21. SYNERGIZM W TECHNICE

Transkrypt

1 2. SYNERGIZM W TECHNICE 22 Cel wykłdu 2.. Pojęcie synergizmu Od zrni swego istnieni człowiek stykł się z tkim zjwiskiem, Ŝe z pomocą jkiegoś nrzędzi moŝn wykonć czegoś więcej lub mniejszym wysiłkiem. Zjwisko to jest synergizmem, czyli efektem synergii. W osttnich ltch pojęci te robią zwrotną krierę (tkŝe w technice). N dowód tego moŝn podć ksiąŝkę prof. Tdeusz Burkowskiego ( RozwŜni o synergizmie w inŝynierii powierzchni, Wyd. Pol. Rdomskiej 2004), któr stnowi podstwę tego wykłdu. Pojęcie synergii lub synergizmu wywodzi się z greckiego syn = współ- i erg (od ergon = prc, dziłnie) i ozncz: tkie zestwienie dwóch lub więcej elementów, by ich oddziływnie dwło skutek większy niŝ sum skłdników wywołn przez kŝdy z elementów oddzielnie. Ogólnie synergię definiuje się więc jko dodtkową korzyść przypdjącą pewnej liczbie systemów czy ukłdów, które grupują się, by stworzyć większy system, bowiem: Cłość to coś więcej niŝ sum jej części skłdowych. W przyrodzie nie m zjwisk niezleŝnych. Wszystkie są efektem oddziływni n siebie róŝnych elementów, które nzyw się czynnikmi. Efekt oddziływni tych czynników nzyw się włściwością ukłdu. Dowolny ukłd synergiczny moŝe być utworzony przez minimum dw czynniki (ukłd dwuczynnikowy). Efekt ich sumrycznej rekcji moŝe być trojki: wzmcnijący (synergiczny), bez zmin (neutrlny), ujemny (ntgonistyczny). Cłość dobrze pomyśln moŝe dwć dodtkowy efekt (np. w nowoczesnych smochodch kroseri słuŝy nie tylko do pomieszczeni ludzi, le stnowi równieŝ konstrukcję smonośną, prcującą n skręcnie i zginnie, któr pondto spełni funkcje erodynmiczne). W prktyce moŝe wystąpić tkŝe negtywn synergi, jk pojwi się wówczs, gdy cłość jest źle pomyśln lub nieefektywnie zorgnizown (np. lek utrwlony piwkiem!). Ztem: jest istotą ukłdów współdziłni. Synergi jko cech systemów, jest formlnym przedmiotem bdń cybernetyki. Synergetyk dyscyplin nuki, zjmując się bdniem systemów utworzonych z elementów róŝnej ntury. występuje wokół ns wszędzie, jest prwem ntury, które wynik z dąŝności mterii do smoorgnizcji. Prwo to powinniśmy nie tylko postrzegć, le i świdomie wykorzystywć tkŝe w dziłnich technicznych. W technice synergizm pojmowny jest jko efekt silnego oddziływni; występuje we wszystkich etpch wytwrzni i eksplotcji wyrobów począwszy od pozyskiwni surowców mteriłowych, n gotowych wyrobch w postci mszyn, pojzdów i urządzeń skończywszy. Wobec powyŝszego, w technice moŝn wyróŝnić nstępujące rodzje synergizmu: prmetryczny, mteriłowy technologiczny, konstrukcyjny, eksplotcyjny Te rodzje synergizmu zostną więc omówione w dlszej części wykłdu

2 Rodzje i pomir synergizmu Ogólnie synergizm jest pojmowny jko wzjemne współdziłnie dwóch lub więcej czynników, w wyniku którego nstępuje wzmocnienie bez precyzowni jkie ono jest. Do ilościowego określni synergizmu ukłdu, uŝyw się współczynnik oddziływni k o, jko krotności zminy włściwości A w wyniku dziłni dwóch lub więcej czynników, odniesioną do włściwości wywołnej dziłniem jednego czynnik. Dl uproszczeni rozwŝń przyjmuje się, Ŝe określon włściwość ukłdu A, B, C.. jest toŝsm z jej wrtością, b,... czyli: A~, B~b,..). k = synergizmu neutrlizmu ntgonizmu k S = > k N = = = < Wzrost synergizmu k A Wzrost ntgonizmu i A i A i A Efekt typu 2 2 > =2 2 2 < 2 ztem to wzjemne oddziływnie dwóch lub więcej czynników (elementów, zespołów, technologii, itp.): - skuteczniejsze niŝ prost sum ich oddzielnych dziłń, - równe sumie ich oddzielnych