TRIBOLOGIA TEORIA I PRAKTYKA vXXXIX Nr 3, 2009 (225)

Streszczenie

Podjęcie problemu zastosowania stali bainitycznej do produkcji szyn kolejowych oraz w jakich warunkach mają być one eksploatowane nie jest łatwym zadaniem. W związku z tym w ramach pracy przeprowadzono badania tribologiczne (na stanowisku Amslera) oraz metalograficzne i profilografometryczne śladów współpracy. Określono wpływ wybranych parametrów eksploatacji, tj. obciążenia (Q) i prędkości obrotowej na zużycie i współczynnik tarcia stali o strukturze bainitycznej w skojarzeniu ślizgowym.

Summary

The developing world industry causes an increase in transport and train speeds. In this way, the rolling-sliding contact surface of rails subject to load lead to effort placed on material. The result of effort is increase stresses in subsurface contact. The forming and growing damages on the surface and subsurface in rolling-sliding contact depend on load and stresses and on the characteristic of rail material in the region of most effort of the rail area. Except external factors, the stress levels have an influence on internal stresses of sliding surface topography, since geometrical and structure notch causes stress concentration. The main aims of this work were determining how loads and speeds influence the values of wear and friction coefficients of rail steel of bainitic structure in sliding couples plus graphic interpretation research results from our experience and metalographic research. The scope of our work included performing tests on samples of rail steel of bainitic structure and tribiological research on an Amsler stand. These investigations have been carried out for one-to-one mapping to the wheel-rail system at the beginning of movement. During interaction in wheel-rail system, different effects proceed. Wear rate is different for individual working states depending on loads and speeds.
∗ Politechnika Śląska, Katedra Eksploatacji Pojazdów Samochodowych, ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, tel. 032 603 41 58, e-mail: .
∗∗ Uniwersytet Śląski, Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach Katedra Materiałoznawstwa, Zakład Technologii Warstw Powierzchniowych, ul. Śnieżna 2, 41-200 Sosnowiec, tel. 032 603 41 52, e-mail:
Tribo-09v40n3_p011.pdf (2.03 Mb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące wpływu nacisku jednostkowego p, prędkości ślizgania v i parametru chropowatości Ra stalowego przeciwelementu na tribologiczne właściwości wieloskładnikowego kompozytu na osnowie polioksymetylenu (POM). Badany kompzyt zawierał: 60% obj. POM + 12% obj. proszku PTFE + 20% obj. proszku brązu + 8% obj. wypełniacza szklanego (50% włókien szklanych i 50% mikrokulek szklanych). Badania tribologiczne realizowano na tribometrze typu „pin on disk” w zmiennych warunkach wymuszeń procesu tarcia technicznie suchego po stali. Jako wielkości wyjściowe w badaniach przyjęto: intensywność zużycia liniowego Ih , współczynnik tarcia µ oraz końcową temperaturę badanych par trących Tt. W realizacji tych badań wykorzystano plan rotalny eksperymentu na 5 poziomach dla 3 zmiennych. Na podstawie wyników badań wyznaczono wielowymiarowe funkcji regresji (o postaci wielomianu drugiego stopnia), które umożliwiły opracowanie charakterystyk tribologicznych w postaci wykresów przestrzennych i warstwicowych. Przeprowadzone badania wykazały istotny wpływ wartości przyjętych wielkości wejściowych na właściwości tribologiczne badanego skojarzenia ślizgowego. Opracowane charakterystyki tribologiczne mogą być pomocne w optymalnym kształtowaniu cech geometrycznych węzłów ślizgowych wykorzystujących badane skojarzenie i w określaniu ich granicznych warunków eksploatacji.

Summary

In the article, the results of the research concerning the influence of the unitary p stress, sliding speeds v, and the parameter of the roughness Ra, steel encounters on elements of tribologic properties of multicomponent composite on a polyoxymethylene base (POM) were described. The tested composite contained 60% vol. POM + 12% vol. of PTFE powder + 20% vol. of powder of bronze + 8% vol. of glass filler (50% glass fibres and 50% glass microballs). Tribological examinations were carrying out on tribometer of the "pin on disk" type in changeable conditions of a forced process of friction, technically dry on steel. The initial values in testing were assumed: intensity of the linear wear Ih, the rate of the friction µ and the final temperature Tt of tested friction pairs. In the completion of these tests, a rotatable plan of the experiment was used on 5 levels for 3 of the variables.
On the basis of test results, the multidimensional functions of the regression (about the second-degree figure of the polynomial) were determined, which enabled drawing the tribologic characteristics up in the form of spatial and contour graphs. Conducted examinations showed the significant influence of the value of assumed initial values on tribologic properties of the studied sliding pair. Elaborated tribologic characteristics can be helpful in optimal geometrical features used in the shaping of sliding joints using the studied association and in determining their border level of exploitation.
∗ Politechnika Wrocławska, Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, ul. I. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław, tel. (071) 320 27 72.
Tribo-09v40n3_p019.pdf (1.16 Mb)

Streszczenie

W oparciu o metodę autorską badania kinetyki zużywania materiałów przy tarciu ślizgowym przedstawiono metodę oszacowania trwałości zużyciowej przekładni ślimakowych ze ślimakiem Archimedesa. Ustalono postać funkcji zużycia liniowego zębów ślimacznicy w wybranych punktach przyporu. Na podstawie rozwiązania numerycznego określono charakter zależności resursu przekładni od zużycia.

