Streszczenie:

W artykule przedstawiono trzy nowe metody badania olejów smarowych na stanowisku przekładniowym typu FZG. Metody zostały opracowane w Gear Research Center (FZG) Uniwersytetu w Monachium.
Metoda pierwsza, oznaczona A10/16,6R/120, dotyczy różnicowania olejów smarowych pod względem ich wpływu na zacieranie. Jest ona prowadzona w znacznie ostrzejszych warunkach niż popularna metoda badania zacierania A/8,3/90. Stwierdzono, że nowa metoda ma lepszą rozdzielczość i pozwala rozróżnić samochodowe oleje (do przekładni mechanicznych) klasy jakościowej API GL-3 od olejów klas wyższych (GL-4 i GL-5).
Druga z metod, oznaczona PT C/10/90, dotyczy badania wpływu olejów smarowych na powierzchniową trwałość zmęczeniową (ang. pitting) testowej przekładni zębatej. Stwierdzono, że pozwala ona uzyskać – pomimo dużych rozrzutów wyników nieodłącznych w badaniach zmęczeniowych – „oczekiwaną” formę zużycia, czyli wykruszenie zmęczeniowe, a inne formy zużycia (mikropitting, zacieranie) mają znaczenie drugorzędne bądź nie występują wcale.
Ostatnia z metod dotyczy badania wpływu olejów smarowych na mikropitting i jest oznaczona GT-C/8,3/90. Stwierdzono, że pozwala ona uzyskać „oczekiwaną” formę zużycia, jaką jest mikropitting, a inne formy zużycia (pitting, zacieranie) nie występują wcale.
W artykule opisano również stanowisko T-12U do kompleksowych badań przekładni zębatej, opracowane i wytwarzane w ITeE – PIB w Radomiu, a także wyniki badań wybranych olejów przekładniowych.

Summary

The authors present three new methods for the testing of lubricating oils using a gear test rig. The methods have been developed in the Gear Research Center (FZG) at the Technical University of Munich.
The first test method, denoted as A10/16,6R/120, is intended for differentiating between oils from the point of view of their EP (extreme-pressure) properties. It is carried out under more severe test conditions than the popular scuffing test method A/8,3/90. It has been shown that the new test method has a better resolution and makes it possible to differentiate between automotive gear oils (for mechanical transmissions) of API GL-3 performance level and oils of higher level (GL-4 and GL-5).
The second test method, denoted as PT C/10/90, is intended for investigation of an influence of lubricating oils on surface fatigue (pitting) of test gears. It has been shown that – despite big scatter of results, typical of surface fatigue tests – the method makes it possible to obtain a ‘desired’ form of wear, i.e. pitting, while other forms of wear (micropitting, scuffing) are of minor significance or do not appear at all.
The last test method, denoted as GT-C/8,3/90, concerns investigation of an effect of lubricating oils on micropitting of test gears. It has been shown that the method makes it possible to obtain a ‘desired’ form of wear, i.e. micropitting, while other forms of wear (pitting, scuffing) do not appear at all.
A new test rig T-12U for comprehensive gear testing, designed and manufactured by ITeE-PIB in Radom, as well as results for selected gear oils have been also presented in the paper.
The presented gear test methods become more popular in the laboratories of the biggest producers of lubricating oils in the world.
Their standardization is in progress. So, the test methods could be very helpful also in the R&D petroleum laboratories in Poland; their implementation in this sector seems to be highly desired.
① Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Zakład Tribologii, ul. K. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel.: (048) 364-39-03. e-mail: , e-mail:
Tribo-07v38n3-4_p303.pdf (4.77 Mb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań oporów tarcia przy ruchu względnym próbek warzyw po powierzchni stalowej. Próbki wykonano z ziemniaka, marchwi i buraka czerwonego. Badania wykonywano na stanowisku do pomiarów tarcia w ruchu postępowym wywierając na próbki obciążenie 10 N. Przeprowadzono testy dla świeżych próbek warzyw i dla próbek suszonych w pięciu różnych czasach, w temperaturze 100°C. Podczas suszenia rejestrowano ubytek masy próbek. W oparciu o uzyskane wyniki wyznaczono linie trendów dla zależności współczynników tarcia od procentowego ubytku wody z próbek. Uzyskano różne wartości oporów tarcia dla poszczególnych warzyw. Wraz ze spadkiem zawartości wody w próbkach ziemniaka i marchwi zmniejszała się wartość współczynnika tarcia, natomiast dla buraka wartość ta zmniejszyła się nieznacznie.

Summary

The paper presents test results of the friction resistance at the relative motion of vegetable samples on the steel surface. The samples were made of potato, carrot and red beet. They were tested on an friction measuring system before and after drying. The load of 10 N was applied to the specimen. Each vegetable was tested before drying and for 5 drying times at temperature of 100°C. Relative decrease in mass of dried vegetable specimen was determined. For each of the tested vegetables a regression function was worked put which related the coefficient of friction with the decrease of the water in the vegetable specimens. Friction resistance was different for each tested vegetables.
With the decreasing percentage of the water in the potato and carrot there is a drop in the value of friction coefficient, however, this drop of value is very small for red beet specimens.
① Politechnika Poznańska, Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, ul. Piotrowo 3, 60-965 POZNAŃ, tel. (061) 665-22-32.
Tribo-07v38n3-4_p319.pdf (120.41 Kb)

Streszczenie

Przedstawiono metodę obliczania momentu tarcia w polimerowych łożyskach ślizgowych podczas rozruchu. Zastosowano metodę elementu skończonego (FEM) do wyznaczenia rozkładu nacisków w strefie styku czopa z panewką. Zastosowanie techniki komputerowej (program ABACUS CAE) umożliwiło łatwą i szybką analizę wpływu czynników konstrukcyjnych i materiałowych na opory ruchu podczas rozruchu. Uzyskano zadowalającą korelację wyników obliczeń z danymi eksperymentalnymi.

