Evaluation of the Effect of Abrasive Grain Shape on the Surface Properties of Steel Operated in Mineral Abrasive Mass

• Autorzy: Ligier Krzysztof , Szuszkiewicz Jarosław , Lemecha Magdalena , Mikołajczak Paweł

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.9074

Warianty tytułu

PL

Wpływ kształtu cząstek ściernych na zmiany powierzchni stali zużywanej w naturalnej masie ściernej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the study on the Hardox Extreme steel in a natural abrasive mass with different particle shapes. The research employed the rotating bowl method using both crushed aggregate and natural sand with the grain size varying from 0.05 mm to 2 mm. Both kinds of the sand were obtained from an aggregate mine. The abrasive masses used in the study were characterized by the similar grain size distribution and they differed in terms of the abrasive grain shape. The obtained results show that the crushed aggregate causes four times bigger loss in the mass of the Hardox Extreme steel compared to the natural sand. The values of the roughness parameters are correlated with the results of wear and surface images of the investigated materials depending on the sand used. The worn out surface of the natural sand has much lower roughness parameters. It was caused by the regular shape of the grains. In the case of the surface investigated in the crushed aggregate, the values of the parameters are much higher than for the investigated material in the natural sand.

PL

W pracy przedstawiono badania zużywania stali Hardox Extreme w naturalnej masie ściernej o zróżnicowanym kształcie ziaren. Badania przeprowadzono metodą wirującej misy z użyciem kruszywa łamanego i piasku naturalnego o uziarnieniu 0.05÷2 mm pozyskanego z kopalni kruszywa. Zastosowane masy ścierne charakteryzowały się podobnym rozkładem wielkości uziarnienia, a różniły się kształtem ziaren ściernych. Wyniki badań wskazują, że kruszywo łamane powoduje ponad czterokrotnie większy ubytek masy stali Hardox Extreme niż piasek naturalny. Wartości parametrów chropowatości korelują z wynikami zużycia i obrazami powierzchni badanych materiałów w zależności od użytego piasku. Powierzchnia zużywana w piasku naturalnym charakteryzuje się znacznie niższymi wartościami parametrów chropowatości, na co wpływ ma regularny kształt ziaren. W przypadku powierzchni badanej w kruszywie łamanym wartości parametrów są znacznie wyższe niż dla materiału badanego w piasku naturalnym.

Słowa kluczowe

EN

Hardox Extreme steel; mineral abrasive mass; abrasive grain geometry; surface profile

PL

stal Hardox Extreme; naturalna masa ścierna; geometria ziaren ściernych; profil powierzchni

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 3
• Strony: 73--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., fot., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Ligier Krzysztof

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Faculty of Technical Sciences, M. Oczapowskiego11 Str., 10-719 Olsztyn, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1348-7068

autor

Szuszkiewicz Jarosław

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Faculty of Technical Sciences, M. Oczapowskiego11 Str., 10-719 Olsztyn, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4490-3397

autor

Lemecha Magdalena

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Faculty of Technical Sciences, M. Oczapowskiego11 Str., 10-719 Olsztyn, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3414-4099

autor

Mikołajczak Paweł

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Faculty of Technical Sciences, M. Oczapowskiego11 Str., 10-719 Olsztyn, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1455-9070

