TRIBOLOGIA TEORIA I PRAKTYKA v.XXXIX Nr 5, 2008 (221)

Streszczenie

W publikacji przedstawiono charakterystyki tribologiczne ekologicznych smarów plastycznych oraz tych samych smarów poddanych przedłużonemu ugniataniu, wpływającemu na odporność mechaniczną określoną różnicą penetracji po przedłużonym ugniataniu i penetracji początkowej.
Zbadano penetrację po 60 oraz po 10 000 cykli ugniatania i sporządzono charakterystyki tribologiczne tych smarów. Określono właściwości przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe, wyznaczając graniczne obciążenie zużycia Goz, obciążenie zacierające Pt, graniczne obciążenie zatarcia Poz oraz graniczny nacisk zatarcia poz.
Dokonano analizy wpływu zmian odporności mechanicznej na skuteczność przeciwzatarciową i przeciwzużyciową badanych środków smarowych i stwierdzono, iż zmiana odporności mechanicznej w wyniku przedłużonego ugniatania nie zawsze skutkuje obniżeniem właściwości smarnych, na co w przypadku badanych smarów największy wpływ mogły mieć właściwości fizykochemiczne bazy olejowej, jedynego czynnika różnicującego skład chemiczny smarów.
Stwierdzono, że zastosowane syntetyczne związki wpływały na poprawę właściwości smarnych utworzonych z ich udziałem smarów plastycznych w warunkach przedłużonego ugniatania.

Summary

The paper presents tribological characteristics of ecological plastic greases before and after prolonged kneading. Penetration was measured after 60 and 10 000 kneading cycles. Obtained tribological characteristics of these greases determine antiwear and antiseizure properties (limiting load of wear Goz, scuffing load Pt, seizure load Poz and limiting pressure of seizure poz).
Influence of mechanical resistance changes on the antiwear and antiseizure effectiveness of the greases was investigated. It has been concluded that the change of mechanical resistance caused by prolonged kneading does not always results in the deterioration of the lubricity. It could be caused by the physicochemical properties of the base oils. Used synthetic compounds have the improved tribological characteristic of newly produced plastic greases under prolonged kneading conditions.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Radom, ul. Pułaskiego 6/10, tel. (048) 36-442-41, fax (48) 36-447-65.
Tribo-08v39n5_p007.pdf (146.32 Kb)

Streszczenie

Podano metodę autorską badania kinetyki zużywania zębów przekładni walcowych o zębach skośnych ewolwentowych. Na podstawe analizy matematycznej ustalono postać wyrażenia na prędkość poślizgu w dowolnym punkcie przyporu. W wyniku badań doświadczalnych zużywania się materiałów przekładni zębatej ustalono ich wskaźniki odporności na zużycie. Zostało przeprowadzone rozwiązanie numeryczne zagadnienia, w którego wyniku wyjawiono wpływ pochylenia linii zębów na prędkość poślizgu, maksymalne naciski stykowe oraz na zużycie zębów w wybranych punktach ich zarysów w ciągu jednej godziny pracy przekładni. Wzrost kąta pochylenia zębów powoduję nieznaczną zmianę prędkości poślizgu, natomiast naciski stykowe oraz zużycie zębów – maleją w znacznym stopniu przy jego zwiększeniu, a trwałość pracy przekładni – zauważalnie wzrasta.

