TRIBOLOGIA TEORIA I PRAKTYKA vXXXVIII Nr 5, 2007 (215)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badania zmian w warstwie wierzchniej w procesie tarcia z udziałem środka smarowego o różnym składzie chemicznym.
Wykorzystano analizę mikroskopii skaningowej sprzężonej z analizą widmową EDS do rejestracji powierzchni śladu zużycia kulek aparatu czterokulowego oraz zmian w składzie pierwiastkowym w przypadku smarowania smarem plastycznym, składającym się z oleju bazowego i środka zagęszczającego oraz smarem plastycznym, zawierającym dodatek smarny.
W celu identyfikacji rodzaju zmian, zachodzących w związkach organicznych, zalegających strefę styku kulek wykorzystano analizę mikrospektrofotometrii w podczerwieni.
Jako środek kształtujący warstwę wierzchnią kulek w procesie tarcia zastosowano smar na bazie cieczy syntetycznej i mineralno-syntetycznej z zagęszczaczem organicznym i nieorganicznym oraz modyfikatorem właściwości smarnych.

Summary

Paper presents the research results of changes taking place in the surface layer during friction process in presence of lubricant with different chemical composition.
The tested greases consisted of base oil (synthetic and semisynthetic), thickener (organic and inorganic) and lubricating additive were investigated using four-ball machine.
To explain the action of grease under test conditions, the author performed wear scar surface analyses using scanning electron microscopy and energy dispersive spectrometry (SEM/EDS) (to elements on the surface and their distribution) and IR microspectro-photometry (to identify a kind of chemical groups of organic compounds).
① Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (048) 36-442-41, fax (48) 36-447-65.
Tribo-07v38n5_p007.pdf (1.02 Mb)

Streszczenie

Praca poświęcona jest badaniom nad właściwościami reologicznymi smarów plastycznych. W pracy niniejszej autor przedstawił model reologiczny, obrazujący rozkład wartości lepkości w warstwie przyściennej. Zdaniem autora, wyjaśnienia zjawisk zachodzących w tej warstwie należy szukać w oparciu o oddziaływanie dipolowe pomiędzy cząstkami związków znajdujących się w smarach a polarną ścianką przewodu. Przedstawiono także opis warstwy przyściennej, który określono na podstawie analizy literatury oraz badań własnych autora.

Summary

The presented research deals with the rheological properties of greases. Author introduced rheological model that shows decomposition of shear stress in boundary layer. In author's opinion an explanation of ahead in this shell phenomena an one should look for in the support of interactions between elementary entities of compounds being in greases and a polar side of lubrication pipe. Precise description of boundary layer was presented in article also, which was qualified on the ground author's experiments as well as investigations of literature.
① Politechnika Wrocławska, Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, ul. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław, tel. (071) 320-3112, e-mail:
Tribo-07v38n5_p023.pdf (404.35 Kb)

Streszczenie

W pracy przedstawiono wyniki badań struktury geometrycznej powierzchni płaskich po procesie frezowania igłowego elementów z niskostopowych stali różnych gatunków, stosowanych w produkcji kół zębatych. Ustalono wpływ prędkości, posuwu i docisku przy frezowaniu igłowym na szereg parametrów chropowatości powierzchni. W zależności od warunków obróbki parametry chropowatości zmieniają się w szerokim zakresie, np. Ra – od 2,6 do 6 µm. Stereometria powierzchni po frezowaniu igłowym frezem tarczowym jest bardzo niejednorodna. Na powierzchni obserwuje się rozmieszczone przypadkowo występy, bruzdy, rysy, nalepy. Taki kształt powierzchni zasadniczo różni się od tradycyjnych metod obróbki powierzchni płaskich frezowaniem bądź szlifowaniem.

