Sprawozdanie
z ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu:
Współczesne Materiały Inżynierskie
Temat ćwiczenia
Badanie właściwości tribologicznych tworzyw
konstrukcyjnych w podwyższonej temperaturze
ProwadzÄ…cy:
dr inż. Sławomir Zimowski
Grupa...E
Kraków, 2014
1. Cel
Celem ćwiczenia jest porównanie właściwości tribologicznych stali łożyskowej
i ceramiki spiekanej w warunkach tarcia suchego w temperaturze 300oC.
2. 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.
3. Charakterystyka urzÄ…dzenia
Urządzenie badawcze przeznaczone jest do oceny właściwości tribologicznych materiałów
stosowanych na elementy trÄ…ce pracujÄ…ce w wysokiej temperaturze.
Widok urzÄ…dzenia
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
wchodzÄ…:
·ð zestaw przetworników pomiarowych,
·ð sterownik,
·ð cyfrowy wzmacniacz pomiarowy,
·ð komputer z zainstalowanym specjalnym programem pomiarowo-sterujÄ…cym.
W czasie biegu badawczego mierzone są następujące wielkości:
·ð siÅ‚a tarcia,
·ð sumaryczne zużycie liniowe elementów wÄ™zÅ‚a tarcia,
·ð temperatura we wnÄ™trzu komory badawczej,
·ð prÄ™dkość obrotowa,
·ð czas i liczba obrotów tarczy (droga tarcia).
Dane techniczne urzÄ…dzenia:
·ð rodzaj ruchu Å›lizgowy,
·ð geometria styku rozÅ‚ożony plaski lub skoncentrowany (punktowy),
·ð nominalna Å›rednica trzpienia 3mm (możliwa inna),
·ð nominalna Å›rednica tarczy 25.4 mm (1 ),
·ð prÄ™dkość poÅ›lizgu do 0,5 m/s,
·ð obciążenie do 100 N,
·ð promieÅ„ tarcia do 10 mm,
·ð temperatura w komorze badawczej do 750ºC
4. Przedmiot badań
element materiał postać wymiary
trzpień (indeks ,p ) 100Cr6 stal łożyskowa trzpień walcowy średnica dp=3mm
100Cr6 stal Å‚ożyskowa fð 25,4x6 [mm]
tarcza (indeks ,d ) krążek
SiC (spiek ceramiczny) fð 21x4 [mm]
5. Parametry testu
Przyjęto wstępnie następujące parametry testów:
·ð obciążenie FN = 5 N,
·ð prÄ™dkość liniowa v = 0,1 m/s,
·ð promieÅ„ tarcia RT = 7mm,
·ð droga tarcia s = 500 m,
·ð temperatura w komorze badawczej T = 300ºC.
6. Opracowanie wyników
FT
·ð Współczynnik tarcia f, wg zależnoÅ›ci f =ð
FN
Ft- siła styczna ; Fn  siła normalna
Øð 100 Cr6  100 Cr6
5Ø9Ü5ØaÜ 3,31
5ØSÜ = = = 0,662
5Ø9Ü5Ø[Ü 5
Øð SiC  100 Cr6
5Ø9Ü5ØaÜ 4,86
5ØSÜ = = = 0,972
5Ø9Ü5Ø[Ü 5
·ð Wyznaczenie zużycia tarczy
Øð 100 Cr6  100 Cr6
5؉Ü5ØÜ = 5ØÅšÜ5ØÜ = 5ØŃß, 5ØÐß [µ5ØŽÜ]
Øð SiC  100 Cr6
5؉Ü5ØÜ = 5ØÅšÜ5ØÜ = 5ØÎß