Summary

The author’s investigation method of the kinetics of cog wear of cylindrical transmissions with oblique evolvable cogs is presented. Based on kinematic analysis, the correlation for the determination of slide velocity in an arbitrary point of the contact of the cogs is established. According to the results of the experimental investigations of cogged transmission material wear, their characteristics of wear resistance are determined. The numerical solution of the problem was conducted, resulting in the determination of the influence of the cog inclination on slide velocity, maximal contact pressures and on cog wear in selected points of the gear during one working hour of the transmission. When the angle of the cog inclination is increased, slide velocity does not undergo great change, and contact pressures and cog wear are decreased, and longevity of transmissions work is being increased.
∗ Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, Instytut Technologicznych Systemów Informacyjnych, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, tel.: (81) 538-42-76, e-mail: .
Tribo-08v39n5_p021.pdf (180.18 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badania wpływu zawartości estrów metylowych kwasów tłuszczowych (FAME) oleju rzepakowego na zmianę smarności oleju napędowego o niskiej zawartości siarki. Badania smarności przeprowadzono za pomocą aparatu HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) dla produktów wyjściowych i ich mieszanin. Stwierdzono występowanie nie znanej dotąd zależność smarności biopaliwa zawierającego około 10% i ponad 30% FAME.
Summary
This paper presents the results of an analysis of the dependence of fatty acid methyl-esters (FAME) of rapeseed oil on the lubricity of lowsulphur diesel oil. Lubricity tests were performed for commercial products and their mixtures. Tests were performed using a HFRR apparatus. A new tendency was found in biofuel lubricity containing about 10% and over 30% FAME.
∗ Instytut Paliw i Energii Odnawialnej, ul. Jagiellońska 55, 03-301 Warszawa, tel.: (22) 51 00 255, e-mail:
∗∗ Instytut Paliw i Energii Odnawialnej, Politechnika Warszawska, Instytut Chemii w Płocku.
Tribo-08v39n5_p031.pdf (174.12 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono charakterystyki tarciowo-zużyciowe modyfikowanego termoutwardzalnego kompozytu metalopolimerowego. Termoutwardzalną osnowę kompozytu modyfikowano chemoutwardzalną żywicą epoksydową. Próbki do badań wykonano metodą prasowania na gorąco. Charakterystyki tribologiczne skojarzenia kompozyt metalopolimerowy–stal wyznaczano za pomocą testera T-05 typu: rolka–klocek. Stan powierzchni próbek kompozytowych i stalowych rolek po eksperymencie tribologicznym oceniono na podstawie obrazów wykonanych za pomocą mikroskopu optycznego Nikon i pomiarów stereometrycznych powierzchni.

Summary

In paper the friction and wear characteristics of modified thermosetting metal-polymer composite were presented. The thermosetting matrix were modified with the chemically setting epoxy resin. The specimens were prepared by the means of the hot pressing. The tribological charaterictics were measured using block-on-ring T-05 tester. The steel and composite surfaces of the specimens after tests were inspected using optical microscopy (Nikon) and 3D roughness measurements.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel.: (48) 36 442 41.
Tribo-08v39n5_p045.pdf (548.30 Kb)

Streszczenie

Artykuł przedstawia matematyczny model, który opisuje wielkość odkształcenia objętościowego mikronierówności w funkcji wzajemnego zbliżenia chropowatych powierzchni w ustalonej chwili czasu. W pierwszej części artykułu przypomniano klasyczny model kontaktu między sztywną, gładką powierzchnią i chropowatą powierzchnią (model Greenwooda i Williamsona [L. 8], który był dyskutowany w innych artykułach [L. 1, 3–6, 10, 11, 15–20]. Model Greenwooda i Williamsona opisuje średnią liczbę kontaktów mikronierówności z powierzchnią gładką, powierzchnię rzeczywistego styku oraz siłę nacisku odpowiadającą zbliżeniu do powierzchni, nie opisuje natomiast wielkości odkształcenia objętościowego mikronierówności w funkcji wzajemnego zbliżenia chropowatych powierzchni w ustalonej chwili czasu. Autor artykułu wyprowadza nowy matematyczny model, który opisuje wielkość odkształcenia objętościowego mikronierówności w takim kontakcie. Model ten jest oparty na geometrycznym i statystycznym modelu Greenwooda i Williamsona [L. 8]. W drugiej części artykułu jest wyprowadzony nowy matematyczny model kontaktu przestrzennego mikronierówności powierzchni pomiędzy dwoma chropowatymi powierzchniami. Model ten opisuje wielkość odkształcenia objętościowego mikronierówności w funkcji wzajemnego zbliżenia dwóch chropowatych powierzchni w ustalonej chwili czasu.
Artykuł zawiera wyniki symulacji komputerowej dla kontaktu między sztywną, gładką powierzchnią i chropowatą powierzchnią oraz między dwoma chropowatymi powierzchniami. Otrzymane zależności mają nieliniowy charakter i pokazują na silny związek z typem rozkładu wysokości mikronierówności pokrywających rozpatrywane powierzchnie.
Wielkość odkształcenia objętościowego mikronierówności, dla kontaktu między sztywną, gładką powierzchnią i chropowatą powierzchnią, jest zawsze większa niż w kontakcie między dwoma chropowatymi powierzchniami dla ustalonego rozkładu wysokości mikronierówności i ustalonego parametru wnikania powierzchni.