Summary

On the basis of the author’s investigation, a method of material kinetics wear in sliding friction using the developed method of value wear longevity of worm gears with Archimedean worm are presented. The type of the function of worm teeth linear wear in select points of gears has been established. On the basis of a numerical solution, the character of dependence of resource gear from wear has been defined.
∗ Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, Instytut Technologicznych Systemów Informacyjnych, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, tel. (81) 538-42-76, e-mail:
Tribo-09v40n3_p031.pdf (137.77 Kb)

Streszczenie

Zbadano odporność oksydacyjną oraz właściwości smarne stabilizowanego oleju rzepakowego. Do oceny odporności na utlenianie przygotowanych kompozycji olejowych wykorzystano metodę DSC – skaningową kalorymetrię różnicową oraz test PetroOxy. W wyniku przeprowadzonych testów utleniania stwierdzono poprawę odporności oksydacyjnej oleju rzepakowego stabilizowanego olejem z ostropestu plamistego oraz naturalnymi przeciwutleniaczami. Testy tribologiczne prowadzono na aparacie czterokulowym wg metody standardowej, jak również zmodyfikowanej w warunkach zacierania.

Summary

The objective of the study was to stabilise rapeseed oil of the following natural antioxidants. Stability of rapeseed oil without and with addition of antioxidants was measured with the differential scanning calorimetry – DSC and PetroOXY. The antiwar and anti-seizure properties of oils were determined in the sliding steel-steel tribological couple utilising a four-ball machine.
A group of oil compositions with natural antioxidants were subjected to a series of tests confirming their usefulness as of base oils of greases.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 260-600 Radom, tel. (048) 364-42-41.
Tribo-09v40n3_p041.pdf (182.20 Kb)

Streszczenie

W referacie przedstawiono przykładowe powierzchnie cylindryczne z kieszeniami smarowymi wykonane w Katedrze Technologii Maszyn i Organizacji Produkcji Politechniki Rzeszowskiej oraz zaprezentowano możliwości poprawy odporności na zatarcie węzłów ślizgowych typu stal–brąz z wykonanymi mikrozasobnikami smaru.
Stwierdzono, że istnieje możliwość zwiększenia drogi tarcia do zatarcia pary ciernej zawierającej próbkę z kieszeniami smarowymi w porównaniu z węzłem posiadającym panewkę gładką (tradycyjną).

Summary

The paper shows the examples of cylindrical surfaces with oil pockets created in Rzeszów University of Technology, Department of Manufacturing Processes and Production Organisation. Possibilities of improvement in seizure resistance of the frictional pair, steel-bronze, by creation of oil pockets are also presented.
It was found that it is possible to increase the sliding distance to seizure of a frictional pair containing a sample with an oil pocket in comparison to assembly with a smooth (traditional) bearing-sleeve.
∗ Politechnika Rzeszowska, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Katedra Technologii Maszyn i Organizacji Produkcji, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów, tel. (0 17) 865 18 07.
Tribo-09v40n3_p051.pdf (1.29 Mb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań strukturalnych (TEM) oraz pomiaru mikrotwardości i adhezji do podłoża metodą zarysowania wielowarstwowych powłok Ti/TiN wytworzonych metodą ablacji laserowej (PLD – Pulsed Laser Deposition). Badano powłoki Ti/TiN o okresie multiwarstwy z zakresu 32–500 nm, o równych grubościach podwarstw oraz o różnym stosunku grubości TiN do Ti. Analizowano wpływ liczby granic rozdziału na właściwości mikromechaniczne multiwarstwy. Wyniki badań wskazują na silną zależność twardości od liczby granic rozdziału. Zmniejszanie okresu powłoki wielowarstwowej Ti/TiN z 500 do 62 nm powoduje jej utwardzenie. Natomiast dla okresu 31 nm obserwowano drastyczny spadek twardości i odporności na zarysowanie. Dalsze utwardzenie multiwarstw można uzyskać zwiększając udział fazy ceramicznej w powłoce wielowarstwowej. Twardość powłoki 8xTi/TiN o stosunku grubości 4:1-TiN/Ti jest równa twardości pojedynczej powłoki TiN, natomiast obciążenie krytyczne jest ponad 2-krotnie wyższe.

Summary

Ceramic/metal multilayers with a nanometer thickness of layers are a new type of material for tribological applications. A stack of hard ceramic and tough metallic layers give coatings with higher hardness, adhesion and wear resistance. In the article, micromechanical properties of Ti/TiN multilayers are presented. Multilayers were deposited on 2H7 ferrite steel by the PLD (Pulsed Laser Deposition) technique. The total thickness of multilayers was 1µm, and the bilayer period Λ varied between 32 nm and 500 nm. Multilayers 8x and 16xTi/TiN with equal thickness of Ti and TiN layers have the best micromechanical properties. For coatings with bilayer thickness 500 to 62 nm, linear rise between hardness and the count of interfaces has been observed. But for 32xTi/TiN, coatings with 16 nm thickness of layers, a large deterioration of mechanical properties was measured. The same trend was found for scratch resistance of multilayers. Results give the conclusion that the Ti layer should not be thinner than 25 nm. The next rise of mechanical properties of multilayers could be obtained by changing of TiN to the Ti thickness ratio. 8xTi/TiN multilayers with ratios 1:2 and 1:4 were tested. Hardness of 8xTi/TiN with a 1:4 ratio (27GPa) is equal to the hardness of the ceramic layer TiN; although, there was the introduction of soft metal layers. Scratch resistance of this coating is two times higher than other coatings.
∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, 30-065 Kraków, al. Mickiewicza 30, e-mail:
∗∗ Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków 30-059, ul. Reymonta 25.
Tribo-09v40n3_p059.pdf (1.64 Mb)