Summary

A method of computation of the friction torque in polymer sliding bearings during start-up is presented in this paper. Finite element method (FEM) was used to determine the distribution of contact pressure in contact of the shaft with the bush. Application of the computer technology (computer program ABAQUS CAE) enabled carrying out an easy and quick analysis of the effect of constructional and material alterations on the friction during starting. To carry out such analysis it is necessary to know the mechanical and tribological properties of the polymer material from which the bush has been made. For this purpose, a study of mechanical and tribological properties of selected thermoplastic polymers was conducted. The results obtained were compared to those obtained using experimental investigations of polymer bearings with using apparatus for testing of sliding bearings.
The results of determination of frictional torque in polymer sliding bearing during startup with using of FEM confirmed their satisfactory correlation with results of experiment.
① Politechnika Wrocławska, Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn.
Tribo-07v38n3-4_p329.pdf (397.49 Kb)

Streszczenie

Tematem badań jest optymalizacja hodowli chrząstki stawowej pod kątem tribologicznym poprzez sterowanie różnymi parametrami przepływu, np. ciśnieniem, prędkością przepływu, drganiami, wartościami sił tarcia, które powstają w trakcie opływu komórek cieczą biologiczną w bioreaktorze. W celu weryfikacji przeprowadzanej optymalizacji planuje się zbudowanie prototypu minibioreaktora.
W niniejszej pracy przedstawiony zostanie opis modelu przepływu cieczy lepkiej w warstwie granicznej oraz przepływu potencjalnego przy uwzględnieniu warunków brzegowych dla prędkości płynów biologicznych w warstwie przyściennej hodowanych chondrocytów, jak również preparatów tkankowych chrząstki stawowej.
Uzyskane wartości sił tarcia na drodze analityczno-numerycznej są w trakcie badań porównywane z wartościami sił tarcia pomierzonymi mikroskopem sił atomowych.
Wyniki analityczno-numeryczne uzyskane będą współczesnymi metodami hydromechaniki w zakresie cienkich warstw granicznych, a także metodami hydrosprężystości i hipersprężystości w obszarach warstw wierzchnich opływanych miękkich tkanek.