Summary

The article presents the mathematical model, which describes the size of the volume deformations of asperities in the function of the close relations of rough surfaces in the given moment of time. In the first part of this article, the classical model of contact between a rigid, smooth surface and a rough surface (Greenwood & Williamson model [L. 8] which was discussed in other articles [L. 1, 3–6, 10, 11, 15–20].
This model describes the expected number of contacts, the mean contact area, and expected load, but it does not describe the volume deformations of asperities in the function of the close relations to the rough surface and a smooth surface in a given moment of time. The author of the article introduces a new mathematical model that describes the size of volume deformations of asperities in this contact. This model is based on Greenwood & Williamson’s [L. 8] geometrical and statistical model. In the second part of this article, a new mathematical model of spatial contact of asperities between two rough surfaces is shown. This model describes the size of the volume deformations of asperities in the function of the close relations to the rough surfaces in a given moment of time.
This article shows the results of the computer simulation for contact between a rigid, smooth surface and a rough surface and between two rough surfaces. Received dependencies have a non-linear character and show a strong relationship with the type of the height distribution of the asperities covering the studied surfaces. The size of the volume deformations of asperities for the contact between a rigid, smooth surface and a rough surface is always larger than the contact between two rough surfaces for the fixed height asperity distribution and fixed separation of surfaces.
∗ Politechnika Radomska, ul. Malczewskiego 20a, 26-600 Radom, tel.: (48) 361 78 14.
Tribo-08v39n5_p055.pdf (297.79 Kb)

Streszczenie

W części 1 badanego obszaru tematycznego opisano wyniki badań wstępnych – metodycznych. Część 2 zawiera wyniki ogólne podstawowego obszaru tematycznego. Opisano w niej wyniki badań właściwości smarnych dodatków CHO (węgiel, wodór, tlen): butynianu metylu i dekanianu metylu w oleju napędowym z hydrokrakingu o zawartości siarki poniżej 5 ppm. Badania te wykonano dla próbek strumieni surowcowych dwu producentów paliw i cieczy wzorcowej – n-heksadekanu – w funkcji stężenia dodatków. Badania AFM z rozdzielczością poniżej 1 nm pozwoliły na ocenę topologii powierzchni po procesie tarcia oraz określenie zakresu zmienności grubości tworzonej warstwy polimerów tarcia. Inne metody badań instrumentalnych (AES, XPS, SIMS) fragmentów powierzchni tarcia są w toku.
Niniejsze opracowanie zawiera wyniki badań niepublikowanej grupy dodatków (CHO) – ketonów. Pracę wykonano wg programu badań estrów, co pozwala na łatwe porównanie wyników badań. Oceniono też wpływ długości łańcucha ketonu na smarność.

Summary

In the article, one introduced research results of lubrication proprieties of selected additives CHO – ketone (carbon, hydrogen, and oxygen) in the hydrocracked or hydrotreated base diesel fuels, containing sulphur below 5 ppm. Samples were taken after the friction process in the special chamber washed and dried in nitrogen. This procedure was worked out and initiated in IPiEO to limit the oxygenation and other processes on the friction surface. Then, chosen fragments of the friction surface were investigated with instrumental methods. Research using an AFM apparatus with a resolution below 1nm allowed us to estimate surface topology after the friction process and provided qualification of the range of the variability of the created layer thickness of the film products, assumed to be friction polymers. By means of other adequate instrumental analytical methods one investigated composition of the friction surface fragments.
Base fuels of two producers and n-hexadecane were used as solvents to test the effect of four ketones at different treatment rates. The influence of such CHO ketone type additives on streams and/or fractions of hydrocarbon fuels are not thoroughly recognised yet.
Broad research on this subject is being performed in the Institute of Fuels and the Renewable Energy.
∗ Instytut Paliw I Energii Odnawialnej, ul. Jagiellońska 55, 03-301 Warszawa;
∗∗ Politechnika Warszawska, Szkoła Nauk Technicznych i Społecznych, Instytut Chemii w Płocku, ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock, e-mail:
∗∗∗ Instytut Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej, ul. Wołoska 55, 02-301 War-szawa.
Tribo-08v39n5_p073.pdf (1.07 Mb)

