TRIBOLOGIA TEORIA I PRAKTYKA v.XXXIX Nr 4, 2008 (220)



Norbert RADEK∗, Wojciech ŻÓRAWSKI∗

WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK WĘGLIKOWYCH MODYFIKOWANYCH WIĄZKĄ LASEROWĄ

TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF CARBIDES COATINGS MODIFIED BY LASER BEAM

Słowa kluczowe:

obróbka elektroiskrowa, obróbka laserowa, powłoka, tribologia

Key-words:

electro-spark deposition, laser treatment, coating, tribology
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

WSTĘP

Wysokie właściwości użytkowe elementów współczesnych urządzeń są otrzymywane między innymi poprzez zastosowanie nowych materiałów konstrukcyjnych, a także warstw ochronnych. Pozwalają one na znaczne podwyższenie odporności na zużycie ścierne i erozyjne, wytrzymałości zmęczeniowej itd.
Wśród wielu metod modyfikacji warstwy wierzchniej znaczące miejsce zajmują technologie nanoszenia powłok metalicznych o odmiennych, w stosunku do materiału podłoża właściwościach użytkowych. Jedną z nich jest metoda elektroiskrowa stosowana w różnych gałęziach przemysłu. Znalazła ona wraz z licznymi modyfikacjami trwałe miejsce w obszarze obróbek powierzchniowych. Zdecydowały o tym cechy omawianej metody, a w szczególności: możliwość lokalnego oddziaływania, możliwość nakładania cienkich (od 1 µm) i grubych (do 10 mm) szczelnych powłok z dowolnych materiałów metalicznych, niski koszt urządzenia do nanoszenia powłok [L. 1–2].
Powłoki elektroiskrowe posiadają pewne niedostatki, co z kolei istotnie obniża ich właściwości użytkowe. Wadami tej technologii są stosunkowo duże chropowatości oraz silny stan naprężeń rozciągających powłok nałożonych elektroiskrowo [L. 3–5]. Obecnie te dwa niepożądane efekty ukształtowanej powłoki ogranicza się obróbką mechaniczną np. poprzez nagniatanie diamentowymi kulkami, rolowanie. Chropowatość powierzchni powłoki może być kilkanaście razy większa od chropowatości materiału podłoża [L. 3]. Alternatywną metodą, którą można eliminować wady powłok elektroiskrowych, jest ich obróbka laserowa [L. 6–7].
W pracy określeno wpływ modyfikacji laserowej na wybrane właściwości tribologiczne powłok WC-Co naniesionych elektroiskrowo. Ocenę właściwości powłok po przetapianiu laserowym przeprowadzono na podstawie: obserwacji mikrostruktury, pomiarów mikrotwardości oraz badań tribologicznych.

Summary

Numerous research centres all over the world are being involved in the studies of laser surface modification. By controlling laser beam parameters, such as the amount of power, scanning speed, and pulse duration, it is possible to form coatings with different surface properties, including surface geometry, microhardness, residual stresses or wear resistance.
One of the cheapest and most common techniques is electrospark alloying (ESA) or electro-spark deposition (ESD), which, like laser treatment, requires employing a focused stream of energy.
ESD is used in various branches of industry, for instance, the automotive, space, aircraft, shipbuilding, armaments, and power industries, precision engineering, tool manufacturing and medicine.
Electro-spark deposited coatings possess certain drawbacks, which considerably decrease their application. The problem can be solved by treating the coatings with laser.
The paper is concerned with determining the influence of the laser treatment process on the properties of electro-spark coatings. The properties were assessed after laser treatment by analysing microstructure, measuring the microhardness, and tribological tests. The tests were carried out on WC-Co coating (the anode) obtained by electro-spark deposition over carbon steel 45 (the cathode) and molten with a laser beam. The coatings were deposited by means of the EIL-8A, and they were laser treated with the Nd:YAG, BLS 720 model.
The tests show that the laser-treated electro-spark deposited WC-Co coatings are characterised by lower microhardness and friction force and higher seizure resistance. The laser treatment process causes the homogenisation of the chemical composition, the structure refinement and the healing of microcracks and pores of the electrospark deposited coatings.
Laser treated electro-spark deposited coatings are likely to be applied in sliding friction pairs and as protective coatings.
∗ Politechnika Świętokrzyska, Katedra Inżynierii Eksploatacji, Aleja 1000-lecia P.P.7. 25-314 Kielce, tel. (0-41) 3424516, e-mail:
Tribo-08v39n4_p011.pdf (300.36 Kb)


Zygmunt RYMUZA∗

NANOTRIBOLOGIA

NANOTRIBOLOGY

Słowa kluczowe:

nanotribologia, tarcie, smarowanie, zużycie, cienkie warstwy, mikrosystemy, mikroskop sił atomowych (AFM)

Key-words:

nanotribology, friction, lubrication, wear, thin films, microsystems, atomic force microscope (AFM)
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

W artykule przedstawiono cechy charakterystyczne systemów nanotribologicznych (w odróżnieniu od systemów makrotribologicznych). Omówiono techniki badawcze i urządzenia do badań nanotribologicznych.
Zaprezentowano też podstawowe testy nanotribologiczne wraz z przykładami wyników badań. Przedstawiono także obszary badań nanotribologicznych i aktualne tendencje rozwojowe. Podane przykłady wykorzystania wyników badań nanotribologicznych.

Summary

This paper presents the characteristic features of nanotribological systems (as a contrast to macrotribological systems). Experimental techniques and test devices for nanotribological studies are described. The principal nanotribological tests, together with the examples of results are discussed. The areas of nanotribological research are reviewed showing the actual trends. Some examples of the application of the results of nanotribological studies are given.
∗ Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki, Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, ul. św. A. Boboli 8, 02-525 Warszawa, tel. 0-22 2348540, e-mail:
Tribo-08v39n4_p021.pdf (224.22 Kb)


Jan SADOWSKI∗

SPOSÓB OCENY LINIOWEJ INTENSYWNOŚCI ZUŻYWANIA

A METHOD OF EVALUATION OF LINEAR INTENSITY OF WEAR

Słowa kluczowe:

liniowa intensywność zużywania, droga tarcia, zużycie masowe

Key-words:

linear intensity of wear, friction way, mass wear
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

W pracy omówiono powszechnie stosowaną definicję liniowej intensywności zużywania. Zwrócono uwagę na to, że odniesienie ubytku linowego ciała do drogi tarcia wymaga uwzględnienia podziału tej drogi między elementami pary tarciowej. Konieczność ta wynika z zasady zachowania energii. Podano zasadę tego podziału i wprowadzono ją do definicji liniowej intensywności zużywania. Opracowano nowy sposób jej wyznaczania i nową jej interpretację jako wielkości systemowej.

Summary

In this thesis, the generally used definition of linear intensity of wear is presented. It is indicted that the reference of the means of linear object loss to friction needs the consideration of a means of division by the elements of the friction pair. This necessity is caused by the law of the conservation of energy. A rule of this division is provided and inserted into the definition of the linear intensity of wear. A new means of calculating it and its new interpretation as a system value was prepared. In this, the consideration mass wear of the tribology system and its separate elements and surface cover and friction mechanism were considered. On the selected example of tribology research, differences in the evaluations of the analysing measure of wear are illustrated and conclusions are formulated.
∗ Politechnika Radomska, Wydział Mechaniczny, ul. Malczewskiego 29, 26-600 Radom.
Tribo-08v39n4_p033.pdf (102.47 Kb)


Piotr SADOWSKI∗

ENERGIA AKUMULOWANA I ROZPRASZANA W PROCESIE ZUŻYWANIA ŚCIERNEGO

ACCUMULATE AND DISPERSION ENERGY IN THE PROCESS OF ABRASIVE WEAR

Słowa kluczowe:

zużywanie ścierne, energia akumulowana, energia rozproszona

Key-words:

abrasive wear, accumulate energy, dispersion energy
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

Pracę tarcia wyrażono jako sumę dwóch składowych − energii akumulowanej i rozpraszanej. Opracowano metodę ich określania. Uwzględniono: pracę tarcia, twardość materiału, obciążenie normalne pary tarciowej, liniową intensywność zużywania, wymiary powierzchni nominalnej styku ciał oraz parametr chropowatości powierzchni tarcia Ra. Wyznaczono współczynnik akumulacji energii. Przytoczono wybrane przykłady obliczeń składowych bilansu energii dla mechanizmu zużywania ściernego metali.