Streszczenie

W pracy przedstawiono badania tribologiczne, które przeprowadzono planowanym eksperymentem wykorzystując plan rotalny dla trzech zmiennych niezależnych, tj. nacisku pH, prędkości poślizgu v i twardości kulek H ze stali 100Cr6. Przyjęty zakres twardości (24–62 HRC) odzwierciedla cały zakres twardości stosowanych w budowie przekładni zębatych. Za wielkość wyjściową (kryterialną) eksperymentu przyjęto zużycie kulek określone średnicą śladu wytarcia nieruchomych kulek. Zużycie to mierzono po drodze tarcia s = 33,4 m. Kompozycję smarową przygotowywano mieszając 3% MoS2 (określane wagowo) z olejem Transol 150. Testy prowadzono na aparacie czterokulowym. Do matematycznego opisu zależności pomiędzy wielkościami wejściowymi i wyjściowymi, zmierzonymi podczas eksperymentu zastosowano analizę regresji. Jako funkcji aproksymującej wyniki badań przyjęto wielomian drugiego stopnia ze współdziałaniem pierwszego rzędu. Opracowano funkcję zużycia d = f(pH, v, H) dla skojarzeń ślizgowych pracujących przy styku skoncentrowanym punktowym. Zauważono istotny wpływ twardości na zużycie kulek. Stwierdzono, że związek ten nie jest jednoznaczny ale ściśle uzależniony od charakteru parametrów wymuszeń. Powiązanie twardości z wymuszeniami zewnętrznymi pozwoliło zaobserwować, że otrzymana funkcja d = f(pH, v, H) nie jest monotoniczna, lecz posiada ekstremum.

Summary

Tribological investigations, which were carried out using a rotatable plan for three independent variables (pressure pH, sliding velocity v, and ball hardness H made of 100Cr6 steel), are presented in this paper. The assumed range of the hardness (24 – 62 HRC) reflects the whole area of the hardness applied in the construction of the toothed gear. The diameter of the ball wear marks was accepted as the output criterion of the experiment with the friction path equal to 33.4 meters. Lubricants were made by mixing of 3% of MoS2 (determine by weight) with oil Transol 150. The tests were carried out using a 4-ball apparatus. The results of these experiments (input vs. output) were evaluated using regression analysis. A quadratic polynomial was employed as the approximation function. The wear function d=f(pH,v,H) for sliding nodes working with concentrated contact point was worked out. Significant influence of the magnitude on wear was reported. It was found that this relation is ambiguous and depends on external input function. The binding of hardness together with external input function shows that the obtained function d = f(pH, v, H) is not monotonic but has an extremum.
∗ Politechnika Wrocławska, Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław.
Tribo-09v40n3_p069.pdf (2.96 Mb)

Streszczenie

Wyjaśnienie mechanizmu obniżenia siły napędu pod wpływem drgań kontaktowych stycznych, niezbędnej do wywołania i podtrzymania ruchu ślizgowego, wymaga analizy zmian siły tarcia powodowanych tymi drganiami. W pracy przedstawiono wyniki takich analiz przeprowadzonych w środowisku Matlab-Simulink przy wykorzystaniu dynamicznych modeli tarcia Dahla i Duponta. Uzyskane wyniki porównano z wynikami badań doświadczalnych oraz z wynikami odpowiednich analiz przeprowadzonych przy wykorzystaniu klasycznego modelu tarcia Coulomba.

Summary

The explanation of driving force reduction in sliding motion under the influence of longitudinal tangential contact vibrations demands the adequate analyses of friction force changes caused by these vibrations. The results of such analyses, which were curried out in a Matlab-Simulink environment, are given in this paper. The simulation tests were performed with the use of two dynamical friction models. These were Dahl’s and Dupont’s models. The obtained results were compared with data of experimental tests and with results of appropriate analyses carried out with the use of classical Coulomb’s model. The best consistency of simulation and experimental data was achieved with use of Dahl’s model.
∗ Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, al. Piastów 19, 70-310 Szczecin, tel. (048) 91-449-46-83, e-mail: ,
Tribo-09v40n3_p077.pdf (415.67 Kb)

Streszczenie

W pracy zaproponowano, aby wpływ rzeczywistych warunków na restytucję prędkości k uwzględnić za pomocą współczynnika β jako υ’’ = υ’k/β. Warunkami tymi są: cząstka nie ma kształtu kulistego i jest zaburzony przepływ w strumieniu. Oszacowano wartość współczynnika β dla młyna z dwoma wirnikami i pięcioma rzędami łopatek.

Summary

In the paper, the authors proposed to measure influence of real conditions on the restitution of velocity k by using coefficient β as υ’’ = υ’k/β. The conditions are as follows: the particle is not spherical and the flow in the stream is disturbed. The value of coefficient β was calculated for a mill with two rotors and five rows of blades.
∗ Politechnika Białostocka, Wydział Mechaniczny, e-mail: , tel. 48 505 134 033.
∗∗ Politechnika Białostocka, Wydział Mechaniczny, e-mail: , tel. (085) 746-93-05.
Tribo-09v40n3_p087.pdf (4.45 Mb)

Streszczenie

W pracy przedstawiono opis tarciowego źródła ciepła i na jego podstawie opracowano oryginalny sposób wyznaczania przyrostu temperatury w strefie tarcia metali. Rozważono przypadki tarcia ze zużywaniem i bez zużywania, gdy występuje maksymalny przyrost temperatury. Uwzględniono szereg wielkości charakteryzujących procesy tarcia i zużywania oraz własności fizyczne metali. Należą do nich m.in.: współczynnik tarcia, współczynnik zużywania, praca tarcia, wielkości geometryczne charakteryzujące strefę tarcia, twardość, gęstość, ciepło właściwe i temperatura początkowa. Zamieszczono przykład liczbowy ilustrujący ilościowo maksymalne przyrosty temperatury wybranych metali, występujące podczas tarcia. Stwierdzono ważną rolę twardości w procesie nagrzewania tarciowego metali.