Summary

The paper presents a non-linear mathematical model describing mechanical properties of dry contact of rough surfaces, loaded in the normal direction with the range of contact pressure 0–1.9 and 0–8 MPa. The surfaces of the joints were loaded the first time, thus irreversible characteristics were observed. The characteristics of the contacts are complex, virgin contacts are more flexible and plastic deformation is significant, while stabilised contacts are stiffer, and deflection has mostly an elastic character. The mentioned phenomena were described by a non-linear model, which can be used in future simulations (e.g. FEM, DEM, MBS) and for practical purposes. The structure and parameters of the model were identified from experimental data, which were measured time histories of normal load and normal contact deflection.

Streszczenie

Artykuł prezentuje nieliniowy matematyczny model, opisujący mechaniczne własności kontaktu, niesmarowanych powierzchni chropowatych, obciążonych w kierunku normalnym, w zakresie obciążenia od 0–1,9 oraz 0–8 MPa. Powierzchnie połączeń kontaktowych były obciążone pierwszy raz, tak więc zaobserwowano odkształcenia plastyczne. Własności mechaniczne kontaktu są złożone, odkształcenia plastyczne kontaktu obciążonego pierwszy raz są znaczące, a co się z tym wiąże kontakt jest bardziej podatny. Podczas gdy ustabilizowany kontakt jest sztywniejszy i odkształcenia mają głównie charakter sprężysty. Wymienione zjawiska zostały opisane przez nieliniowy model kontaktu, który może być wykorzystany w dalszych badaniach (np. MES, MED., MBS) oraz w praktyce. Struktura i parametry modelu zostały zidentyfikowane na podstawie zmierzonych przebiegów czasowych obciążenia i odkształcenia.
∗ Uniwersytet Techniczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, ul. A.G. Siedleckiego 25/8, 85-868 Bydgoszcz, tel. 510373710, 503910525, e-mail
∗∗ Politechnika Szczecińska, Wydział Inżynierii Mechanizacji i Mechatroniki, ul. Piastów 19, 70-310 Szczecin.
Tribo-08v39n5_p095.pdf (371.42 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono i opisano koncepcję badań własności sprężysto-plastycznych warstwy wierzchniej, która może rozszerzyć zakres informacji o jej własnościach fizykomechanicznych. Zdaniem autorów informacje o własnościach sprężysto-plastycznych mogą być przydatne do wyjaśnienia zjawisk zachodzących w procesach tarciowo zużyciowych oraz kontaktowo-zmęczeniowych. Autorzy przedstawili wskaźniki mogące określić własności sprężysto-plastyczne warstwy wierzchniej. Celem określenia przydatności metody penetracji statycznej do diagnozowania własności sprężysto-plastycznych przedstawili wyniki badań własnych, które przeprowadzone zostały na stali o strukturze ferrytycznej, ferrytyczno-perlitycznej i austenitycznej poddanej nagniataniu krążkowaniem naporowym. Badania potwierdziły przydatność i celowość stosowania tej metody w diagnozowaniu własności fizyko-mechanicznych warstwy wierzchniej elementów maszyn.