Bibliografia

• 1. Badisch E., Mitterer C.: Abrasive wear of high speed steels: Influence of abrasive particles and primary carbides on wear resistance. Tribology International, 36(10), 2003, pp. 765–770.
• 2. Sevim I., Eryurek I.B.: Effect of abrasive particle size on wear resistance in steels. Materials design, 27(3), 2006, pp. 173–181.
• 3. Rabinowicz E.D.L.R.P., Dunn L.A., Russell P.G.: A study of abrasive wear under three-body conditions. Wear, 4(5), 1961, pp. 345–355.
• 4. Kato K.: Abrasive wear of metals, Tribology International, 30, 1997, pp. 333–338.
• 5. Barszcz M., Paszeczko M., Lenik K.: Self-organization of friction surface of Fe- Mn-CB coating with increased resistance to abrasion. Archives of Metallurgy and Materials, 60, 2015.
• 6. Thakare M.R., Wharton J.A., Wood R.J.K., Menger C.: Effect of abrasive particle size and the influence of microstructure on the wear mechanisms in wear-resistant materials. Wear, 276, 2012, pp. 16–28.
• 7. Coronado J.J.: Effect of abrasive size on wear. Abrasion Resistance of Materials, 2012, pp. 167–184.
• 8. Pintaude G.: Characteristics of abrasive particles and their implications on wear. New Tribological Ways, 2011, pp. 117–130.
• 9. Napiórkowski J., Lemecha M., Konat Ł.: Forecasting the Wear of Operating Parts in an Abrasive Soil Mass Using the Holm-Archard Model. Materials, (2019), 12 (13), pp. 1–15.
• 10. Torrance A.A. (2005). Modelling abrasive wear. Wear, 258(1–4), pp. 281–293
• 11. de Pellegrin D.V., Stachowiak G.: Simulation of three-dimensional abrasive particles Wear, 258, 2005, (1–4), pp. 208–216.
• 12. Stachowiak G., Batchelor A.W.: Engineering Tribology, Second Edition, Butterworth-Heinemann, 2005.
• 13. Al-Rousan T., Masad E., Tutumluer E., Pan T.: Evaluation of image analysis techniques for quantifying aggregate shape characteristics. Construction and Building Materials, 21(5), 2007, pp. 978–990.
• 14. Kałdoński T.: Badanie i modelowanie procesów zużywania ściernego hydraulicznych par precyzyjnych, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2008.
• 15. Jourani A., Bouvier S., Friction and wear mechanisms of 316L stainless steel in dry sliding contact: effect of abrasive particle size, Tribol. Trans., 58, 2015, pp. 131–139.
• 16. Mercer A., Hutchings I., The deterioration of bonded abrasive papers during the wear of metals, Wear, 132, 1989, pp. 77–97.
• 17. Ligier K., Napiórkowski J., Lemecha M., Effect of Abrasive Soil Mass Grain Size on the Steel Wear Process, Tribology in Industry, Vol. 42, No. 2, 2020, pp. 165–176, DOI: 10.24874/ti.784.10.19.04.
• 18. Stachowiak G.B., Stachowiak G.W.: The effects of particle characteristics on three-body abrasive wear. Wear, 249(3–4), 2001, pp. 201–207.
• 19. Trevisiol C., Jourani A., Bouvier S.: Effect of martensite volume fraction and abrasive particles size on friction and wear behaviour of a low alloy steel. Tribology International, 113, 2017, pp. 411–425.
• 20. Quercia G., Grigorescu I., Contreras H., Di Rauso C., Gutierrez-Campos D.: Friction and wear behavior of several hard materials. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 19(4–6), 2001, pp. 359–369.
• 21. Pintaude G.: Characteristics of abrasive particles and their implications on wear. New Tribological Ways, 2011, pp. 117–130.
• 22. Kovaříková I., Szewczyková B., Blaškoviš P., Hodulova E., Lechovič E.: Study and characteristic of abrasive wear mechanisms. Materials Science and Technology, 1, 2009, pp. 1–8.
• 23. de Pellegrin D.V., Corbin N.D., Baldoni G., Torrance A.A.: Diamond particle shape: Its measurement and influence in abrasive wear, Tribology International, 42, 2009, pp. 160–168.
• 24. Stachowiak G.W., Podsiadlo P.: Characterization and classification of wear particles and surfaces. Wear, 249, 2001, pp. 194–200.
• 25. Woldman M., van der Heide E,. Schipper D.J, Tinga T., Masen M.A., Investigating the influence of sand particle properties on abrasive wear behavior, Wear, 294–295, 2012, pp. 419–426.
• 26. PN-EN ISO 6507-1:2006 – Metale – Pomiar twardości sposobem Vickersa – Część 1: Metoda badań.
• 27. PN-EN 933-1:2012 – Badania geometrycznych właściwości kruszyw – Część 1: Oznaczanie składu ziarnowego – Metoda przesiewania.
• 28. Manual Z.N.S.U.: Malvern instruments ltd. Worcestershire, UK, 1, 2013, 13–3.
• 29. Szmańda J.B., Witkowski K.: Morphometric Parameters of Krumbein Grain Shape Charts – A Critical Approach in Light of the Automatic Grain Shape Image Analysis. Minerals 2021, 11(9), 937, https://doi.org/10.3390/min11090937.
• 30. Ligier K., Napiórkowski J., Lemecha M.: Effect of Abrasive Soil Mass Grain Size on the Steel Wear Process. Tribology in Industry, 2020, 42 (2), pp. 165–176.
• 31. Napiórkowski J. (ed.): Examination and modeling of abrasive and fatigue wear processes (in polish – Badanie i modelowanie procesów zużywania ściernego i zmęczeniowego). Wydawnictwo UWM Olsztyn. Olsztyn 2014.
• 32. Sachin Singh, Mamilla Ravi Sankar: Rheological study of the developed medium and its correlation with surface roughness during abrasive flow finishing of micro-slots. Machining Science and Technology, 24:6, 2020, pp. 882–905, DOI:10.1080/10910344.2020.1771570.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).