Summary

The topic of presented research are the tribological aspects of optimization of human joint cultivation using the control tools to make changes of various flow parameters such as pressure, flow velocity, vibrations, forces of friction values, which are generated during the flow of biological liquids around the cells in bioreactor. For this matter the building of mini-bioreactor prototype is provided.
The model of viscous liquid flow in boundary layer and potential flow will be determined using the hydrodynamic equation with boundary conditions for bio-liquids formulated near to the cells as well near to the tissue samples of cartilage joint.
During the analytical and numerical examinations will be determined flow velocity field sof visco-elastic, non Newtonian, nutrient, biological fluids and friction forces generated during the cultivation process near to the cell surfaces. Additional will be considered potential flows of the joint liquids which feeds cartilage joint after transplantation. The values of friction forces obtained on the analytical and numerical way will be compared with the values of friction forces measured by means of the microscope of atomic forces.
Analytical and numerical results will be obtained by means of contemporary methods of hydrodynamic of thin layer as well of the hydro-elasticity and hyper-elasticity methods of soft tissues.
The core of the presented problem is to numerically and experimentally determine or to indicate values of optimum pressure and liquid velocity values appearing near the cells and to find ways of controlling the friction forces between biological particles of nutrient or pharmacological liquid and cell body in the thin boundary layer.
Investigations of the physical and strength features are expected to the performed for various kinds of human joint cartilage, namely sound and pathological cartilages at different human age.
To start treating surface structure of chondrocytes and joint cartilage it is absolutely necessary to have at one’s disposal at proper model of liquid flow in the thin layer and to obtain the proper values of friction forces.
As more and more young people suffer damages of joint cartilage, it is necessary to make an attempt to regenerate the lesions of the human joint. Such treatments have been so far performed by applying the chondrocytes transplantation. In the future, transplantation of all cartilage parts cultivated in advance in bioreactor, and either reproduction or renewal of a part of cartilage inside the living joint is expected.
To perform such transplantations in a large scale it is necessary to acquire the knowledge on the realization and modification of the cultivation process, and –simultaneously-on ways for decreasing production costs of chondrocytes. Optimization of the flow parameters and adjustment of the liquid flow to transplanted cartilage kind, is of an influence on successful performance of a transplantation.
The aim of the performed research is to elaborate proper flow models for cell cultivation in bioreactor, and proper flow models of lubrication in human joint gap. In such investigations it is necessary to validate and verify the presented analytical and numerical flow models. Therefore the building of bioreactor prototype is provided for to make it possible to measure some material parameters.
Non- invasive methods of determining friction forces and controlling their values during lubrication of cells on the superficial layer of human joint cartilage can effectively help disclosing the early abrasive wear of cartilage joint and monitoring the osteoporosis development.
This fact motivates to performed the investigations in question as the knowledge on friction forces in human joints and control methods of the forces can provide the information necessary for conducting prophylaxis and therapy.
The flow parameters of nutrient liquid in bioreactor have a great importance for the development of chondrocytes and their quality. The process of cultivation of chondrocytes is more difficult than that of other cells. This fact first of all results from an applied method of nourishment of cells. In many scientific centers the nutrient liquid is delivered to the bioreactor by changeable pressure impulses. According to the author’s knowledge, during the cultivation one should apply optimum flow parameters, i.e. optimum values of pressure, liquid velocity and friction forces. Determination of friction forces and strategy of their control during the cells cultivation in bioreactors and regeneration of human joint cartilage has a great influence on the choice and observation of optimum friction forces for a given cultivated cartilage and graft.
The described research is very sensible because the friction forces on nano- level, which arise during the nutrient liquid flow round the cells, have great influence on their recreation and growth in bioreactor and on graft functioning.
The presented research provides an important impact for developing the new scientific domain such as cyto-tribology, histo-tribology or tribology of cells and tissue.
According to the author’s knowledge such scientific domains are completely new have been not so far initiated by any scientific centre and in any area of tribology and tissue engineering. To develop such scientific domains the knowledge is demanded not only in the field of tissue engineering but also in nano-tribology, and thin layer hydrodynamic.
Also, such research devices such as incubators, bioreactors and atomic force microscopes are necessary to measure geometrical surface structures of as small dimensions as 20 µm × 20 µm and friction forces of the order of µN, which arise on such small surfaces.
The gained experience in analytical, numerical and experimental determining the distributions of steady and unsteady flow velocity of nutrient liquid, pressure, capacities, friction forces, friction coefficients, wear in the thin layer around the cells cultivated in bioreactors and in the thin boundary layer lubricating human joints, permits to apply this knowledge to determine - with the use of analogous methods - the similar parameters but concerning in mechanical devices, for example slide journal bearings.
The most excellent slide bearings are those biological in the aspects of their material and constructions. Such bearings are shaped by the nature over many thousand years of evolution. Lubricating liquids in bio-bearings change their viscosities under external impulses. Bio bearings (bio-joints) can adjust themselves to existing external conditions. The facts inspire to seek materials of similar properties for the machinery bearings and to develop intelligent designs and materials, which could change their features during operation and adjust themselves to external working conditions.
It can be stated, that bioreactors, cultivation of cells, bio-joints and bio-bearings create future call for production of self- regenerating mechanisms and machinery bearings capable of adjusting themselves to existing external and environmental working conditions.
It very rarely happens that the experiences gained during development process of machinery bearings can be transferred to the construction of bio-joints.
① Gdynia Maritime University, Morska St., 81–87, 81-225 Gdynia, e-mail: ., .
Tribo-07v38n3-4_p339.pdf (176.11 Kb)

Streszczenie

Tematem przeprowadzonych badań oraz uzyskanych wniosków jest uzasadnienie doboru odpowiednich metod badawczych do wyznaczania parametrów tribologicznych występujących w bioreaktorach w trakcie hodowania chrząstki stawowej lub poszczególnych chondrocytów na potrzeby transplantacji.
Badane są zależności wpływu własności mechanicznych warstwy wierzchniej opływanego ciała na lepkość cieczy w cienkiej warstewce przyściennej oraz na powstające w niej siły tarcia.
Niniejsza praca charakteryzuje przeprowadzone badania zarówno w aspekcie analitycznym, numerycznym, jak również i doświadczalnym.
Autorzy sugerują, że przedstawiony model badawczy ma charakter unikalny, mający nie tylko znaczenie poznawcze, ale i wysoce utylitarne. Badanie zachowania chondrocytów pod wpływem płynów ustrojowych, a zwłaszcza pochodzących z przestrzeni śródstawowej, stanowi całkowite novum mogące odkryć przyczynę nie tylko wielu schorzeń chondropatycznych, ale także spowodować rozwój terapii transplantacyjnej.

