Wpływ cząstek Al2O3 w materiale kompozytowym na zużycie tribologiczne w badaniach modelowych

• Autorzy: Posmyk A. , Bakowski H.

Warianty tytułu

EN

Influence of Al2O3 particles in composite material on modeling wear investigations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono próbę wyjaśnienia mechanizmu zużywania skojarzenia żeliwo EN-GJL-350/kompozyt W6A.15A za pomocą MES. W wyniku przeprowadzonych badań tribologicznych i metalograficznych wyznaczono współczynnik tarcia i zużycie oraz cechy stereologiczne użytego do badań kompozytu. Na podstawie tych wyników opracowano model skojarzenia i przeprowadzono symulację, w wyniku której uzyskano rozkłady naprężeń i odkształceń w skojarzeniu. W obliczeniach MES uwzględniono dwa przypadki, tj. skojarzenie w spoczynku (µ = 0) oraz w ruchu (µ = 0,3). Siłę tarcia rozłożono na 9 składowych, co 1 µm siatki, co powoduje bardziej równomierny rozkład naprężeń. Symulacja obejmowała etap docierania skojarzenia, w którym cząstki fazy zbrojącej Al2O3 wystają znacznie nad powierzchnię materiału osnowy. Wyniki obliczeń pokazały, że na styku cząstka zbrojąca-żeliwo panują naprężenia 65 MPa, które są około 20-krotnie większe niż przyłożone naciski 3 MPa. Tak duże naprężenia powodują plastyczne odkształcenia żeliwa i intensyfikują jego zużycie. Siły tarcia wywołują naprężenia styczne dochodzące w skrajnym przypadku do 15 MPa, które przewyższają wytrzymałość na ścinanie materiału miejscu styku materiału osnowy i cząstek wynoszącą do 10 MPa. Powoduje to obrót cząstek i ich usuwanie z osnowy, co intensyfikuje zużywanie skojarzenia.

EN

The attempt to explain of the mechanism of wear in pairing cast iron EN-GJL-350/composite W6A.15D using of Finite Elements Methods (FEM) has been presented in this paper. As a result of conducted tribological and metallographic investigations the coefficient of friction, wear rate and stereological parameters of investigated material have been determined. Based on those results, the model of pairing has been elaborated and simulating calculations have been conducted. The assumptions for that model are as follows: the average diameter of reinforcing particles d = 15 µm, average distance between particles is 25 µm, the surface fraction of alumina particles AN = 625 mm-2, the frictionless case (µ = 0) and friction in air (µ = 0.3). The friction force acting on every particle has been divided by nine (one part per one mesh) what causes homogenous stresses dis-tribution. The models of pairing without and with friction forces has been elaborated. Simulation calculations have shown that the maximum of stresses is in a cast iron on the reinforcing phase edge and in a matrix material, on the border between alumina particles and matrix. The maximum stresses (65 MPa) are 20 times larger then the given load (3 MPa). The first maximum helps to explain the wear intensity of cast iron and the second one helps to explain why some particles are removed from the matrix and make damages of the contact surfaces during the wearing in stage of the sliding. The hard alumina particles protruding over the matrix material cause the wear of sliding partner. Normal load acting on sliding parts causes plastic deformations of cast iron resulting in its intensive abrasion wear. Friction force acting tangential to the rubbing surface causes a formation of a rotation moment on the reinforcing particle that tries to rotate the particle. When the rotating moment is greater then the adhesion between matrix material and particle cams to hers removal from the matrix. One removed ceramic particle causes great damages in sliding surfaces of cast iron and aluminium alloy matrix.

Słowa kluczowe

PL

cząstka zbrojąca; rozkład naprężeń; rozkład odkształceń; kompozyt; żeliwo; zużycie

EN

reinforcing particle; distribution of stresses; distribution of strains; composite; cast iron; wear

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 1
• Strony: 29--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys.

Twórcy

autor

Posmyk A.

autor

Bakowski H.

• Politechnika Śląska, Wydział Transportu, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice,

Bibliografia

• [1] Posmyk A., Kształtowanie właściwości tribologicznych warstw wierzchnich tworzyw na bazie aluminium, Wydawnictwa Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002.
• [2] Ocena właściwości tribologicznych grupy tłok-tuleja cylindrowa wykonanych z materiałów kompozytowych na osnowie stopów aluminium, Grant Nr N N504 488434, Politechnika Śląska, Katowice 2008/2009.
• [3] Bakowski H., Posmyk A, Wpływ wybranych czynników eksploatacyjnych na zużycie elementów skojarzenia toczno-ślizgowego w obecności płynu, Badania Własne Katedry Eksploatacji Pojazdów Samochodowych Politechniki Śląskiej BW - 510/RT1/2008, Katowice 2008.
• [4] Janczak J., Rohr L., Schulz P., Degischer H. P., Entwicklung von Endlosfaserverstärkten Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen für Raumfahrttechnik, Oberflächen Werkstoffe Nr. 5 Zürich 1995, 8-10.
• [5] Posmyk A., Kształtowanie właściwości tribologicznych materiałów kompozytowych, Inżynieria Materiałowa 2006, 2(150), 69-74.