dziłń, - mniej skuteczne, le zwsze większe niŝ oddzielne dziłnie pojedynczego czynnik. We wszystkich przypdkch mogą być uzyskiwne włściwości nowe, niewystępujące przy dziłniu tylko jednego czynnik. Stąd wyróŝni się (np. dl określonej włściwości ): - synergizm cłkowity (pełny), tzw. efekt 22 = 5 występuje, gdy > ( 2 ), - synergizm ddytywny (dodjący), tzw. efekt 22 = 4 występuje, gdy = ( 2 ), - synergizm niecłkowity (niepełny), tzw. efekt 22 = 3 występuje, gdy < ( 2 ). k s > ( 2 ) 2 = ( 2 ) 2 < ( 2 ) ) b) c) 2 2, b, c...n 2...x,b,..n cłkowity ddytywny niecłkowity Grficzne obrzy synergizmu w technice Biorąc pod uwgę ilość oddziłujących czynników, synergizm moŝe być: ) jednowłściwościowy oddziływnie n dwóch czynników n jedną włściwość, b) kilkuwłściwościowy oddziływnie dwóch czynników n kilk włściwości, c) wielowłściwościowy oddziływnie wielu czynników n wiele włściwości. (kŝdy z nich moŝe być: cłkowity, ddytywny lub niecłkowity).

3 mteriłów mteriłowy to efekt jednoczesnego oddziływni pierwistków (bądź skłdników) tworzących mterił w stnie stłym lub ciekłym. mteriłów STOPY KOMPOZYTY synergizm pierwistków synergizm komponentów Stop to tworzywo skłdjące się z metlu podstwowego, stnowiącego osnowę, do którego wprowdzono przynjmniej jeden pierwistek stopowy (metl lub niemetl) w celu zminy włściwości tegoŝ metlu w Ŝądnym kierunku. N odkrytych pierwistków Ŝ 76 to metle, z których w technice zstosownie znjduje głównie około 20 pierwistków. Stopy njczęściej wytwrzne są metlurgicznie przez stpinie skłdników stąd ich nzw, le mogą być teŝ wytwrzne przetopieniowo (lserowo, elektronowo, plzmowo, dyfuzyjnie, mechnicznie metlurgi proszków lub elektrolitycznie. Włściwości Pierwistek stopowy Si Mn Cr Ni Al W V Co Mo Cu S P Twrdość - - Wytrzymłość - - Gr. plstyczności - - WydłuŜenie PrzewęŜenie SpręŜystość śrowytrzym mechniczne Włściwości stopów metli są głównie funkcją ich skłdu pierwistkowego, le równieŝ zleŝą od technologii ich wytwrzni (kolejności zbiegów, prmetrów). W tych włściwościch (tblic) przejwi się synergizm skłdników stopowych, który zznczono jko: brdzo mocny mocny. Kompozyt to kompozycj co njmniej dwóch mteriłów (komponentów), które mogą występowć oddzielnie, le w kompozycie tworzą nowy mterił o lepszych włściwościch. Kompozyty są mteriłmi tworzonymi w celu wykorzystni synergizmu skłdników. Skłdniki te zpewniją określone włściwości eksplotcyjne wyrobów, np. duŝą spręŝystość i mły współczynnik przewodzeni ciepł, duŝą Ŝroodporność i młą przewodność cieplną. Kompozyty mogą być: wrstwowe (umcnine włóknmi), spiekne lub komórkowe (konstrukcje ulowe). synergii ks R m % włókn B % stopu AL (osnow) E Moduł spręŝystości wzdłuŝnej E [GP] ,6,4,2,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Wytrzymłość n rozciągnie Rm [GP] N rysunku przedstwiono zleŝność współczynnik synergizmu wielkości R m i E kompozytu włóknistego od zwrtości włókien boru w osnowie ze stopów luminium Al. Uzyskn zleŝność jest ddytywn, czyli wzrost ilości skłdnik prowdzi do wzrostu synergizmu mteriłowego. Zwykle kŝdy kompozyt skłd się z osnowy (bzy) i umocnieni (zbrojeni). Jednymi orz drugim mogą być dowolne: metl, polimer, cermik (przykłdy: sklejk, beton, cermetle): - umocnienie, np. włókn celulozowe, grfitowe, szklne, orgniczne typu Kevlr, metlowe, - osnowy njczęściej wykonywne są z mteriłów miękkich (w porównniu z umocnieniem), orgnicznych w postci Ŝywic, cermiki (szkło, porceln, krzem), metlu (Al., Ti, Cu,Ni,Co) i in.