Summary

A description of a frictional heat source is presented and, based on this, an original method of determining the temperature increment in the metallic friction zone is developed. Cases are considered of friction involving wear and wear-free, where maximum the temperature increment occurs. A series of magnitudes characterising friction and wear processes, as well as physical properties of metals, are taken into account. These include, inter alia, coefficient of friction, coefficient of wear, work of friction, geometric characteristics of the friction zone, hardness, thickness, specific heat, and initial temperature. A quantitative example is included to illustrate the maximum temperature increments of selected metals during friction. An important role of thickness in the process of frictional heating of metals is established.
∗ Politechnika Radomska, Wydział Nauczycielski, Katedra Informatyki, ul. Malczewskiego 29, 26-600 Radom, tel. 048 360 31 08, e-mail: .
Tribo-09v40n3_p097.pdf (112.56 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań tribologicznych materiałów stosowanych na elementy systemu biotribologicznego – endoprotezy stawów biodrowych i kolanowych człowieka. Badaniom poddano stop Co-Cr-Mo oraz materiał z powłoką DLC uzyskaną techniką CVD wspomaganą plazmą. Wybór tego typu materiałów podyktowany został ich biokompatybilnością, odpornością na korozję i zużycie przez tarcie. Badania struktury powłok zrealizowano z użyciem mikroskopu skaningowego SEM. Charakterystyki tribologiczne uzyskano podczas testów na aparacie T-17, pracującym w skojarzeniu trzpień–płytka w warunkach tarcia ze smarowaniem. Skojarzenie systemu biotribologicznego stanowił stop kobaltu, stop kobaltu z naniesioną powłoką diamentopodobną oraz wysokocząsteczkowy polietylen UHMWPE. W badaniach zastosowano jako modelową substancję smarową – roztworów Ringera. Badania wykazały, że mechanizmy zużycia elementów endoprotez z naniesionymi powłokami zależą przede wszystkim od materiału powierzchni roboczych węzła tarcia. Dobrane w pracy powłoki DLC, będące elementami pary trącej charakteryzują się niskimi oporami tarcia.

Summary

This analysis concerns the interaction of a Co-Cr-Mo alloy head with and without a diamond like carbon (DLC) coating and an ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) acetabular cup. The diamond-like carbon films were deposited on the Co-Cr-Mo alloy substrate using the high frequency plasma-assisted chemical vapour deposition (PACVD) technology. The coatings characterised by good wear and corrosion resistance were used to prevent the substrate destructive attack of the environment. The morphology and structure of DLC coatings were analysed by scanning electron microscopy. The tribological tests were performed in accordance with ASTM 732-82 in a T-17 tribotester for a sliding-reciprocating motion. The friction pair was analysed in the pin-on-plate type wear tests. The research shows that the coefficient of friction and wear for DLC films on elements of endoprostheses are better than Co-Cr-Mo alloy.
Tribo-09v40n3_p105.pdf (913.73 Kb)

Streszczenie

Przedmiotem badań były procesy zużycia monowarstwowych powłok TiN oraz wielowarstwowych Ti/TiN po teście ball-on-disc nałożonych na podłoża stalowe. Powłoki wytworzone zostały techniką laserowej ablacji aktywowanej magnetronowo. Zużycie badano w testach kula Al2O3/tarcza przy obciążeniu 0,25N i 1N odpowiednio po 10000 i 2000 cykli. Obserwacje miejsc wytarcia przeprowadzono na przekrojach poprzecznych z wykorzystaniem transmisyjnej mikroskopii elektronowej (Tecnai G2 200 kV FEG). Do prowadzenia obserwacji wykorzystano techniki wysokorozdzielczej mikroskopii, jak również analizy składu chemicznego EDS. Cienkie folie do analizy TEM zostały wykonane techniką zogniskowanej wiązki jonów galu (Ga+), tzw. techniką FIB.
Badania wykazały, że powłoki TiN w stanie po nałożeniu charakteryzowała silnie zdefektowana mikrostruktura kolumnowa oraz występowanie mikropęknięć wzdłuż granic międzyziarnowych. Obserwacje wczesnych stadiów zużycia, gdzie test na zużycie przeprowadzany był pod obciążeniem 0.25N, wykazały, że mikropęknięcia na granicach międzyziarnowych zwiększyły się, jak również powstały nowe, przecinające pojedyncze kolumny. Zużycie dokonywało się poprzez wykruszanie drobnych fragmentów pojedynczych ziarn. Pod większym obciążeniem (1N) następowała fragmentaryzacja powłoki. Jej kawałki wielkości kilku mikrometrów przesuwały się powodując powstanie uskoków na powierzchni powłoki i odpowiadające im odkształcenia podłoża. Wysokorozdzielcza mikroskopia transmisyjna wykazała, że pęknięcia ziarn przebiegały głównie wzdłuż płaszczyzn krystalograficznych typu {111} TiN.
W przypadku powłok wielowarstwowych pod wpływem obciążenia dochodziło najpierw do pękania warstw ceramicznych, natomiast warstwy metaliczne ulegały odkształceniu plastycznemu. Pęknięcia te ponownie otwierają się w kolejnej warstwie ceramicznej (pod metaliczną), jednak ich wielkość jest już znacznie mniejsza.
Zużycie monowarstwowych powłok ceramicznych następuje głównie w sposób katastroficzny, tj. poprzez gwałtowną delaminację dużych obszarów powłoki. Powłoki wielowarstwowe, poprzez zastosowanie naprzemianległych warstw ceramika/metal zużywają się równomiernie, tj. warstwa po warstwie.