Summary

Friction work is expressed as a sum of two parts − accumulative and dispersed energy. The method of determining them was prepared. The following are considered: friction work, hardness of material, standard load of friction pair, linear intensity of wear, size of nominal surface of objects contact, and the parameter of the roughness of surface friction Ra. The coefficient of energy accumulation is calculated. Selected examples are given of parts of the energy balance calculations for the mechanism of metals abrasive wear.
∗ Politechnika Radomska, ul. Malczewskiego 29, 26-600 Radom.
Tribo-08v39n4_p041.pdf (110.30 Kb)


Jarosław SĘP∗

O WPŁYWIE OBWODOWEGO ROWKA NA CZOPIE NA NOŚNOŚĆ POPRZECZNEGO ŁOŻYSKA ŚLIZGOWEGO

THE INFLUENCE OF A CIRCUMFERENTIAL GROOVE ON JOURNAL BEARING LOAD CAPACITY

Słowa kluczowe:

łożysko ślizgowe, rowek obwodowy, nośność

Key-words:

journal bearing, circumferential groove, load
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki komputerowej symulacji przepływu oleju w łożysku ślizgowym z obwodowym rowkiem na czopie. Wykazano, że wykonany na czopie obwodowy rowek o odpowiednich wymiarach może powodować zwiększenie nośności łożyska.

Summary

Computer simulation of the oil flow in a circumferential grooved journal bearing is described in the third paper. A circumferentially grooved journal bearing as a limiting state of helical grooved journal bearing was analysed. An adiabatic model of the flow was discussed. The three-dimensional oil flow was described with the Navier-Stokes flow continuity and energy equations. The equation system was solved by the finite element method. Based on computer simulations for assumed eccentricity ratios, bearings selected static characteristics (the effect of groove depth on load capacity, effect of velocity on load capacity for different number of circumferential grooves) were obtained. It has been stated that the circumferential groove of suitable dimensions formed on the journal did not result in a decrease of load carrying capacity in relation to a conventional bearing.
∗ Politechnika Rzeszowska, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Katedra Technologii Maszyn i Organizacji Produkcji, al. Powstańców Warszawy 8, 35-959 Rzeszów, tel. (0-17) 8651512, e-mail:
Tribo-08v39n4_p051.pdf (437.95 Kb)


Jarosław SĘP∗, Lidia GAŁDA∗, Paweł PAWLUS∗, Waldemar KOSZELA∗

WYBRANE TECHNOLOGICZNE METODY ZWIĘKSZANIA ODPORNOŚCI NA ZUŻYCIE TRIBOLOGICZNE

SELECTED TECHNOLOGICAL METHODS USED FOR INCREASING WEAR RESISTANCE

Słowa kluczowe:

nagniatanie, kieszenie smarne

Key-words:

burnishing, oil pockets
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

W referacie przedstawiono cztery metody technologiczne stosowane do kształtowania określonych cech geometrycznych powierzchni (kieszeni smarnych), jakie opracowano w ostatnich latach w Katedrze Technologii Maszyn i Organizacji Produkcji Politechniki Rzeszowskiej. Zamieszczono również wybrane wyniki badań tribologicznych potwierdzające korzystny wpływ kieszeni smarnych na pracę węzłów tribologicznych.

Summary

Selected technological methods used for forming specific geometrical features of surface (oil pockets) worked out in recent years in the Department of Manufacturing Processes and Production Organisation are described. Chosen results of tribological examinations confirm the profitable influence of oil pockets on tribological pair operation.
∗ Politechnika Rzeszowska, Katedra Technologii Maszyn i Organizacji Produkcji, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów, tel. (0 17) 865 1807, fax. (0 17) 865 1184.
Tribo-08v39n4_p059.pdf (678.99 Kb)


Mariusz SICIŃSKI∗, Dariusz BIELIŃSKI∗∗, Jacek GRAMS∗∗∗, Michał WIATROWSKI∗∗∗∗

MODYFIKACJA WARSTWY WIERZCHNIEJ PRZECIWPRÓBKI ŻELAZNEJ WSPÓŁPRACUJĄCEJ Z POLIMEREM ZAWIERAJĄCYM SIARKĘ

THE SURFACE MODIFICATION OF IRON COUNTERFACE WEARING AGAINST A POLYMER CONTAINING SULPHUR

Słowa kluczowe:

guma, ebonit, polisulfon, kauczuk polisiarczkowy, żelazo, struktura sieci przestrzennej, tarcie, modyfikacja, warstwa wierzchnia

Key-words:

rubber, ebonite, polysulfone, polysulfide rubber, structure and crosslink density, friction, modification, surface layer
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

Badano stopień modyfikacji warstwy wierzchniej żelaza Armco w wyniku tarcia względem: ebonitu, siarkowego wulkanizatu kauczuku butadienowo-styrenowego (SBR), polisulfonu oraz kauczuku polisiarczkowego.
Metody: TOF – SIMS oraz konfokalna mikroskopia Ramana zgodnie potwierdziły obecność siarczku żelaza w warstwie wierzchniej przeciwpróbki metalowej w przypadku kontaktu tribologicznego z wulkanizatem SBR oraz kauczukiem polisiarczkowym. W przypadku kontaktu żelazo–ebonit potwierdzono obecność znacznej ilości FeS na powierzchni przeciwpróbki jedynie techniką TOF – SIMS; metodą konfokalnej spektroskopii Ramana stwierdzono jedynie obecność tlenków oraz niezidentyfikowanych związków węgla i wodoru. W przypadku modyfikacji ebonitem, wulkanizatem SBR oraz kauczukiem polisiarczkowym, odnotowano poprawę charakterystyki tribologicznej węzła. Powierzchnia żelaza poddana tarciu polisulfonem szybko ulegała zużyciu ściernemu, czemu towarzyszyło pogorszenie charakterystyk tribologicznych. W tym przypadku na powierzchni przeciwpróbki zaobserwowano jedynie śladowe ilości FeS (TOF – SIMS). Powiązano stopień modyfikacji powierzchni żelaza i jego wpływ na tarcie względem polimeru z obecnością i ilością siarki w strukturze materiału polimerowego.