Summary

The topic of presented research is the substantiation of the proper selection of research methods to the tribological parameters determination occurring in bioreactors during the joint cartilage or articular cells cultivation.
The investigations are performed as well in analytical, numerical and in experimental form.
After authors suggestion the presented research model has uniqueness character thus has not only cognitive but also the utilitarian meaning.
The investigations of behave of chondrocytes (cells) under the organism liquid influence particularly descending from intra-articular space, institute the entirety novelty which can be discover not only the matter of many chondropathy disease but also can be develop the transplantation therapy.
The basic method for solving the described scientific problems is the application of the analytical and numerical models to nonNewtonian liquid hydrodynamic flows in thin boundary layers considered on micro- and nano-level. Ranges of the flows are limited by the hyper-elastically and hypo-elastically deformed surfaces. Geometrical features of the surfaces are measured with the use of laser sensors and the atomic force microscope.
The analytical models which describe the realistic unsteady hydrodynamic and tribological effects occurring in the non Newtonian liquid flows around cells in the realistic time ranges of nano-seconds and micro-seconds are transformed into the tasks in which the models are represented in time ranges of second. Such models enable to investigate the realistic changes of hydrodynamic effects in very short time periods. Such measurements are very expensive and often not possible to be performed by using present laboratory equipment.
The region of flow around the cells and joint cartilages are divided on the three zones. The first zone is of a few dozen nanometers in height and contains the liquid of dynamic viscosity depending on material coefficient of the cells or joint cartilage. In the region of perfused cartilage body or near the cells the flows in micro- canals of the diameter smaller than one micrometer are taken into consideration.
The second zone is the thin viscous liquid layer of a few dozen micrometer in height. Here the changes of liquid velocity vector in the direction of layer height prevail over the changes of liquid velocity vector in the plane of the flow.
To characterize of mechanical properties of joint cartilage and its cells, classical measurement methods as well as new ones with the use of atomic forces microscopy, are applied.
Measurements of geometrical structure of the cell surfaces are performed on nano- level.
Values of the hyper-elastic, elastic and visco-elastic material coefficients of the cells and cartilages are measured by taking into account rheological features. Experiments are performed under dynamic loads. Simultaneously, measurements of friction forces and friction coefficients are made by using an oscillation micro-tribo-meter.
To measure values of above mentioned material coefficients will be used two kinds of hardness tester, namely a micro-hardness tester with the diameter 350 micrometers and a nano- hardness tester with the diameter of 20 nanometers. The depth of pits during the measurements was about 2 micrometers and 10 nanometers, respectively. This fact enables to estimate the features of boundary layer on the body. The forces and stresses in boundary layer are measured by using laser- beam method.
Regardless of the above described measurement methods applied to cell bodies, the measurements of thin layer features of osmotic and pharmacological liquids flowing around the cells, are also assumed. Such liquids have non-Newtonian and anisotropic features with different properties in different directions. During the measurements the atomic force microscope will be used. Measurements in three static-dynamic states are provided for. The first of them is based on the fact that hardness tester is in static- dynamic motion. The second state is characterized by the two- directional motion of the groundwork on which the liquid rests. The third state is assumed for the provoked motion of the liquid inside the thin boundary layer resting on the static, motionless groundwork. The measurements are performed in such thermal conditions as to bring them nearer the human body temperature. The performed cells during the cultivation in bioreactors. Additionally, gain of many tribological and biophysical parameters indispensable for cells cultivation, is expected.
For fully successful realization of the presented tasks it is necessary to build the mini-bioreactor coupled with the atomic force microscope. By using this microscope it is possible to control many data on biological liquid flow and temperature during the performed measurements and cell cultivation.
To solve analytically sets of non linear differential equations is not possible in each case. In such situations the numerical methods must be applied.
To achieve the numerical solutions of the presented problems the method of finite differences is applied. In this method the partial derivatives are replaced with the finite differences.
The application of difference schemas in the difference method permits to convert the differential equations into the difference equations where the numerical solutions are executed on the ground of the calculated nets. Topology of the nets is optimized by using the least distances between the nods of the nets in the a properly selected metric space to assure stability and convergence of the numerical solutions. The numerical calculations are performed by using Matlab 7.3 Program.
The values determined in the numerical way will be verified experimentally in mini-bioreactors. Experimental verification of the analytical and numerical models for nutrient liquid flows during the cells cultivation will be also performed in mini-bioreactors. Also, distributions of liquid velocity and friction forces in thin layers will be verified.
① Gdynia Maritime University, Morska St., 81–87, 81-225 Gdynia, e-mail: ., .
Tribo-07v38n3-4_p355.pdf (1.20 Mb)

Summary

The topic of presented research are the pressures and capacities caused by squeezing in spherical human hip joint. In this paper are determined numerical values of such quantities as pressure, capacities, and compressive stresses which are occurring during the squeezing on the cartilage lying on the spherical bone head of human hip joint. Numerical calculations were done by using Mathcad 12 Professional Program and the Method of Finite Differences.

Streszczenie

W niniejszej pracy zaprezentowano numeryczne metody wyznaczania tribologicznych parametrów na powierzchniach sferycznych głów kostnych stawów biodrowych człowieka przy wyciskaniu. Zostały wyznaczone numerycznie wartości takich wielkości, jak hydrodynamiczne ciśnienia, nośności oraz naprężenia ściskające występujące na chrząstce leżącej na sferycznej głowie kostnej stawu biodrowego człowieka. Rozpatrywany jest przypadek hydrodynamicznego smarowania stawu biodrowego poprzez wyciskanie w trakcie docisku powierzchni panewki do powierzchni głowy kostnej stawu biodrowego.
Cienkie warstwy chrząstki stawowej zalegające na powierzchni głowy kostnej oraz na panewce oddzielone są całkowicie od siebie warstewką cieczy synowialnej. Uwzględniono nienewtonowskie własności cieczy synowialnej, dla której wartość lepkości pozornej zmniejsza się ze wzrostem wartości prędkości deformacji. Gęstość cieczy synowialnej jest stała. Wysokość szczeliny stawu biodrowego ograniczona powierzchnią chrząstki stawowej zmienia swoje wartości w trakcie wyciskania odbywającego się z określoną wartością prędkości docisku. Obliczenia numeryczne zostały przeprowadzone dla zdrowego i chorego stawu biodrowego przy użyciu Programu Mathcad 12 oraz metody różnic skończonych.
① Gdynia Maritime University, Morska St., 81–87, 81-225 Gdynia, e-mail: ., .
Tribo-07v38n3-4_p369.pdf (852.46 Kb)

Summary

The topic of presented research are the pressures and capacities caused by rotation in spherical human hip joint. In this paper are determined numerical values of such quantities as pressure, capacities, and compressive stresses which are occurring on the cartilage lying on the spherical bone head of human hip joint. Numerical calculations were done by using Mathcad 12 Professional Program and the Method of Finite Differences.

