PL220054B1 - Sposób badania zużycia ściernego części maszyn w warunkach pracy w wysokiej temperaturze i przy wysokich naciskach jednostkowych i zespół do badania zużycia ściernego części maszyn w warunkach pracy w wysokiej temperaturze i przy wysokich naciskach jednostkowych - Google Patents

Description

Przedmiotem patentu jest sposób badania zużycia ściernego części maszyn w warunkach pracy w wysokiej temperaturze i przy wysokich naciskach jednostkowych i zespół do badania zużycia ściernego części maszyn w warunkach pracy w wysokiej temperaturze i przy wysokich naciskach jednostkowych, pozwalające na wyznaczenie zużycia ściernego występującego w pracy części maszyn pracujących w ekstremalnie niekorzystnych warunkach eksploatacyjnych, tj. narażonych na działanie wysokiej temperatury i wysokich nacisków jednostkowych, przy których dochodzi do uplastycznienia się stali, jak np. w narzędziach do kucia na gorąco.

W obecnie przyjętych badaniach zużycia ściernego do badanej próbki dociskana jest przeciwpróbka. W zależności od celu i programu badań trybologicznych modeluje się styk między próbką i przeciwpróbką zależny od ich kształtu oraz rodzaju napędu. Standartowymi metodami badawczymi pokazanymi m. in. przez Z. Wawrowskiego „Tribologia. Tarcie, zużycie i smarowanie” są metody oceny zużycia ściernego typu: trzpień/kulka na tarczę (pin/ball on disk\tarcza na pierścień (disk on ring), trzpień/kulka na płytę (pin/ball on plate), klocek na pierścień/wałek (block ring/shaft). Przeciwpróbka wykonana jest najczęściej ze znacznie twardszego materiału niż badana próbka. Przeciwpróbka obciążana jest siłą osiową prostopadłą do badanej powierzchni próbki. W badaniach obserwuje się m. in. zmianę geometrii, ubytek wagi w funkcji drogi lub czasu badania. Badania przeprowadzane są najczęściej w temperaturze pokojowej lub podwyższonej do ok. 350-500°C, choć znane są z literatury (L. A. Dobrzański, M. Polok, M. Adamiak: Poprawa odporności na zużycie ścierne stali narzędziowej typu X37CrMoV5-1 poprzez nałożenie powłok PVD. 12th International Scientific Conference. Achivements in mechanical & materials engineering, s. 277-280) próby badań powłok w temperaturze 800°C. Wartość siły obciążającej przeciwpróbkę nie przekracza najczęściej wielkości 500 N, co przy uwzględnieniu powierzchni styku przeciwpróbki z próbką nie przekracza naprężenia uplastyczniającego warstwy wierzchniej (w przypadku próbek stalowych).

Przedstawione rozwiązanie eliminuje powyższe niedogodności.

Istota wynalazku, którym jest sposób badania zużycia ściernego części maszyn w warunkach pracy w wysokiej temperaturze i przy wysokich naciskach jednostkowych, poprzez oddziaływanie na próbkę naciskami zbliżonymi do warunków pracy narzędzi kuźniczych i zbliżonej temperaturze, polega na tym, że przeciwpróbkę w postaci pręta umieszcza się w pojemniku nagrzanym do temperatury w granicach (500-1000) K, z kolei wyciska się przez zamkniętą przesuwnym elementem, przesuwającym się względem szczeliny z szybkością do 100 m/min. szczelinę, utworzoną pomiędzy powierzchnią przesuwnego elementu a kanałem bocznym w próbce, poprzez oddziaływanie na przeciwpróbkę stemplem wywołując naciski jednostkowe w granicach (300-1200) MPa.

Sposób ten realizowany jest w zespole według wynalazku, mającym tłok do wyciskania przeciwpróbki przez próbkę z elementem zamykającym, którego istota polega na tym, że stanowi go, zakończony próbką z otworem i bocznym kanałem pojemnik, mający centralny otwór do osadzania przeciwpróbki i trzonu stempla, przy czym otwór próbki zamknięty jest przesuwnym elementem, przesuwającym się względem szczeliny z szybkością (0,1 do 100) m/min.

Korzystnym jest, gdy przesuwnym elementem jest tarcza, obracającą się w kierunku stycznym z osią bocznego kanału próbki z prędkością obrotową ω w granicach (1-30) obr./min.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku, uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:

- możliwość badania zużycia ściernego materiałów, szczególnie metali, które opisywane jest poprzez zmianę kształtu promienia pomiędzy otworem osiowym i kanałem bocznym oraz zmianę wagi próbki po przejściu zadanej drogi przez uplastycznioną próbkę,

- możliwość zastosowania czujników sił i momentu obrotowego, co pozwala na wyznaczenie współczynnika tarcia oraz drogi tarcia na badanym promieniu, oraz pozwala w ilościowy sposób opisać badane zjawisko,

- możliwość wytworzenia warunków ścierania metali zbliżonych do pracy narzędzi kuźniczych szczególnie parametrów temperaturowych, nacisku oraz prędkości przemieszczania się uplastycznionego metalu.