Summary

The wear mechanisms of single- layered TiN coatings as well as multilayered Ti/TiN coatings (Λ =250nm) were investigated with ball-on-disc test. The coatings were obtained by the hybrid pulsed laser deposition (PLD) technique. The wear test was done using Al2O3 ball-on-disc test at 0.25 and 1N after 10000 and 2000 cycles, respectively. Thin foils for TEM observations were cut from the wear track using Quanta 200 3D FIB (Focus Ion Beam) equipped with an Omniprobe lift-up system. The microstructure investigations were performed with the TECNAI G2 SuperTWIN FEG (200kV) transmission electron microscope. Observations exhibited that the deposited TiN single layered coating was characterized by strongly defected columnar microstructure and the presence of micro-cracks along grain boundaries. Early stages of the wear process, where test was performed under 0.25N, showed that the micro-cracks at grain boundaries were much more pronounced and new ones additionally appeared cutting individual grains. The wear track formation starts with the removal of small pieces of individual grains leaving a “broken tooth” like line. The higher load (1N) resulted in activation of side slips along the existing cracks causing steps at the surface and corresponding dent in the substrate. Under the same loading in the central part of wear track, the TiN coating was fractured to a few micron size pieces, which were half way pushed into the steel substrate. The HRTEM observations of coating confirmed that the cracks formed during deposition were located at the column of crystallites boundaries, while wear caused the formation of intercrystalline cracks along {111} planes as well. In the case of multilayer coatings under the applied load, ceramic (TiN) layers were cracked while metallic layers deformed plastically. The vertical cracks in TiN were indeed stopped at the TiN/Ti interfaces, but reopen in TiN layers lying below. In applied wear conditions, the continuity of Ti layers prevails over cracking of the TiN layers and resulted in layer-by-layer wear of investigated multilayer coating.
∗ Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków; 30-059 Kraków, ul. Reymonta 25; e-mail:nmlmajor@imim-pan.krakow.pl.
∗∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki.
Tribo-09v40n3_p115.pdf (17.72 Mb)

Streszczenie

Zbadano charakterystyki tribologiczne ślizgowego węzła tarcia typu kula–tarcza pracującego w powietrzu w warunkach tarcia technicznie suchego oraz próżni. Elementami testowymi były tarcze wykonane ze stali 100Cr6 bez powłoki i z naniesionymi powłokami: przeciwzużyciową CrN i niskotarciową MoS2 oraz kulki łożyskowe ze stali 100Cr6 jako przeciwpróbki. Właściwości tribologiczne badanego węzła tarcia oceniano na podstawie przebiegu zmian współczynnika tarcia, intensywności zużywania liniowego, średnicy wytarcia kulki oraz wyglądu wytartych powierzchni. Wykazano istotny wpływ próżni na przebieg tarcia i zużycia badanych skojarzeń ciernych.

Summary

Tribological characteristics of coatings were investigated using a ball-on-disc tribosystem without lubrication in the presence of air and in a vacuum. The tests were performed employing friction pairs consisting of 100Cr6 bearing steel balls and a disc (uncoated or CrN and MoS2 coated). The evaluation of tribological properties of the investigated ball-on-disc tribosystem have been done on the basis of friction coefficient, linear wear intensity, wear scar diameters on balls, and microscopy observation of the worn surfaces. The results indicate that the vacuum significantly influences the friction and wear behaviour of investigated friction pairs.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 260-600 Radom, tel. (048) 364-42-41.
Tribo-09v40n3_p125.pdf (2.38 Mb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono fizyczne efekty występujące podczas „manipulowania” nanoobiektami na powierzchni ciała stałego. Wyjaśniono istotę pozostawiania śladu przez nanodrut krzemowy, który występuje w miejscu jego pobytu przed przesunięciem nd po powierzchni krzemu oraz niektóre inne osobliwości występujące w obszarze styku: nanodrutpowierzchnia ciała stałego–ciecz w kapilarze.

Summary

In this article, physical aspects present during manipulation of nanoparticles deposited on a solid state surface are presented. Origins of traces left on the surface of the contact (nanowire – solid state surface – capillary liquid.) after nanowire manipulation are explained and additional particularities are discussed.
∗ Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska, ul. Koszykowa 75, 00-662, Warszawa; email:
∗∗ Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie, CNRS UMR 8520, Dpt. ISEN, Avenue Poincaré, F-59652 Villeneuve d’Ascq, France.
Tribo-09v40n3_p139.pdf (1.50 Mb)

Streszczenie

Artykuł zawiera informacje o syntezach, właściwościach fizykochemicznych oraz tribologicznych pochodnych kwasu ditiofosforowego. Omówione są ich rozkłady termiczne, hydrolityczne i utleniające, adsorpcja na powierzchniach ciał stałych, reakcje tribochemiczne i ich działania w procesie tarcia metali i materiałów ceramicznych. Przedstawione są przykłady badań nad rozwiązaniem problemu zatruwania katalizatorów spalin.