Summary

In the paper the results of researches of surface geometrical structure after brush milling of steel parts are described. Low-doped steels using for gears production such as 12ХН3А, 25ХГМ, 25ХГТ, 20ХН3А and 20ХНР (according Russian standard GOST 4345-71) were tested. Chemical compositions and mechanical properties of tested steels are shown in Tab. 1 and 2. Geometrical structure of flat surfaces after brush milling by mill from steel wires with 0,3 mm diameter and 20 mm length was researched. The package density was equal 75-85% (Fig. 1). Speed Vc and feed f of milling and mill tightness W were changed.
The mathematical method of research was used which allowed to place research points thereby their projections to X1-X2, X2-X3,..., Xi-Xj axis were equal. The plane matrix is shown in Tab. 3, considering Ximin = 0 and Ximax = 1, and really coordinates − in Tab. 4.
Rough profile records of steel 12ХН3А surfaces milling with different parameters are shown in Fig. 2, and 1 – 7 numbers are agreed coordinates from Tab. 4. Minimal vertical parameters of roughness were obtained when Vc = 127 m/min, f = 85 mm/min, W = 0,28 mm and maximal parameters – when Vc = 42 m/min, f = 690 mm/min, W = 0,39 mm (Fig. 3). Minimum of mean width of the profile elements RSm was obtained when Vc = 295 m/min, f = 400 mm/min, W = 0,06 mm and maximum – when Vc = 42 m/min, f = 690 mm/min, W = 0,39 mm. Minimum material ratio of the profile Rmr(50) was obtained when Vc = 211 m/min, f = 270 mm/min, W = 0,17 mm and maximum – when Vc = 84 m/min, f = 530 mm/min, W = 0,11 mm.
Line multivariate regression equations to calculate Ra, Rq, Rz, Rp, Rv and RSm roughness parameters for steel 12ХН3А were obtained, and equalizing coefficients for steel 20ХН3А – 1,50; steel 20ХНР – 1,07; steel 25ХГМ – 1,25 and steel 25ХГТ – 1,27 can be used. Graphical interpretations on Fig. 4, 5 are shown.
Surfaces stereometry after brush milling are shown on Fig. 6 (1–7 numbers are agreed coordinates from Tab. 4). Grind surface is shown as number 8 for comparison. It can be easy noticed then surfaces stereometry after brush milling is very complicated and have hairlines, pickups, profile peaks and valley and so on. Such surface can facilitate coating bonding on base steel and also can influence positively on lubrication when wearing.
∗ Uniwersytet Zielonogórski, Instytut Budowy i Eksploatacji Maszyn, 65-246 Zielona Góra, ul. Podgórna 50.
∗∗ Białoruski Narodowy Uniwersytet Techniczny, Wydział Budowy Maszyn, 220027 Minsk, pr. F. Skoriny, 65, Republika Białoruś.
③ Miński Zakład Traktorów, 220009, г. Mińsk, ul. Dolgobradskaja 29, Republika Białoruś.
Tribo-07v38n5_p039.pdf (1.73 Mb)

Streszczenie

W opracowaniu przedstawiono wyniki badań, których celem była identyfikacja wymuszeń oddziałujących na układ tribologiczny tłok–pierścień––cylinder w silniku o zapłonie samoczynnym zasilanym dwupaliwowo gazem LPG jako paliwem głównym, wykorzystującym do zapłonu niewielką dawkę oleju napędowego. Badania przeprowadzono na eksperymentalnym stanowisku zbudowanym na bazie jednocylindrowego silnika o wtrysku bezpośrednim 1HC102. Porównawcze próby trwałościowe silników zasilanego standardowo olejem napędowym i zasilanego dwupaliwowo wykazały znacznie mniejszą trwałość silnika dwupaliwowego. Przeprowadzono badania zmian zachodzących w oleju silnikowym pracującym w silniku dla obu sposobów zasilania. Wykonano dodatkowe badania przebiegu procesu spalania w silniku dwupaliwowym, które wykazały, że przebieg ciśnienia w cylindrze silnika ma charakter spalania stukowego. Z analizy rezultatów badań wynika, że przyczyną przyspieszonego zużycia elementów zespołu tłok–pierścień–cylinder w silniku dwupaliwowym są szczególne wymuszenia termiczne i mechaniczne, oddziałujące na powierzchnie współpracujących ślizgowo detali oraz na pracujący w nim olej smarowy.

Summary

In the paper the results of a test that aimed to identify input functions influencing the tribological system: piston-ring-cylinder of compression ignition engine fed with diesel oil and dually fuelled with LPG as a main fuel, using a small dose of diesel oil for the ignition were presented. The investigations were carried out on an experimental stationary engine 1HC102 with direct injection. During comparative durability experiments of the engines fed with engine oil and dually fuelled a significantly smaller durability of the dual fuel engine has been observed. The changes occurring in the engine oil were measured for each type of feed. Additional experiments to measure combustion process in the dually fed engine were carried out. The results showed that pressure course in the engine cylinder are of a knocking character.
The analysis of testing results shows that particular thermal and mechanical load influencing the surface of details that mate glidingly and lubricating oil working in a dually fuelled engine, accelerate the wear process of the elements in the system: piston-rings-cylinder.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (048) 3644241 w. 290, e-mail:
Tribo-07v38n5_p053.pdf (261.87 Kb)

Streszczenie

Autorzy przedstawiają wyniki badań nad wytworzeniem proszku miedzi metodą elektrochemiczną. Wyniki badań potwierdzają mikroskopowymi zdjęciami oraz analizą rentgenostrukturalną składu chemicznego otrzymanego proszku.