Streszczenie

Celem przedstawionych badań są aspekty parametrów tribologicznych stawów biodrowych człowieka. W niniejszej pracy zostały wyznaczone numerycznie wartości takich wielkości, jak ciśnienie, nośności oraz naprężenia ściskające występujące na chrząstce leżącej na sferycznej głowie kostnej stawu biodrowego człowieka. Rozpatrywany jest przypadek hydrodynamicznego smarowania stawu biodrowego poprzez ruch obrotowy głowy kostnej stawu biodrowego dla tarcia płynnego. Powierzchnie chrząstki zalegającej na powierzchni głowy kostnej oraz na panewce oddzielone są całkowicie od siebie warstewką cieczy synowialnej. Uwzględniono nienewtonowskie własności cieczy synowialnej, dla której wartość lepkości pozornej zmniejsza się ze wzrostem wartości prędkości deformacji. Gęstość cieczy synowialnej jest stała. Wysokość szczeliny stawu biodrowego ograniczona powierzchnią chrząstki stawowej zmienia swoje wartości w trakcie pracy. Obliczenia numeryczne zostały przeprowadzone dla zdrowego i chorego stawu biodrowego przy użyciu Programu Mathcad 12 oraz metody różnic skończonych.
① Gdynia Maritime University, Morska St., 81–87, 81-225 Gdynia, e-mail: ., .
Tribo-07v38n3-4_p379.pdf (1.75 Mb)

Sumary

Polish State Railways introduced recently hardening of some part of profile of wheel tyres, for some types of locomotives. The aim of it was to improve their wear resistance. But hardened wheels can influence the wear behaviour of rails. In this work the wear rate and mechanisms of rails mated with hardened wheels has been studied wit the aid of laboratory wear tests. The wear tests have been performed on an Amsler, twin disc testing machine. Their results enabled assessment of creep, pressure and rotating speed effect on the wear behaviour of rail steel grade 900A. The influence of creep in the tested range was the most significant. Its increase up to a critical value, which ranged from 3% to 4% (according to the applied pressure and speed), increased the wear rate over an order of magnitude. That growth was caused by a wear mechanism transition from contact fatigue to adhesion and cracking of highly deformed material beneath the contact surface. If slippage overstepped the critical value, wear rate dropped off because of oxidation of wearing surfaces.
The influence of pressure and rotating speed on the studied wear rate was in tested span less significant than the one of creep. Heightening of a pressure increased the wear rate, since an intensification of the plastic deformation of material beneath the wearing surface and thus its cracking and wear debris formation. Rotating speed growth lowered wear rate since it intensified a frictional heating and rubbing surface oxidation.

Streszczenie

Wprowadzenie w ostatnim czasie, przez Polskie Koleje Państwowe, hartowania obręczy kół wybranych serii lokomotyw spowodowało podjęcie w niniejszej pracy badań zużywania szyn współpracujących z kołami o wysokiej twardości. Badania te przeprowadzono na stanowisku Amslera, w układzie rolka – rolka. Ich wyniki pozwoliły na ocenę wpływu poślizgu, nacisku i prędkości obrotowej na intensywność i wiodące mechanizmy zużywania próbek wykonanych ze stali szynowej gatunku 900A. Stwierdzono, że w badanym zakresie, wpływ poślizgu na tę intensywność jest najistotniejszy. Wzrost poślizgu od 0,3% do wartości krytycznej (3–4%) wywołuje jej zwiększenie się wskutek zmiany wiodącego mechanizmu zużywania ze zmęczenia stykowego na adhezję i doraźne pękanie silnie odkształconego materiału warstwy wierzchniej. Dalszy wzrost poślizgu, do 5%, wywołuje zmniejszenie się intensywności zużywania wskutek obecności tlenków na zużytej powierzchni.
Zbadany wpływ nacisku i prędkości obrotowej próbek na intensywność zużywania próbek ze stali szynowej jest mniejszy niż poślizgu. Zwiększenie nacisku podwyższa intensywność zużywania, dzięki wzrostowi odkształcenia plastycznego materiału warstwy wierzchniej, sprzyjającemu jego dekohezji. Wpływ prędkości obrotowej jest przeciwny, z powodu intensyfikacji utleniania powierzchni roboczej, przeciwdziałającego adhezji.
① Silesian University of Technology, Departament of Vehicle Sernice. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, e-mail: .
Tribo-07v38n3-4_p389.pdf (787.78 Kb)

Streszczenie:

W referacie przedstawiono wyniki badań wpływu nagniatania naporowego na zmianę aktywności chemicznej warstwy wierzchniej stali 45. Badania przeprowadzono dwoma metodami trawienia w środowisku aktywnym: metodą zanurzeniową oraz metodą wykorzystującą aparat Pinkiewicza. Jako środowisko aktywne zastosowano wodne roztwory kwasu solnego o temperaturze: w pierwszym przypadku – 25°C, w drugim przypadku – 80°C. Zmianę aktywności chemicznej określano na podstawie zużycia wagowego próbek wskutek trawienia. Stwierdzono, że dla dużych sił nagniatania następuje wyraźny wzrost zużycia próbek nagniatanych w stosunku do szlifowanych. Jest to prawdopodobny efekt akumulacji energii towarzyszącej odkształcaniu plastycznemu warstwy wierzchniej podczas nagniatania.