Summary

The paper contains information about the synthesis of physicochemical and tribological properties of dithiophosphoric acid derivatives. Their thermal, hydrolytic and oxidative decomposition and adsorption on solid surfaces, tribochemical reactions and additive action in friction of metals and ceramics are discussed. Research on decreasing catalytic activity is also presented.
∗ Katedra Technologii Chemicznej i Ochrony Środowiska, Wydział Chemii Uniwersytetu Łódzkiego, ul. Narutowicza 68, 90-136 Łódź.
Tribo-09v40n3_p153.pdf (336.60 Kb)

Streszczenie

Zbadano wpływ wybranych, komercyjnych dodatków smarnych na zdolność środka smarowego na bazie mineralnego oleju podstawowego SAE 30/95 do przeciwdziałania zacieraniu. Badania prowadzono za pomocą aparatu czterokulowego T-02, umożliwiającego liniowy przyrost obciążenia węzła tarcia. Porównania właściwości smarnych badanych dodatków dokonano na podstawie wielkości obciążenia zacierającego (Pt), granicznego nacisku zatarcia (poz) oraz analizy zmian momentu i współczynnika tarcia w funkcji obciążenia. Wartości poszczególnych badanych parametrów zależą od rodzaju i zawartości dodatków smarnych w kompozycji smarowej. W wielu przypadkach stwierdzono brak monotonicznej zależności badanej cechy od zwartości dodatku w kompozycji, przy czym maksima dla różnych badanych dodatków oraz poszczególnych badanych cech występują przy różnych stężeniach dodatków w kompozycji smarowej. Brak monotoniczności oraz różna zależność badanych cech dla różnych dodatków od ich stężenia w oleju uniemożliwia aprioryczną optymalizację składu oleju smarowego. Stwierdzono także, że kompozycje smarowe o porównywalnej wartości Pt mogą wykazywać znaczne różnice wartości poz i odwrotnie. Wskazuje to, że maksymalna wartość obciążenia zacierającego nie powinna być jedynym kryterium optymalizacji zawartości dodatku smarnego w kompozycji. Fakty te powinny być brane pod uwagę podczas komponowania środków smarowych dla określonych rodzajów węzłów i warunków tarcia.

Summary

The paper discusses the research on the influence of selected commercial lubricating additives on the ability of the lubricant based on SAE 30/95 to prevent scuffing. The research was done using the T-02 four-ball apparatus, which allows a proportional increase of the load of the friction pair. The comparison of the investigated additives was based on the value of scuffing load (Pt), limiting pressure of seizure (poz) and on changes of the moment and coefficient of friction as a function of the load. The values of the examined parameters depend on the type and quantity of additives in the lubricating composition. In many cases, no monotonic dependence of the parameters on the content of additive was observed, and maxima for different additives and investigated features are present at different concentrations of the additives in the lubricating composition. No monotonicity and varying dependence of the investigated features for different additives and their concentration prevents aprioric optimisation of the lubricating oil composition. It has also been concluded that lubricating compositions of comparative values of Pt can show significant differences in poz values and vice versa. This shows that the maximal value of scuffing load should not be the only criterion for optimising the content of the additive in lubricant. These facts should be considered during composing the lubricants for specified friction pairs and friction conditions.
∗ Instytutu Paliw i Energii Odnawialnej, ul. Jagiellońska 55, 03-301 Warszawa.
∗∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. K. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom.
Tribo-09v40n3_p171.pdf (190.60 Kb)

Streszczenie

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu na powierzchniową trwałość zmęczeniową rodzaju materiału i technologii konstytuowania warstw powierzchniowych elementów skojarzonych w wysoko obciążonym modelowym styku tocznym. Przebadano stale: łożyskową 100Cr6, nawęglaną 16MnCr5 oraz azotowaną 33H3MF oraz powłoki TiN, CrN, WC/C i MoS2 naniesione na próbki ze stali100Cr6. Badany modelowy styk smarowany był mineralnym olejem wzorcowym RL 144 bez dodatków. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono negatywny wpływ nawęglania i azotowania na trwałość zmęczeniową stalowych węzłów tarcia. Pokrycie jednego z elementów stalowych powłokami PVD (TiN, CrN, WC/C, MoS2) nie umożliwia poprawy sytuacji (co ma miejsce w przypadku zacierania), przy czym typowe powłoki jednowarstwowe TiN oraz CrN zmniejszają tę trwałość drastycznie (o rząd) w stosunku do powłok niskotarciowych WC/C i MoS2.

Summary

In the paper, the results of the effect of material type and vacuum techniques of the surface layer on fatigue wear of heavy-loaded rolling contact are presented. Various materials, 100Cr6 bearing steel, 16MnCr5 carbonised steel and 33H3MF nitriding steel as well as TiN, CrN, WC/C and MoS2 coatings have been tested.
Tribosystems were lubricated with mineral reference oil without additives denoted as RL 144. Carbonising and nitriding processes show the negative effect on surface rolling contact fatigue. By the application of PVD coatings on one part (TiN, CrN, WC/C, MoS2) fatigue life was shortened. The same coatings enable the increase of scuffing resistance of coated tribosystem. Single coatings, like TiN and CrN, decrease the fatigue life tenfold, while the decease of service life for low friction coatings was only minor.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 260-600 Radom, tel. (048) 364-42-41.
Tribo-09v40n3_p185.pdf (230.19 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań ukierunkowanych na ocenę prognoz trwałości zmęczeniowej węzła tarcia. Analizie poddano wyniki badań pittingu. Zgodnie z procedurą badanie tego typu zużycia obejmuje wykonanie 24 biegów badawczych, co wymaga znacznego nakładu czasu oraz poniesienia znaczących kosztów związanych z eksperymentem. Głównym celem badań było oszacowanie możliwości skrócenia cyklu badawczego przy zachowaniu zadanego poziomu błędu. Badania eksperymentalne zrealizowano na zmodernizowanym stanowisku czterokulowym w Laboratorium Badań Tribologicznych ITeE – PIB. Przeprowadzono 37 serii eksperymentów badawczych, dla różnych skojarzeń materiałowych i środków smarowych. Jako kryterium oceny zbieżności wyników przyjęto błąd względny prognozy przy skróconym cyklu badawczym w odniesieniu do prognozy trwałości zmęczeniowej opracowanej na podstawie 24 biegów badawczych. Uzyskane wyniki potwierdziły zasadność podjętych badań wskazując przesłanki skrócenia cyklu badawczego oraz poszukiwania czynników mających wpływ na zbieżność prognoz.

