Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nt.

Badanie właściwości tribologicznych tworzyw konstrukcyjnych w podwyższonej temperaturze

Cel:

Celem ćwiczenia jest porównanie właściwości tribologicznych stali łożyskowej i ceramiki spiekanej w warunkach tarcia suchego w temperaturze 300^oC.

1. Metodyka badań

Testy wykonano dla dwóch materiałów w styku rozłożonym płaskim w układzie typu trzpień-tarcza (pin-on-disc) przy użyciu urządzenia do badania właściwości tribologicznych materiałów w wysokiej temperaturze. Badania przeprowadzono w styku niesmarowanym przy identycznych warunkach współpracy.

2. Charakterystyka urządzenia

Urządzenie badawcze przeznaczone jest do oceny właściwości tribologicznych materiałów stosowanych na elementy trące pracujące w wysokiej temperaturze.

Widok urządzenia

Węzeł tarcia typu trzpień-tarcza

Skojarzenie badawcze składa się z nieruchomego trzpienia dociskanego siłą P do obracającej się z zadana prędkością n tarczy. Tarcza wykonana jest najczęściej z badanego materiału, chociaż możliwym jest odwrócenie pary tarciowej i z badanego materiału może być wykonany trzpień. W przypadku badania powłoki nanosi się ją na powierzchnię tarczy. Węzeł tarcia umieszczony jest w izolowanej komorze zaopatrzonej w element grzejny H, pozwalający na podgrzewanie i utrzymywanie stałej temperatury we wnętrzu komory badawczej.

Urządzenie wyposażone jest w system pomiarowo-sterujący, w skład którego wchodzą:

• zestaw przetworników pomiarowych,

• sterownik,

• cyfrowy wzmacniacz pomiarowy,

• komputer z zainstalowanym specjalnym programem pomiarowo-sterującym.

W czasie biegu badawczego mierzone są następujące wielkości:

• siła tarcia,

• sumaryczne zużycie liniowe elementów węzła tarcia,

• temperatura we wnętrzu komory badawczej,

• prędkość obrotowa,

• czas i liczba obrotów tarczy (droga tarcia).

Dane techniczne urządzenia:

• rodzaj ruchu ślizgowy,

• geometria styku rozłożony plaski lub skoncentrowany (punktowy),

• nominalna średnica trzpienia 3mm (możliwa inna),

• nominalna średnica tarczy 25.4 mm (1”),

• prędkość poślizgu do 0,5 m/s,

• obciążenie do 100 N,

• promień tarcia do 10 mm,

• temperatura w komorze badawczej do 750ºC

3. Materiały do badań

element	materiał	postać	wymiary
trzpień (indeks ,p')	100Cr6 stal łożyskowa	trzpień walcowy	średnica dp=3mm
tarcza (indeks ,d')	100Cr6 stal łożyskowa	krążek	φ 25,4x6 [mm]
			SiC (spiek ceramiczny)		φ 21x4 [mm]

4. Parametry testu

Przyjęto wstępnie następujące parametry tesów:

• obciążenie F_N = 5 N,

• prędkość liniowa v = 0,1 m/s,

• promień tarcia R_T = 7mm,

• droga tarcia s = 500 m,

• temperatura w komorze badawczej T = 300^oC.

5. Przygotowanie urządzenia do testu

5.1. Docieranie

Docieranie pary tarciowej przeprowadzono w temperaturze otoczenia (RT=23 ^oC ) przy obciążeniu 2N, prędkości 0,05m/s w okresie do 500m.

5.2. Ustalenie parametrów badań

• obciążenie węzła tarcia,

• testowanie torów pomiarowych,

• zerowanie torów pomiarowych,

• grzanie komory do temperatury 300^oC,

• wygrzewanie komory do uzyskania stabilnej temperatury,

• testowanie torów pomiarowych,

• zerowanie torów pomiarowych.

Uwaga:

Ze względu na prowadzenie testów w podwyższonej temperaturze zachować szczególną ostrożność podczas prowadzonych eksperymentów.

Nagrzewanie komory i stabilizacja temperatury na określonym poziomie jest procesem długotrwałym.

6. Wykonanie testu

• uruchomienie programu rejestrującego,

• zebranie wyników pomiarowych: siły tarcia, zużycia liniowego, temperatury,

• chłodzenie komory,

• dodatkowy pomiar profilu wytarcia tarczy.

7. Opracowanie wyników badań

7.1. Obliczenie współczynnika tarcia f, wg zależności


7.2. Wyznaczenie zużycia tarczy i trzpienia

Ponieważ mierzone zużycie liniowe jest zużyciem sumarycznym (h_t) trzpienia i tarczy należy wykonać dodatkowy pomiar profilu wytarcia tarczy (h_d) w celu wyodrębnienia składowych zużycia sumarycznego.

h_t = h_d + h_p

gdzie: h_t - mierzone zużycie sumaryczne, h_d - zużycie tarczy, h_p - zużycie trzpienia.

• zużycie tarczy




Pomiar profilu wytarcia przy użyciu profilometru stykowego i określenie głębokości wytarcia h_d oraz szerokości wytarcia w_d.

• zużycie trzpienia


h_p = h_t - h_d

7.3. Wyznaczenie wskaźnika zużycia objętościowego

• wskaźnik zużycia objętościowego tarczy





• wskaźnik zużycia objętościowego trzpienia





gdzie: V_d, V_p - objętość zużytego materiału odpowiednio tarczy i trzpienia

7.4. Graficzne przedstawienie wyników badań

• wykres zmian współczynnika tarcia w funkcji drogi tarcia dla obydwu materiałów,

• wykres porównawczy (np. kolumnowy) wskaźnika zużycia objętościowego każdego z elementów pary tarciowej

8. Analiza wyników badań i wnioski

Współczesne materiały inżynierskie - laboratorium B2-015

3

w_d

h_d

h_p

---