4 technologii Włściwości niemodyfikownych wrstw wierzchnich mogą okzć się niewystrczjące dl uŝytkownik i dltego poddwne są modyfikcjom z pomocą róŝnych technologii Zestw i kolejność technologii (opercji, zbiegów i czynności) to proces technologiczny wytwrzni przedmiotu, w trkcie relizcji którego nstępuje zmin ksztłtu i włściwości objętościowych przedmiotu. Dny ukłd technologii opisuje synergizm technologii wytwrzni. SYNERGIZM TECHNOLOGII Technologi Technologi 2 Technologi n Lepsze włściwości potencjlne powierzchni (jedn lub kilk) Technologiczn wrstw powierzchniow Eksplotcyjn wrstw powierzchniow PoŜądny stn eksplotcyjny powierzchni (przy dnym nrŝeniu zewnętrznym) wymg włściwego doboru liczby i kolejności technologii (, n) dl uzyskni efektu synergicznego. technologii jest efektem oddziływni kolejnych technologii procesu wytwrzni n uzyskne w ich wyniku włściwości przedmiotu. Wszystkie metody wytwrzni technologicznego wrstw powierzchniowych, w zleŝności od przewgi zjwisk lub rodzju oddziływni fizycznego, chemicznego lub fizykochemicznego n rdzeń lub podłoŝe, dzieli się n 6 grup:. Mechniczne wykorzystuje się ncisk nrzędzi (skrwnie) lub ncisk i energię kinetyczną (kulownie) w celu umocnieni n zimno wrstwy wierzchniej metlu. 2. Cieplne wykorzystuje się zjwisk związne z oddziływniem ciepł; grznie lserowe, elektronowe, plzmowe, łukowe. 3. Cieplnochemiczne wykorzystuje się połączone oddziływnie ciepł i ośrodk chemicznego ktywnego względem obrbinego tworzyw, np.: zotownie, cynkownie. 4. Elektrochemiczne wykorzystuje się redukcje elektrochemiczną (powłoki elektrolityczne). 5. Chemiczne wykorzystuje się rekcję chemiczną (powłoki mlrskie). 6. Fizyczne wykorzystuje się róŝne zjwisk fizyczne przebiegjące pod ciśnieniem tmosferycznym lub z obniŝonym z udziłem jonów lub pierwistków metli i niemmetli. Nie moŝn wykorzystywć tylko jednej metody do wytworzeni przedmiotu o Ŝądnych włściwościch. Zwsze wytworzenie włściwego przedmiotu wymg co njmniej kilku technologii, przy czym kolejność relizcji procesu technologicznego nie jest obojętn tblic. Przykłd współczynników synergizmu przez zstosownie róŝnych technologii obróbki Rodzj stli 30HGSA Sposób modyfikcji wrstwy wierzchniej Twrdość powierzchniow [HV] synergizmu twrdości [k H ] Normlizownie 236 Normlizownie kulownie 394,67 Normlizownie hrtownie 620 2,63 indukcyjne Normlizownie hrtownie 723 3, indukcyjne kulownie Ulepsznie cieplne 342 Ulepsznie cieplne kulownie 442,29 Ulepsznie cieplne hrtownie 80 2,37 indukcyjne kulownie technologii uwidczni się tym wyrźniej, im większy jest stopień doprcowni i skomplikowni konstrukcji orz technologii wytwrzni i eksplotcji ściślej im wyŝszy jest poziom techniki.