Summary

The degree of surface layer modification of Armco iron due to friction against ebonite, sulphur vulcanite of styrene-butadiene rubber (SBR), polysulphone or polysulphide rubber, has been studied. TOF-SIMS and confocal Raman Microscopy both confirmed on the presence of iron sulphide in the surface layer of metal counterface after friction against SBR and polysulphide rubber. In the case of ebonite, significant amount of FeS in the metal was detected only by TOF-SIMS; Raman spectroscopy indicated only the presence of oxides and an unidentified material containing carbon and hydrogen. Tribological modification by ebonite, SBR and polysulphide rubber resulted in the improvement of frictional characteristics of the metal-polymer pair. The surface of the iron abrasion due to friction against the polysulphone was accompanied by the increase of friction. In this case, only traces of FeS were observed in metal (TOF-SIMS). The degree of the modification of the surface layer of iron and its influence on friction against the polymer have been explained by amount and presence of sulphur in the structure of polymer material.
∗ Instytut Technologii Polimerów i Barwników, Politechnika Łódzka, Łódź.
∗∗ Instytut Technologii Polimerów i Barwników, Politechnika Łódzka, Łódź. Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Oddział Elastomerów i Technologii Gumy, Piastów.
∗∗∗ Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej, Politechnika Łódzka, Łódź.
∗∗∗∗ Katedra Fizyki Molekularnej, Politechnika Łódzka, Łódź.
Tribo-08v39n4_p069.pdf (127.61 Kb)


Edward SIEK∗

MODELOWANIE FIZYCZNEJ SYMULACJI WYMUSZEŃ WYSTĘPUJĄCYCH NA LINII PRZYPORU SKOŚNYCH ZĘBÓW KÓŁ ŁATWODOCIERALNYCH PRZEKŁADNI WALCOWYCH

MODELLING THE PHYSICAL SIMULATION OF THE EXTORTION APPEARING IN THE LINE OF BUTTRESS OF THE HELICAL TEETH WHEELS OF THE EASILY REACHED CYLINDRICAL TRANSMISSIONS

Słowa kluczowe:

modelowanie, teoria podobieństwa, analiza równaniowa, badania modelowe, fizyczna symulacja wymuszeń, skośne zęby kół przekładni walcowych

Key-words:

modelling, the theory of the similarity, the analysis of equations, model investigations, the physical simulation of extortion, the helical teeth of the wheels of the cylindrical transmissions
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

W artykule przedstawiono problematykę modelowania procesów tarcia występującego przy współpracy skośnych zębów kół walcowych SZKW (łatwodocieralnych HB ᐸ 350 [MPa]. Do badań procesów tarcia i zużycia tego typu kół zębatych zastosowano oryginalny model fizyczny typu tarcza na osiemnastu trzpieniach. Omówiono specyfikę prowadzonych badań w symulacyjnym odwzorowaniu zużywania pary SZKW występującego tylko w kolejnych stykach lokalnych w trakcie narastania czoła linii styku tarciowego do max. długości, jednocześnie sumując zużycie wgłębne. To sumowanie (całkowanie) wykorzystano w przyjętym dla SZKW wskaźniku średniej intensywności zużywania tarciowego Izh[m/m]. Dla identyfikacji parametrów badań wykorzystano teorię podobieństwa. Współczynniki skal odwzorowanych w modelu wymuszeń wyznaczono stosując analizę wymiarową z ograniczeniami. Przyjęto wielkości determinujące prace SZKW. Zdefiniowano funkcję wiążącą charakterystyczne parametry wymuszeń wpływających na kinetykę tarciowego zużywania liniowego (wgłębnego). Otrzymano układ 15 równań, w których występuje 19 współczynników skali. Układ ten rozwiązano w czterech wariantach przyjętych ograniczeń, a wyznaczone skale konieczne do odwzorowania parametrów w modelu zestawiono w tabeli. Zależności te pozwalają ustalić cechy: geometryczne, materiałowe, wymuszeń styku tarciowego oraz warunki otoczenia poszukiwanego układu modelowego. Dodatkowa analiza pozwoliła skorygować skale niewygodne do praktycznego stosowania, poprzez zastosowanie w modelu symulującym zużywanie SZKW intensywniejszej wymiany ciepła z otoczeniem oraz użycie wskaźnika (simpleksu) dopasowania geometrycznego. Tak zidentyfikowane cechy wymuszeń zwiększają podobieństwo odwzorowania procesów tarciowych występujących w pracy SZKW i modelu.

Summary

The article considers the problems with modelling the processes of friction that appear during the cooperation of the helical teeth of the cylindrical wheels HTCW (easily reached HB < 350 [MPa]. In order to study the processes of friction and wear of the cogwheels of this type, the original physical model of the type shield on eighteen pins was applied. The nature of the conducted survey in the simulation of the wear and tear of the two HTCW that appeared only in the following local points of contact during the increasing front of the line of frictional point of contact till reaching the maximum length, at a time adding up the deep-seated wear and tear is discussed. This adding up (integration) was used in the established for the HTCW the rate of average intensity of the frictional wear Izh [m/m]. In order to identify the factors of the parameters of the study the theory of similarity was applied. The factors of the scales imitated in the model of friction were calculated using the linear analysis with some restrictions. The values influencing the work of HTCW were established. The function combining the characteristic parameters of friction influencing the kinetics of the frictional linear wear (deep-seated) were defined. The system of the fifteen equations appeared, where the nineteen factors of scale existed. This system was solved using four different restrictions and the established scales, necessary for imitating the parameters in the model were put together in a table. Such correlations let us set the following features: geometrical, material, the force of the frictional point of contact and the environmental conditions of the demanded model system. The additional analysis let us correct the scales uncomfortable in the practical usage in the model simulating the wear of the HTCW by the increasing intensity of the exchange of the heat and by applying the factor (simplex) of the geometrical adjustment. The features of extortion defined that way increase the probability of the imitation of the processes of friction appearing in the work of HTCW and in the model.
∗Politechnika Radomska, Instytut Budowy Maszyn, Zakład Technologii Bezwiórowych, ul. Krasickiego 54, 26-600 Radom, tel. 048 361-76-13, e-mail:
Tribo-08v39n4_p077.pdf (2.45 Mb)


Barbara SIEPRACKA∗,Jerzy SZUMNIAK∗∗,

WPŁYW MATERIAŁU PARTNERA I ZAWILGOCENIA ŚRODOWISKA NA WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE POLIMEROWYCH KOMPOZYTÓW CIERNYCH

AN INFLUENCE OF COUNTER-SAMPLE MATERIAL AND ENVIRONMENTAL HUMIDITY ON TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF POLYMER FRICTION COMPOSITES

Słowa kluczowe:

polimery, kompozyty polimerowe, żeliwo, ceramika korundowa (Al2O3), ceramika cyrkonowa (ZrO2), współczynnik tarcia, zużycie, chropowatość, zwilżanie wodą

Key-words:

polymer, polymer composites, cast iron, corundum ceramics (Al2O3),zircon ceramics (ZrO2), friction coefficient, wear, roughness, water lubricating
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

Dla kompozytów ciernych z osnową z żywicy fenolowo-formaldehydowej wyznaczono niektóre charakterystyki tribologiczne. Kompozyt cierny kojarzony z powierzchnią: żeliwną, z ceramiki korundowej (Al2O3) i cyrkonowej (ZrO2), w czasie prób zwilżano wodą. Stwierdzono istotny wpływ zwilżania wodą na zmianę współczynnika tarcia, większy dla skojarzenia kompozyt–żeliwo oraz obniżony w stosunku do współpracy z żeliwem dla skojarzeń z Al2O3 i ZrO2, przy zbliżonej wartości zużycia.

Summary

The tribological characteristics were appointed for friction composites with phenol-formaldehyde matrix. Friction composite was combined with the cast iron surface, corundum ceramics (Al2O3), and zircon ceramics (ZrO2). During the tests, the cast iron surface was lubricated with water. The influence of water lubricating on the decrease of friction coefficient for couples with Al2O3 and ZrO2 ceramics was affirmed with similar wear.
∗ Politechnika Radomska, Wydział Materiałoznawstwa, Technologii i Wzornictwa, ul. B. Chrobrego 27, 26-600 Radom.
∗∗ WITPiS, ul. Okuniewska 1, 05-070 Sulejówek; Politechnika Warszawska, Wydział Transportu, ul. L. Narbutta 85, 02-524 Warszawa.
Tribo-08v39n4_p101.pdf (1.24 Mb)


Barbara SIEPRACKA∗,Jerzy SZUMNIAK∗∗

ZASTOSOWANIE RECYKLATU Z ZUŻYTYCH KLOCKÓW HAMULCOWYCH DO PRODUKCJI KOMPOZYTÓW CIERNYCH

APPLICATION OF RECYCLING OF THE WEAR BRAKING BLOCK TO PRODUCE A FRICTION COMPOSITE

Słowa kluczowe:

recykling, samochód, duroplasty, recyklat, wytwarzanie, kompozyt cierny, właściwości tribologiczne

Key-words:

recycling, car, hardening plastics, recyclate, production, friction composite, tribological properties
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

Uzasadniono celowość i możliwość recyklingu elementów samochodu wytwarzanych z duroplastów. Opracowano zarys technologii otrzymywania z recyklatu duroplastów materiału ciernego, którego właściwości zbadano w układzie hamulca tarczowego samochodu. Uzyskano poziom jakości wyrobów z recyklatu zbliżony do jakości wyrobów aktualnie produkowanych.

