Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wykorzystanie współczynnika odbicia fal ultradźwiękowych do oceny kontaktu powierzchni chropowatych

Starzyński G., Mackiewicz S., Szelążek J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 2

71--79

PL

Dla zrozumienia wielu procesów zachodzących na styku dwóch elementów (tarcia, zużycia, połączeń skurczowych) niezbędna jest możliwość wyznaczenia lub obliczenia rzeczywistej powierzchni styku oraz sztywności kontaktowej. Jedną z technik stosowanych w badaniach kontaktu jest badanie odbicia fal ultradżwiękowych od kontaktujących się pod obciążeniem powierzchni. Gdy fala ultradźwiękowa pada na granicę kontaktujących się chropowatych powierzchni, część jej energii przechodzi do drugiego ośrodka, a część odbija się od pustych przestrzeni. Z literatury znana jest zależność miedzy współczynnikiem odbicia fali ultradźwiękowej a sztywnością kontaktową. W pracy przedstawiono unikatowe W Polsce urządzenie do jednoczesnego mierzenia odkształcenia stykowego i współczynnika odbicia dla fali podłużnej (L), jak i fali poprzecznej (T), padającej na kontaktujące się powierzchnie. Korzystając z niego, można obliczyć sztywność normalną (na podstawie wyników pomiarów za pomocą fal podłużnych) oraz styczną (na podstawie pomiarów za pomocą fal poprzecznych) w funkcji stykowego obciążenia normalnego. W pierwszym etapie badań współczynnik odbicia fali ultradźwiękowej był mierzony na próbkach ze stali 45 po trzech różnych obróbkach powierzchniowych: kulowanych (Sa = 5,2 um), frezowanych (Sa = 2,6 um) i piaskowanych (Sa = 0,65 um). Powierzchnie te były obciążane w granicach od 0 do 800 MPa przez sztywną, bardzo gładką powierzchnię stempla, a następnie odciążane. Pomiary dla fali poprzecznej i podłużnej prowadzono zarówno podczas obciążania, jak i odciążania. Z pomiarów i późniejszych obliczeń uzyskano zależności sztywności kontaktowej w funkcji normalnego obciążenia i odciążenia powierzchni. Sztywność kontaktowa rośnie z obciążeniem i osiąga największe Wartości (rzędu 6 GPa/um) dla najmniej chropowatej powierzchni piaskowanej i jest ponad 10 razy większa od sztywności powierzchni kulowanej. Kolejna część eksperymentu dotyczyła oceny wpływu rodzaju materiału na sztywność kontaktową. Wykonano próbki z trzech różnych stali: węglowej 45, chromowo manganowej 40HM oraz konstrukcyjnej S235 o znacząco różniących się granicach plastyczności. Badania wykazały, że fale poprzeczne nie reagują na zmianę właściwości wytrzymałościowych stali, a fale podłużne są wyraźnie wrażliwe na zmianę granicy plastyczności i wytrzymałości materiału próbek. Różne przebiegi sztywności kontaktowej dla fali podłużnej i poprzecznej, uzyskane na próbkach o takiej samej chropowatości, ale różnej granicy plastyczności, dowodzą możliwości wykorzystania techniki ultradżwiękowej do przybliżonej, nieniszczącej oceny tego ważnego parametru materiałowego.

EN

The ability to determine or calculate the real contact area and interfacial (contact) stiffness to understand many of the processes taking place at the interface between two elements (friction, wear, Shrink connections) is required. One of the techniques used in the study of contact is monitoring of the ultrasonic wave reﬂection coefﬁcient from the contacting surfaces under load. When the ultrasonic waves strikes the border contacting rough surfaces, part of its energy is transmitted into a second medium and the other part is reﬂected from the cavities. From the literature the dependence reﬂection coefﬁcient - interfacial stiffness is known. The paper presents a device unique in Poland for simultaneous measurement of the contact strain and reﬂection coefﬁcient of longitudinal waves (L) and transverse wave (T) striking the surfaces of two solids in contact. The normal stiffness can be calculated (from longitudinal waves measurement) and tangential stiffness (from transverse waves measurement) as a function of the contact normal load. In the ﬁrst stage of the study, an ultrasonic wave reﬂection coefﬁcient was measured on the samples of steel 45 after three different surface treatments: shot peened (Sa = 5.2 um), mifled (Sa = 2.6 um), and sandblasted (Sa = 0.65 um). These surfaces were loaded up to 800 MPa by a rigid, very smooth stamp surface and then unloaded. Measurements of the transverse and longitudinal waves reﬂection were realized during both loading and unloading. The interfacial stiffnesses were obtained from the measurements and subsequent calculations as a function of normal loading and unloading. The interfacial stiffness increases with load and reaches the highest value (about 6 GPa/um) for the sandblasted surface and is 10 times higher compared to the stiffness of the shot peened surface. In the second stage of the experiment, the inﬁuence of the material mechanical properties on the contact stiffness was evaluated. Three types of samples were manufactured ofdifferent steel: carbon 45, chrome and manganese 40HM and construction steel S235 with signiﬁcantly different yield limits. The studies have shown that transverse waves do not respond to changes in the mechanical properties of steel, but the longitudinal waves are sensitive to changes in the yield strength of the samples. Different values of interfacial stiffness for longitudinal and transverse waves, obtained from samples of the same roughness but different yield show the possibility of ultrasonic evaluation of this important material parameter in a non-destructive way.

