Schielab v.o.f.


Een samenvatting van de gewichtsafnames in de bedrjfsfase is gegeven in tabel 3.

Tabel 3: Overzicht van de slijtage van monsters en slijtplaten.

Test Gewichtsverlies monsters [gram]

Gewichtsverlies sljtplaten [gram]

Hi 0.0073 -0.0004

H2 droog: 0.0016 (nat:_-0.0030)

0.0084

H3 0.0038 0.0026

H4 0.0124 0.0022

H5 droog: 0.0050 (nat:_0.0150)

0.0062

H6 0.0007 0.0031

Opmerking: Het bepalen van het gewicht in natte toestand is moeilijk gebleken. Hoe-wel de monsters zorgvuldig zijn gedroogd is de variatie in gewicht groot. Het gevolg hiervan is dat het volgen van de slijtage praktisch niet goed mogelijk is. 48 uur drogen na afloop van de gehele test en vervolgens wegen levert wel een betrouwbaar, constant resultaat.

Op basis van de gemeten gewichtafnames van de monsters en slijtplaten is de specifieke slijtfactor bepaald voor de beproefde materiaalcombinaties. Deze specifieke slijtfactor is berekend aan de hand van de formule:

S = k *L * p

waarin: S = slijtage (mm) die is te bepalen uit de gewichtsafname van de pen en slijtplaat k = specifieke slijtfactor (mm 2/N) L = gesommeerde glij weg (mm) = aantal wisselingen x totale slag p = vlaktedruk (NImm 2)

De berekende specifieke slijtfactoren voor de zes beproefde combinaties zijn gegeven in tabel 4.

Schielab vat.


Tabel 4: De specifieke sljtfactoren, k, berekend op basis van de gewichtafnames (na venfliee1 48 uur droen.

Materiaal- combinatie

Specifieke slj tfactor

Plaat (RVS) Monster (Ferotorni)

Hi 0.0 x iO mm 2/N 6.3 x iO mm 2/N

H2 0.8 x 10 mm 2/N 1.4 x iO mm2/N

H3 0.2 x 10 mm 2/N 2.7 x 10 mm2/N

H4 0.2 x 10 mm2/N 10.7 x 10 mm2/N */

H5 0.6 x 10-9 mm2/N 4.3 x 10 mm 2/N

H6 0.3 x 10 mm 2/N 0.5 x 10 mm 2/N ''I

De soortelijke massa (p) van het staal is 7,85 x 103 kg/m3 en van het Feroform T814 is 1,31 x 103 kglm3 .

De hoge slijtfactor bij beproeving H4 kan worden toegeschreven aan een ongecon-troleerde speling die juist bij deze proef zich activeerde en tot kleine kantalbewe-gingen leidde. Bij de bepaling van de ontwerpwaarde van k wordt deze beproeving buiten beschouwing gelaten.

**/ De lage sljtfactor bij de beproeving H6 zou door een samenloop van gunstige omstandigheden (ideale ligging, geen speling e.d.) kunnen zijn veroorzaakt. Deze beproeving wordt daardoor ook buiten beschouwing gelaten.

Op basis van de vergelijking van de specifieke sljtfactoren in tabel 4 kunnen de volgende conclusies worden getrokken: - De beproevingen laten een aanzienlijke spreiding van de slijtfactoren zien. Dit is enigszins teleurstellend en kan mogelijk worden toegeschreven aan de volgende factoren:

- inhomogene structuur van de vezelversterkte kunststoffen (midden in de laag vezels kan de slijtage anders zijn dan in de matrix).

- kleine afmetingen van de monsters om de gewenste vlaktedrukken te bereiken (een beproeving is daardoor gevoeliger voor kantelbewegingen e.d.).

- Ondanks deze spreiding zijn de gemeten sljtfactoren in het algemeen lager dan bij metaal/metaal-combinaties, vergelijk Schielab rapport DRA-R-95002 en DRA-R-96001. De slijtage van Feroform (taatskom) is vergelijkbaar met de gunstigste staalsoorten. De slijtage van het roestvast staal (taatskap) is hierbij veel lager.

-

Er is geen duidelijke relatie geconstateerd tussen het niveau van vlaktedruk en de slijtfactoren, k. Er is ook geen duidelijke relatie geconstateerd tussen de conditie

Schielab v.o.f.


van het slaij lager (nat/droog) en de slijtfactoren k, behalve dat in de natte toestand de temperatuurstijging beter wordt beheerst. Voorgesteld wordt om t.b.v. het ontwerp de specifieke slijtfactor k va Feroform a1leeWfe ruwheid van het tegenliggende materiaal te relateren. Hierbij kan van de volgende getallen worden uitgegaan: - - bij ruwheid Ra < 0,8 im:

k = (6,3 + 1,4 + 2,7) x 10 / 3 mm 2/N = 3,5 x iO mm/N - bij ruwheid 0,8 < Ra < 1,6 ,am:

k = 4,3 x 10 - mm2/N, neem dus 5 x 10 mm 2/N

Deze waarden kunnen als conservatieve afschatting worden beschouwd omdat de bedrijfs-omstandigheden van een sluisdeurlager veel stabieler en beter beheerst zijn dan tijdens de proeven (grote afmetingen, geen kanteleffecten, betere koeling e.d.).

