The influence of oils on the scuffing of concentrated friction joints with low-friction coated elements

• Autorzy: Kalbarczyk M. , Michalczewski R. , Piekoszewski W. , Szczerek M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ olejów na zacieranie elementów z powłokami niskotarciowymi skojarzonymi w styku skoncentrowanym

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The paper presents the results of four-ball scuffing tests for the following oils: polyalphaolefine oil (PAO 8), refined rapeseed oil (RzR), as well as mineral and synthetic oils of GL5 API performance level. Three material combinations of friction joints were investigated, with the upper ball material as a variable. In the research, 100Cr6 bearing steal balls were used. The tests were carried out for uncoated and low-friction coated balls. Two PVD coatings were used: a-C:H:W and MoS2/Ti. The research results were compared with the outcome from the tests of the reference mineral oil (RL 219). The influence of oils on friction joint scuffing characteristics were determined using the scuffing load Pt and limiting pressure of seizure poz, obtained by means of the four-ball method with continuously increasing load. The obtained results indicate that, in case of concentrated friction joints with lowfriction coated elements, the influence of selected oils on scuffing depends on the type of PVD coating used. The research findings also show the significant practical effect of aforementioned PVD coatings deposition on steel elements of friction joints, which is the interception of the anti-scuffing function of the classical extreme pressure (EP) oil additives by the coating. Due to that fact, the usage of such coatings makes it possible to reduce the concentration of EP additives, resulting in more environmental friendly oils.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań zacierania modelowego, czterokulowego węzła tarcia, smarowanego olejami bez dodatków smarnościowych: mineralnym olejem wzorcowym (RL 219), syntetycznym (PAO 8), rafinowanym olejem rzepakowym (RzR), oraz dwoma olejami handlowymi z dodatkami klasy GL5 na bazie mineralnej i syntetycznej. Przebadano trzy skojarzenia materiałowe, w których zmienną stanowił materiał kulki górnej. Zastosowano kulki ze stali łożyskowej (100Cr6) bez powłoki oraz z niskotarciowymi powłokami: a C:H:W (WC/C) oraz MoS2/Ti, osadzonymi metodą PVD. Rezultaty badań porównano z wynikami otrzymanymi dla mineralnego oleju wzorcowego (RL 219). Dokonano oceny wpływu oleju na zacieranie węzła tarcia, wykorzystując wskaźniki obciążenia zacierającego Pt oraz granicznego nacisku zatarcia poz, otrzymane przy zastosowaniu metody z narastającym obciążeniem. Stwierdzono, że wpływ rodzaju oleju na zatarcie elementów stalowych pokrytych powłokami PVD jest zależny od rodzaju powłoki. Ważnym efektem praktycznym jest też wskazanie, że powłoki PVD nanoszone na elementy stalowych systemów tribologicznych, przejmują funkcje klasycznych, nieekologicznych na ogół, dodatków smarnościowych (EP), pozwalając na redukcję ich zawartości w środkach smarowych.

Słowa kluczowe

EN

scuffing; seizure; oils; coatings; four-ball tester

PL

zacieranie; zatarcie; oleje; powłoki; aparat czterokulowy

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 15, no. 4
• Strony: 319--324
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kalbarczyk M.

• Tribology Department Institute for Sustainable Technologies (ITeE-PIB) ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Poland

autor

Michalczewski R.

• Tribology Department Institute for Sustainable Technologies (ITeE-PIB) ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Poland

autor

Piekoszewski W.

• Tribology Department Institute for Sustainable Technologies (ITeE-PIB) ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Poland

autor

Szczerek M.

• Tribology Department Institute for Sustainable Technologies (ITeE-PIB) ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Poland University of Technology and Humanities Faculty of Mechanical Engineering ul. Krasickiego 54, 26-600 Radom

