معرفة

فشل تآكل التروس

 

I. آلية فشل تآكل التروس

1.1 تعريف ظاهرة التآكل

يُشير مصطلح "النقر" إلى حُفر صغيرة وسطحية تظهر في منطقة تلامس أسطح أسنان التروس. تتشكل هذه الحُفر عادةً نتيجةً لتفتت المادة الموضعي. في بداية التفتت، تكون عادةً بقعًا صغيرة. مع مرور الوقت واستمرار تأثير الحمل، تتمدد هذه البقع تدريجيًا وتتعمق وتتصل ببعضها البعض، مُشكلةً مناطق تفتت أكبر، مما يؤثر بشكل خطير على أداء عمل التروس.

 

1.2 المبدأ الميكانيكي للتنقيط

عندما يتشابك زوج من التروس مع بعضهما البعض، تتعرض أسطح الأسنان لإجهادات تلامس متناوبة. تحت التأثير المتكرر لإجهادات التلامس، ستعاني مادة سطح السن من تلف التعب. وفقًا لنظرية هرتز للتلامس، ستحدث إجهادات موضعية عالية جدًا عند نقاط تلامس أسطح الأسنان، وخاصة في المنطقة القريبة من خط الملعب، حيث تكون سرعة الانزلاق النسبية صغيرة نسبيًا، ويصعب تكوين طبقة الزيت، وتكون ظروف التزييت سيئة، ويكون إجهاد التلامس أكثر تركيزًا. عندما يتجاوز إجهاد التلامس حد تعب المادة، ستظهر شقوق صغيرة على سطح السن. مع استمرار دوران التروس، ستتوسع الشقوق تدريجيًا تحت تأثير الإجهاد المتناوب، مما يؤدي في النهاية إلى تساقط مادة سطح السن وتكوين الحفر.

1.3 عملية تطوير التآكل النقطي

يمكن تقسيم تطور التآكل النقطي عمومًا إلى ثلاث مراحل. المرحلة الأولى هي مرحلة التآكل النقطي الأولي، حيث تظهر حفر صغيرة على سطح السن. عادةً ما تكون هذه الحفر ناتجة عن عيوب مجهرية أو علامات معالجة على سطح المادة، والتي تُسبب أولًا تشققات تحت تأثير إجهاد التلامس. تكون هذه الحفر صغيرة ومتناثرة نسبيًا، ولها تأثير طفيف على أداء عمل الترس. المرحلة الثانية هي مرحلة التمدد. مع استمرار تشغيل الترس، تتمدد حفر التآكل النقطي الأولي تدريجيًا وتتعمق، وتتصل الحفر المجاورة ببعضها البعض، مُشكلةً مناطق تقشر أكبر. في هذه المرحلة، يزداد اهتزاز وضوضاء الترس بشكل ملحوظ، وتنخفض كفاءة النقل أيضًا. المرحلة الثالثة هي مرحلة التآكل النقطي الشديد. في هذه المرحلة، تتمدد مناطق التآكل النقطي على سطح السن بشكل أكبر، وتزداد ظاهرة التقشر، وتزداد خشونة سطح السن بشكل ملحوظ، وتنخفض قدرة الترس على تحمل الحمل بشكل حاد، وقد يؤدي ذلك إلى تعطله تمامًا.

 

II. العوامل المؤثرة على فشل تآكل التروس

2.1 العوامل المادية

تركيب المواد: تختلف الفولاذات ذات التركيبات المختلفة في خصائصها الميكانيكية ومقاومتها للتآكل النقطي. على سبيل المثال، تتميز الفولاذات السبائكية التي تحتوي على كميات مناسبة من عناصر السبائك، مثل الكروم والنيكل والموليبدينوم، بقوة وصلابة ومتانة أعلى، وبالتالي تتمتع بمقاومة أكبر نسبيًا للتآكل النقطي. في المقابل، تتميز الفولاذات الكربونية العادية بمقاومة أضعف نسبيًا للتآكل النقطي.