Summary

Results of research concerning the influence of pressure burnishing on the chemical activity change of surface layer of 45 steel were presented in this paper. Research was conducted by two methods of etching in an active environment: the immersion test and the method using the Pinkiewicz apparatus. As an active environment, aqueous solutions of hydrochloric acid in temperature of 25°C (in the first method) and 80°C (in the second method) were applied. The chemical activity change was evaluated on the basis of wear by weight as a result of etching. There was affirmed a clear increase of wear of specimens burnished by big forces (3,2 and 4,8 kN) with relation to specimens by grinding. It is a probable effect of an energy accumulation accompanying plastic deformations of surface layer during burnishing. Simultaneously, there was not observed crucial differences in wear between specimens burnished by smaller force (1,6 kN) and specimens by grinding. It is provided to the conclusion that these kinds of surface treatments do not cause a big increase of the chemical activity.
① Politechnika Poznańska, Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, ul. Piotrowo 3, 60-965, Poznań
Tribo-07v38n3-4_p401.pdf (121.76 Kb)

Streszczenie

W referacie przedstawiono wyniki badań wpływu nagniatania na odporność na zacieranie adhezyjne zimne. Badania przeprowadzono na maszynie tarciowej Amsler A135, dla skojarzeń materiałowych: stal 45–stal 45 i stal 45–żeliwo Zl 300. Skojarzenia smarowano jedną kroplą oleju parafinowego lub oleju Tranself EP. Stwierdzono spadek odporności na zacieranie skojarzenia stalowego smarowanego olejem parafinowym, w którym próbka była nagniatana siłą o znacznej wartości. W przypadku smarowania olejem z dodatkami EP tego samego skojarzenia następował wzrost odporności na zacieranie. Dla skojarzenia stalowo-żeliwnego nagniatanie prowadziło do wzrostu odporności na zacieranie, niezależnie od rodzaju substancji smarującej.

Summary

Results of research concerning the influence of pressure burnishing on the cold adhesive scuffing were presented in this paper. Research was carried out on the Amsler A135 friction machine, for material associations of 45 steel-45 steel and 45 steel-Zl 300 cast iron. Associations were lubricated by a one drop of paraffin oil and Tranself EP oil. There was affirmed that for the steel association lubricated by paraffin oil, burnishing with high values of pressure force causes decrease of scuffing resistance. The increase of scuffing resistance for this association was observed in the case of lubrication by oil with EP additives. For the steel-cast iron association, burnishing caused increase of scuffing resistance, regardless on a lubricating medium type.
① Politechnika Poznańska, Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, ul. Piotrowo 3, 60-965, Poznań
Tribo-07v38n3-4_p411.pdf (108.47 Kb)

Streszczenie

W artykule porównano właściwości mechaniczne i tribologiczne układów „utwardzone podłoże/powłoka”, które wytworzono w procesie dwustopniowej obróbki powierzchniowej typu „duplex”. Testom poddano trzy typy powłok osadzonych na azotowanej stali 316L i poddanej obróbce cieplnej stali 4H13 metodami: IBAD – powłoka jednowarstwowa Si3N4, magnetronową – powłoki kompozytowe TiN-Si3N4 oraz łukowo-próżniową – powłoki wielowarstwowe typu CrN+(Cr/CrN)×5 i CrN+(TiN/CrN)×5. Przedstawiono wyniki badań twardości i modułu sprężystości metodą wciskania wgłębnika, adhezji powłok do podłoża w teście zarysowania oraz odporności na zużycie przez tarcie w styku kula-tarcza. Powłoki wielowarstwowe na bazie CrN charakteryzują się wysoką odpornością na zużycie tribologiczne oraz dużą twardością (HIT = 26 GPa) i adhezją do podłoża (LC2 = 27 N).
Powłoka TiN-Si3N4 ma dobrą adhezję do podłoża (LC2 ok. 30 N) i najmniejszy współczynnik tarcia – 0,15. Największą adhezję (LC > 30 N) wykazuje powłoka Si3N4, którą cechuje również wysoka elastyczność oraz odporność na zużycie. Wyniki badań potwierdzają przydatność metod stosowanych do formowania prezentowanych powłok w technologii duplex.

Summary

The surface treatments of engineering materials are most often applied to improve mechanical properties, wear, corrosion and heat resistance, load carrying capacity, etc. Nowadays, one of the widely used techniques is duplex method sometimes called as hybrid method, which consist of two treatments in one production line. In this paper have been reported the results of several tests of three types coatings: single coating, multilayer and composite coating, deposited on the glow discharge nitrided austenitic steel 316L (according EN: X5CrNiMo17 13) and heat treatment martensitic steel 4H13 (according EN: X39Cr13). Coatings have been deposited by three methods: IBAD - Si3N4/316L, magnetron sputtering - TiN-Si3N4/316L, arc-vacuum - CrN+(Cr/CrN)x5/4H13 and CrN+(TiN/CrN)x5/4H13. The hardness and Young’s modulus of surfaces was measured. The results of scratch test and friction/wear test have been presented. The multilayer coatings based on CrN have high hardness (HIT = 26 GPa), good wear resistance and adhesion to substrates (LC2 = 27 N). However, after a scratch test some of such coatings self-disintegrated, what can be caused by extremely high residual stress. The coating TiN-Si3N4(5)/azot316L has a good adhesion to substrate, lowest coefficient of friction 0,15 which remain stable till coating destruction.
Properties of TiN-Si3N4 coatings can be indication that its structure is fine-crystalline or even nanocrystalline. Interesting are Si3N4 coatings fabricated by IBAD on nitrided 316L steel. The results of tests showed very good adhesion to substrate and wear resistance, excellent elasticity and quite good hardness.
① Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, e-mail: .
Tribo-07v38n3-4_p421.pdf (946.34 Kb)