Summary

The article presents the results of research carried out to estimate the convergence of friction contact fatigue durability predictions. The fatigue wear of the pitting type was analysed. According to the procedure, the research series encompass 24 research operations that are usually time-consuming and increase experiment costs. The major aim of the presented research was to estimate the possibilities of shortening the research procedure while the error of such approximation can be accepted. The experimental research was conducted on the modernized four-ball apparatus in the Tribological Research Laboratory of the Institute for Sustainable Technologies – NRI in Radom. The 37 research experiments were carried out for different materials and lubricants. As the criterion of research results, convergence the relative error of the shortened procedure fatigue prediction and 24 courses procedure prediction was established. The analysis of experimental results shows the premises to shorten the research procedure and arguments for research of factors that influence prediction convergence.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 260-600 Radom, tel. (048) 364-42-41.
Tribo-09v40n3_p197.pdf (2.63 Mb)

Streszczenie

Stopy niklu typu Inconel stosowane w przemysłach: lotniczym, chemicznym, energetycznym, (zawierające powyżej 15% wag. chromu) charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi, plastycznością, dobrą odpornością korozyjną. Wykazują jednak niską odporność na zużycie przez tarcie, co można wyeliminować poprzez zastosowanie obróbek powierzchniowych.
W artykule omówiono strukturę i właściwości warstw azotowanych wytworzonych na stopie Inconel 625 (20% wag. Cr, 10% wag. Mo, 5% wag. Fe, 1% wag. Co, Ni – reszta). Stwierdzono znaczny wzrost twardości, odporności na zużycie przez tarcie i wytrzymałości zmęczeniowej stopu niklu z wytworzoną dyfuzyjną warstwą azotku chromu.

Summary

The nickel alloys of the Inconel type (containing above 15wt% of chromium), used in many industrial applications, including the manufacture of aircraft, chemistry, power generation, and material processing, have advantageous mechanical properties, high plasticity and good corrosion resistance, but their frictional wear resistance is poor. This drawback can be obviated by subjecting the alloys to surface treatments.
The paper describes the structure and properties of nitrided layers produced on the Inconel 625 nickel alloy (20wt.%Cr, 10wt.%Mo, 5wt%Fe, 1wt%Co, balance-Ni). It was found that the diffusive chromium nitride layers produced on the alloy surface improve the hardness, frictional wear resistance, and fatigue strength of the alloy.
∗ Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa.
Tribo-09v40n3_p209.pdf (5.73 Mb)

Streszczenie

W pracy przedstawiono zużycie i trwałość par tarciowych jako skutek dyssypacji i akumulacji energii. Pary te potraktowano jak systemy termodynamiczne otwarte i opisano zachodzące w nich procesy na podstawie pierwszej zasady termodynamiki. Uwzględniono podstawowe oddziaływania energetyczne i ich związki z dyssypacją i akumulacją energii podczas tarcia. Opisano intensywność zużywania ustabilizowanego oraz trwałość par tarciowych jako funkcję parametrów tarcia, własności fizycznych trących się ciał oraz mechanizmu zużywania. Wykorzystano również zależność J.F. Archarda, warunkującą zużycie objętościowe. Opracowane zależności, opisujące trwałość par tarciowych zostały zinterpretowane fizycznie.

Summary

Wear and stability of frictional couples are presented as a function of dissipation and accumulation of energy. Such couples are treated as open thermodynamic systems and processes occurring in them are described on the basis of the first law of thermodynamics. Basic energy interactions and their relations to dissipation and accumulation of energy during friction are taken into account. The intensity of stabilised wear and the stability of frictional couples as a function of friction parameters, the physical properties of rubbing bodies, and mechanism of wear are described. J.F. Archard's dependence conditioning volumetric wear is also given. The dependencies describing the stability of frictional couples are interpreted in physical terms.
∗ Politechnika Radomska, Wydział Mechaniczny, Instytut Budowy Maszyn, ul. Krasickiego 54, 26-600 Radom.
Tribo-09v40n3_p219.pdf (91.86 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań struktury i składu chemicznego powierzchni śladów tarcia, wpływających na charakterystyki przeciwzużyciowe biododatków otrzymanych w wyniku oczyszczania odpadów po rafinacji oleju rzepakowego. Stwierdzono, że rodzaj zastosowanego środka smarowego w istotny sposób wpływa na mechanizm kształtowania warstwy wierzchniej, efektem czego jest zmiana mikrostruktury powierzchni tarcia. W śladach tarcia stwierdzono większą, niż to wynika ze składu stali, zawartość węgla oraz w niektórych przypadkach – tlenu, co może świadczyć o powstawaniu podczas tarcia związków organicznych lub tlenków i węglików.