Summary

This text describes a research conception of elastic-plastic strain of surface layers. We show indices that may describe elastic-plastic properties. We researched the static penetration method for diagnostics of the elastic-plastic properties on steel with ferritic, ferritic-perlitic and austhenic structures that were roller-pressure burnished.
Research confirms the usability of this method in diagnostics of elastic-plastic properties of surface layers.
∗ Uniwersytet Zielonogórski, Wydział Mechaniczny, Instytut Budowy i Eksploatacji Maszyn, ul. Z. Szafrana 2, 65-016 Zielona Góra.
Tribo-08v39n5_p107.pdf (655.75 Kb)

Streszczenie

Autor przeprowadził badania dotyczące wpływu środka smarowego zawierającego w swoim składzie dodatki cząstek metali: Cu lub Mo, na stan naprężeń w warstwie wierzchniej na głębokości ok. 3,95 µm. Wyniki pomiarów zostały przedstawione w Tabeli. Wartości naprężeń po procesie tarcia zostały porównane z naprężeniami w warstwie technologicznej, to znaczy w warstwie po obróbce powierzchniowej szlifowaniem i obróbce cieplnej badanych próbek. Bazę olejową stanowił olej podstawowy SAE 30/95.

Summary

The author carried out investigations concerning the influence of a lubricant containing the addition of Cu or Mo particles on state of stress in the surface layer at 3.95 µm depth. Stress values after the friction process were compared with stress in technological layer, which means in the layer after grinding and thermal treatment of tested samples. A lubricant base oil SAE 30/95 was used.
∗ Politechnika Radomska, Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn, ul. Chrobrego 45, 26-600 Radom.
Tribo-08v39n5_p121.pdf (289.65 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań międzylaboratoryjnych olejów kalibracyjnych do aparatu czterokulowego, które zostały opracowane w ramach projektu badawczego pt.: „Opracowanie wzorcowych olejów smarowych do walidacji znormalizowanych metod badań wykonywanych za pomocą aparatu czterokulowego”.
W wytypowanych ośrodkach badawczych, za pomocą aparatów czterokulowych, oznaczano właściwości przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe opracowanych i skomponowanych olejów smarowych. W badaniach wykorzystano trzy metody badawcze: metodę oznaczania wskaźnika zużycia pod obciążeniem Ih i obciążenia zespawania Pz, metodę oznaczania obciążenia zacierającego Pt i granicznego nacisku zatarcia poz oraz metodę oznaczania średniej średnicy śladów zużycia dśr.

Summary

The paper presents the results of investigations from interlaboratory research. Inter-laboratory research was executed according to standard PN-EN ISO 17025:2005. The aim of this research has been to test three reference oils, using a four-ball testing machine.
The reference oils were produced by a chemical firm. The investigations were executed using three methods:
• The determination of the load-wear index Ih and weld point Pz,
• The determination of the scuffing load Pt and seizure load poz,
• The determination of the average wear scar diameter daver.
In this research, 11 laboratories participated from different research institutes using three reference oils denoted as a Reference no. 1, Reference no. 2, and Reference no. 3. The specimens used for investigation were steel bearing balls. When the research was finished, every participant sent the results to a coordinator, which is the Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute in Radom.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 364-42-41.
Tribo-08v39n5_p133.pdf (162.89 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badania wpływu dodatków adhezyjnych na zmianę właściwości tribologicznych wysokotemperaturowego smaru plastycznego. Skuteczność działania zróżnicowanej koncentracji dodatków oceniono wykonując serię testów na aparacie 4-kulowym.
Z przeprowadzonych badań tribologicznych można wnioskować, że zastosowany kopolimer etylenowo-propylenowy jest skutecznym modyfikatorem właściwości przeciwzużyciowych.
Drugi z zastosowanych dodatków, syntetyczny ester, zapewnia otrzymanie kompozycji smarowej o podwyższonej odporności przeciwzatarciowej w warunkach liniowo narastającego obciążenia.
Zanalizowano skład warstwy wierzchniej śladu tarcia z zastosowaniem mikrospektrofotometrii w podczerwieni. Uzyskane wyniki wykazały, że skuteczność tribologiczna zastosowanych dodatków nie jest efektem ich reakcji z powierzchnią węzła tarcia.