Streszczenie:

W pracy przedstawiono system diagnostyczny łożyska ze ślizgową warstwą sensorową, która jest materiałem funkcjonalnym. Warstwa ta jest wykonana z kompozytu polimerowego, który ma jednocześnie dobre właściwości tribologiczne i sensorowe – zmienia swoją przewodność elektryczną pod wpływem zmian temperatury i nacisku. Zaprezentowano wyniki badań dwóch kompozytów wykonanych z termoutwardzalnych żywic: poliestrowoimidowej i epoksydowej napełnianych proszkami przewodzącymi prąd elektryczny i proszkami środków smarnych. Wykonano badania tarciowe pary kompozyt/stal z jednoczesnym pomiarem przewodności elektrycznej układu oraz temperatury w strefie styku oraz wyznaczono charakterystyki mechaniczne i rezystancyjne kompozytów. Wyniki badań potwierdzają dobre właściwości ślizgowe i dużą odporność na zużycie oraz odpowiednią czułość pomiarową badanych kompozytów.

Summary

Plain bearings are often weak points of several machines, instruments etc., so often need to be controlled and monitored during operation. A number of approaches to real-time sliding system diagnosis have been developed for this reason. The most of diagnostic methods require implementation of sensors, what can be difficult, e.g. installation of classic sensor inside the miniature devices. The proposed solution is to made a bearing bush with a specific functional material, which performs the double function as a sliding material and as a sensor of bearing state. The new functional material has been developed in Laboratory for Tribology and Surface Engineering AGH-UST and has been used in a diagnostic system addressed to kinematic pairs. The system consists of sensor coating of sliding bearing, module of diagnostic signal analysis and actuator. The sliding sensor layer deposited on a bearing bush was made of semi-conductive three-phase polymer composite which include thermosetting resin, carbon and solid lubricant powders. Sensor properties of the composite are revealed as their resistivity dependence on the temperature or load. The examination of two types of composites are reported: TWS-PC consists of polyesterimide matrix filled with powders of graphite, tin and MoS2;
TWS-EK is epoxy matrix filled with powders of graphite, carbon black, SiO2 and SiC. The composites exhibit very good wear resistance and low friction coefficient (0,15-0,25). Electrical resistance of the composites strongly depend on temperature and load, so can be an important diagnostic signal. The neural network has been used for analysis of this signal, produced by the sliding layer of sensitive bearing pad.
① Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, e-mail: .
Tribo-07v38n3-4_p433.pdf (178.36 Kb)

Streszczenie

W przeprowadzonej pracy zbadano własności natryśniętych plazmowo i naddźwiękowo powłok otrzymanych z proszków NiCrBSi. Badania mikrostruktury otrzymanych powłok pokazały, że powłoki posiadały zróżnicowaną mikrostrukturę, a wykonana analiza dyfraktometryczna wykazała różny ich skład fazowy w zależności od zastosowanej metody natryskiwania. Przeprowadzone na testerze tribologicznym T-05 typu klocek-pierścień badania pokazały, że powłoki natryskane naddźwiękowo posiadają niższy współczynnik tarcia niż powłoki natryskiwane plazmowo.

Summary

The work compares the properties of plasma and HVOF thermally sprayed NiCrBSi coatings. Except for a different microstructure, plasma and HVOF coatings have a different phase composition, depended on applied method of sprayig. The tribological investigations conducted by means of the T-05 block-on-ring type tester showed that the HVOF coatings had a lower coefficient of friction.
Politechnika Świętokrzyska, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn, ul. Tysiąclecia
① Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, tel.: (041) 432-45-13, e-mail: , e-mail: .
Tribo-07v38n3-4_p445.pdf (339.06 Kb)

Streszczenie

Powłoki natryskane naddźwiękowo są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu, jednak proces ich zużywania nie jest dostatecznie poznany. Dotyczy to zwłaszcza powłok pracujących na wysokoobciążonych częściach maszyn, gdzie podstawowym zagadnieniem jest trwałość i odporność na zatarcie. W artykule przedstawiono wyniki badań odporność na zatarcie powłok z WC-Co i Cr3C225%NiCr natryskanych HVOLF. Ocena odporności na zacieranie została przeprowadzona na testerze typu Falex w warunkach tarcia suchego. Największa odporność na zatarcie wykazała powłoka z WC-Co natryskana HVOLF posiadająca najbardziej jednorodną strukturę oraz największą twardość.