Summary

Authors present results of examination on copper powder production with electrochemical method. The results are testified with microphotos and rentgenostructural analysis of chemical composition of obtained powder.
① Politechnika Radomska, Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn, ul. Chrobrego 45, 26-600 Radom.
② Politechnika Radomska, Instytut Budowy Maszyn, ul. Krasickiego 54, 26-600 Radom.
Tribo-07v38n5_p067.pdf (389.15 Kb)

Streszczenie

W artykule zaprezentowano nową metodę doboru cienkich, twardych powłok przeciwzużyciowych dla zwiększenia trwałości wysokoobciążonych kół zębatych. Metoda ujęta została w postaci szeregu kryteriów, będących „drogowskazem” doboru z szerokiej gamy dostępnych na rynku tych powłok, które mają potencjał zwiększenia trwałości kół zębatych. Kryteria te dotyczą:
− technicznych aspektów osadzania powłok (możliwość powtarzalnego osadzania na kołach zębatych potwierdzona renomą producenta, jak najniższa temperatura osadzania),
− aspektów ekonomicznych (niski koszt osadzania),
− fizykomechanicznych właściwości powłok (wysoka adhezja do podłoża, wysoka twardość, brak defektów powierzchniowych, jak najniższa chropowatość, jak najniższy współczynnik tarcia),
− właściwości tribologicznych ocenianych w skojarzeniu modelowym oraz w warunkach pracy testowej przekładni zębatej.
W wyniku szeregu analiz wybrano grupę powłok spełniających trzy pierwsze grupy kryteriów. Następnie poddano je badaniom tribologicznym z zastosowaniem modelowych, smarowanych węzłów tarcia. Wyznaczono odporność na zacieranie skojarzenia czterokulowego, w którym badane powłoki osadzone były na wszystkich elementach testowych (kulkach łożyskowych). Wyznaczono także powierzchniową trwałość zmęczeniową skojarzenia stożek–kule, w którym badane powłoki osadzone były na stożkach. Jako środka smarowego użyto oleju mineralnego z 5% (wag.) zawartością dodatków smarnościowych typu EP (przeciwzatarciowych).
W wyniku badań wyselekcjonowano dwie powłoki nowej generacji. Są to: powłoka a-C:H:W – wielowarstwowa, nanostrukturalna powłoka DLC domieszkowana wolframem o handlowej nazwie WC/C oraz powłoka MoS2/Ti – niskocierna powłoka kompozytowa o handlowej nazwie MoST.
W celu stwierdzenia przydatności wytypowanych powłok do zwiększania trwałości wysokoobciążonych kół zębatych wymagane są jeszcze badania weryfikacyjne z użyciem testowej przekładni zębatej. Ich wyniki są przedmiotem cz. II artykułu.

Summary

The paper describes a method for selection of wear resistant, hard, thin coatings to increase life of highly loaded gears. The method includes a number of criteria which make it possible to select from many existing coatings those which can improve the gear life. These criteria concern:
− technical aspects of coating deposition (possibility of repeatable deposition on gears confirmed by coater’s renown, low deposition temperature),
− economic aspects (low cost of deposition),
− physico-mechanical properties of coatings (good adhesion to the substrate, high hardness, lack of surface defects, low roughness, low friction coefficient),
− tribological properties determined in a model tribosystem and component tests using a test gear.
Through a series of analyses a limited number of coatings meeting the first three above groups of requirements was selected. Then, tribological tests in model, lubricated tribosystems were performed. Scuffing resistance of a four-ball tribosystem was assessed; the tested coatings had been deposited on all test balls. Surface fatigue life was determined using a cone-balls tribosystem; the coatings had been deposited on the cones. A mineral base oil blended with extreme-pressure (EP) additives at 5% wt. concentration was used for lubrication.
The research made it possible to finally select two new-generation coatings. They are: a-C:H:W coating – multilayer, nanostructural DLC coating doped with tungsten, having the trademark WC/C, and MoS2/Ti coating – low friction, composite coating having the trademark MoST.
To verify the applicability of the selected coatings to increase life of highly loaded gears, tribological component tests need to be performed yet using a test gear. The results of these tests are presented in the part II of the paper.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy (ITeE – PIB), Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26–600 Radom.
Tribo-07v38n5_p081.pdf (3.23 Mb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono rezultaty badań smarności kompozycji oleju napędowego z wybranymi eterami nienasyconymi (eter allilowo-n-butylowy, eter allilowo-2,3-epoksypropylowy oraz eter allilowo-2,3-dihydroksy-propylowy), przeprowadzonych za pomocą HFRR. Zbadano także strukturę chemiczną deponowanych warstw granicznych. Do tego celu wykorzystano mikroskopię sił atomowych (AFM), skaningową mikroskopię elektronową sprzężoną z rentgenowską spektrometrią dyspersji energii (SEM/EDS) oraz rentgenowską spektrometrię fotoelektronową (XPS). Stwierdzono, że właściwości przeciwzużyciowe zbadanych dodatków wynikają z tworzenia się warstw granicznych, złożonych głównie z produktów organicznych o strukturze karboksylanów.