Summary

The advisability and reliability of recycling car parts fabricated with hardening plastics are investigated in this paper. The article shows an outline of the production technology of friction composite with hardening plastics whose properties were tested in a disk-brake system of a car. The obtained level of the quality of recycled products was similar to the quality level of currently produced products.
∗ Politechnika Radomska, Wydział Materiałoznawstwa, Technologii i Wzornictwa, ul. B. Chrobrego 27, 26-600 Radom.
∗∗ WITPiS, ul. Okuniewska 1, 05-070 Sulejówek; Politechnika Warszawska, Wydział Transportu, ul. L. Narbutta 85, 02-524 Warszawa.
Tribo-08v39n4_p113.pdf (122.90 Kb)


Jan SIKORA∗

WSPÓŁCZESNE ESTYMATORY WYTRZYMAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ ŚLIZGOWYCH ŁOŻYSK POPRZECZNYCH

CONTEMPORARY ESTIMATES OF FATIGUE STRENGTH OF JOURNAL BEARING SLIDE LAYER

Słowa kluczowe:

łożyska ślizgowe poprzeczne, wytrzymałość zmęczeniowa, materiały łożyskowe, badania doświadczalne.

Key-words:

plain journal bearings, fatigue strength, bearing alloys, experimental research
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

Metodyka badań zmęczeniowych łożysk łączy procedurę obliczania naprężeń w warstwie powierzchniowej panwi z doświadczalnym wyznaczaniem krytycznych obciążeń łożyska w warunkach pełnego filmu olejowego. Z osiągnięciem stanu granicznego warstwy ślizgowej kojarzy się rozmaite kryterialne wielkości dynamiczne, określające wymuszenia lub ich skutki. W pracy scharakteryzowano powszechnie stosowane estymatory wytrzymałości zmęczeniowej warstwy ślizgowej łożysk, wyznaczane doświadczalnie: maksymalne naciski obliczeniowe w czasie cyklu obciążenia, maksymalne ciśnienie w filmie smarowym, rozstęp ciśnienia w filmie podczas cyklu obciążenia, krytyczne wartości naprężeń obwodowych oraz wartości naprężeń zredukowanych w warstwie ślizgowej. Przedstawiono i przedyskutowano oryginalną postać estymatora wytrzymałości zmęczeniowej określonego jako parametr zmęczenia, zaproponowaną przez badaczy japońskich. Estymator ten uwzględnia oddziaływanie czynników o różnych podstawach fizycznych: pik ciśnienia w filmie olejowym, straty tarcia w łożysku oraz zużycie początkowe powierzchni ślizgowej.

Summary

The contemporary approach to the experimental evaluation of estimates of bearing fatigue strength is presented and analysed in the paper. The idea of bearing fatigue research methodology comprises the load or stress calculation method and experimental investigation of bearing bushes under conditions of full lubrication. The idea of searching for the best estimate of-bearing fatigue is based on the assumption that a variable hydrodynamic pressure in the oil film is a main dynamic load component which brings about critical values of stresses in the alloy lining of the bearing leading to fatigue. Basic criteria, such as peak specific load, maximum hydrodynamic pressure, maximum variation in hydrodynamic pressure, and parameters based on stress analysis are briefly characterised. A new criterion for the evaluation of bearing fatigue properties called a fatigue parameter is also described and critically analysed. The fatigue parameter comprises the variables connected with different physical phenomena: oil film peak pressure, friction losses in bearing and initial wear of bush surface layer.
∗ Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk.
Tribo-08v39n4_p125.pdf (123.82 Kb)


Leszek SKOCZYLAS∗

POŚLIZG OBTACZANIA ZĘBÓW W ZAZĘBIENIU PRZEKŁADNI ŚLIMAKOWEJ

RUBBING OF TEETH REELING IN WORM TRANSMISSION

Słowa kluczowe:

przekładnie ślimakowe, zazębienie, prędkość poślizgu

Key-words:

worm gears, meshing, rubbing speed
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

Artykuł przedstawia sposób obliczenia prędkości poślizgu międzyzębnego przekładni ślimakowej, wynikającej z obtaczania zębów. Obliczenia oparte są na współrzędnych linii styku zębów przekładni. Artykuł zawiera również przykładowe wartości prędkości poślizgu na boku zwoju ślimaka obliczone dla wybranych parametrów przekładni ślimakowej. Wyniki przeprowadzonych obliczeń omówiono i przedstawiono nasuwające się wnioski.

Summary

The paper presents the method of calculation of inter-teeth worm gear rubbing speed from teeth reeling. The calculations are based on the coordinates of contact line of gear teeth. The paper also contains examples of tooth flank rubbing speed calculated for selected parameters of a worm gear. The results of the calculation are described and some conclusions are presented.
∗ Politechnika Rzeszowska, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, al. Powstańców Warszwy 8, 35-959 Rzeszów.
Tribo-08v39n4_p137.pdf (291.12 Kb)


Arkadiusz STACHOWIAK∗, Wiesław ZWIERZYCKI∗

WSTĘPNA WERYFIKACJA MODELI OBLICZENIOWYCH ZUŻYWANIA KOROZYJNO-MECHANICZNEGO

INITIAL VERIFICATION OF CORROSIVE AND MECHANICAL WEAR COMPUTATIONAL MODELS

Słowa kluczowe:

zużywanie korozyjno-mechaniczne, model matematyczny

Key-words:

corrosive and mechanical wear, mathematical model
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

W artykule scharakteryzowano modele opisujące proces zużywania korozyjno-mechanicznego powierzchni chropowatych w węzłach ślizgowych. Modele opracowano wykorzystując koncepcję superpozycji oddziaływań mechanicznych i korozyjnych, przyjmując dwa różne mechanizmy determinujące usuwanie kolejnych warstw materiału:
− zmęczenie niskocyklowe deformowanych w styku tarciowym mikrochropowatości,
− propagacja pęknięcia korozyjno-zmęczeniowego wzdłuż granic elementów strukturalnych materiału.
Ponadto dokonano weryfikacji opracowanych modeli porównując wyniki obliczeń z rezultatami badań uzyskanymi na zmodyfikowanym stanowisku typu pin-on-disk. Eksperymenty wykonano dla stali 0H18N9 w 3,5% roztworze chlorku sodu przy obciążeniu rzędu 5N (około 12,5 MPa) i częstotliwości drgań trzpienia 5 Hz. Wstępne analizy wskazują zbieżność wyników na poziomie około 20%.