2

Ocena relaksacji naprężeń powierzchniowych w stali po statycznym i cyklicznym odkształceniu

Kucharska B., Starzyński G., Nitkiewicz Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 3

467-470

PL

W pracy przedstawiono badania wpływu odkształcenia monotonicznego i odkształcania cyklicznego na stan naprężeń w warstwie powierzchniowej stali C45. Badano stal ulepszoną cieplnie z powierzchnią szlifowaną typowo jak do badań wytrzymałościowych o chropowatości Rz=4,41um. Stal poddano odkształceniu Eef=0,0045 odpowiadającemu obciążeniu z zakresu pomiędzy górną i dolną granicą plastyczności (beta e,g-beta e,d). Odkształcanie cykliczne wykonano do stanu ustalonego Stwierdzono osłabienie stali w wyniku odkształcania cyklicznego. Metodą rentgenowską sin2 z użyciem promieniowania KalfaCo określono stan naprężeń powierzchniowych w stali w stanie wyjściowym oraz po każdym z rodzajów odkształcania. Obliczono tensory odkształceń i naprężeń. Wykazano, że mechaniczna obróbka próbek do badań wytrzymałościowych wprowadza pewien stan naprężeń. Stan ten ulega zmianie podczas monotonicznego i cyklicznego odkształcania stali. Badaniami mechanicznymi stwierdzono osłabienie stali w procesie cyklicznego odkształcania w zastosowanym obciążeniu. Badaniami rentgenowskimi potwierdzono relaksacje naprężeń również w stosunku do powierzchni stali bez odkształcania.

EN

The paper presents the investigation into the effect of monotonic deformation and cyclic deformation on the state of stress in the sub-surface layer of steel C45. Toughened steel with a surface ground typically as for strength testing, having a roughness of Rz=4.41 um, was tested. The steel was subjected to deformation to produce a strain of Lef=0.0045 corresponding to the load in the range between the upper and lower yield point (beta eg-beta ed). Cyclic deformation was continued up to a steady state. A weakening of the steel due to the cyclic deformation was found. By the sin2 X-ray method employing K alfaCo radiation, the state of surface stress was determined in the steel in the initial state and after each type of deformation. The strain and stress tensors were calculated. The X-ray examination of the C45 steel surface layer showed that the standard mechanical treatment of specimens intended for strength testing introduces a specific state of stress. The state of surface stress was changed during the monotonic and cyclic deformation of the steel. By mechanical testing, a weakening of the toughened C45 steel during cyclic deformation up to a steady state was found compared to the steel deformed monotonically using a load in the applied strain. The X-examination confirmed the relaxation of surface stress also in relation to the state without deformation.

3

Symulacja wpływu nagniatania na ewolucję naprężeń i trwałość zmęczeniową elementu z warstwą wierzchnią

Starzyński G., Kucharski S.

Przegląd Mechaniczny

|

2005

|

nr 3

23-27

PL

W pracy przedstawiono wyniki wykorzystania programu do symulacji procesu zmęczenia osiowosymetrycznego elementu z warstwą wierzchnią poddanego rozciąganiu-ściskaniu oraz skręcaniu. Jako przykład zastosowano stal A516 nagniataną powierzchniowo. Proces nagniatania powoduje powstanie naprężeń własnych oraz gradientową zmianę własności plastycznych. W wyniku symulacji cyklicznego obciążenia uzyskano ewolucję stanu naprężeń (osiowych i stycznych) w stanie ustabilizowanym, a także porównano krzywe Woehlera dla materiału jednorodnego i różnych stref warstwy nagniatanej.

4

Plastic deformation of surface roughness and bulk at contact loading.

Bartoszewicz A., Radziejewska J., Starzyński G.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2004

|

Vol. 28, nr 3

85-97

EN

The work presents results of the experimental research on the influence of roughness on the value of total and plastic deformations under normal loading, which exceed yield limit of material. The experiments were performed on both anisotropic and isotropic surfaces, what enabled to evaluate the influence of directionality of geometrical surface structure on contact deformations. A degree of deformation of roughness zone was expressed by changes in the 3D roughness height parameters.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu chropowatości na wielkość całkowitych oraz plastycznych deformacji przy obciążeniach normalnych znacznie przekraczających granice plastyczności materiału. Badania prowadzono na powierzchniach o strukturze zdeterminowanej oraz losowej, co pozwoliło ocenić wpływ kierunkowości powierzchni na odkształcenia kontaktowe. Stopień deformacji strefy chropowatości wyrażono miarą zmiany wielkości parametrów 3D chropowatości.

