Rola przeciwpróbek w procesie zużywania węzłów tarcia z kompozytami aluminiowymi

• Autorzy: Biało D.

Warianty tytułu

EN

Influence of countersamples on wear process of friction couples with aluminium matrix composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań nad wpływem materiału przeciwpróbek na przebieg zużywania obu partnerów pary trącej w węzłach tarcia, tj. kompozytowych próbek i przeciwpróbek. Do badań użyto kompozytów na osnowie Al-20%Si-3%Cu-1%Mg umocnionych cząstkami Al2O3 w ilości 10%. Kompozyty wytworzono w procesie metalurgii proszków, wykorzystując wyciskanie na gorąco. Zastosowano przeciwpróbki z żeliwa szarego i ze stali stopowej o twardości 28, 40 i 58 HRC. Próby tarcia w układzie trzpień-tarcza przeprowadzono w następujących warunkach: p = 0,5-3,0 MPa, v = 1 m/s, tarcie technicznie suche. Wykazano, że twardość przeciwpróbek odgrywa istotną rolę w procesie zużywania kompozytowych próbek. Powierzchnie przeciwpróbek o mniejszej twardości ulegają "zbrojeniu" twardymi produktami zużycia i oddziałują ściernie na kompozytowe próbki, co prowadzi do kilkukrotnego wzrostu zużycia. Wraz ze wzrostem twardości przeciwpróbek zmienia się mechanizm zużywania kompozytu - występują łagodniejsze formy zużycia: adhezyjne i delaminacyjne. Podczas tarcia z kompozytem najmocniej zużywają się przeciwpróbki żeliwne i stalowe o małej twardości. Dla tych przeciwpróbek odnotowano najmniejsze wartości współczynnika tarcia.

EN

The paper shows the results of investigation on influence of countersample material on wear of both partners of friction pair i.e. composite samples and countcrsamples. This problem is usually over-looked in scientific publications. Results of research work presented by different authors are controversial, especially with regard to the effect of counter-sample material, its state and processing, hardness and surface roughness. A very important problem in wear process of composite is effect of the type and hardness of the countersample on that process. This paper is going to focus on this subject. Composite material manufactured by powder metallurgy route contains Al-20%Si-3%Cu-1%Mg matrix and reinforcing phase - Al2O3 particles with 10% vol. fraction. Figure 1 shows the microstructure of the composite, with the visible dark particles Al2O3 and the grey silicon crystals in the matrix. Countersamples made of grey cast iron (210 HB) and steel with hardness of 28, 40 and 58 HRC were used. It had shape of disc with surface roughness Ra = 0.32 žm. Tribological experiments were carried-out on the pin-on-disk apparatus at dry conditions at the following parameters: contact pressure of 0.5-3.0 MPa, friction velocity of 1 m/s, friction distance of 6000-12000 m. It was noticed that material and hardness of countersamples play significant role in wear process of composites. Figures 2 and 3 show the wear rate of composite samples versus sliding distance. The wear steadily increases with increasing sliding distance and is higher at higher contact pressure between the sample and countersample. With decreasing in the hardness of countersample the wear of composite is growing (Fig. 4). The highest wear rate was observed for grey cast iron countersample. On the soft countersample friction surface, local adhesive accretions areas of material transferred from the sample matrix were found (Fig. 5). More over the surface of the softest countersamples undergo to ,,reinforcing" with Al2O3 particles transferred from the composite during friction and act as abrasives to composite leading to few times higher wear rate {Fig. 6). For the hardest countersample build-ups on the friction surface are hardly found and only when the highest contact pressure is applied some material transfer is observed. There is not shielding of the surface by the hard particles. This results in less wear. The role of abrasion is less important and the sample surface is smoother. As a result the delamination mechanism of wear occurred. We may confirm that changing in countersamples hardness involves of several wear mechanisms: abrasive, adhesive and delamination. In Figures 6 and 7 SEM of composite worn surface undergone abrasive and delamination mechanisms of wear arc shown. During friction with composite the highest wear of countersamples is occurring for countersamples made of cast iron and steel with lowest hardness (Fig. 8). For these countersamples lowest value of friction coefficient was noticed (Fig. 9).

Słowa kluczowe

PL

kompozyt aluminiowy; zużycie; twardość; przeciwpróbka; współczynnik tarcia

EN

aluminium matrix composite; wear; countersample hardness; friction coefficient

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 1
• Strony: 15--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Biało D.

• Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki, Instytut Inżynierii Precyzyjnej i Biomedycznej, ul. św. A. Boboli 8, 02-525 Warszawa

Bibliografia

• [1] Hutchings I.M., Tribological properties of metal matrix composites, Material Science and Technology 1994, 10, 513-517.
• [2] Wang A., Rack H.J., Dry sliding wear in 2124Al-SiCw/ I7-4PH stainless steel, Wear 1991, 147, 355-374.
• [3] Sato A., Mehrabian R., Aluminium matrix composites: Fabrication and Properties, Metallurgical Transactions B 1976, 7B, 443-541.
• [4] Hosking F.M., Portillo F.F., Wunderlin R., Mehrabian R., Composites of aluminium alloys: fabrication and wear behaviour, Journal of Materials Science 1982, 17, 477-498.
• [5] Wang A., Rack H.J., Dry sliding wear in 2124Al-SiCw/ 17-4PH stainless steel, Wear 1991, 147, 355-374.
• [6] Roy M., Venkataraman B., Bhanuppasad V.V., Mahajan Y.R., Sundararajan G., The effect of particulate reinforcement on the sliding wear behavior of aluminium matrix composites, Metallurgical Transactions A 1992, 23A, 2883-2847.
• [7] Lee C.S., Kim Y.H., Han K.S., Wear behaviour of aluminium matrix composite materials, Journal of Materials Science 1992, 27, 793-800.
• [8] Ma Z.Y., Liang Y.N., Zhang Y.Z., Lu Y.X., Bi J., Sliding wear behaviour of SiC particle reinforced 2024 aluminium alloy composites, Materials Science and Technology 1996, 12, 751-756.
• [9] Duszczyk J., Biało D., Friction and wear of PM Al-20Si-Al2O3 composites in kerosene, Journal of Materials Science 1993, 28, 193-202.
• [10] Biało D., Zużycie tribologiczne kompozytów na osnowie stopów aluminium otrzymanych z proszków, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2002, 137.