The Effect of Nanocrystalline Layers on the Wear Resistance of Grey Cast Iron During Friction in an Oil-Abrasive Medium

• Autorzy: Hurey I. , Hurey T. , Gurey V.

Warianty tytułu

PL

Wpływ utwardzonych warstw nanokrystalicznych na odporność na zużycie żeliwa podczas tarcia w środku olejowo-ściernym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Friction hardening is one of the surface hardening methods with the use of highly concentrated energy sources. In the “tool-treated surface” contact area, the surface layer of a metal is heated at a very high rate to phase transition temperatures, and then it is cooled at a high rate, which results in the formation of hardened nanocrystalline layers. The studies carried out have shown that a hardened nanocrystalline layer is formed in the surface layer in the course of friction hardening of cast-iron (EN-GJL-200) components. The layer thickness is 90–120 μm, and the microhardness is 7–8 GPa. Grain size of the hardened surface layer was equal to 20–40 nm near the treated surface. It is shown that the hardened layer significantly increases the serviceability of the pair “grey cast iron-grey cast iron” during sliding friction in the lubricated-abrasive medium. When increasing the unit load from 2 to 6 MPa, the wear rate of the hardened pair decreased by 2.6–4.2 times in comparison with an unhardened pair. Only one component of the friction pair was hardened.

PL

Utwardzanie tarciowe stanowi metodę umacniania z użyciem wysoko skoncentrowanych źródeł energii. W strefie styku narzędzia i powierzchni obrabianej warstwa wierzchnia jest podgrzewana z dużą prędkością (105–106 K/s) do temperatury zmian fazowych, a następnie jest schładzana z dużą prędkością (104–105 K/s), co wpływa na powstanie utwardzonych warstw nanokrystalicznych. Przeprowadzane badania doświadczalne wykazały, że w procesie utwardzania tarciowego części żeliwnych w warstwie wierzchniej formowana jest warstwa umocniona o strukturze nanokrystalicznej (warstwa biała). Uzyskana grubość warstwy wynosiła 90–120 μm, a mikrotwardość – 7–8 GPa, natomiast wielkość ziaren utwardzanej warstwy wierzchnej wynosiła 20–40 nm w pobliżu powierzchni obrabianej. Wykazano, że utwardzona warstwa znacznie zmnięsza intensywność zużycia podczas tarcia ślizgowego pary żeliwo szare–żeliwo szare pracujące w środku olejowo-ściernym. Utwardzona warstwa występowała tylko na jednej części współpracującej pary tarcia. W związku z tym intensywność zużywania pary utwardzonej przy zwiększaniu nacisku powierzchniowego od 2 MPa do 6 MPa zmniejszyła się o 2,6–4,2 razy w porównaniu z parą nieutwardzoną.

Słowa kluczowe

EN

nanocrystalline layer; friction hardening; wear; oil-abrasive medium

PL

warstwa nanokrystaliczna; utwardzanie tarciowe; tarcie; środek olejowo-ścierny

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 6
• Strony: 37--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Hurey I.

• Rzeszow University of Technology, 12 Powstancow Warszawy al., 35-959 Rzeszow, Poland
• Lviv Politechnic National University, 12 Bandery str., Lviv 79059, Ukraine

autor

Hurey T.

• Lviv Politechnic National University, 12 Bandery str., Lviv 79059, Ukraine

autor

Gurey V.

• Lviv Politechnic National University, 12 Bandery str., Lviv 79059, Ukraine

Bibliografia

• 1. Yushchenko K. A., Borisov Yu. S., Kuznetsov V. D, Korzh V. M.: Surface Engineering – Kyiv, Naukova dumka, 2007. 558 p.
• 2. Evdokimov V. D, Klimenko L. P, Evdokimova A. N.: Technology of hardening of machine building materials – Odesa-Mykolaiv, NSGU, 2005. 352 p.
• 3. Cappellini C., Attanasio A., Rotella G., Umbrello D.: Formation of white and dark layers in hard cutting: influence of tool wear, Int J Mater Form, 3, 2010, N 1, pp. 455– 458.
• 4. Puri A. B., Bhattacharyya B.: Modeling and analysis of white layer depth in a wire-cut EDM process through response surface methodology, Int J Adv Manuf Technol, 25, 2005, pp. 301–307.
• 5. Xu L., Clough S., Howard P., StJohn D.: Laboratory assessment of the effect of white layers on wear resistance for digger teeth, Wear, 181-183, 1995, pp. 112–117.
• 6. Lowe T. C., Valiev R. Z.: Investigations ŕnd Ŕđđlińŕtions of Severe Plastic Deformation. NATO Science Series, Series 3. High Technology. 2000. Vol. 80. 394 đ.
• 7. Ye-Yuan Yang, Hong-Sheng Fang, Yan-Kang Zheng, Zhi-Gang Yang, Zhong-Liang Jiang: The failure models induced by white layers during impact wear, Wear 185, 1995, pp. 17–22.
• 8. Griffiths B. J., Furze D. C.: Tribological advantages of white layers produced by machining. J Tribol ASME 109, 1987, pp. 338–342.
• 9. Xiangming Huang, Yinghui Ren, Zhixiong Zhou, Hang Xiao: Experimental study on white layers in high-speed grinding of AISI52100 hardened steel, Journal of Mechanical Science and Technology, 29, 2015, N 3, pp. 1257–1263.
• 10. Xiangming Huang, Zhixiong Zhou, Yinghui Ren, Cong Mao, Wei Li: Experimental research material characteristics effect on white layers formation in grinding of hardened steel, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 66, 2013, pp 1555–1561.
• 11. Chyr I., Jachymek M., Hurey I., Gurey V., Shynkarenko H.: Computer simulation of friction hardering of superficial layers of machine details // Manufacturing Processes. Some Problems. Vol. 1. – Opole, Politechnika Opolska, 2012. P. 49–62.
• 12. Hurey I., Gurey V., Dmyterko P., Babiarz R.: The research in to components of friction force tool part during friction hardening of plate steel faces // Advances in manufacturing science and technology, 2014, N 3, P. 56–64.
• 13. Gleiter H.: Nanostructured materials: basic concepts and microstructure // Acta Materialia. 2000. Vol. 48, No. 1. P. 1–29.
• 14. Yunhua Xu, Liang Fang, Qihong Cen, Jinhua Zhu: Nanostructure and transformation mechanism of white layer for AISI1045 steel during impact wear, Wear, 258, 2005, pp. 537–544.
• 15. Gurevich M. E., Larikov L. N., Pogorelov A. E. et. al.: Laser-stimulated mass-transfer in metals, Phys. Stat. Sol. (a), V.76, 1983, ą 2, pp. 479–484.
• 16. Hurei I. V., Hurei T. A., Tykhonovych V. V.: Redistribution of chemical elements in the process of pulse strengthening, Materials Science, 35, 1999, N 1, pp. 146–149.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).