Possibilities of investigating abrasive wear in conditions close to those prevailing in industrial forging processes

• Autorzy: Hawryluk M. , Marciniak M. , Misiun G.

Warianty tytułu

PL

Możliwości badania zużycia ściernego w warunkach odpowiadających przemysłowym procesom kucia

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

This paper presents aTriboForge – a prototype test stand for investigating abrasive wear, which unlike conventional tribometers, makes it possible to study wear under high pressures (500 MPa), i.e. in conditions close to those prevailing in industrial forging processes. The idea behind the designed and constructed prototype test stand was to most accurately reproduce the phenomena and processes acting on the surface layer of forging tools during their contact with the material being deformed. Preliminary tests were carried out on a tool material/selected forged material combination. A rotating disc made of tool steel (WCL) and a rectangular counter-sample made of the forged material (QS19-20), pressed against the disc constituted the friction pair. Thanks to a special control-measuring system integrated with the test stand it is possible to measure in real time several major parameters, such as: temperature distribution, the rotational speed of the sample, the pressure exerted by the counter-sample, the amount of wear, the sliding distance and changes in the friction coefficient value. The friction pairs would work for a fixed time of 4 hours at a constant counter-sample pressure of 10 kN (which for an average contact area amounted to about 220 MPa) at an average speed of 5 rpm (1 full rotation took about 12 s). Assuming that the key parameters describing abrasive wear are sliding distance and pressure per unit area, it has been shown that the magnitude of wear (material loss) depending on the cycle length is close to that in the actual industrial forging process. This proves the suitability of the test stand for the comprehensive analysis of the abrasive wear of forging dies.

PL

W pracy autorzy przedstawili prototypowe stanowisko do badania zużycia ściernego – TriboForge, które w odróżnieniu od klasycznych tribometrów pozwala na analizę zużycia w warunkachwysokich nacisków (500 MPa), czyli w warunkach zbliżonych do panujących w przemysłowych procesach kucia. Koncepcją zaprojektowanego i zbudowanego prototypowego stanowiska jest jak najdokładniejsze odwzorowanie zjawisk i procesów oddziałujących na warstwę wierzchnią narzędzi kuźniczych w kontakcie z odkształcanym materiałem odkuwki. Autorzy przeprowadzili wstępne badania dla skojarzenia: materiał narzędziowy i wybrany materiał odkuwki. Parę trącą stanowiły: obracający się krążek wykonany ze stali narzędziowej (WCL) oraz dociskana do niego próbka prostokątna z materiału odkuwki (QS19-20). Dzięki specjalnemu systemowi sterująco-pomiarowemu zintegrowanemu ze stanowiskiem możliwy jestpomiar on-line wielu istotnychparametrów(rozkładu temperatury, prędkości obrotowej próbki, siłydocisku przeciwpróbki, wielkości zużycia, drogi tarcia oraz zmianywartości współczynnika tarcia). Skojarzone próbki pracowały przez ustalony wcześniej czas 4 h przy docisku (stałą siłą około 10 kN, co przy średniej wielkości pola kontaktu wynosiło około 220 MPa), ze średnią prędkością obrotową 5obr/min (1 pełny obrót wynosił około 12 s). Przy założeniu, że najważniejszymi parametrami opisującymi zużycie ścierne są droga tarcia oraz nacisk jednostkowy wykazano, że wielkość zużycia (ubytku materiału) w zależności od długość cyklu jest zbliżonado procesu przemysłowego. Potwierdzato przydatność opracowanego stanowiska badawczego do kompleksowej analizy zużycia ściernego matryc kuźniczych.

Słowa kluczowe

EN

abrasive tool wear; hot forging; test stand; hot tool stee

PL

zużycie ścierne narzędzi; kucie na gorąco; stanowisko badawcze; stal do pracy na gorąco

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 16, no. 4
• Strony: 600--607
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Hawryluk M.

• Department of Plastic Forming and Metrology Wroclaw University of Technology ul. Ignacego Łukasiewicza 5, 50-371, Wrocław, Poland

autor

Marciniak M.

• Department of Plastic Forming and Metrology Wroclaw University of Technology ul. Ignacego Łukasiewicza 5, 50-371, Wrocław, Poland

autor

Misiun G.

