Ograniczenie trwałości skojarzeń ceramicznych w wyniku propagacji pęknięć powierzchniowych

• Autorzy: Karaszewski W.

Warianty tytułu

EN

Fatigue life limitation of ceramic materials due to surface crack propagation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Materiały ceramiczne od kilkunastu lat znajdują coraz większe zastosowanie w technice. Wynika to z charakterystycznych właściwości materiałów ceramicznych, takich jak: duża twardość, odporność na korozję, możliwość stosowania w środowiskach agresywnie chemicznych, a także z uwagi na mniejszy ciężar właściwy w porównaniu z materiałami stalowymi. Przykładem zastosowań tej grupy materiałowej mogą być: powłoki ceramiczne nakładane na powierzchnie cylindrów silników samochodowych, elementy pomp drukarskich, elementy zaworów kulowych itp. Materiały ceramiczne znajdują także zastosowanie w inżynierii łożyskowania, czego dowodem są między innymi hybrydowe łożyska toczne. Jednak zastosowanie materiałów ceramicznych wiąże się z wieloma ograniczeniami. Podstawową ich wadą jest mała odporność na kruche pękanie, która wiąże się z ich strukturą chemiczną i właściwościami mechanicznymi. Drogą do szerokiego zastosowania tego typu materiałów jest znajomość mechanizmów propagacji pęknięć i momentu ich inicjacji w określonych warunkach pracy. W niniejszym artykule przedstawiona została krótka analiza literaturowa dotycząca mechanizmów propagacji pęknięć w materiałach ceramicznych oraz wyniki dotychczasowych badań doświadczalnych wybranych materiałów ceramicznych z uwzględnieniem wpływu pęknięć powierzchniowych na trwałość ceramicznych skojarzeń tocznych.

EN

Some ceramic materials have been found to have the optimum combination of properties that are suitable for rolling element bearing applications (high speeds, high loads, different environments). Cracks, structure defects and manufacturing faults are the main problem connected with fatigue life. These defects decrease the rolling contact fatigue considerably. An experimental study of ring cracks propagation and structure defects propagation of zirconia and silicon nitride was also described in the paper. The rolling contact tests were performed on pre-cracked zirconia and silicon nitride upper balls using a modified (rolling lower balls) four-ball machine in specified lubricant. Ball surfaces and failures were examined using scanning electron microscopy. The paper contains the following: - The variation of test time for both ceramic materials balls with ring cracks defects was presented. - The mechanism of ring crack propagation in zirconia and silicon nitride was described. - The influence of pores on fatigue life of zirconia was described.

Słowa kluczowe

PL

materiały ceramiczne; trwałość zmęczeniowa; pęknięcia powierzchniowe

EN

ceramic materials; fatigue life; surface defects

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2009
• Tom: nr 2
• Strony: 29--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Karaszewski W.

• Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk,

Bibliografia

• 1. Kocańda S.: Zmęczeniowe pękanie metali. Warszawa, WNT 1985.
• 2. Kocańda S., Szala J.: Podstawy obliczeń zmęczeniowych. Warszawa, PWN 1997.
• 3. Neimitz A.: Mechanika pękania. Warszawa, PWN 1998.
• 4. Ritchie R.O.: Mechanisms of fatigue-crack propagation in ductile and brittle solids. International Journal of Fracture. 1999, 100, s. 55-83.
• 5. Ritchie R.O.: Mechanisms of fatigue crack propagation in metals, ceramics and composites: Role of crack-tip shielding. Materials Science and Engineering. 1988, A103, s. 15-28.
• 6. Wang Y., Hadfield M.: Rolling contact fatigue failure modes of lubricated silicon nitride in relation to ring crack defects, Wear 225-229 (1999) 1284 - 1292.
• 7. Hadfield M., Fujinawa G., Stolarski T.A., Tobe S.: Residual stress in failed rolling contact ceramic balls, Ceramics International, vol. 19, No. 5, pp. 307-313, 1993.
• 8. Karaszewski W.: Powierzchniowa wytrzymałość zmęczeniowa materiałów ceramicznych o niedoskonałej strukturze wewnętrznej, Sprawozdanie z prac zrealizowanych w ramach projektu badawczego MNiSW, nr 4 T07C 035 28, Politechnika Gdańska 2007.
• 9. Karaszewski W.: The influence of oil additives on spread cracks in silicone nitride, Tribology International, vol. 41, issue 9-10, 889-895, 2008.