Summary

The authors have investigated an influence of adhesion additives on the change tribological properties of the high temperature grease.
The lubricating properties of grease with a different quantity of additives were estimated on the base of tribological parameters. The tribological tests were carried out using T-02 four-ball tester.
From the tribological research, one can infer that using additives have the ethylene-propylene copolymer is an efficient modifier of the antiwear properties.
Secondly, used additives (synthetic ester) assure obtaining the grease composition with on elevated resistance with extreme-pressure under higher load conditions.
The analysis of the surface of wear scar was performed using IR microspectrophotometry.
It has been ascertained that the tribological action of tested additives is not an effect of the action of additives with a metal surface.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 364-42-41.
Tribo-08v39n5_p145.pdf (190.55 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono proces i rezultaty budowy modeli matematycznych odwzorowujących wyniki badań własności smarnych kompozycji oleju roślinnego z ECO dodatkami uszlachetniającymi uzyskanymi na bazie oleju rzepakowego. Właściwości smarne badanych kompozycji oceniano na podstawie granicznego nacisku zatarcia oraz granicznego obciążenia zużycia, które wyznaczono metodami badań tribologicznych z wykorzystaniem aparatu czterokulowego T-02. Do opisu właściwości tribologicznych badanych kompozycji smarowych zastosowano analizę regresji oraz metodę modelowania z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych. Modele regresyjne odwzorowujące właściwości tribologiczne w zależności od zawartości dodatku tylko dla granicznego obciążenia zużycia i tylko dla niektórych dodatków można uznać za zadawalające. W rezultacie zastosowania sztucznych sieci neuronowych otrzymano modele, charakteryzujące się dobrymi własnościami statystycznymi i opisujące zarówno wartości granicznego obciążenie zużycia, jak i granicznego nacisku zatarcia w zależności od rodzaju i zawartości dodatku oraz od właściwości fizyko-chemicznych oleju i dodatków.

Summary

The article presents a process and results of mathematical models developing of oil compositions’ lubricating properties. The lubricating properties were evaluated based on the seizing boundary pressure and the wear boundary load with the use of experimental research on the four-ball machine T-02. The models of investigated lubricant compositions were developed with the use of the regression analysis and the artificial neural network method. Regression models describing lubricants’ tribological properties as function of additive quantities were satisfactory only for the seizing boundary pressure and only for some additives. Models elaborated as the results of a neural networks method application are characterised by good statistical characteristics and describing the boundary wear load and seizing boundary pressure as a function of lubricant composition properties.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 364-42-41.
Tribo-08v39n5_p155.pdf (350.17 Kb)

Summary

The slide bearing material MB46 fatigue resistance has been investigated with the application of SMOK-test stand in which a dynamic unidirectional loading to the test bearing is generated. The MB46 slide bearing layer consists of the bronze (Cu Pb22 Sn 3 + thin layer SnCu6 plated) sintered to the steel shell. Each of the tested bearing has been subjected to the standard 20-hour test under conditions of full fluid lubrication. Methodology of the experiments, metallurgical test results, and fractographic description of the lining crack-zone are presented. The values of the fatigue strength parameters were estimated as well. The explanation of mechanism of fatigue crack generation in bearing lining is also proposed.

Streszczenie

Odporność materiału łożyskowego MB46 na pęknięcia zmęczeniowe badano na stanowisku SMOK, w którym generowane jest zmienne jednokierunkowe obciążenie badanego łożyska. Materiał łożyskowy MB46 składa się z warstwy brązu CuPb22Sn 3 spiekanego na taśmie stalowej, stanowiącej podłoże. Na warstwę brązu nałożona jest galwanicznie cienka warstwa stopu SnCu6 stanowiąca powłokę. Każde z badanych łożysk poddawane było 20-godzinnemu testowi zmęczeniowemu w warunkach pełnego smarowania hydrodynamicznego. W artykule przedstawiono metodykę eksperymentów oraz wyniki badań metalograficznych i fraktograficznych uszkodzonej zmęczeniowo strefy warstwy ślizgowej. Oszacowano również parametry statystyczne rozkładu umownej wytrzymałości zmęczeniowej wyznaczanej w teście standardowym na stanowisku SMOK. Przedstawiono hipotezę wyjaśniającą mechanizm generowania pęknięć zmęczeniowych w badanym obiekcie.
∗ Mechanical Engineering Faculty, Gdańsk University of Technology, Narutowicza Str. 11/12, 80-952 Gdańsk.
Tribo-08v39n5_p171.pdf (1.14 Mb)

