Με τον όρο φθορά εννοούμε την σταδιακή απομάκρυνση υλικού από μια μηχανολογική κατασκευή λόγω ασκούμενων φορτίων. Ουσιαστικά, η ταχύτητα φθοράς ενός μηχανικού συνόλου κάποιου οχήματος ορίζει και την διάρκεια ζωής του. Μεγάλος βαθμός φθοράς οδηγεί σε ολική αστοχία του εξαρτήματος και κατά συνέπεια του συστήματος, του οποίου αποτελεί τμήμα.

Κύριο χαρακτηριστικό της φθοράς είναι η βραδύτητα, με την οποία εξελίσσεται. Ο ρυθμός της είναι τόσο μικρός, που μέχρι πρότινος ήταν αδύνατον να ερευνηθεί και πολύ περισσότερο να υπολογιστεί.Όλοι έχουμε κάποια στιγμή παρακολουθήσει τηλεπαρουσιάσεις περασμένων δεκαετιών, που απεικονίζουν αυτοκίνητα να διασχίζουν όλη την υφήλιο στα πλαίσια των τελικών εργοστασιακών δοκιμών. Η αδυναμία πειραματικής μελέτης της φθοράς ανάγκαζε τα εργοστάσια να προβαίνουν σε τέτοιου είδους διαδικασίες, ούτως ώστε να διασφαλίσουν κατά το δυνατόν την αξιοπιστία τους.

Στη σημερινή εποχή, όμως, που το χαμηλό κόστος παραγωγής είναι το ζητούμενο και ο ανταγωνισμός καλπάζει, τέτοιες λύσεις μόνο αναχρονιστικές και αντιπαραγωγικές μπορούν να θεωρούνται, χωρίς βέβαια να αμφισβητήσουμε την αποτελεσματικότητά τους. Νέοι μέθοδοι, λοιπόν, αναπτύχθηκαν στοχεύοντας πάντα στη μείωση του κόστους ανάπτυξης και την μεγιστοποίηση της αξιοπιστίας. Αναφορικά μόνο θα πούμε, ότι σήμερα ο έλεγχος του βαθμού φθοράς επιτυγχάνεται με μεθόδους χημικής ανάλυσης των λιπαντικών, την χρήση ακτινών laser και την ακριβέστατη μέθοδο της καταγραφής ραδιοϊσότοπων.

Η φθορά μπορεί να διαιρεθεί σε πέντε κύριες κατηγορίες:

• Φθορά κόπωσης
• Φθορά λείανσης
• Φθορά πρόσφυσης
• Φθορά χημικής διάβρωσης
• Φθορά μηχανικής διάβρωσης

Η φθορά κόπωσης εμφανίζεται στις καταπονούμενες επιφάνειες χωρίς να έχουμε επαφή μεταξύ των μηχανολογικών στοιχείων. Παραδείγματος χάρη τέτοια φθορά μπορούμε να παρατηρήσουμε σε κάποιο έδρανο, το οποίο δεν έχει άμεση επαφή με τον στροφέα του λόγω ενδιάμεσου στρώματος λιπαντικού. Την εμφάνιση αυτού του είδους φθοράς έχουμε σε περιπτώσεις περιοδικά επαναλαμβανόμενης καθώς και εναλλασσόμενης καταπόνησης. Η καταπονούμενη επιφάνεια αρχικά εμφανίζει ρωγμές, που στη συνέχεια ενώνονται και καταλήγουν σε αποκόλληση του υλικού.

Η φθορά λείανσης αποτελεί έναν από τους συχνότερα εμφανιζόμενους τύπους φθοράς στις μηχανολογικές κατασκευές. Εμφανίζεται κατά την συνεργασία δύο σωμάτων, που έχουν μεγάλη διαφορά σκληρότητας. Καθώς το μαλακότερο υλικό πιέζεται και κινείται πάνω στο σκληρότερο, υπόκειται σε παραμόρφωση της επιφάνεια επαφής, η οποία ουσιαστικά χαράσσεται από τις μικροανωμαλίες της σκληρής επιφάνειας. Η φθορά επέρχεται με την απόσπαση υλικού από το μαλακότερο σώμα. Η φθορά αυτή μπορεί να παρατηρηθεί μεταξύ δύο συνεργαζόμενων στοιχείων, όπως κουζινέτου με στροφέα ή και μεταξύ περισσοτέρων στοιχείων, όπως κουζινέτου, στροφέα και εγκλωβισμένων ρινισμάτων στην μεταξύ τους επιφάνεια. Αν θεωρήσουμε σταθερό το φορτίο που πιέζει τις επιφάνειες, τότε η αντίσταση στη φθορά εξαρτάται μόνο από την σκληρότητα των επιφανειών. Πειραματικά αποδεικνύεται, ότι, για να εξασφαλίσουμε την αντοχή κάποιου υλικού στην λείανση, αρκεί να το κατασκευάσουμε 30% σκληρότερο από αυτό που συνεργάζεται. Μεγαλύτερη διαφορά στην σκληρότητα δεν επιφέρει μετρήσιμα οφέλη.

Τα ανωτέρω είδη φθοράς, που περιγράφτηκαν οφείλονται κυρίως σε δυνάμεις και τάσεις, που εφαρμόζονται στα υλικά. Σε αντιδιαστολή, η φθορά πρόσφυσης οφείλεται σε δυνάμεις, που σχηματίζονται μεταξύ των υλικών, λόγω της μεταξύ τους αλληλεπίδρασης. Σε αυτήν την περίπτωση έχουμε θραύση των μικροανωμαλιών των συνεργαζόμενων επιφανειών και δημιουργία δυνάμεων συνάφειας. Τα τμήματα του υλικού, που αποκολλούνται από το λιγότερο συνεκτικό υλικό εναποτίθεται στην επιφάνεια του συνεκτικότερου.

Για την μελέτη του φαινόμένου αυτού έχουν καταστρωθεί διάφορες πειραματικές διαδικασίες. Σε κάποιο πείραμά του ο Buckley έσυρε μια σφαίρα από σκληρό χαλκό πάνω σε επιφάνεια από μαλακότερο χαλκό. Αν και το φορτίο, που πίεζε την σφαίρα πάνω στην επιφάνεια δεν ήταν υψηλό, μετά από κάποιο μήκος τριβής, δημιουργήθηκε στην επιφάνεια διαγώνια ρωγμή κατά την φορά της δύναμης τριβής. Αυτό, λοιπόν, οφείλεται στη μεγάλη συνάφεια, που παρουσιάζουν μεταξύ τους τα μόρια του χαλκού.

Οι δυνάμεις πρόσφυσης επηρεάζονται άμεσα από τις συνθήκες του περιβάλλοντος και τυχόν υπάρχουσες ακαθαρσίες, γι' αυτό και είναι δύσκολο να υπολογιστούν. Γενικά, η φθορά πρόσφυσης εξαρτάται από την κρυσταλλική δομή των συνεργαζόμενων υλικών καθώς και τον προσανατολισμό των μορίων τους.

Αξίζει να σημειωθεί, ότι η διάχυση, ακόμη και μερικών μόνο κλασμάτων κάποιων στοιχείων στις συνεργαζόμενες επιφάνειες μπορούν να μειώσουν σημαντικά την τριβή πρόσφυσης. Στο χαρακτηριστικό αυτό βασίζεται η παραγωγή βελτιωμένων αντιτριβικών μέταλλων.

Γ.Γεωργάτος