Summary

In the article were characterised models describing process of corrosive and mechanical wear of rough surfaces in the sliding pairs. The models were elaborated using an idea of corrosive and mechanical reaction by undertaking 2 different mechanisms, which determine removing of following substance layers:
− Low-cycle fatigue deformation in the contact area of frictional microroughnesses,
− Corrosive and fatigue crack propagation along borders of structural elements.
Moreover, the verification of elaborated models by compering the results of computation and research on modified stand type pin-on-disk was achieved. The experiments were realised for steel 0H18N9 in 3.5% diuration of NaCl by loading in the range of 5N (about 12.5 MPa) and pin frequency vibrations 5 Hz. Initial analyses show about 20% convergence of results.
∗ Politechnika Poznańska, Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, tel. (0-61) 665-22-36, e-mail: , tel. (0-61)665-26-55 e-mail:
Tribo-08v39n4_p145.pdf (222.31 Kb)


Wojciech TARASIUK∗, Bazyli KRUPICZ∗

ANALIZA ZUŻYCIA PŁYT FORMY CEGŁY WAPIENNO-PIASKOWEJ

WEAR ANALYSIS OF PLATES FORMING A LIME-SAND BRICK MOULD

Słowa kluczowe:

cegła silikatowa, zużycie form, formowanie

Key-words:

lime-sand brick, wear form, formation
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

W pracy przedstawiono analizę zużycia płyt formy cegły wapienno-piaskowej. Nierównomierny rozkład ubytków jest efektem sił tarcia w warunkach przemieszczania się mieszanki wapienno-piaskowej i odpowiednio wysokich nacisków na ścianki form. Podczas formowania wyrobu istniał również nierównomierny rozkład sił prasowania oddziałujących na poszczególne jego elementy. Skutkowało to niejednorodnością zagęszczenia. Potwierdziły to badania gęstości i chłonności wody. Płyty form w miejscu największego zagęszczenia wyrobu posiadały największe zużycie. Mapę zużycia płyt sporządzono na podstawie wyników pomiarów uzyskanych za pomocą maszyny współrzędnościowej Mistral. Wyniki pomiarów zużycia płyt i twardości opracowywano z użyciem programu SigmaPlot.

Summary

The paper describes an analysis of the usage of plates of the mould used in the lime-sand, brick production process. Uneven distribution of the material loses was caused by the friction forces created during the movements of the lime-sand mixture and high pressures on the mould walls. During the formation of the product, there was also uneven distribution of pressing forces affecting each element. This caused a heterogeneous density that is proven by the density and water absorption examinations. Mould plates were damaged most in the highest density of product areas. A diagram of the usage of plates was created using the results obtained from the Mistral coordinates measuring machine. The results of the usage of plates and hardness examinations were elaborated with SigmaPlot software.
∗ Politechnika Białostocka, Wydział Mechaniczny, tel. (085) 746-93-14 e-mail: , tel.: (0-85) 746-93-05 e-mail: ,
Tribo-08v39n4_p155.pdf (1.80 Mb)


Krzysztof TUBIELEWICZ∗, Andrzej ZABORSKI∗

PRZEBIEG PROCESU ZUŻYWANIA NAGNIATANYCH WARSTW WIERZCHNICH

THE PROCESS OF THE WEAR OF BURNISHED TOP LAYERS

Słowa kluczowe:

obróbka nagniataniem, zużycie powierzchni

Key-words:

burnishing working, surface wear
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

W opracowaniu przedstawiono wyniki badań przebiegu procesu zużycia w warunkach tarcia techniczne suchego warstw wierzchnich po wybranych sposobach obróbki nagniataniem naporowym powierzchni zewnętrznych. Przeanalizowano przebieg i rezultaty procesu zużycia powierzchni nagniatanych naporowo tocznie kulką i krążkiem oraz powierzchni nagniatanej ślizgowo kulką. Przedstawiono opis mechanizmu zużycia i wyniki porównawcze wielkości zachodzącego zużycia badanych powierzchni.

Summary

The paper presents the results of studies on the wear process occurring under technically dry friction conditions on top layers obtained by selected methods of pressure burnishing of external surfaces. The progress and results of the process of the wear of surfaces rolling pressure burnished with a ball and with a roller, respectively, as well as of a surface sliding burnished with a ball are analysed. A description of the wear mechanism is given, and comparative results for the magnitude of the occurring wear of the surfaces examined are provided. The wear process introduces qualitative changes to all initial (engineering) properties, such as the stereometric state and the physical and physicochemical properties of top layers (with service top layers being formed). Thus, it leads to changes in the service properties of the post-operation top layer. These changes may be programmed by means of the appropriate selection of the method and parameters of surface finishing by burnishing. As the result of wear, the substitution of the technological sub-surface layer with a new layer formed during the wear process occurs. Change in the state of stresses remaining after the working and the removal of the most strain-hardened layer takes place. However, these changes, occurring as a result of wear, are largely determined by the features resulting from the surface finishing of technological top layers.
∗ Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji, ul. Armii Krajowej, 42-200 Częstochowa, tel. (0-34) 325-05-09.
Tribo-08v39n4_p165.pdf (6.73 Mb)


Bogdan WARDA∗

EKSPERYMENTALNE BADANIA TRWAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ ZAZĘBIENIA OBIEGOWEJ PRZEKŁADNI CYKLOIDALNEJ

FATIGUE LIFE TESTING OF MESHING OF THE CYCLO GEAR

Słowa kluczowe:

trwałość zmęczeniowa, węzły toczne, przekładnia cykloidalna

Key-words:

fatigue life, rolling couples, Cyclo gear
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

Praca poświęcona jest doświadczalnym badaniom trwałości zmęczeniowej węzłów tocznych obiegowej przekładni cykloidalnej. Zaprezentowano stanowisko badawcze, opisano metodykę badań oraz omówiono rezultaty badań trwałości zmęczeniowej. Podczas eksperymentu skupiono się głównie na badaniu trwałości zmęczeniowej zazębienia cykloidalnego.
Badania prowadzono aż do zaobserwowania wykruszeń zmęczeniowych na powierzchni roboczej zębów kół obiegowych. Wyniki badań eksperymentalnych porównano z wynikami komputerowych obliczeń przewidywanej trwałości zmęczeniowej węzłów tocznych obiegowej przekładni cykloidalnej. Wykazana doświadczalnie trwałość zazębienia kół obiegowych przekładni jest bliska prognozowanej trwałości, obliczonej według hipotezy nieograniczonej wytrzymałości przy uwzględnieniu istniejących warunków smarowania i stopnia zanieczyszczenia środka smarnego, a zarazem mniejsza od trwałości otrzymanej zgodnie z metodą zakładającą zawsze ograniczoną trwałość zmęczeniową.

Summary

The paper concerns the fatigue life testing of rolling couples of the Cyclo gear. The test rig for fatigue life tests, the method of testing and the results of experiment are presented.
The prototype of the Cyclo gear made by OBRDiUT “DETRANS” in Bytom was the object of experiment. The power transmission system in the prototype gear consists of three rolling couples connected in a series: the central cylindrical roller bearings, mounted on the eccentric seated on the drive shaft, the set of rolling bolts in straight-line mechanism seated on the output shaft, and the special cycloid meshing. The meshing is created by two planetary gears, displaced against each other with π angle, mating with set of rollers fixed in the gear housing. The nominal profile of planetary gears toothing is an equidistant of curtate epicycloid.
The experiment was mainly concentrated on fatigue life testing of the Cyclo gear meshing. The test was run until pitting on working surface of the teeth of planetary gears was observed. After end of every test cycle, it was also checked to see if the simultaneous fatigue wear of the other elements of Cyclo gear accompanied the failure of planetary teeth of the gears.
The experimental investigations showed the fatigue wear on working surface of planetary gears’ teeth, while on surface of rollers of mating gear the only mating marks were visible. Pitting was also found on the inner ring races of central bearings.
Fatigue life test results were compared with computer calculation results of predicted fatigue life of rolling couples of the Cyclo gear. The experimental results were compatible with the calculation results. The durability of the Cyclo gear meshing is close to the predicted fatigue life obtained according to the unlimited fatigue life hypothesis that allowed taking into consideration the effect of existing contamination and lubrication conditions on the fatigue life. The durability is smaller than the durability received according to the method assumed simultaneously always-limited fatigue life. The fatigue life test results are confirmed with the same or larger correctness of the unlimited fatigue life hypothesis.
∗ Politechnika Łódzka, Katedra Konstrukcji Precyzyjnych, ul. B. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, tel. 042 6312251, e-mail: .
Tribo-08v39n4_p175.pdf (1.03 Mb)