Summary

The study was intended to investigate the effectiveness of various model compounds as potential anti-wear additives for heavy-loaded a-C:H:W coated steel machine parts. The a-C:H:W coating was deposited on steel (100Cr6) balls. The load-carrying capacity was measured as scuffing load using the T-02 four-ball apparatus developed in the Radom Institute for Sustainable Technology, Poland. The method with continuously increasing load was applied. Both uncoated steel balls and the steel a-C:H:W coated balls were investigated.
The major aim of Part I was to investigate the effect of Carbon, Hydrogen, Oxygen, (CHO) and/or Nitrogen (CHNO) model compounds on the load-carrying capacity (scuffing resistance) of a-C:H:W coated steel balls in comparison to their effect on uncoated balls. Five CHO compounds containing alkyl saturated or unsaturated hydrocarbon chain with 18 carbon atoms and two CHNO compounds containing amide group (–CO-NH– –) were tested. The compounds were added at 0.1% wt. and 1% wt. concentration in a poly-alpha-olefin base oil (PAO-8).
Test results performed for pure PAO-8 base oil allowed to demonstrate that the load-carrying capacity of a-C:H:W coated steel is roughly four times higher than for uncoated steel balls. Results of tribological experiments for the base oil with the model CHO compounds at the treat rate of 0.1% wt. clearly show that these additives do not improve the scuffing load values both for coated and uncoated balls. Slight improvement in scuffing load values for coated balls was observed at 1% wt. concentration of oleic acid and methyl stearate. For coated balls using 0.1% wt. concentration of CHNO compounds it was found that scuffing load value of 4-(t-butyl)caprolactam is slightly higher than for ε-caprolactam.
Earlier research on tribochemistry of different CHO compounds (alcohols, acids, ether, esters) tested using a pin-on-disk tester, e.g., T-11 tester or the HFRR apparatus, clearly demonstrated a variety of reaction products.
To get information on CHO compound reaction products generated under conditions of T-02 four-ball apparatus, the wear scar surfaces before scuffing initiation were analyzed by SEM/EDS and AFM. The changes in wear scar surface topography and roughness in dependent on used additives, were also observed. Based on the obtained detailed analytical data and known references concerning tribochemistry of CHO additives, differences in action mechanisms of CHO compounds controlled by operating conditions and the investigated a-C:H:W coating are discussed.
This work contributes to better understanding interaction of CHO/CHNO compounds with steel tribological elements and shows that these compounds are not effective for increasing the load-carrying capacity of a-C:H:W coated machine parts. The research is being continued (see Part II of this paper).