 

البنية الدقيقة للمواد: تؤثر البنية الدقيقة للمواد بشكل كبير على مقاومتها للتآكل النقطي. على سبيل المثال، تتميز التروس التي خضعت للمعالجة الحرارية المناسبة ببنية دقيقة متجانسة ذات حبيبات دقيقة، مما يعزز قوة المادة ومتانتها، وبالتالي يُحسّن مقاومتها للتآكل النقطي. على العكس من ذلك، إذا لم تكن البنية الدقيقة للمادة متجانسة، أو ذات حبيبات كبيرة أو عيوب أخرى، فمن المرجح أن تتشكل تركيزات إجهاد على سطح السن، مما يقلل من مقاومة التآكل النقطي.

 

صلابة المادة: بشكل عام، كلما زادت صلابة سطح السن، زادت مقاومته للتآكل النقطي. يمكن أن تُقلل زيادة صلابة سطح السن من خلال تصلب السطح، والكربنة، والنيترة، وغيرها من عمليات المعالجة الحرارية من احتمالية التآكل النقطي بشكل فعال. مع ذلك، يجب ألا تكون الصلابة عالية جدًا، لأن الصلابة المفرطة قد تجعل المادة هشة وعرضة للتشقق.

 

2.2 عوامل التحميل

حجم الحمل: كلما زاد الحمل الذي يتحمله الترس، زاد إجهاد التلامس على سطح السن، وبالتالي يزداد احتمال وسرعة ظهور التآكل. عندما يتجاوز الحمل حد تعب المادة، يتطور التآكل بسرعة، مما يؤثر بشكل خطير على عمر خدمة الترس.

طبيعة الحمل: إذا تعرض الترس لحمل صدمي أو حمل متناوب، فإن تباين الإجهاد على سطح السن يصبح أكثر تعقيدًا، مما يزيد من احتمالية إلحاق الضرر بالمادة نتيجة التعب، ويسرع من حدوث التآكل. على سبيل المثال، في بعض آلات البناء، غالبًا ما تتعرض التروس لأحمال صدمية مفاجئة، مما يزيد من متطلبات مقاومتها للتآكل.

 

2.3 عوامل التشحيم 

لزوجة زيت التشحيم: تؤثر لزوجة زيت التشحيم بشكل كبير على تأثير التزييت على سطح السن. يمكن لزيت التشحيم ذو اللزوجة العالية أن يُشكل طبقة زيتية أكثر سمكًا على سطح السن، مما يُوفر تزييتًا وعزلًا أفضل، ويُقلل من إجهاد التلامس على سطح السن، ويُقلل من حدوث التنقر. مع ذلك، فإن اللزوجة العالية جدًا ستزيد من مقاومة دوران التروس وتُقلل من كفاءة ناقل الحركة. لذلك، من الضروري اختيار زيت تشحيم ذي لزوجة مناسبة لظروف عمل التروس.

 

جودة زيت التشحيم: يتميز زيت التشحيم عالي الجودة بخصائص ممتازة مضادة للتآكل والتآكل والأكسدة، مما يحمي سطح الأسنان بفعالية ويطيل عمر التروس. على العكس، فإن زيت التشحيم منخفض الجودة عرضة للأكسدة والتلف، مما يُنتج مواد حمضية وشوائب، مما قد يُسبب تآكل سطح الأسنان ويُسرّع من ظهور الحفر.

 

طرق التزييت: تختلف طرق التزييت باختلاف تأثيرها على تزييت التروس. من طرق التزييت الشائعة التزييت بالغمر بالزيت والتزييت برذاذ الزيت. يُعد التزييت بالغمر بالزيت مناسبًا لنواقل الحركة منخفضة السرعة والخفيفة، بينما يُعد التزييت برذاذ الزيت مناسبًا لنواقل الحركة عالية السرعة والثقيلة، إذ يُزيل الحرارة وجزيئات التآكل المتراكمة على سطح السن بسرعة، مما يُحافظ على جودة التزييت.

 

2.4 عوامل المعالجة والتثبيت

دقة المعالجة: تؤثر دقة معالجة التروس بشكل كبير على جودة تلامس أسطح الأسنان. إذا لم تستوفِ مؤشرات دقة المعالجة، مثل خطأ شكل السن وخطأ محاذاة الأسنان، المتطلبات، فسيؤدي ذلك إلى تلامس غير متساوٍ على أسطح الأسنان، وتركيز إجهاد موضعي، وبالتالي زيادة احتمالية التنقر. على سبيل المثال، سيؤدي الخطأ المفرط في شكل السن إلى تداخل بين أسطح الأسنان أثناء عملية التشبيك، مما يؤدي إلى إجهاد تلامس موضعي مرتفع للغاية.