Wojciech WIELEBA∗, Wojciech GIDZIŃSKI∗

OPORY TARCIA W PARACH ŚLIZGOWYCH METAL–POLIMER, PRACUJĄCYCH W UKŁADZIE ODWRÓCONYM

FRICTIONAL RESISTANCE IN SLIDING PAIRS METAL–POLYMER OPERATING IN REVERSE MODE

Słowa kluczowe:

opory tarcia, materiały polimerowe, odwrócona para tarcia

Key-words:

frictional resistance, polymer materials, reversed friction pair
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

Ślizgowe skojarzenie materiałów o różnej twardości np. materiału polimerowego z materiałem metalicznym w elementach maszyn występuje w jednym z dwóch wariantów:
− prosta para tarcia – obszar styku współpracujących ślizgowo materiałów nie przemieszcza się podczas ruchu na powierzchni elementu polimerowego,
− odwrócona para tarcia – obszar styku na powierzchni elementu polimerowego zmienia swoje położenie podczas ruchu.
W zależności od wariantu pary ślizgowej można zaobserwować różnice w procesie tarcia i zużywania materiału polimerowego.
Do badań porównawczych wybrano politetrafluoroetylen (PTFE) jako bazowy materiał polimerowy oraz trzy kompozyty utworzony na jego osnowie:
a) TK22G3 – PTFE + 22% wag. koksu + 3% wag. grafitu,
b) TSt40 – PTFE + 40% wag. proszku stali
c) TB60 – PTFE + 60% wag. proszku brązu cynowego o wielkości ziarna do 60 µm.
Uzyskane wyniki badań wykazały istotny wpływ wariantu skojarze- nia (metal–polimer, polimer–metal) na wartość współczynnika tarcia. Dla wszystkich badanych skojarzeń, w których polimerowa próbka (sworzeń) współpracowała z stalowym przeciwelementem (tarcza) współczynnik tarcia był większy niż w przypadku, w którym stalowa próbka ślizgała się po polimerowej tarczy wykonanej z materiału polimerowego. Zaobserwowane różnice dla takich samych skojarzeń materiałowych różniących się wariantem materiału, z którego wykonano przeciwelement, wynikają prawdopodobnie z różnej temperatury tarcia, jaką osiągały współpracujące materiały. Wyższa temperatura tarcia dla wariantów, w których próbka była wykonana ze stali, wynika przede wszystkim z mniejszej zdolności odprowadzania ciepła do otoczenia poprzez elementy metalowe, gdyż elementy wytworzone z materiałów polimerowych posiadają znacznie mniejszą przewodność cieplną.

Summary

A sliding combination of materials representing different hardness, e.g. polymer material combined with metallic material, in machine elements occurs in one of the following two variants:
− Simple friction pair – The contact area of the materials co-operating in a sliding manner is not relocating during the movement on the surface of the polymer element.
− Reversed friction pair – The contact area of the surface of the polymer element changes its position during the movement.
Depending on the variant of sliding pair, the differences in the friction and wear process of polymer material can be observed.
For the purpose of comparative tests, there have been polytetra-fluoroethylene (PTFE) as a basic polymer material and three composites that were formed on its base, chosen as follows:
− TK22G3 – PTFE + 22% of the coke weight + 3% of graphite weight,
− TSt40 – PTFE + 40% of steel dust weight,
− TB60 – PTFE + 60% of tin bronze dust weight of grain size up to 60 µm.
Test results demonstrated the significant influence of combining variants of the sliding pair (metal-polymer, polymer-metal) on the value of the friction coefficient. In all the combinations tested in which the polymer specimen (pin) was co-operating with a steel counterface (disc), the friction coefficient was higher than in the situation when the steel specimen was sliding on the polymeric disc.
The differences observed in identical material combinations that differ in material variant of which the counterface was made probably result from different temperatures that the co-operating materials have reached. A higher temperature for variants in which the specimen was made of steel results primarily from the lower capability to exhaust the heat via metal elements, because the elements made of polymer materials have considerably lower thermal conductivity.
∗ Politechnika Wrocławska, Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, ul. I. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław, e-mail:
Tribo-08v39n4_p185.pdf (2.41 Mb)


Krzysztof WIERZCHOLSKI∗

FRICTION FORCES IN THE GAP OF MICROBEARINGS WITH PARABOLIC SHAPES

SIŁY TARCIA W SZCZELINACH MIKROŁOŻYSK O PARABOLICZNYCH KSZTAŁTACH

Key-words:

parabolic, journals, micro bearing of computer disks, memory of capacity

Słowa kluczowe:

paraboliczne, czopy ,mikro-łożyska dysków komputerowych, pamięć nośności
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Summary

This paper presents the friction forces calculation in hydrodynamic HDD micro-bearing lubrication with parabolic shapes of journals. One of the reason of such bearing shapes is that parabolic journals have contributed to changing (increasing or decreasing) the memory capacity of a HDD hydrodynamic micro-bearings occurring in computer disks. Such properties are very important and necessary in HDD micro-bearings.
Up to now, G. H. Jang, C. S. Kim, J. W. Yoon, AND S. H. Lee have been considering the dynamic behaviour of HDD spindle systems with fluid dynamics of micro-bearings. In the last scientific papers of G. H. Jang, C. S. Kim, J. W. Yoon, and S. H. Lee, the increases of the memory capacity in fluid dynamic HDD micro-bearings was simulated only by the bearing width and by the herringbone or spiral grooves located on the sleeve and journal surfaces.

Streszczenie

Niniejsza praca przedstawia obliczanie sił tarcia w mikrołożyskach o parabolicznych i hiperbolicznych kształtach czopów. Jedną z przyczyn takich kształtów mikrołożysk jest to, że hiperboliczne i paraboliczne czopy umożliwiają symulacje wzrostu oraz spadku pamięci nośności hydrodynamicznych mikrołożysk HDD występujących w dyskach komputerowych. Takie własności są bardzo ważne oraz niezbędne w hydrodynamicznych łożyskach HDD.
Do tej pory badania naukowe w tym zakresie były prowadzone przez G.H. Jang oraz C.S. Kim, J.W. Yoon, S.H. Lee. W ostatnich pracach tych autorów symulacja pamięci nośności hydrodynamicznej w mikrołożyskach HDD była dokonywana wyłącznie poprzez zmiany ich długości oraz poprzez kształtowanie powierzchni nośnych czopa i panewki na wzór jodełki z wyciętymi mikrorowkami.
∗ Gdynia Maritime University, Morska 83, 81-225 Gdynia, tel.: (58) 6901348 e-mail: ;
Tribo-08v39n4_p195.pdf (164.95 Kb)


Mirosław WITASZEK∗

THE INFLUENCE OF PRESSURE AND SLIDING VELOCITY ON THE WEAR OF A BAINITIC RAIL STEEL IN THE PRESENCE OF LUBRICANT

WPŁYW NACISKU I PRĘDKOŚCI ŚLIZGANIA NA ZUŻYCIE BAINITYCZNEJ STALI SZYNOWEJ W OBECNOŚCI ŚRODKA SMARNEGO

Key-words:

wear rate, rail steel, bainite, lubrication, sliding friction

Słowa kluczowe:

intensywność zużywania, stal szynowa, bainit, smarowanie, tarcie ślizgowe
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Summary

Significant costs of railroad operation are caused by wear of rails, especially in curved tracks. From this reason, there is a continuous effort to reduce it. Some possibilities of rail wear reduction are offered by lubrication of a tribological pair (rail head gauge side – wheel flange) and the development of new rail materials such as bainitic steels. This paper presents the results of oil – lubricated, sliding wear tests of a bainitic rail steel. These tests were performed on a modified Timken apparatus.
A contact of counter-bodies was non-conforming. Test results have been utilised to work out a quadratic function that describes the dependence between wear rate of the tested steel and selected working conditions, i.e. pressure and sliding speed. In the researched range of these conditions, only the effect of pressure is significant.