Przedmiot wynalazku, w przykładowym, lecz nie ograniczającym wykonaniu, uwidoczniono w schemacie na rysunku, gdzie dla ułatwienia przedstawienia, w pierwszej kolejności pokazano zespół do badania zużycia ściernego części maszyn w warunkach pracy w wysokiej temperaturze i przy wysokich naciskach jednostkowych, mający tarczę jako przesuwny element.

PL 220 054 B1

Zespół do badania zużycia ściernego części maszyn w warunkach pracy w wysokiej temperaturze i przy wysokich naciskach jednostkowych, ma pojemnik 1 z elementem grzewczym 2. Pojemnik 1 ma wewnątrz centralny otwór 3 do osadzania przeciwpróbki 4. Zakończony jest próbką 5 z otworem 6. mającą kanał boczny 7. Otwór 6 zamknięty jest przesuwną powierzchnią, w szczególnym przypadku tarczą 8, której powierzchnia czołowa styka się z otworem 6 próbki 5. W centralnym otworze 3 pojemnika 1 osadzony jest suwliwie trzon 9 stempla 10.

Do centralnego otworu 3 nagrzanego do temperatury (500-1000) K pojemnika 1 wkłada się przeciwpróbkę 4. Stemplem 10 poprzez tłok 9 wytwarza się nacisk jednostkowy w granicach (300-1200) MPa. Jednocześnie, wprowadza się w ruch przesuwną powierzchnię, w szczególnym przypadku tarczę 8 z prędkością obrotową (1-30) obr./min. Pod wpływem nacisku i sił tarcia, przeciwpróbka 4 w strefie otworu 6 próbki 5 ulega uplastycznieniu.

Uplastyczniony metal wypływa kanałem bocznym 7 próbki 5. Sterowana prędkość obrotowa tarczy 8 reguluje drogę i prędkość przemieszczania się uplastycznionej przeciwpróbki 4.

W urządzenie wmontowane są układy pomiarowe rejestrujące siłę tłoka 9 oraz siłę przemieszczenia przesuwnej powierzchni, w szczególnym przypadku moment obrotowy tarczy oraz siłę reakcji bocznej recypienta pozwalającej na wyznaczenie siły tarcia w parze pomiędzy próbką i przeciwpróbką. Wielkość zużycia ściernego rejestrowana jest jako różnica wagi próbki 5 przed i po wykonaniu badań.

W efekcie prowadzonych eksperymentów wyznacza się:

- siłę tarcia w parze próbka 5 - przeciwpróbka 4 w zależności od zastosowanych rodzajów materiałów i temperatury pracy temperatury,

- zużycie masowe w funkcji drogi przemieszczenia przeciwpróbki 4 (długości odkształconej przeciwpróbki) jako wskaźnik ubytku materiału próbki w czasie eksperymentu,

- zużycie geometryczne - zmiana kształtu powierzchni próbki 5 w funkcji drogi przemieszczenia przeciwpróbki 4.

Claims (3)

1. Sposób badania zużycia ściernego części maszyn w warunkach pracy w wysokiej temperaturze i przy wysokich naciskach jednostkowych, poprzez oddziaływanie na próbkę naciskami zbliżonymi do warunków pracy narzędzi kuźniczych i zbliżonej temperaturze, znamienny tym, że przeciwpróbkę (4) w postaci pręta umieszcza się w pojemniku (1) nagrzanym do temperatury w granicach (500-1000) K, z kolei wyciska się przez zamkniętą przesuwnym elementem (8), przesuwającym się względem szczeliny z szybkością do 100 m/min. szczelinę (6) utworzoną pomiędzy powierzchnią przesuwnego elementu (8) a kanałem bocznym (7) w próbce (5), poprzez oddziaływanie na przeciwpróbkę (4) stemplem (9), wywołując naciski jednostkowe w granicach (300-1200) MPa.

2. Zespół do badania zużycia ściernego części maszyn w warunkach pracy w wysokiej temperaturze i przy wysokich naciskach jednostkowych, mający tłok do wyciskania przeciwpróbki przez próbkę z elementem zamykającym, znamienny tym, że stanowi go, zakończony próbką (4) z otworem (6) i bocznym kanałem (7) pojemnik (1), mający centralny otwór (3) do osadzania przeciwpróbki (4) i trzonu (9) stempla (10), przy czym otwór (6) próbki (5) zamknięty jest przesuwnym elementem (8), przesuwającym się względem szczeliny z szybkością (0,1-100) m/min.

3. Zespół według zastrz. 2, znamienny tym, że przesuwnym elementem (8) jest tarcza, obracającą się w kierunku stycznym z osią bocznego kanału (7) próbki (5) z prędkością obrotową ω w granicach (1-30) obr./min.