Pobierz opis

Marcin Barszcz
[email protected]
Politechnika Lubelska
Wydział Mechaniczny
Wpływ samoorganizacji powierzchni podczas tarcia powłok ze stopu
eutektycznego Fe-Mn-C-B na trwałość wybranych elementów maszyn
Ciągły rozwój przemysłu górniczego, maszynowego, motoryzacyjnego i lotniczego
wymusza poszukiwanie nowych rozwiązań konstrukcyjnych i materiałowych zwiększających
trwałość i odporność na zużycie par trących. Prace badawcze skupiają się w szczególności w
obrębie warstwy powierzchniowej elementów.
Własności warstwy powierzchniowej mają decydujący wpływ na trwałość eksploatacyjną
wyrobów stosowanych na współpracujące elementy maszyn i urządzeń. Około 85% awarii jest
spowodowanych uszkodzeniami warstwy powierzchniowej poszczególnych elementów. To w
jej obrębie zachodzą procesy tarcia i zużycia. Dlatego konieczne jest świadome tworzenie
warstwy powierzchniowej o określonych właściwościach, które istotnie wpływają na
zwiększenie odporności na zużycie tribologiczne oraz znacznie przedłużają trwałość materiałów
konstrukcyjnych.
Do tej pory w celu zmniejszenia tarcia i zużycia dążono do zwiększenia twardości
powierzchni. W przemyśle opracowano wiele metod podwyższenia twardości części maszyn
m.in. poprzez zastosowanie nawęglania, azotowania, chromowania, cyjanowania,
powierzchniowego hartowania, napawania, metody PVD, CVD i innych. Wieloletnie
doświadczenia pokazały, że w dużej mierze pozwoliło to zwiększyć niezawodność i trwałość
trących części maszyn.
Jednak wraz ze wzrostem jednostkowych obciążeń oraz pogarszających się warunków
smarowania tradycyjne metody podwyższenia odporności na zużycie przestają być efektywne.
Znany jest inny sposób rozwiązania wyżej wymienionego problemu zwiększenia odporności
na zużycie węzłów tarcia. Opiera się na wykorzystaniu zjawiska samoorganizacji powierzchni.
Zjawisku temu towarzyszy segregacja atomów, formowanie się struktur wtórnych oraz
ochronnej cienkiej warstwy miedzi (selektywne przenoszenie atomów) na powierzchni
kontaktu, które powodują znaczny spadek intensywności zużycia, współczynnika tarcia i
chropowatości powierzchni. Istotnie wpływa to na wydłużenie trwałości materiałów
konstrukcyjnych.
Konieczne jest więc świadome wpływanie na formowanie się określonych struktur
wtórnych, występowanie selektywnego przenoszenia i segregacje atomów w warstwie
powierzchniowej. Wykorzystanie stopów eutektycznych oraz stopowanie różnymi
pierwiastkami i sterowanie ich składem chemicznym wpływa na samoorganizację powierzchni
podczas tarcia.
W ramach pracy doktorskiej zostaną opracowane nowe materiały kompozytowe w postaci
drutów proszkowych o stopiwie eutektycznym układu Fe-Mn-C-B stopowane Si, Ni, Cr, Cu
w celu zwiększenia odporności na zużycie powłok nanoszonych na robocze powierzchnie
części maszyn współpracujących tarciowo.
Za cel pracy przyjęto ujawnienie zjawiska selektywnego przenoszenia Cu oraz segregacji
atomów C, B, Si na powierzchni tarcia w stopach eutektycznych układu Fe-Mn-C-B i ocena
ich wpływu na podwyższenie odporności na zużycie tribologiczne.
By osiągnąć tak postawiony cel pracy, zakres pracy obejmuje:
opracowanie składu chemicznego drutów proszkowych o stopiwie eutektycznym
układu Fe-Mn-C-B stopowanych Si, Ni, Cr, Cu,
przygotowanie próbek i przeciwpróbek do badań tribologicznych,
pomiary twardości, mikrotwardości oraz chropowatości powierzchni (przed i po
tarciu),
badanie odporności na zużycie opracowanych powłok,
badania metalograficzne,
rentgenowska analiza fazowa,
analiza stanu warstwy wierzchniej stopów (przed i po badaniu odporności na
zużycie),
mikrostrukturalna analiza rozkładu pierwiastków od powierzchni tarcia w celu
ujawnienia segregacji atomów C, B, Si,
mikrostrukturalna analiza rozkładu pierwiastków od powierzchni tarcia w celu
ujawnienia selektywnego przenoszenia Cu,
opracowanie składu chemicznego drutów proszkowych i optymalnych parametrów
napawania powłok na robocze części rolek oraz kół jezdnych linii do ciągłego
odlewania stali,
praktyczne zastosowanie opracowanych materiałów w postaci drutów proszkowych
oraz technologii napawania do regeneracji zużytych rolek oraz kół jezdnych
pracujących w rzeczywistych warunkach linii do ciągłego odlewania stali i
określenie uzyskanych efektów ekonomiczno-technicznych.
Badania umożliwią również uruchomienie produkcji nowych gatunków drutów
proszkowych o stopiwie eutektycznym układu Fe-Mn-C-B stopowanych Si, Ni, Cr, Cu oraz
wdrożenie opracowanej technologii napawania. Wyniki badań w zakresie wytwarzania
drutów proszkowych o podwyższonej odporności na zużycie planuje się wdrożyć w firmie
Wolco sp. z o.o. zajmującej się produkcją materiałów spawalniczych m.in. materiałów do
napawania.