Streszczenie

Zużycie szyn generuje znaczące koszty eksploatacji linii kolejowych, stąd stałe dążenie do ograniczenia go. Możliwości osiągnięcia tego celu upatruje się w zastosowaniu smarowania w skojarzeniu obrzeże koła–powierzchnia boczna główki szyny oraz w poszukiwaniu nowych materiałów do wytwarzania szyn. Wśród eksperymentalnych materiałów na szyny ważną rolę odgrywają stale bainityczne. W artykule przedstawiono wyniki badań zużycia bainitycznej stali szynowej, przy tarciu ślizgowym w obecności środka smarnego. Badania wykonano na zmodyfikowanym stanowisku Timkena w układzie o styku skoncentrowanym. Ich wyniki wykorzystano do określenia funkcji opisującej zależność zużycia od badanych parametrów eksploatacyjnych, tj. nacisku i prędkości ślizgania. W badanym zakresie warunków współpracy istotny okazał się tylko wpływ nacisku.
∗ Politechnika Śląska, Katedra Eksploatacji Pojazdów Samochodowych (Silesian University of Technology, Department of Automotive Vehicle Service), ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, tel. (032) 603 41 52, fax. (032) 603 42 92, e-mail:
Tribo-08v39n4_p203.pdf (177.57 Kb)


Sławomir ZIMOWSKI∗, Wiesław RAKOWSKI∗

SELEKTYWNE PRZENOSZENIE W SYSTEMACH TRIBOLOGICZNYCH Z KOMPOZYTEM ŚLIZGOWO-SENSOROWYM

SELECTIVE TRANSFER IN THE TRIBOLOGICAL SYSTEMS WITH SLIDING–SENSOR COMPOSITE

Słowa kluczowe:

tarcie, warstwa przeniesiona, kompozyt piezorezystywny, rezystancja kontaktu

Key-words:

friction, transferred layer, piezoresistive composite, contact resistance
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

W opracowanym systemie diagnostycznym podstawowym elementem jest polimerowy kompozyt piezorezystywny, który pełni podwójną funkcję – materiału ślizgowego oraz czujnika zarówno siły, jak i temperatury w łożysku. Istotnymi składowymi sygnału pomiarowego takiego systemu są: rezystancja kompozytu, rezystancja kontaktu i rezystancja warstwy naniesionej. Tworząca się w procesie tarcia dodatkowa warstwa zaporowa nieznacznie zwiększa wartość rezystancji systemu. Ze względu na poprawne funkcjonowanie systemu diagnostycznego, w tym analizę sygnału pomiarowego, konieczna jest identyfikacja procesu przenoszenia warstewki oraz zbadanie jej właściwości. W pracy określono ilościowy udział rezystancji naniesionej warstwy w rezystancji całego systemu. Przedstawiono pomiary przewodności elektrycznej podczas tarcia kompozytu ślizgowo-sensorowego ze stalą. Opisano mechanizm przenoszenia kompozytu na stalową przeciwpowierzchnię oraz przeprowadzono analizę struktury naniesionej warstwy przy użyciu SEM.

Summary

The main element of the invented diagnostic system is a piezoelectric polymer composite that can fulfil a purpose of bearing materials and a sensor measuring load and temperature simultaneously. Electric conductivity of these composites is proportional to the applied thermal or mechanical stress and strain, and this phenomenon is called a “piezoresistive effect.” The important components of this diagnostic system are composite resistively, contact resistance, and interlayer resistance. The transfer of the layer is a typical phenomenon that proceeds during the friction of polymer composites. Due to proper operation of this diagnostic system with the analysis of the measured signal, it is necessary to identify the process of the layer transfer and to investigate its properties. An additional resistance layer, which is formed during friction, slightly increases the electric resistance of the system. The transferred layer consists of the electric conductive and non-conductive components simultaneously. The physical structure of this layer is different than the composite obtained in the chemical process. In this paper, the ratio of the electric resistance of the transfer layer in the system resistance was determined. The electric conductivity of the sliding-sensor composite with steel measured during friction was presented. The mechanism of the layer transfer on steel counterpart was described. The analysis of this layer structure was determined with the use of the SEM method.
∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków.
Tribo-08v39n4_p211.pdf (987.81 Kb)


Sławomir ZIMOWSKI∗, Wiesław RAKOWSKI∗, Marcin KOT∗, Łukasz MAJOR∗∗

MECHANIZM ZUŻYCIA POWŁOK WIELOWARSTWOWYCH TYPU METAL/CERAMIKA (CR/CRN)

WEAR MECHANISM OF THE METAL/CERAMIC MULTILAYERS COATINGS (CR/CRN)

Słowa kluczowe:

tarcie, odporność na zużycie, mikrotwardość, multiwarstwy, azotek chromu

Key-words:

friction, wear resistance, microhardness, multilayers, chromium nitride
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

Podczas tarcia powłok wielowarstwowych, zwłaszcza takich, które są złożone z warstewek o bardzo małej grubości, np. kilkudziesięciu nanometrów, zachodzi ciągła lub cykliczna zmiana warunków współpracy powierzchni w strefie styku. W wyniku niszczenia kolejnych warstw w strefie tarcia są obecne produkty zużycia o najczęściej skrajnie różnych właściwościach tribologicznych. W artykule przedstawiono wyniki badań tarcia i zużycia oraz twardości powłok jednowarstwowych – Cr i CrN oraz wielowarstwowych o 2, 4, 8 i 32 naprzemiennie ułożonych warstwach Cr/CrN. Przeciwpróbkami były kulka stalowa (100Cr6) oraz ceramiczna (Al2O3). Wszystkie powłoki miały grubość 1 µm i zostały nałożone na stal. Określono wpływ rodzaju skojarzonych materiałów na charakterystyki tarciowe. Przedstawiono analizę mechanizmu zużywania się powłok w powiązaniu z odpornością poszczególnych materiałów na zużycie oraz wpływ mechanizmu zużycia na charakterystyki tarciowe. Lepsze poznanie zjawisk towarzyszących tarciu powłok ceramika/metal pozwala na bardziej precyzyjne projektowanie tego typu materiałów na elementy węzłów tarcia.

Summary

During the friction of multilayer coatings, especially for very thin sublayers within the nanometer range, continuous or cyclic changes of friction conditions were observed. Wear debris of ceramic and ceramic/metallic coatings contain hard particles with sharp edges. These particles could remain in a friction zone and intensify the abrasion process by the micro-cutting of the softer material of the counterpart, for example steel. In the article, the results of tribological tests were presented. Single layers of Cr, CrN and multilayers of Cr/CrN with 2, 4, 8, 32 sublayers have been taken under examinations. The coatings with 1 µm thickness were deposited by PLD technology on a ferrite steel substrate. All investigations were carried out with the use of ball-on–disc tribometer and two ball materials – 100Cr6 steel and Al2O3. The influence of the friction pair materials on the friction process was determined. Wear mechanisms were analysed for all tested materials. Better understanding of wear phenomenon for ceramic/metal multilayers could be helpful for the proper design of such materials for friction nodes.
∗ Akademia Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, 30-065 Kraków, al. Mickiewicza 30, e-mail:
∗∗ Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków.
Tribo-08v39n4_p223.pdf (978.03 Kb)



Wojciech ŻÓRAWSKI∗

ODPORNOŚĆ NA ZATARCIE GALWANICZNYCH POWŁOK CHROMOWYCH I NATRYSKANYCH HVOF POWŁOK WC12Co

SCUFFING RESISTANCE OF ELECTROLYTIC HARD CHROME AND HVOF SPRAYED WC12CO COATINGS

Słowa kluczowe:

natryskiwanie cieplne, HVOF, chromowanie galwaniczne

Key-words:

thermal spraying, HVOF, chrome plating
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

Galwaniczne powłoki chromowe są szeroko stosowane jako ochrona części maszyn przed zużyciem i korozją. Proces nakładania tych powłok wiąże się jednak z powstawaniem kancerogennych odpadów. Wprowadzone zwiększone wymagania dotyczące ochrony środowiska narzuciły konieczność poszukiwań alternatywnych technologii nakładania powłok.
W pracy przedstawiono zalety natryskiwania naddźwiękowego i możliwości zastąpienia chromowania galwanicznego tą technologią. Przedstawiono własciwości powłok natryskanych naddźwiękowo i chromowych oraz wyniki badań ich odporności na zatarcie. Podano przykłady eliminacji galwanicznych powłok chromowych w wyniku zastosowania powłok natryskanych naddźwiękowo.