Bibliografia

• 1. Vercammen K, Van Acker K, Meneve J. Current trends in tribology. Belgium: VITO, 2004.
• 2. Totten GE, Liang H. Mechanical Tribology. Materials, characterization, and applications. New York-Bazylea: Marcel Dekker, Inc., 2004.
• 3. Equey S, Roos S, Mueller U, Hauert R, Spencer N D, Crockett R. Reactions of zinc-free anti-wear additives in DLC/DLC and steel/steel contacts. Tribology International 2008; 41: 1090–1096.
• 4. Gåhlin R, Larsson M, Hedenqvist P. ME-C:H coatings in motor vehicles. Wear 2001; 249: 302–309.
• 5. Hauert R. An overview on the tribological behavior of diamond-like carbon in technical and medical applications. Tribology International 2004; 37: 991–1003.
• 6. Joachim F. Influence of coatings and surface improvements on the lifetime of gears. Proc. COST 532 “Triboscience and Tribotechnology”. Ghent, Belgium 2004: 138–147.
• 7. Krantz TL, Cooper CV, Townsend DP, Hansen BD. Increased Surface Fatigue Lives of Spur Gears by Application of a Coating. 2003; Raport NASA/TM-2003-212463.
• 8. Łuksa A ed. Ekologia płynów eksploatacyjnych. Radom: MCNEMT, 1990.
• 9. Makoto Kano. DLC Coating Technology Applied to Sliding Parts of Automotive Engine. New Diamond and Frontier Carbon Technology 2006; 16: 201–210.
• 10. Martins R, Amaro R, Seabra J. Influence of low friction coatings on the scuffing load capacity and efficiency of gears. Tribology International 2008; 41: 234–242.
• 11. Michalczewski R. Charakterystyki tribologiczne cienkich powłok niskotarciowych typu DLC i MoS2 w warunkach tarcia suchego. ZEM 2006;146: 117–131.
• 12. Michalczewski R, Piekoszewski W. Wear and friction of low friction coatings in dry conditions. Tribologia, Finish Journal of Tribology 2007; 26: 9–21.
• 13. Michalczewski R, Piekoszewski W, Szczerek M, Tuszyński W. Chemomechanical synergy of PVD/CVD coatings and environmentally friendly lubricants in rolling and sliding contacts. Proc. COST 532 “Triboscience and Tribotechnology”. Ghent, Belgium 2004: 181– 190.
• 14. Michalczewski R, Piekoszewski W, Szczerek M, Tuszyński W. The lubricant-coating interaction in rolling and sliding contacts. Tribology International 2009; 42: 554 560.
• 15. Michalczewski R, Piekoszewski W, Szczerek M, Tuszyński W. A method for tribological testing of thin hard coatings. Tribotest Journal 2002; 9: 117–130.
• 16. Neville A, Morina A, Haque T, Voong M. Compatibility between tribological surfaces and lubricant additives. How friction and wear reduction can be controlled by surface/lube synergies. Tribology International 2007; 40: 1680–1695.
• 17. Patent Nr 179123 - B1 – G01N 33/30 Sposób oceny przeciwzatarciowych własności środków smarowych na aparacie 4-kulowym.
• 18. PN-76/C04147 Przetwory naftowe. Badanie własności smarnych olejów i smarów.
• 19. Piekoszewski W, Szczerek M, Tuszynski W. A method for testing lubricants under conditions of scuffing. Part II. The anti–seizure action of lubricating oils. Tribotest Journal 2002; 9: 35–48.
• 20. Podgornik B, Jacobson S, Hogmark S. Influence of EP and AW additives on the tribological behaviour of hard low friction coatings. Surface and Coatings Technology 2003; 165: 168–175.
• 21. Shimizu S. Fatigue Limit Concept and Life Prediction Model for Rolling Contact Machine Elements. Tribology Transaction 2002; 45: 39–46.
• 22. Stallard J, Teer D G. A study of tribological behaviour of CrN, Graphit-iC and Dymon-iC coatings under oil lubrication. Surface and Coatings Technology 2004; 188–189: 525–529.
• 23. Szczerek M, Michalczewski R, Piekoszewski W. The problems of application of PVD/CVD thin hard coatings for heavy-loaded machine components. San Diego: Proceedings of the ASME/STLE International Joint Tribology Conference 2007; ASME Part A: 35–37.
• 24. Szczerek M, Tuszynski W. A method for testing lubricants under conditions of scuffing. Part I. Presentation of the method. Tribotest Journal 2002; 8/4: 273–284.
• 25. Szczerek M, Tuszyński W. A method for assessing performance of automotive gear oils. New horizons for tribology and lubricants. Handbuch der Tribologie und Schmierungstechnik 2002; 10: 108–115.
• 26. Tuszyński W, Szczerek M, Michalczewski R. Investigation of antiwear coatings deposited by the PVD process. Tribotest Journal 2003; 10: 3–18.
• 27. Tuszyński W, Piekoszewski W. Effect of the type and concentration of lubricating additives on the antiwear and extreme pressure properties and rolling fatigue life of a four-ball tribosystem. Lubrication Science 2006; 18/4: 309–328.
• 28. Vercammen K, Van Acker K A, Vanhulsel A, Barriga J, Arnsek A, Kalin M, Meneve J. Tribological behaviour of DLC coatings in combination with biodegradable lubricants. Tribology International 2004; 37: 983–989.
• 29. Vlad M, Szczerek M, Michalczewski R, Kajdas C, Tomastik C, Osuch-Słomka E. The influence of antiwear additive concentration on the tribological behaviour of a-C:H:W/steel tribosystem. Proc. IMechE Part J: Journal Engineering Tribology 2010; 224/10: 1079–1089.