Geometric and Energetic Conditions oF Metals’ Abrasive Wear

• Autorzy: Sadowski Piotr

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0014.3741

Warianty tytułu

PL

Geometryczne I energetyczne uwarunkowania zużywania ściernego metali

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A new interpretation and a quantitative description of abrasive wear of solids are proposed in this paper. The well-known J.F. Archard’s dependence, commonly applied by tribologists to describe volume of a worn material as a function of real contact surface between bodies, serves as the starting point for the discussion. The dependence characterises adhesive wear whose intensity is restricted to certain energy-conditioned values. However, greater wear intensities can be observed in abrasive wear. The quantity of energy required to separate a unit of volume (mass) of a rubbing material is also lower in the case of abrasion than of adhesive wear. It is claimed, therefore, that the principle of straight proportionality between volumetric wear and real contact surface of bodies cannot be used to characterise the wear mechanism. The process of detachment of a worn particle in the form of a chip is related to a certain volume, while the density of the flux of removed material is related to an apparent machined surface, which is in a specific relation to the nominal contact surface of rubbing solids. The proposed new physical model and the analytical description of metals’ abrasive wear are illustrated quantitatively with results of the author’s experiments.

PL

W pracy zaproponowano nowy sposób interpretacji i ilościowego opisu zużywania ściernego ciał stałych. Za punkt wyjścia do rozważań przyjęto powszechnie znaną i stosowaną w tribologii zależność analityczną J.F. Archarda opisującą objętość zużytego materiału jako funkcję powierzchni rzeczywistej styku ciał. Zależność ta charakteryzuje zużywanie adhezyjne, którego intensywność jest ograniczona do pewnych wartości uwarunkowanych energetycznie. Podczas zużywania ściernego obserwuje się jednak większe intensywności zużywania. Również ilość energii potrzebna do oddzielenia jednostki objętości (masy) trącego się materiału jest mniejsza w przypadku zużywania ściernego niż – adhezyjnego. Dlatego w niniejszej pracy stwierdzono, że zasada prostej proporcjonalności zużycia objętościowego do powierzchni rzeczywistej styku ciał nie może być utrzymana dla scharakteryzowania mechanizmu ścierania. Proces oddzielania się cząstki zużycia w postaci wiórka odniesiono do pewnej objętości, a gęstość strumienia masy usuwanego materiału – do umownej powierzchni skrawania, pozostającej w określonym związku z powierzchnią nominalną styku trących się ciał. Zaproponowany nowy model fizyczny i analityczny opis zużywania ściernego metali zostały zilustrowane ilościowo na przykładzie wyników eksperymentalnych badań własnych.

Słowa kluczowe

EN

non-ferrous metals; steel; sliding friction; two-body abrasion; surface topography

PL

metale nieżelazne; stal; tarcie ślizgowe; ścieranie dwóch ciał; topografia powierzchni

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2020
• Tom: nr 2
• Strony: 63--75
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., wz.

Twórcy

autor

Sadowski Piotr

• Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Stasieckiego 54 Street, 26-600 Radom, Poland

Bibliografia

• 1. Beckmann G., Kleis I.: Abtragverschleiß von Metallen. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie. Leipzig 1983, 200S.
• 2. Williams J.A.: Analytical models of scratch hardness Tribology International, 1996, Vol. 29, No. 8, pp. 675–694.
• 3. Zhang S.W., Yang Zhaochun.: Energy theory of rubber abrasion by a line contact. Tribology International, 1997, Vol. 30, No. 12, pp. 839–843.
• 4. Masen M.A., de Rooij M.B., Schipper D.J., Adachi K., Kato K.: Single asperity abrasion of coated nodular cast iron. Tribology International 40, 2007, pp. 170–179.
• 5. Rech J., Claudin C., Eramo E.D.: Identification of a friction model-Application to the context of dry cutting of an AISI1045 annealed steel with a TiN-coated carbide tool. Tribology International 42, 2009, pp. 738–744.
• 6. Komanduri R., Varghese S., Chandrasekaran N.: On the mechanism of material removal at the nanoscale by cutting. Wear 269, 2010, pp. 224–228.
• 7. Childs T.H.C.: Friction modelling in metal cutting. Wear 260, 2006, pp. 310–318.
• 8. Michler J., Rabe R., Bucaille J.L., Moser B., Schwaller P., Breguet J.M.: Investigation of wear mechanisms through in situ observation during micro scratching inside the scanning electron microscope. Wear 259, 2005, pp. 18–26.
• 9. Żurowski W., Brzózka K., Górka B.: Analysis of surface layers and wear products by Möossbauer spectral analysis. Wear 297, 2013, pp. 958–965.
• 10. Archard J.F.: Contacts and Rubbing of Flat Surfaces. J. Appl. Phys. 24, 1953, 8, pp. 981–988.
• 11. Holm R.: Electrical Contacts. H. Gerbers, Stockholm 1946, p. 398.
• 12. Singh R.N., Vanalkar A.V.: Analysis of Wear Phenomena in Sliding Contact Surfaces, International Journal of Engineering Research and Applications Vol. 2, Issue 3, May-Jun 2012, pp. 2403–2409.
• 13. Rońda J., Wojnarowski P.: Analysis of wear of polyethylene hip joint cup related to its positioning in patient’s body, Acta of Bioengineering and Biomechanics, 2013, Vol. 15, No. 1, pp. 77–86.
• 14. Dyck T., Bund A.: An adaption of the Archard equation for electrical contacts with thin coatings, TribologyInternational 102, 2016, pp.1–9.
• 15. Gant A.J., Gee M.G.: Abrasion of tungsten carbide hardmetals using hard counterfaces, International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 24, 2006, pp. 189–198.
• 16. Pirso J., Viljus M., Letunovitš S., Juhani K., Joost R.: Three-body abrasive wear of cermets, Wear 271, 2011, pp. 2868– 2878.
• 17. Elleuch K., Fouvry S.: Experimental and modeling aspects of abrasive wear of a A357 aluminium alloy under gross slip fretting conditions, Wear 258, 2005, pp. 40–49.
• 18. Elleuch K., Mezlini S., Guermazi N., Kapsa Ph.: Abrasive wear of aluminium alloys rubbed against Sand, Wear 261, 2006, pp. 1316–1321.
• 19. Rachit N. Singh, Vanalkar A.: Analysis of Wear Phenomena in Sliding Contact Surfaces, International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA), Vol. 2, Issue 3, May-Jun 2012, pp. 2403–2409.
• 20. Sadowski J.: On balancing energy in the friction process of solid bodies. Tribologie und Schmierungstechnik 56, 2009, 6, pp. 27–31.
• 21. Sadowski J.: On the likelihood of separating worn particles from rubbing solid. Tribologie und Schmierungstechnik 4, 2013, pp. 41–51.
• 22. Sadowski P.: Energy issue of creation of wear particles, Ph.D. Thesis, Radom University of Technology, Radom, 2008 (in Polish).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).