Alle sppciiieke kenurerken van [rel (de) bovengeneentle objckt(en( zijn. voor zover teeganirlijk en relevant, geverifieerd door Schielab v.of. Overige infornratie is opgegeven door de

oxlrachtgever. Deze informatie is voor zover mogelijk geverilieerd en verder ongewijzigd in dit rapport overgenonmn. Wij verklaren dat de orhierzooksresultaten correct zijo

weergegeven en dat set (de) bovengenccmdle orxierzmksobjekr(en( is(zijn) ortierzocht conform de etsen van de olrachtgever en/of de bovengencemde procedure(s) eniof

csinewsçecificatie(s(. In voorkonserhie gevallen wordt door Schielab v.o.f. een destruktief orhierzrmk uitbosteed ( op [set rapport gcrrmrkt remt U'(.

Schielab v.o.f. Geautoriseerd:

Ir. L.H. Brantsma (Algemeen bedrij fsleider

SCHEEPR

Schielab v.o.f.


Tabel 5: Het slijtageverloop van monster Hi De massa aan het begin van de beproeving bedroeg 6.6901 gram.

Wisselingen Gemeten massa [gram]

Slijtage [gram]

Slijtage per wisseling [gram]

1000 6.6833 0.0068 0.00680

ICJ 2000 6.6801 0.0100 0.00320

3000 6.6777 0.0124 0.00240

4000 6.6759 0.0142 0.00180

5000 6.6742 0.0159 0.00170

7500 6.6715 0.1860 0.00108

-

10 000 6.6701 0.0200 0.00056

12 500 6.6682 0.0219 0.00076

15 000 6.6669 0.0232 0.00052

Tabel 6: Het slijtageverloop van monster H2 De massa aan het begin van de beproeving bedroeg 6.7538 gram (in droge tretnd E7245 : na afloon 6.7018 ).

Wisselingen Gemeten massa Slijtage Slijtage per wisseling [gram] [gram] [gram]

1000 6.7638 -0.0100 -0.01000

2000 6.7628 -0.0090 0.00100

3000 6.7615 -0.0077 0.00130 ct

4000 6.7580 -0.0042 0.00350 ct

5000 6.7584 -0.0046 -0.00040

7500 6.7613 -0.0075 -0.00116 45 10 000 6.7553 -0.0015 0.00240

- 12 500 6.7500 0.0038 0.00212

15 000 6.7568 -0.0030

Schielab v.o.f.


Tabel 7: Het slijtageverloop van monster H3 De massa aan het begin van de beproeving bedroeg 5.8998 gram.


1000 5.8975 0.0023 0.00230

2000 5.8964 0.0034 0.00110

3000 5.8945 0.0053 0.00190

4000 5.8925 0.0073 0.00200 -

5000 5.8921 0.0077 0.00040

7500 5.8915 0.0083 0.00024 4,2 10 000 5.8905 0.0093 0.00040

12 500 5.8895 0.0103 0.00040

F-15 000 5.8883 0.0115 0.00048



1000 6.7270 0.0044 0.00440

2000 6.7253 0.0061 0.00170

3000 6.7237 0.0077 0.00160 0

4000 6.7222 0.0092 0.00150 02 02

5000 6.7208 0.0106 0.00140

7500 6.7176 0.0138 0.00128

10000 6.7143 0.0171 0.00132

12 500 6.7114 0.0200 0.00116 -

15 000 1 6.7084 0.0230 0.00120

Schielab v.o.t.


Tabel 9: Het slijtageverloop van monster H5 De massa aan het begin van de beproeving bedroeg 6.8450 gram (in droge toestand 6.7867 g; na afloop 6.7710 g).


1000 6.8418 0.0032 0.00320

2000 6.8385 0.0065 0.00330

3000 6.8377 0.0073 0.00080

4000 6.8362 0.0088 0.00150 cc

5000 6.8353 0.0097 0.00090

7500 6.8350 0.0100 0.00012

10000 6.8316 0.0134 0.00136

12 500 6.8311 0.0139 0.00020 -

15 000 6.8300 0.0150 0.00044



1000 6.5562 0.0023 0.00230

2000 6.5539 0.0046 0.00230

3000 6.5511 0.0074 0.00280

4000 6.5502 0.0083 0.00090

5000 6.5499 0.0086 0.00030

7500 6.5492 0.0093 0.00028

1 10 000 6.5497 0.0088 -0.00020

12 500 6.5491 0.0094 0.00024

15 000 6.5492 0.0093 -0.00004

Schielab v.o.f.