Summary

It has been investigated lubricity of the compositions of diesel fuel and some unsaturated ethers (allyl-butyl ether, allyl-2,3-epoxypropyl ether, 3-allyloxy-1,2-propanodiol) by means of High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR) method. Moreover, chemical structure of the boundary layers formed on the friction surface was analyzed by Atomic Force Microscope (AFM), Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersion Spectroscopy (SEM/EDS) and X-Ray Photo-electron Spectroscopy (XPS). Antiwear properties of the investigated additives result from formation of the boundary layers mainly consist of organic products such us carboxylates.
① Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (048) 3643903.
Tribo-07v38n5_p097.pdf (345.94 Kb)

Streszczenie

W pracy przedstawiono charakterystyki tribologiczne kompozycji smarowych otrzymanych na bazie ekologicznych składników.
Oceniono przeciwzużyciową i przeciwzatarciową efektywność działania zastosowanych komponentów w ślizgowym węźle tarcia w skojarzeniu stal–stal. Odporność przeciwzużyciową wyznaczono w warunkach stałego obciążenia, zaś skuteczność przeciwzatarciową przy liniowo narastającym obciążeniu czterokulowego węzła tarcia.
Wytypowane kompozycje smarowe poddano wymuszeniom mechanicznym, ponownie zbadano ich właściwości tribologiczne i oceniono wpływ składników na zmianę badanych parametrów.
Na podstawie uzyskanych rezultatów dokonano jakościowego doboru fazy dyspergującej, zdyspergowanej i ustalono ilościowo-jakościowy udział nieorganicznych modyfikatorów, które zapewniły uzyskanie kompozycji smarowej o właściwościach tribologicznych wymaganych wymuszeniami rzeczywistych węzłów tarcia.

Summary

Tribological characteristics of lubricants received on the ecological components have been presented.
The antiwear and antiseizure properties of investigated components were determined in the sliding steel-steel tribological couple with the use of the four-ball machine. The antiwear properties were estimated under constant load conditions and the antiseizure properties – under linear-increasing load of four-ball tribosystem.
A chosen group of lubricants were estimated after mechanical constraints. The antiwear and antiseizure properties were tested again. The influence of components on the tribological characteristics was evaluated.
The obtained results allowed to make the quantity selection of dispersing agent and quality-quantity selection of non-organic modifiers. Received grease has the tribological properties required for the real friction couple.
① Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (048) 364-39-03.
Tribo-07v38n5_p109.pdf (113.45 Kb)

Streszczenie

Problem smarności benzyn związany jest ze wzrostem popularności silników z bezpośrednim wtryskiem benzyny. Zmodyfikowany tester HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) zastosowany został do oceny właściwości smarnych trzech typowych benzyn silnikowych dostępnych na polskim rynku. Smarność tych paliw jest bardzo niska, szczególnie w przypadku benzyny o bardzo małej (< 10 ppm) zawartości siarki. Zbadany został wpływ trzech modelowych dodatków smarnościowych o takiej samej długości łańcucha węglowodorowego i różnych polarnych grupach funkcyjnych – kwasu karboksylowego, alkoholu i estru na właściwości smarne benzyny Eurosuper 95. Spośród tych związków jedynie kwas palmitynowy okazał się skutecznym dodatkiem przeciwzużyciowym w testach HFRR, podczas gdy 1-heksadekanol i palmitynian etylu nie poprawiały właściwości tribologicznych benzyny. Inne badane kwasy karboksylowe również wpływały korzystnie na smarność benzyny, przy czym związki posiadające dłuższy łańcuch węglowodorowy wykazywały silniejszy wpływ na redukcję zużycia.