5 eksplotcji KŜde urządzenie jest budowne po to, by je eksplotowć. Cłoksztłt dziłń i czynności związnych z uŝytkowniem skutecznym, rcjonlnym, niezwodnym i energooszczędnym tworzy system eksplotcji (exploittion fr. uŝytkownie). W eksplotcji skupiją się synergiczne oddziływni mteriłu, konstrukcji, technologii tribologicznie współprcujących ze sobą elementów (pr trybologicznych) orz występujących oddziływń środowisk (obciąŝeni, korozj). SYNERGIZM EKSPLOATACJI = mteriłu konstrukcji technologii NjwŜniejszymi nrŝenimi eksplotcyjnymi są: korozj, trcie i zmęczenie Włściwości tribologiczne obejmują odporność n zuŝycie i współczynnik trci. Odporność n zuŝycie zleŝy w głównej mierze od rodzju obróbki trących się powierzchni, ntomist współczynnik trci związny jest z włściwościmi smrnymi wrstwy wierzchniej. związny z odpornością n zuŝycie powierzchni trących W tbeli obok zestwiono, przykłdowo, współczynniki synergizmu wzrostu wytrzymłości zmęczeniowej dl róŝnych opercji obróbkowych. związny ze współczynnikiem trci w węzłch tribologicznych W węzłch tribologicznych dąŝy się do uzyskni moŝliwie młego współczynnik trci w prktyce ozncz to zstępownie trci suchego (dwóch niesmrownych powierzchni) przez trcie płynne (dwóch powierzchni rozdzielonych wrstewką środk smrowego). trci zmniejsz się przez tkie dziłnie przeciętnie około 00 krotnie. Jego konkretn wrtość zleŝy to od zstosownych środków. Środki smrowe, w zleŝności skupieni, dzielą się n: płynne gzowe to głównie powietrze, dwutlenek węgl, zot, płynne ciekłe to oleje (minerlne i syntetyczne),wod, emulsje, plstyczne to zgęszczone oleje do 95 % oleju bzowego sole metli: C, N, K, Li, stłe to głównie grfit, dwusirczki, wodorotlenki, hlogenki, zotki, sirczny. DuŜe zminy w wrtościch współczynnik trci występuje głównie w przypdku mieszni róŝnych skłdników środków smrnych i dotyczy zwłszcz trzech osttnich grup środków smrowych. W tbeli obok pokzno, przykłdowo, współczynniki trci ruchowego stli n powietrzu przy róŝnych środkch smrowych. Opercj obróbkow synergizmu k zm krąŝkownie,,4 Obróbk mechniczn kulownie,,3 nwęglnie i hrtownie, 2,2 zotownie,,25 węglozotownie,3 Obróbk cieplno - chemiczn cyjnownie,8 Obr. ciepln hrtownie indukcyjne,2,6 Obróbk chromownie 0,66 0,9 (-) glwniczn niklownie 0,66 (-) trci µ stli ze środkiem Lekki olej mszynowy 0,6 Olej przekłdniowy 0,2 Olej silnikowy 0,20 Olej z grfitem 0,3 Kws oleinowy 0,08 Alkohol 0,40 Gliceryn 0,20 Specyficznym ukłdem eksplotcyjnym są konstrukcje z wbudownym środkiem smrowym, np. bezobsługowe łoŝysk smosmrowne, gdzie w mtrycę polimidową zostł wprowdzony grfit lub dwusirczek molibdenu występuje tu synergizm mteriłu, konstrukcji orz technologii.