• Department of Plastic Forming and Metrology Wroclaw University of Technology ul. Ignacego Łukasiewicza 5, 50-371, Wrocław, Poland

Bibliografia

• 1 Altan T. Cold and hot forging fundamentals and application, Ohio: ASM International, 2005.
• 2 Anders P, Hogmark S, Bergström J. Simulation and evaluation of thermal fatigue cracking of hot work tool steels, International Journal of Fatigue 2004; 10: 1095-1107.
• 3 Barrau O, Boher C, Vergne C, Rezai-Aria F. Investigation of Friction and Wear Mechanism of Hot Forging Tool Steels. Karlstadt: 6th Int. Tooling Conference, 2002.
• 4 Bayer RG. Mechanical Wear Fundamentals and Testing. New York: Marcel Dekker Inc., 2004.
• 5 Ciski A, Nakonieczny A, Babul T. Study of the possibility of combining long timescale sub-zero treatment and bead blasting of hot-work tool steel W300 (in Polish). Inzynieria Powierzchni- surface Technology, 2009; 2: 3-9.
• 6 Daouben E, Dubois A, Dubar M, Dubar L. Effects of lubricant and lubrication parameters on friction during hot steel forging. Int J Mater Form 2008; 1:1223 –1226.
• 7 Ding J. Determining Fatigue Wear Using Wear Particle Analysis Tools. Practicing Oil Analysis 2003; 9.
• 8 Gronostajski Z, Hawryluk M. The main aspects of precision forging. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2008; 8(2): 39-57.
• 9 Gronostajski Z, Hawryluk M, Krawczyk J, Marciniak M. Numerical modelling of the thermal fatigue of steel WCLV used for hot forming dies. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2013; 3: 129-133.
• 10 Gronostajski Z, Hawryluk M, Kuziak R, Radwanski K, Skubiszewski T, Zwierzchowski M. The equal channel angular extrusion process of multiphase high strength aluminium bronze. Archives of Metallurgy and Materials 2012; 4: 897-909.
• 11 Groseclose A, Changhyok C, Gonzalez-Mendez J, Yelich T, Altan T. Estimation of die stresses and wear in warm forging of steel pinion shaft.Columbus 2009.
• 12 Grüning A, Lebsanft M, Scholtes B. Cyclic stress–strain behaviour and damage of tool steel AISI H11 under isothermal and thermal fatigue conditions. Materials Science & Engineering 2010; 527(7-8): 1979-1985.
• 13 Hawryluk M, Zwierzchowski M. Structural analysis of warm forging dies from the point of view of their durability (in Polish), Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2009; 2: 31-41.
• 14 Jovicic G, Nikolic R, Zivkovic M, Milovanovic D, Jovicic N, Maksimović S, Djordjevic J. An estimation of the high-pressure pipe residua life. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2013; 13: 36-44.
• 15 Koszela W, Pawlus P, Rejwer E, Ochwat S. Possibilities of oil pockets creation by the burnishing technique. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2013; 4: 465-471.
• 16 Lee R, Jou J. Application of numerical simulation for wear analysis of warm forging die, Journal of Materials Processing Technology 2003; 140: 43–48.
• 17 Niemczewska-Wójcik M, Mańkowska-Snopczyńska A, Piekoszewski W, The investigation of wear tracks with the use of noncontact measurement methods. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2013; 2: 158-167.
• 18 Paschke H, Weber M, Braeuer G, Yilkiran T, Behrens B A, Brand H. Optimized plasma nitriding processes for efficient wear reduction of forging dies. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2012; 4: 407-412.
• 19 Pociecha D, Boryczko B, Osika J, Mroczkowski M. Analysis of tube deformation process in a new pilger cold rolling process. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2014; 14: 376-382.
• 20 Sallit I, Richard C, Béranger G, Kircher D, Michaud H. Experimental study of wear behaviour of hot forging tool steels under dry conditions: 40CrMoV13 against C35E.Tribology Letters 2002, 12(3), 147-154.
• 21 Smolik J.The role of hybrid layers of the nitrided layer/PVD coating type in increasing the durability of forging dies (in Polish). Radom 2007: WITE.
• 22 Stembalski M, Preś P, Skoczyński W. Determination of the friction coefficient as a function of sliding speed and normal pressure for steel C45 and steel 40HM. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2013; 4: 415-528.
• 23 Szczerek M.Problems relating to the systematization of tribological studies.Available online: <http://www.tribologia.org/ptt/l50l/l50ls.htm>.
• 24 Tofil A, Tomczak J, Pater Z. Cross wedge rolling with upsetting. Archives of Metallurgy and Materials 2013; 4: 1191-1196.
• 25 Webpage: www.phoenix.com.
• 26 Williams JA. Wear modelling: analytical, computational and mapping: a continuum mechanics approach. Wear 1999: 225-229.
• 27 Yilkiran T, Behrens BA, Paschke H, Weber M, Brand H. The potential of plasma deposition techniques in the application field of forming processes. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2012; 3: 284-291.