(jest niemierzalna  granica błędu pomiarowego)
·ð Wyznaczenie zużycia trzpienia
5؉Ü5ØÄ™Ü = 5؉Ü5Ø•Ü - 5؉Ü5ØÜ
Øð 100 Cr6  100 Cr6
5؉Ü5Ø•Ü = 5ØÏß5ØŃß, 5Ø×ß5ØÏß [µ5ØŽÜ]  Å›rednia wartość zmierzonego
sumarycznego zużycia
5؉Ü5ØÄ™Ü = 5ØÏß5ØŃß, 5Ø×ß5ØÏß - 5ØŃß, 5ØÐß = 5ØÏß5ØÎß, 5ØÕß5ØÏß[µ5ØŽÜ]
Øð SiC  100 Cr6
5؉Ü5Ø•Ü = 5ØÕß5ØÐß, 5ØÐß5ØÐß [µ5ØŽÜ]  Å›rednia wartość zmierzonego
sumarycznego zużycia
5؉Ü5ØÄ™Ü = 5ØÕß5ØÐß, 5ØÐß5ØÐß - 5ØÎß = 5ØÕß5ØÐß, 5ØÐß5ØÐß [µ5ØŽÜ]
·ð Wskaz
nik zużycia objętościowego tarczy
5Ø}Ü5ØÜ 5ØŽÜ5ØŽÜ5ØŃß
5Ø~Ü5Ø}Ü5ØÜ = [ ]
5ØmÜ5ØÅ¹Ü " 5Ø"Ü 5ØuÜ5ØŽÜ
5ØÅšÜ5ØÜ 5ØÐß
5Ø}Ü5ØÜ = 5ØEß " ( ) " 5؉Ü5ØÜ
5ØÐß
Øð 100 Cr6  100 Cr6
5ØÐß
5ØŃß, 5ØÐß
5Ø}Ü5ØÜ = 5ØEß " ( ) " 5ØŃß, 5ØÐß = 5ØÐß5ØÓß, 5ØÕß5ØÐß [5ØŽÜ5ØŽÜ5ØŃß]
5ØÐß
5ØÐß5ØÓß, 5ØÕß5ØÐß 5ØŽÜ5ØŽÜ5ØŃß
5Ø~Ü5Ø}Ü5ØÜ = = 5ØÎß, 5ØÎß5ØÏß5ØÎß5ØÐß [ ]
5ØÃ“ß " 5ØÓß5ØÎß5ØÎß 5ØuÜ5ØŽÜ
Øð SiC  100 Cr6
5ØÐß
5ØÎß
5Ø}Ü5ØÜ = 5ØEß " ( ) " 5ØÎß = 5ØÎß[5ØŽÜ5ØŽÜ5ØŃß]
5ØÐß
5ØŽÜ5ØŽÜ5ØŃß
5Ø~Ü5Ø}Ü5ØÜ = 5ØÎß [ ]
5ØuÜ5ØŽÜ
·ð Wskaz
nik zużycia objętościowego trzpienia
5Ø}Ü5ØÄ™Ü
5ØŽÜ5ØŽÜ5ØŃß
5Ø~Ü5Ø}Ü5ØÄ™Ü = [ ]
5ØmÜ5ØÅ¹Ü " 5ØzÜ 5ØuÜ5ØŽÜ
5ØÜ5ØÄ™Ü 5ØÐß
5Ø}Ü5ØÄ™Ü = 5ØEß " ( ) " 5؉Ü5ØÄ™Ü [5ØŽÜ5ØŽÜ5ØŃß]
5ØÐß
Øð 100 Cr6  100 Cr6
5ØÐß
5ØŃß
5Ø}Ü5ØÄ™Ü = 5ØEß " ( ) " 5ØÏß5ØÎß, 5ØÕß5ØÏß = 5ØÕß5ØÓß, 5ØÔß5ØÔß [5ØŽÜ5ØŽÜ5ØŃß]
5ØÐß
5ØÕß5ØÓß, 5ØÔß5ØÔß 5ØŽÜ5ØŽÜ5ØŃß
5Ø~Ü5Ø}Ü5ØÄ™Ü = = 5ØÎß, 5ØÎß5ØŃß5ØÎß [ ]
5ØÃ“ß " 5ØÓß5ØÎß5ØÎß 5ØuÜ5ØŽÜ
Øð SiC  100 Cr6
5ØÐß
5ØŃß
5Ø}Ü5ØÄ™Ü = 5ØEß " ( ) " 5ØÕß5ØÐß, 5ØÐß5ØÐß = 5ØÓß5ØÏß5ØÎß, 5ØÐß5ØÅƒß [5ØŽÜ5ØŽÜ5ØŃß]
5ØÐß
5ØÓß5ØÏß5ØÎß, 5ØÐß5ØÅƒß 5ØŽÜ5ØŽÜ5ØŃß
5Ø~Ü5Ø}Ü5ØÄ™Ü = = 5ØÎß, 5ØÐß5ØÎß5ØÒß [ ]
5ØÃ“ß " 5ØÓß5ØÎß5ØÎß 5ØuÜ5ØŽÜ
·ð Analiza zdjęć w powiÄ™kszeniu 50 razy
Øð 100 Cr6  100 Cr6
Øð SiC  100 Cr6
7. Analiza wyników i wnioski
Z badań przeprowadzonych na laboratorium oraz uzyskanych z niego wyników
możemy wnioskować, że dużo lepsze własności tribologiczne, czyli odporny na
zużycie jest duet tych samych materiałów, czyli 100Cr6  100Cr6. Z obliczeń zużycia
objętościowego trzpienia dla materiału 100Cr6-100Cr6 oraz SiC -100Cr6 wynika, że
zużycie duetu stal łożyskowa  stal łożyskowa jest prawie 10 razy mniejsze niż
drugiego tworzywa.
Niestety nie da się porównać tych tworzyw pod kątem zużycia objętościowego tarczy
z obliczeń. Jedynie mamy podgląd na zdjęcie zrobione po badaniu. Tworzywo
zrobione ze spieku ceramicznego i stali łożyskowej jest wyraz
nie bardziej zużyte niż
tworzywo ze samej stali łożyskowej.