Summary

This article presents the results of the investigation of structure and chemical composition of wear scar surfaces that influence antiwear characteristics of bioadditives received from waste materials from refining of rape oil. It has been concluded that the type of lubricant used influences the mechanism of surface layer creation, resulting in a change of friction surface microstructure. The content of carbon and, in some cases, oxygen in the wear contact region has been higher than outside this region. It can be evidence of the formation of organic compounds or oxides and carbides during friction.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 260-600 Radom, tel. (048) 364-42-41.
Tribo-09v40n3_p227.pdf (985.40 Kb)

Streszczenie

Od wielu lat producenci podnoszą moc silników trakcyjnych bez wprowadzania zasadniczych zmian konstrukcyjno-technologicznych ich elementów. Prowadzi to często do przedwczesnego zużywania się niezmienionych jego elementów. W opracowaniu przeanalizowano przyczyny patologicznej postaci zużywania panewek układu korbowego silnika wysokoprężnego ze zwiększoną mocą oraz przedstawiono przedsięwzięcia zapobiegające.

Summary

The manufacturers have been increasing the power of crankshaft engines without introducing any major structural and technological changes of its parts for a long time. It often leads to premature wear of the unchanged elements. The paper includes an analysis of the reasons for the pathological damage wear process of bearing brass of the crank shafts of diesel engines of a heightened power and the propositions for preventive measures.
∗ Wojskowy Instytut Techniki Pancernej i Samochodowej, ul. Okuniewska 1, 05-070 Sulejówek.
Tribo-09v40n3_p239.pdf (19.10 Mb)

Streszczenie

Oleje silikonowe były stosowane jako substancje smarowe nie tylko w elementach tarciowych maszyn, ale także w układach biologicznych, np. jako smary w torebkach stawowych w przypadku schorzeń reumatycznych. Związki te są jednak nierozpuszczalne w wodzie, dlatego do badań wytypowano rozpuszczalne w wodzie pochodne polieterowe. Polietery silikonowe zaliczane są do grupy niejonowych związków powierzchniowo czynnych. Aktywność powierzchniowa polieterów z wodnych roztworów została potwierdzona przez pomiar napięcia powierzchniowego i kąta zwilżania. Wykonano także szereg testów tribologicznych [L. 1, 2].
W prezentowanej pracy wyznaczone zostały opory ruchu i zużycie stali w obecności wodnych roztworów polieterów silikonowych, jako modelowych substancji smarowych. Testy prowadzono za pomocą aparatu T-11, wyprodukowanego przez Instytut Technologii Eksploatacji w Radomiu. Stwierdzono polepszenie właściwości tribologicznych wody, jako medium smarnego, w obecności polieterów silikonowych.

Summary

Silicone oils have been applied as lubricants not only in machinery but also in biological systems, for instance, in articular capsules in the case of rheumatism. Since these compounds are not water-soluble, their polyether derivatives were selected for testing. Silicone polyethers belong to the group of non-ionic surfactants. Their surface activity was confirmed by measurement of surface tension and wetting angle. Tribological tests [1–2] were also made.
The tribological properties of the aqueous solutions of silicone polyethers were measured as motion resistance and wear. The tests were performed using a T-11 apparatus, produced by the Institute for Sustainable Technologies in Radom. A significant influence of the silicone derivatives on the tribological properties of the lubricants was observed.
∗ Politechnika Radomska, Katedra Chemii, Zakład Chemii Fizycznej i Nieorganicznej, ul. Chrobrego 27, 26-600 Radom, e-mail:
Tribo-09v40n3_p247.pdf (1.70 Mb)

Streszczenie

W artykule scharakteryzowano i opisano wyniki badań własności smarnych wody destylowanej, 1% emulsji oleju w wodzie typu HFA-E sporządzonej na bazie koncentratu do tworzenia emulsji Isosynth VH110BF, oleju Total Azolla 46 oraz, w celach porównawczych, samego koncentratu Isosynth VH110BF. Przedstawiono również wyniki badań powierzch- niowego zużycia zmęczeniowego (pittingu) dla wyżej wymienionych czynników smarnych. Emulsja oleju w wodzie, olej oraz woda są czynnikami roboczym stosowanymi w układach hydraulicznych.

Summary

The article characterises and describes the results of research (carried out on four-ball machine) of the lubricant property of distilled water, oil-in-water emulsion type HFA-E (1% oil in water) prepared on base of concentrate Isosynth VX110BF, oil Total Azolla 46 and the pure concentrate Isosynth VX110BF (only in comparison with oil, emulsion and water). In the article, results are shown of research (carried out on four-ball machine) rolling contact fatigue tests for water, emulsion, and oil as a means of lubricant. Oil-in-water emulsion HFA-E, oil and water are the working medium applied in hydraulic systems.
∗ Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, tel. (+48)58-3472267, e-mail: .
Tribo-09v40n3_p257.pdf (4.52 Mb)

Streszczenie

W pracy analizowano modele tarcia, które mogą mieć zastosowanie podczas badania procesu zagęszczania ośrodka sypkiego. Badania doświadczalne dotyczyły określenia siły wypychającej z formy zagęszczonych próbek z mieszanki wapienno-piaskowej oraz wytrzymałości na ściskanie. Na przykładzie serii próbek z drobnoziarnistymi dodatkami (barwnikami), stwierdzono korelację wytrzymałości wyrobu i sił tarcia między ośrodkiem sypkim i formą.

Summary

In the paper, friction models were analysed, which can be applied during investigation of the process of loose medium consolidation. Experimental testing determined the force pushing consolidated samples of a lime-sand mixture out of the mould, and it assessed crushing strength. The correlation of the material strength and friction forces between the loose medium and the mould was reported on the example of the sample series with fine-grained additions (pigment).
∗ Politechnika Białostocka, Wydział Mechaniczny, e-mail: , tel. (085) 746-93-14.
∗∗ Politechnika Białostocka, Wydział Mechaniczny, e-mail: , tel. (085) 746-93-05.
Tribo-09v40n3_p273.pdf (1.64 Mb)