Summary

OSHA’s (Occupational Safety and Heath Administration USA) new standard for occupational exposure to hexavalent chromium (hex Cr) presents the users of thermal spray processes with both challenges and an opportunity. The new standard significantly lowers the PEL (Permissible Exposure Limit) for hex Cr from the prior level of -52 µg/m3 to 5 µg/m3 on an 8 hour time-weighted average. It also requires action, including continuously monitoring the concentration level that is above 2.5 µg/m3 and creates a requirement for manufacturers to keep below 1 µg/m3 to be reliably within the regulations.
In the industry, chromium electroplating was found suitable for applications in coating of new elements and reclamation of machinery parts. Various advantages of the chromium coatings play the decisive role - high hardness of chromium coating, high abrasion resistance, resistance against chemical action, and temperature and aesthetic appearance. Depending on intended use, chromium coatings may be applied with a bath containing trivalent or hexavalent chromium. Baths with trivalent chromium are applied only for obtaining very thin decorative coatings. Solutions containing hex Cr give coatings with much better properties but creating the biggest health risk for people. Hexavalent chromium is a carcinogenic agent, as well is responsible for allergies, irritation of skin and the respiratory track with contact of skin with the solution. The mist created during this process directly affects people. More over, the technological process of chromium electroplating is the source of many harmful wastes. The above mentioned problems, as well as the introduction of new regulations in the protection of environment made it necessary to search for new technologies. Thermal spray technologies (flame and plasma) were sprayed and were applied on many machinery parts instead of chromium electroplating, particularly when effect of scuffing was common. However, their wear resistance was lower than that of chromium plated coatings, and this made it impossible for popular application. Much better properties characterise HVOF (High Velocity Oxy Fuel) sprayed coatings, introduced in the middle of the 80s. A coating in this process is formed above others from particles in a high plastic state, because they stay in the gas stream very shortly, which avoids their oxidation and phase transformation. Additionally, the high kinetic energy of particles allows for their proper deformation, although they are not in a liquid state. Hence, a coating very well bonded with the substrate with minimal porosity (less than 1%) and excellent properties is obtained.
Chromium electroplated coatings and HVOF coatings show very high wear resistance, but tests on their durability are really time consuming. Tests of scuffing resistance allow one to obtain the important property of material in the hard conditions of collaboration in a shorter time. Comparative tests of scuffing resistance of both coatings under dry friction conditions were carried out with Falex T-09 tribological tester. Analysis of the microstructure of the sprayed coatings was carried out by Joel JSM-5400 SEM and EDS microprobe. The microhardness of chromium coating was 968 HV 0.1 and 1218 HV 0.1 for WC12Co coating. Surface roughness Ra was 0.11 and 0.10, respectively. It was assumed that scuffing phenomenon occurs at the moment of the truncation of the cooper pin attaching roaring counter-specimen. The loading force at which scuffing occurred was for chromium coating 268±98 N, and for HVOF coating 1853±136 N. Analysis of the loading force sequence of the chromium coated specimen shows that mating with 45 steel after heat treatment under dry friction conditions leads to scuffing from the beginning. Further decrease of the loading force indicates substantial loss of the substrate. HVOF coatings tolerates an increase in loading force very well. Degradation of HVOF coating does not occur. Under dry friction conditions, WC12Co coating shows much higher resistance against scuffing than chromium coating.
∗ Politechnika Świętokrzyska, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn, Katedra Inżynierii Eksploatacji, al. Tysiąclecia PP7, 25-314 Kielce, e-mail;
Tribo-08v39n4_p235.pdf (266.61 Kb)


Wojciech T. ŻUROWSKI∗

ZAGADNIENIE MINIMALIZACJI ZUŻYCIA CIERNEGO

THE PROBLEM OF THE MINIMISATION OF THE FRICTION-WASTE

Słowa kluczowe:

zużycie tribologiczne, odporność na zużywanie, tarcie suche

Key-words:

tribological wear, wear resistance, dry friction
TRIBOLOGIA v39, nr 4, 2008, (220)

Streszczenie

Zaproponowane przez B.I. Kosteckiego wyjaśnienie istoty zużywania utleniającego metali sprowadza się do jednoczesnego zachodzenia procesu deformacji materiału warstwy wierzchniej i jego utleniania (adsorpcja, dyfuzja, reakcje chemiczne). Wynikają z tego dwie drogi osiągnięcia warunku minimalizacji zużycia utleniającego.
Z pierwszej zasady termodynamiki można wysnuć wnioski co do warunków zużycia ujemnego, czyli nanoszenia tarciowego. W technice można go zastosować w procesie regenerowania węzłów tarciowych i w ten sposób minimalizować zużywanie. Podstawą w tym przypadku jest zjawisko przenoszenia materiału między powierzchniami tarcia oraz zjawisko nanoszenia tarciowego, występujące w określonych warunkach termodynamicznych.
Należy rozważyć kiedy i dlaczego obserwuje się wielokrotne przenoszenie materiału między elementami par tarciowych, poprzedzające opuszczenie strefy tarcia przez gotową cząstkę.

Summary

Proposed by B.I. Kosteckiego, the explanation of the creature of the waste oxidative of metals moves to simultaneous reaching of the process of the deformation of the material of the top-layer and to its oxygenation (the adsorption, the diffusion, chemical reactions). To mitigate this, there are two ways to minimise the waste oxidative. Firstly, one can control the degree of the resistance on the waste oxidative with the plastic proprieties of metals connected to the process of the friction. Secondly, one can bear on the chemical constitution of the “secondary (the external zone of the top-layer about changed chemical constitution with relation to of the core) structures” by the process control of the adsorption and the diffusion in the friction-point of the junction.
From the first rule of the thermodynamics, one can draw conclusions regarding conditions of the negative waste, that is to say bringing frictional. In the technique one can try him use in the process of regenerating of frictional hitches and like this minimalize the waste. A base in this instance is the occurrence of the transfer of the material between surfaces of friction and the occurrence of bringing frictional, occurrent under certain conditions thermodynamical.
We ought to consider when and why we observe the repeated transfer of the material between units of frictional couples the previous abandonment of the zone of the friction by the ready small part. From the physical point of view, most evidently the realization of the condition of the zero-waste is made difficult during single of contact of the inequality of surfaces spawning bodies. The upraised matter one ought to treat as open and exacting of the urgent decision.
∗ Politechnika Radomska, Instytut Budowy Maszyn, ul. Krasickiego 54, 26-600 Radom.
Tribo-08v39n4_p247.pdf (124.58 Kb)

Dalej: Uzupełnienie od: Krzysztof Tubielewicz at.al. do Jan Zwolak ...