ZNACZENIE OCENY ZUŻYCIA BLOKÓW NA PIERŚCIENIACH

CEL POMIARU

W tej aplikacji, Nanovea Mechanical Tester mierzy YS i UTS próbek ze stali nierdzewnej SS304 i stopu aluminium Al6061. Próbki zostały wybrane ze względu na ich powszechnie uznawane wartości YS i UTS pokazujące wiarygodność metod indentacji Nanovea.

Zachowanie się ślizgowego bloku H-30 na pierścieniu S-10 oceniano za pomocą trybometru Nanovea przy użyciu modułu Block-on-Ring. Blok H-30 wykonany jest ze stali narzędziowej 01 o twardości 30HRC, natomiast pierścień S-10 ze stali typu 4620 o twardości powierzchniowej od 58 do 63 HRC i średnicy pierścienia ~34,98 mm. Testy blokowania na pierścieniu przeprowadzono w środowiskach suchych i smarowanych, aby zbadać wpływ na zachowanie podczas zużycia. Badania smarowania przeprowadzono w ciężkim oleju mineralnym USP. Ślad zużycia zbadano za pomocą urządzenia Nanovea Bezkontaktowy profilometr 3D. Parametry badania zestawiono w tabeli 1. Szybkość zużycia (K) oszacowano za pomocą wzoru K=V/(F×s), gdzie V to objętość zużycia, F to normalne obciążenie, s to droga poślizgu.

WYNIKI I DYSKUSJA

Rysunek 2 porównuje współczynnik tarcia (COF) w testach Block-on-Ring w środowiskach suchych i smarowanych. Blok ma znacznie większe tarcie w środowisku suchym niż w środowisku smarowanym. COF
zmienia się w okresie docierania podczas pierwszych 50 obrotów i osiąga stały współczynnik COF wynoszący ~0,8 przez resztę testu zużycia przy 200 obrotach. Dla porównania, test Block-on-Ring przeprowadzony przy smarowaniu ciężkim olejem mineralnym USP wykazuje stały niski współczynnik COF wynoszący 0,09 przez cały test zużycia przy 500 000 obrotów. Smar znacząco zmniejsza współczynnik COF pomiędzy powierzchniami ~90 razy.

Na rysunkach 3 i 4 przedstawiono obrazy optyczne i profile 2D przekroju poprzecznego blizn po zużyciu na blokach po testach zużycia na sucho i ze smarowaniem. Objętości śladów zużycia i szybkości zużycia zestawiono w tabeli 2. Blok stalowy po próbie zużycia na sucho przy niższej prędkości obrotowej 72 obr/min przez 200 obrotów wykazuje dużą objętość blizny zużycia wynoszącą 9,45 mm˙. Dla porównania, próba zużycia przeprowadzona przy wyższej prędkości obrotowej 197 obr/min przez 500 000 obrotów w smarze z olejem mineralnym tworzy znacznie mniejszą objętość śladu zużycia 0,03 mm˙.

Obrazy na wykresie 3 pokazują, że podczas testów w warunkach suchych ma miejsce poważne zużycie w porównaniu do łagodnego zużycia w teście zużycia w stanie nasmarowanym. Wysokie temperatury i intensywne wibracje generowane podczas próby zużycia na sucho sprzyjają utlenianiu metalowych odłamków, co skutkuje silnym ścieraniem trzech elementów. W teście smarowania olej mineralny redukuje tarcie i chłodzi powierzchnię styku, jak również transportuje odłamki ścierne powstałe podczas zużycia. Prowadzi to do znacznego zmniejszenia szybkości zużycia o współczynnik ~8×10ˆ. Tak znaczna różnica w odporności na zużycie w różnych środowiskach pokazuje, jak ważna jest właściwa symulacja zużycia ślizgowego w realistycznych warunkach pracy.

Zachowanie podczas zużycia może się drastycznie zmienić, gdy wprowadzone zostaną niewielkie zmiany w warunkach badania. Wszechstronność trybometru Nanovea pozwala na pomiar zużycia w warunkach wysokiej temperatury, smarowania i trybokorozji. Dokładna kontrola prędkości i pozycji przez zaawansowany silnik umożliwia wykonywanie testów zużycia przy prędkościach od 0,001 do 5000 rpm, co czyni go idealnym narzędziem dla laboratoriów badawczych/testowych do badania zużycia w różnych warunkach trybologicznych.

Stan powierzchni próbek zbadano za pomocą bezkontaktowego proÿlometru optycznego firmy Nanovea. Na rysunku 5 przedstawiono morfologię powierzchni pierścieni po testach zużycia. Forma cylindra została usunięta, aby lepiej przedstawić morfologię powierzchni i chropowatość powstałą w wyniku procesu zużycia ślizgowego. Znaczna chropowatość powierzchni miała miejsce w wyniku procesu ścierania trzech ciał podczas próby zużycia na sucho 200 obrotów. Blok i pierścień po próbie zużycia na sucho wykazują chropowatość Ra odpowiednio 14,1 i 18,1 µm, w porównaniu do 5,7 i 9,1 µm w długotrwałej próbie zużycia smarowanego 500 000 - obrotów przy wyższej prędkości. Test ten pokazuje, jak ważne jest właściwe smarowanie styku pierścień tłokowy-cylinder. Silne zużycie szybko uszkadza powierzchnię styku bez smarowania i prowadzi do nieodwracalnego pogorszenia jakości obsługi, a nawet do zepsucia silnika.

PODSUMOWANIE

W tym badaniu pokazujemy, w jaki sposób trybometr firmy Nanovea jest używany do oceny zużycia ślizgowego pary stalowo-metalowej przy użyciu modułu Block-on-Ring zgodnie z normą ASTM G77. Smar odgrywa kluczową rolę w właściwościach zużycia pary materiałów. Olej mineralny zmniejsza szybkość zużycia bloku H-30 o współczynnik ~8×10ˆ, a COF ~90 razy. Wszechstronność trybometru Nanovea czyni go idealnym narzędziem do pomiaru zużycia w różnych warunkach smarowania, w wysokiej temperaturze i trybokorozji.

Tribometr Nanovea umożliwia precyzyjne i powtarzalne badania zużycia i tarcia przy użyciu trybów obrotowych i liniowych zgodnych z ISO i ASTM, z opcjonalnymi modułami zużycia w wysokiej temperaturze, smarowania i trybokorozji dostępnymi w jednym wstępnie zintegrowanym systemie. Niezrównany asortyment Nanovea to idealne rozwiązanie do określania pełnego zakresu właściwości tribologicznych cienkich lub grubych, miękkich lub twardych powłok, powłok i podłoży.