Summary

Growing popularity of direct gasoline injection engines rises the issues of gasoline lubricity. Modified high frequency reciprocating rig (HFRR) was used to assess the lubricity of three common types of gasoline commercially available in Poland. Lubricity of these fuels was found to be very low, especially in the case of low-sulphur (<10 ppm) fuel. Three model additives of the same hydrocarbon chain length and different polar functional group, an acid, an alcohol and an ester, were tested as lubricity modifiers in a regular, 95 research octane number (Eurosuper 95) gasoline. Only palmitic acid effectively reduced wear and friction in HFRR tests, even at 50 ppm concentration, while 1-hexadecanol or ethyl palmitate did not improve tribological properties of gasoline. Other carboxylic acids were also effective, compounds having longer hydrocarbon chain exhibited stronger positive effect on anti-wear properties of the fuel.
① Politechnika Warszawska, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii, Instytut Chemii, ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock.
Tribo-07v38n5_p119.pdf (236.13 Kb)

Streszczenie

Zbadano i porównano właściwości przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe roślinnych olejów modyfikowanych siarką. Oceniono efektywność działania różnej ilości siarki w oleju rzepakowym i rycynowym. Badania prowadzono z wykorzystaniem aparatu czterokulowego i testera T-02, dla skojarzenia stal–stal. Stwierdzono, że efektywność działania siarki zależy od jej stężenia i struktury chemicznej oleju roślinnego. Skuteczniejszą ochronę węzła tarcia przed zużyciem i zatarciem zapewniały kompozycje wytworzone na bazie oleju rycynowego.

Summary

The antiwear and antiscuffing properties of vegetable oils with various chemical structure modified by sulphur were tested and compared. Their effectiveness as lubricating additives in rapeseed oil was studied. The antiwear and antiscuffing properties of sullfurated oils and their composition with rapeseed oil were tested by the means of four-ball apparatus using steel-steel tribosystem. The diverse effect of sulphur on antiwear properties of vegetable oils was denoted and very beneficial effect on antiscuffing properties. It was stated that the most beneficial oil additive is sulfurated sunflower oil.
① Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (048)
Tribo-07v38n5_p135.pdf (120.25 Kb)

Streszczenie

W artykule opisano metodę przewidywania trwałości zmęczeniowej węzłów tocznych o złożonym kształcie, współpracujących powierzchni na przykładzie trwałości zazębienia obiegowej przekładni cykloidalnej. Przedstawiono przykładowe wyniki obliczeń trwałości dla różnych wariantów zarysu tworzących zębów koła obiegowego. Zaprezentowana metoda może służyć do opracowania ogólnej metodyki prognozowania trwałości zmęczeniowej par tocznych o złożonym zarysie współpracujących powierzchni, opartej na hipotezie nieograniczonej wytrzymałości i pozwalającej uwzględnić wpływ warunków smarowania oraz stopnia zanieczyszczenia środka smarującego na trwałość zmęczeniową.

Summary

In the paper the method of fatigue life prediction of the Cyclo gear meshing has been described. The exemplary calculation results of fatigue life for the different generator profiles of planet wheel teeth have been also presented. The presented method will be helpful for developing a general method of fatigue life prediction of rolling couples of complex shape of mating surfaces, based on the unlimited fatigue life theory, and allowed taking into consideration the effect of contamination and lubrication conditions on the fatigue life.
① Politechnika Łódzka, Katedra Konstrukcji Precyzyjnych, ul. B. Stefanowskiego 1/15 90-924 Łódź, tel. 042 6312251, e-mail:
Tribo-07v38n5_p145.pdf (198.70 Kb)

Streszczenie

W pracy przedstawiono metodologię oraz wyniki badań wpływu cieczy obróbkowej na chropowatość powierzchni i mikrotwardość warstwy wierzchniej ukształtowanej podczas nagniatania dynamicznego. Proces nagniatania był modelowany na specjalnym urządzeniu. Jako ciecze obróbkowe w procesie nagniatania dynamicznego użyte były mieszaniny nafty i oleju parafinowego. Stwierdzono, że ciecz obróbkowa wpływa na wzrost stopnia umocnienia warstwy wierzchniej oraz chropowatości powierzchni.

Summary

The paper presents a methodology and some results of the investigations on influence of the lubricant on surface roughness and surface layer micro hardness formed during shot peening process. The shot peening process was modeled on a special device. The mixtures of kerosene and paraffin oil as a lubricant were used in the shot peening process. The conclusion is that lubricant induces increase of degree of strain hardening and surface roughness.
① Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, Katedra Podstaw Inżynierii Produkcji.
Tribo-07v38n5_p157.pdf (149.30 Kb)