Figuur 1: Schematische weergave van de proefopstelling t.b.v de slijtageproeven. A = hydraulische zuigerstang C = hefboomsysteem D = houder met monster E = stalen slijtvlak van roestvast staal

Opmerking: De proefopstelling is ontworpen en uitgevoerd door Schielab-Breda De proefmonsters van Feroform zijn in lijn met de aanwijzingen van de opdrachtgever gemaakt en toegeleverd door de Firma Kühne Industrie B.V. te Hoevelaken.

1

Schielab v.o.f.


Figuur 2: Foto van de opstelling (bovenaanzicht) zoals die gebruikt is voor het bepalen van het slijtage gedrag van de beschreven materiaal-combinaties.

Schielab v.o.f.


-

J

Figuur 3: Foto van de opstelling (vooraanzicht) die is gebruikt voor het bepalen van het slijtage gedrag van de beschreven materiaal-combinaties. F = monster D = houder voor monster E = slijtplaat

Schielab v.o.f.


boven aanzicht

50% langs-doorsnede

onder aanzicht

0 00

1o_o

50% dwars- doorsnede

/

ï/z back plate, RVS 3.16 glijlaag, Foroform T814

Back plate bewerken voor het aanbrengen van het Feroform Ti 84 Feroform verlijmen / vuikaniseren Let op: nauwkeruigheid radius is essentieel

Figuur 4: Vormgeving van het monster Feroform Tekening: E.J. Dorst, Kühne Industrie B.V.

Schielab v.o.f.


- -

- -

..

Figuur 5: Het oppervlak van de roestvaststalen slijtplaten na afloop van de test. Vergroting = 200 x Op het oppervlak zijn hoofdzakelijk de onregelmatigheden aanwezig die de initiële oppervlakteruwheid heeft veroorzaakt.

Schielab v.o.f.


.1 -. .4

.... J.t - ir

,-

1 fl -:

• -'

t 1 • *- --.4

Figuur 6: Het oppervlak van een Feroform monster na afloop van de test. Vergroting = 50 x Op het gesleten Feroform oppervlak zijn versmeerde deeltjes aanwezig (Teflon). Nu en dan zijn er vezels zichtbaar aan het oppervlak.

Schîelab v.o.f.


Slijtage monster Hi

O.10B

- 0 aanloopfase bedrijfsfase

-

1- Ei 0JJ2 -

Wn •

0..

0 WD 1 occij 1 5JL

VMoeIingen

Figuur 7: Het slijtageverloop van monster Hi 0------- 0 testresultaten

benaderde kromme

Schielab v.o.f.


Slijtage monster H2 0.008

°.° aanloopfase bedjffaSe

- O.ci:J4 -

El O.LQ2 o

El

1:1 -. o ccc iccco ico

VseIingen

Figuur 8: Het slijtageverloop van monster H2 testresultaten benaderde kromme

Let op Wegens onstabiele tussentijdse meetresultaten (zie opmerking onder tabel 3) is de benaderde kromme ontleend aan de beproeving Hi en geschaald op basis van het eindresultaat, na 48 uur drogen.

Schielab v.o.f.


Slijtage monster H3 O.COB

0•0 aanloopfase bedrijfsfase

O.004 -

1 00

1 ' I 1 1

o 5000 -10DDD 1 cI:cI

WseIingen


Schielab v.o.f.


Slijtage monster H4 0.0)2

() \ - \ aanloopfase bedrijfsfase

\ 14

Dm4

1 ••• _________

0 500J 1 0000 1 51C

Vssehnçen

Figuur 10: Het slijtageverloop van monster H4 E------- 0 testresultaten

benaderde kromme

Schielab v.o.f.


Slijtage monster

orcs

>

0.033 aanloopfase bedrijfsfase

-E o.cc - 1])

0 .

1

o ECOJ 1 OXü 1 :i:c

V-Asselingen


Schielab v.o.f.


Slijtage monster H6 1,1

. Occe aanloopfase bedrijfsfase

\ 1 Dm4 -

El

0.032 -

o L

0 COJ 1 CÜJJ 1 5XIJ

V\i1eIingen


RIJKSWATERSTAATpublicaties.minienm.nl/download-bijlage/69631/216362.pdf · Directoraat-Generaal...

Documents

Transcript of RIJKSWATERSTAATpublicaties.minienm.nl/download-bijlage/69631/216362.pdf · Directoraat-Generaal...