خطأ التركيب: أثناء تركيب التروس، في حال وجود أخطاء تركيب، مثل عدم توازي خطوط العمود وانحراف مسافة المركز، سيؤدي ذلك أيضًا إلى ضعف التلامس مع أسطح الأسنان، وتوزيع غير متساوٍ للقوة عليها، وتسريع ظهور التآكل. على سبيل المثال، يؤدي عدم توازي خطوط العمود إلى تحميل لامركزي أثناء تعشيق التروس، مما يؤدي إلى تحميل زائد على أسطح الأسنان المحلية.

 

ثالثًا. طرق الكشف عن تآكل التروس

3.1 الفحص البصري

الفحص البصري طريقة كشف بسيطة وبديهية. من خلال الملاحظة المباشرة لسطح سن الترس، يُمكن تحديد وجود نقرات وتوزيعها. عادةً، يُمكن استخدام أدوات مثل العدسات المكبرة للمساعدة في ملاحظة بقع النقرات الصغيرة. يُمكن للفحص البصري تحديد درجة النقرات في الترس مبدئيًا، ولكنه قد لا يكشف بدقة عن الشقوق المبكرة والنقرات الصغيرة المخفية داخل سطح السن.

 

3.2 اختبار الصلابة

يمكن لاختبار الصلابة أن يعكس تغيرات صلابة مادة سطح السن. في حال حدوث نقر على سطح السن، فقد تتغير صلابته. بإجراء اختبارات صلابة على أجزاء مختلفة من سطح السن ومقارنتها بقيم الصلابة الأصلية، يمكن تحديد ما إذا كان النقر قد أثر على أداء مادة سطح السن. تشمل طرق اختبار الصلابة الشائعة اختبار صلابة روكويل واختبار صلابة برينيل.

 

3.3 الاختبار غير المدمر

الفحص بالموجات فوق الصوتية: يكشف الفحص بالموجات فوق الصوتية عن وجود شقوق وعيوب أخرى داخل سطح السن. عند انتشار الموجات فوق الصوتية في المواد، وفي حال مواجهتها شقوقًا وعيوبًا أخرى، تتولد موجات منعكسة. من خلال تحليل خصائص الموجات المنعكسة، يمكن تحديد موقع وحجم وشكل العيوب. يتميز الفحص بالموجات فوق الصوتية بعمق كشف كبير وحساسية عالية، ولكنه قد لا يكون فعالًا في اكتشاف بعض الشقوق السطحية الصغيرة.

 

اختبار الجسيمات المغناطيسية: يُعدّ اختبار الجسيمات المغناطيسية مناسبًا للكشف عن الشقوق السطحية والقريبة من السطح في المواد المغناطيسية الحديدية. يُطبّق مجال مغناطيسي على سطح السن، وتُنشر الجسيمات المغناطيسية عليه. في حال وجود شقوق على سطح السن، تتجمع الجسيمات المغناطيسية عند الشق مُشكّلةً آثارًا مغناطيسية واضحة، تُظهر موقع وشكل الشقوق بصريًا. يتميز اختبار الجسيمات المغناطيسية بسهولة استخدامه وسرعة كشفه العالية، ولكنه يُستخدم فقط في المواد المغناطيسية الحديدية، وقدرة كشفه محدودة في الشقوق المفتوحة غير السطحية.

 

3.4 مراقبة الاهتزاز والضوضاء

أثناء عملية تآكل التروس، يتعرض اهتزازها وضوضاءها لتغيرات كبيرة. بتركيب مستشعرات اهتزاز وضوضاء لمراقبة إشارات اهتزاز وضوضاء التروس آنيًا وتحليلها ومعالجتها، يُمكن تحديد ما إذا كانت التروس تعاني من تآكل ومدى تطوره. على سبيل المثال، عند حدوث تآكل على سطح السن، ستظهر مكونات ترددية محددة في طيف إشارة الاهتزاز، ويزداد مستوى الضوضاء بشكل ملحوظ.