Summary

Developed in early 80-s of last century HVOF sprayed coatings were result of looking for new solution in thermal spray technology directed on increasing of kinetic energy of powder grains. Nowadays HVOF spraying have found a lot of applications in different branches of industry [1, 2, 3, 4, 5, 8]. Properties of thermally sprayed coatings cause that the processes of wear are more complex than in the case of monolithic materials. The phenomenon, however, has not been fully explained [6]. Thermally sprayed elements are exposed to high loads, variable rotational speeds and high temperatures, which may result in undesirable under-lubrication or no lubrication at all. The problem refers mainly to such elements as, e.g. piston rings in combustion engines or synchroniser rings 3. All forms of failure wear can be observed on the surfaces of mating elements. Intensive adhesive or thermal wear leads to the occurrence of local grafting and adhesion and, consequently, shorter life and scuffing. The interaction of ZrO2-MgO and Al2O340TiO2 coatings and cast iron under dry friction conditions is discussed in Ref. 7. Ref. 9 deals with the development of scuffing for plasma sprayed ceramic and metal coatings interacting with bearing steel under dry friction conditions. The behaviour of oil-lubricated Cr3C2 coatings interacting with steel is described in 10. Investigations on the problem of scuffing resistance of cylider bore are presented in paper 11. Former investigations of properties of HVOLF sprayed coatings are presented in paper 12.
Two carbides produced by HC Stark tungsten carbide WC-Co (FST k-674.23) and chromium carbide Cr3C225%NiCr) (1375 VM), were used. For HVOLF spraying a JP-5000 (TAFA) gun was applied. Before the spraying, faces of cylindrical samples φ12.7 × 10 made of steel 45 were grit blasted with 12 grade electrocorundum at a pressure of 0.5 MPa.
In this test a tribological tester, T-09 type Falex which has a friction pair with a pin and vee block association was applied to investigate scuffing resistance of thermally sprayed coatings under dry friction conditions. The microstructure of the sprayed coatings was analysed with a scanning microscope JOEL JSM-5400, whereas the element distribution with a microprobe ISIS 300 Oxford Instruments. The roughness of coatings was measured with a profilographometer Talysurf 4, whereas to study their hardness a Zwick 3210 hardness tester was used.
The tests were carried out under dry friction conditions and had a comparative character. It was assumed that scuffing occurs when the pin clamping the rotating antisample is sheared. For each sprayed coating, the tests were repeated three times.
HVOLF sprayed WC-Co coatings demonstrated better scuffing resistance (seizure observed at 1205±163 N), the most homogeneous structure and higher hardness (1218 HV0.1), respectively in the case of Cr3C225%NiCr scuffing resistance 1161±141 N and microhardness 945 HV0.1. The friction force oscillations are different in the case of WC-Co and Cr3C225%NiCr coatings. The oscillations for chromium carbide appear earlier and they were more intensive then in the case of tungsten carbide.
Scuffing resistance of HVOLF sprayed WC-Co and Cr3C225%NiCr coatings was studied using a Falex type tester. It was established that HVOF sprayed wolfram carbide demonstrated the greatest resistance to scuffing, the most homogeneous structure and the highest hardness, whereas Cr3C225(Ni 20Cr) sprayed coating was characterised by the lower hardness. During the testing of the scuffing resistance of all interacting coatings, considerable oscillations of friction force could be observed. They were present also in the case of both coatings, but occurred earlier and were more intensive in the case of Cr3C225%NiCr coating.
① Politechnika Świętokrzyska, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn, ul. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, tel.: (041) 432-45-13, e-mail: , e-mail: .
② Uniwersytet Techniczny w Koszycach, tel.: (421) 9563327403, e-mail: .
Tribo-07v38n3-4_p453.pdf (1.74 Mb)

Streszczenie

Zespoły maszyn narażonych na duże obciążenia energetyczne, jak sprzęgła cierne i hamulce, mogą uzyskać znacznie większą trwałość, jeśli ze styku tarciowego zostanie usunięte ciepło tarcia. Wtedy praca sił tarcia będzie równa ciepłu tarcia, czyli zminimalizowana zostanie energia mogącą wywoływać zużywanie materiału. Opracowywana metoda maksymalizacji odporności na zużywanie ciernych układów sprzęgających umożliwi zwiększenie trwałości odpowiednich węzłów ciernych eksploatowanych w warunkach rzeczywistych.

Summary

Set of machine exposed to large engineering load such as friction clutches and brakes can obtain considerably greater durability if friction heat is removed from friction contact. Then, friction force will equal friction heat which means that the energy causing material wear will be minimized. it happens when bodies contact temperature equals characteristic temperature. The worked out method of wear resistance maximization of frictional interface circuits will lengthen the life of proper frictional nodes operated in real conditions.
① Politechnika Radomska, Instytut Budowy Maszyn, ul. Krasickiego 54, 26-600 Radom.
Tribo-07v38n3-4_p465.pdf (150.12 Kb)

Streszczenie

Artykuł wypełnia puste miejsca w historycznym obrazie rozwoju polskiej tribologii zapoczątkowanym przez M. Hebdę i J. Janeckiego. W związku ze 100-leciem urodzin Stefana Ziemby eksponuje jego ogromną rolę, jaką on w tym rozwoju odegrał. Zgodnie z zapowiedzią poszczególne fakty są żródłowo udokumentowane.

Summary

The paper takes a blank in the description of the history of the Polish tribology development initiated by M. Hebda and J. Janecki. Suitably to 100 years of birthday of Prof. Stefan Ziemba the great meaning that he has played in this development is exhibited. Presented facts have been documented by references.
① Nowa Wieś 50A, 07-210 Długosiodło.
Tribo-07v38n3-4_p477.pdf (3.81 Mb)