Streszczenie

W pracy zaprezentowano wyniki badań efektywności działania różnych modelowych związków jako potencjalnych przeciwzużyciowych dodatków dla wysokoobciążonych skojarzeń ciernych z elementami pokrytymi powłoką a-C:H:W. Powłokę a-C:H:W osadzono na kulkach wykonanych ze stali łożyskowej (100Cr6). Nośność warstwy smarowej była mierzona jako obciążenie zacierające z wykorzystaniem aparatu czterokulowego T-02, opracowanego w Instytucie Technologii Eksploatacji – PIB w Radomiu. Zastosowano metodę z ciągłym narastaniem obciążenia węzła tarcia. Przeprowadzono badania dla wszystkich elementów węzła tarcia pokrytych powłoką oraz dla odniesienia dla elementów bez powłoki.
Głównym celem Części I pracy było zbadanie obciążenia zacierającego skojarzenia czterokulowego smarowanego olejem polialfaolefinowym z dodatkiem związków, zawierających jedynie węgiel, wodór i tlen (CHO) oraz węgiel, wodór azot i tlen (CHNO). Zaprezentowano wyniki dla 5 związków typu CHO z nasyconym i nienasyconym alkilowym łańcuchem 18 atomów węgla, oraz dwa związki zawierające grupę aminową (–CO-NH– –). Związki te były dodawane w stężeniu 0,1 i 1% ww. do oleju polialfaolefinowego (PAO-8).
W wyniku zastosowania powłoki a-C:H:W na elementy trące, nawet przy stosowaniu jedynie oleju bazowego PAO-8 bez dodatków, odporność na zacieranie wzrasta około czterokrotnie w stosunku do wartości uzyskiwanych dla elementów stalowych bez powłoki. Wyniki badań tribologicznych wskazały, że wybrane dodatki CHO w stężeniu 0,1 ww. nie poprawiają odporności na zacieranie skojarzeń ciernych tak z powłoką a-C:H:W, jak też bez powłoki. Niewielki wzrost odporności na zacieranie skojarzeń z powłoką a-C:H:W został odnotowany dla 1% w/w dodatku kwasu oleinowego i stearynianu metylowego. Dla skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką zaobserwowano, że obciążenie zacierające jest wyższe przy zastosowaniu 4-(t-butyl)kaprolaktamu niż ε-kaprolaktamu.
Wyniki wcześniejszych badań nad przemianami tribochemicznymi różnych związków CHO (alkoholi, kwasów, eterów, estrów) z wykorzystaniem skojarzenia kula-tarcza, np. tester T-11 lub HFRR, wyraźnie wskazały na możliwość powstania wielu produktów reakcji tribochemicznych. By uzyskać informacje o produktach reakcji związków CHO w warunkach badania w skojarzeniu czterokulowym aparatu T-02, wykonano analizy śladów zużycia otrzymanych przed wystąpieniem zacierania. Do analiz wykorzystano techniki SEM/EDS i AFM. Obserwowano również zmiany w topografii powierzchni oraz chropowatości w zależności od stosowanych dodatków. Bazując na uzyskanych wynikach oraz znanych różnicach w mechanizmach działania dodatków CHO, skomentowano różnice w mechanizmie działania związków CHO w badanych warunkach w skojarzeniu ciernym z elementami pokrytymi powłoką a-C:H:W.
Praca jest przyczynkiem do lepszego zrozumienia współdziałania związków CHO/CHNO ze stalowymi elementami i wykazuje, że ten rodzaj związków jest nieefektywny do zwiększania odporności na zacieranie elementów z powłoką a-C:H:W. Badania są kontynuowane (patrz Część II).
∗ Institute for Sustainable Technologies National Research Institute, 6/10 Pulaskiego, 26-600 Radom, Poland.
∗∗ Institute for Fuels & Renewable Energy, 55 Jagiellońska, 03-301 Warsaw and War saw University of Technology, Institute of Chemistry in Płock, 17 Łukasiewicza, 09-400 Płock.
Tribo-08v39n5_p185.pdf (1.02 Mb)

Streszczenie

W czasie eksploatacji maszyn i urządzeń wymagana jest ich wysoka niezawodność przy jednoczesnym obniżeniu kosztów eksploatacji. Empiryczne zależności między różnymi cechami cząstek zużycia a mechanizmem zużywania mogą służyć jako podstawa do identyfikacji badanych cząstek i ustalenia mechanizmu zużywania. Ocena cząstek zużycia jest możliwa dzięki zastosowaniu komputerowej analizy obrazu, pozwalającej na określenie cech cząstek za pomocą wartości liczbowych. W pracy dokonano oceny przydatności metody fraktalnej do analizy konturu cząstek zużycia na podstawie ich obrazów mikroskopowych. Określono wymiar fraktalny konturu cząstek, a także przeprowadzono analizę zależności pomiędzy wartością wymiaru fraktalnego a stopniem nieregularności konturu. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że metoda fraktalna może być użytecznym narzędziem badawczym w ocenie cząstek zużycia, co może mieć znaczenie dla identyfikacji mechanizmu zużywania i w efekcie diagnozy węzłów tarcia.

Summary

In this work, the evaluation of the usefulness of the fractal analysis method for the determination of wear-particle contour based on microscopic images was done. Fractal dimension of wear particle contour was determined and the analysis of the relation between the value of the fractal dimension and degree of contour irregularity was carried out. Based on the realised investigations, it was found that the fractal analysis method could be a useful research tool in the evaluation of wear particles and could have importance for wear type identification.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 364-42-41.
Tribo-08v39n5_p205.pdf (462.78 Kb)