5

3D roughness analysis of deformation of surface at contact loading.

Bartoszewicz A., Radziejewska J., Starzyński G.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2004

|

Vol. 28, nr 4

17-30

EN

The work presents results of the experimental research on the influence of roughness on the value of plastic deformation under normal loading, which exceed yield limit of material. The experiments were performed on both anisotropic and isotropic surfaces what enabled to evaluate the influence of directionality of geometrical surface structure on contact deformations. A degree of deformation of roughness zone was expressed by changes in the 3D roughness height parameters. The areal bearing curve was determined with different methods based on profilometric measurements. The analysis of the measurement results indicates that surface roughness was highly preserved and real contact area did not exceed 50%.

PL

W pracy badano powierzchnie chropowate poddane obciążeniom normalnym znacznie przekraczającym granice plastyczności materiału. Badania przeprowadzono na powierzchniach o strukturze zdeterminowanej oraz losowej, co pozwoliło ocenić wpłwy kierunkowości powierzchni na odkształcenia kontaktowe. Stopień deformacji strefy chropowatości wyrażono miarą zmiany maksymalnej wysokości chropowatości, a rzeczywistą powierzchnię styku wyznaczono różnymi metodami opartymi na pomiarach profilometrycznych. Analiza przeprowadzonych pomiarów wskazuje, że chropowatość powierzchni pozostała w dużej mierze zachowana, a rzeczywista powierzchnia styku nie przekroczyla 50%.

6

Evaluation of geometrical structure and contact stiffness of surfaces after electromechanical burnishing.

Bartoszewicz A., Radziejewska J., Starzyński G., Musialik J.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2002

|

Vol. 26, nr 3

5-23

EN

The scanning profilometry was the basis of the analysis of surface geoemtrical structure after electromechanical burnishing. The size and distribution of roughness irregularities were determined on the basis of isometric views, contour maps and symmetrical bearing curves. A quantitative analysis of geometrical structure was performed by means of selected 3D parameters and roughness functions. A comparison between profilometric results and contact stiffness evaluation was performed. The influence of the burnishing process speed on geometrical structure and the contact stiffness was determined.

PL

Profilometria skaningowa stanowiła podstawę analizy struktury geometrycznej powierzchni po nagniataniu elektromechanicznym. Wielkość i rozmieszczenie nierówności chropowatości, wyznaczono na podstawie widoków izometrycznych, map warstwicowych i symetrycznych krzywych nośności. Analizę ilościową struktury geometrycznej przeprowadzono za pomocą wybranych parametrów 3D. Wymiki profilometrycznej oceny powierzchni porównano z wynikami badań sztywności kontaktowej przeprowadzonych na unikatowym stanowisku. Stwierdzono wpływ prędkości procesu nagniatania na strukturę geometryczną i sztywność kontaktową powierzchni.

7

Niekonwencjonalne metody wykorzystania profilometrii skaningowej

Bartoszewicz A., Radziejewska J., Starzyński G.

Przegląd Mechaniczny

|

1999

|

nr 21

19-25

PL

Przedstawiono możliwości, jakie stwarza zastosowanie profilometrii skaningowej do oceny stanu powierzchni po różnych procesach technologicznych i eksploatacyjnych zmieniających jej strukturę geometryczną, zaprezentowano jej wykorzystanie do pomiaru zużycia w wyniku tarcia, korozji i elektrycznych wyładowań niezupełnych, a także pomiarów zmian struktury geometrycznej powierzchni, spowodowanych obciążeniem kontaktowym oraz odkształceniem warstwy wierzchniej próbki rozciąganej, przedstawiono również nową metodę identyfikacji własności materiałowych poprzez pomiar trwałego odcisku penetratora; profilometria skaningowa umożliwia ocenę zmian mikrogeometrii powierzchni już we wczesnych stadiach procesów ekaploatacyjnych.

EN

Prospects resulting from the application of the scanning profilometry for assessment of the state of a surface after different production and usage processes changing its geometric structure. Its application for measuring wear due to friction, corrosion and partial electric discharges, and also for measuring changes in the geometric structur of a surface caused by a contact load and by a deformation of the surface layer of a tst-piece being tensioned. A new method of identification of material properties by measurement of the permanent indentation of penetrator. The scanning profilometry affords possibilities for an assessment of changes in microgeometry of a surface as early as the usage processes begin.