• Nie Znaleziono Wyników

Chropowatoœæ elementu stalowego a temperatura tarcia na powierzchni wspó³pracuj¹cego kompozytu PTFE

podczas wspó³pracy ze stal¹

6. Temperatura elementów pary œlizgowej

6.1. Pomiar temperatury podczas wspó³pracy kompozytów PTFE ze stal¹kompozytów PTFE ze stal¹

6.1.5. Chropowatoœæ elementu stalowego a temperatura tarcia na powierzchni wspó³pracuj¹cego kompozytu PTFE

O iloœci ciep³a rozpraszanego podczas tarcia dwóch materia³ów decyduje miêdzy innymi chropowatoœæ ich powierzchni. Potwierdzi³y to badania ciep³a tarcia, których wyniki przedstawiono w poprzednim rozdziale. Chropowatoœæ powierzchni wp³ywa zatem na temperaturê, do której rozgrzej¹ siê wspó³pracuj¹ce ze sob¹ œlizgowo mate-ria³y [30]. Aby stwierdziæ, jaki jest wp³yw chropowatoœci powierzchni elementu stalo-wego na obserwowan¹ temperaturê tarcia, przeprowadzono pomiary, podczas których próbki wykonane z kompozytów PTFE wspó³pracowa³y z przeciwelementami stalowymi o ró¿nej chropowatoœci powierzchni œlizgowej opisanej parametrem R3z dla dwóch wa-riantów sposobu obci¹¿enia próbki:

• okreœlony nacisk jednostkowy p = 2 MPa,

• sta³a wartoœæ si³y tarcia (Ft = 11,3 N) i zmienna si³a nacisku FN.

Prêdkoœæ œlizgania podczas pomiarów by³a sta³a – v = 3 m/s, tak aby warunki wy-miany ciep³a z otoczeniem by³y porównywalne. Nie by³y one jednak do koñca takie same ze wzglêdu na ró¿n¹ temperaturê, do której nagrzewa³y siê próbka i przeciwele-ment podczas wspó³pracy z ró¿nymi tarczami. Wyniki przedstawiono w tabeli 6.1 oraz na wykresach (rys. 6.7, 6.8). Wynika z nich jednoznacznie, ¿e chropowatoœæ przeciwe-lementu stalowego ma wyraŸny wp³yw na wartoœæ wspó³czynnika tarcia oraz na iloœæ wydzielanego ciep³a tarcia i co siê z tym wi¹¿e na wartoœæ temperatury, do której roz-grzewa³y siê wspó³pracuj¹ce elementy. Przemawiaj¹ za tym zw³aszcza pomiary

pro-Tabela 6.1. Wp³yw chropowatoœci powierzchni przeciwelementu stalowego na maksymaln¹ temperaturê Tmax powierzchni bocznej próbki oraz na wartoœæ wspó³czynnika tarcia µ dla kompozytów PTFE

dla dwóch wariantów warunków tarcia technicznie suchego: a) nacisk jednostkowy p = 2 MPa (zmienna si³a tarcia Ft), prêdkoœæ œlizgania v = 3 m/s, b) si³a tarcia Ft = const = 11,3 N (zmienna si³a

nacisku FN), prêdkoœæ œlizgania v = 3 m/s

Table 6.1. The effect of surface roughness (parameter R3z) of steel counterface on the maximal tempera-ture Tmax of specimen surface and on the coefficient of friction µ for PTFE composites sliding against steel under dry friction conditions (two variants of loading): a) contact pressure p = 2 MPa (variation of

friction force Ft), sliding velocity v = 3 m/s, b) friction force Ft = const = 11.3 N (variation of loading FN), sliding velocity v = 3 m/s

Parametr Tarflen TK25 Tarflen TSt-40

chropowatoœci a) b) a) b)

p = 2 MPa Ft = 11,3 N p = 2 MPa Ft = 11,3 N R3z Tmax [°C] µ Tmax [°C] µ Tmax [°C] µ Tmax [°C] µ

0,7 107 0,386 82 0,504 102 0,498 82 0,505 1,7 75,5 0,251 60 0,251 104 0,420 83 0,500 4,5 78 0,269 70 0,220 71 0,245 63 0,395 6,0 71 0,209 67 0,201 71 0,225 64 0,216 6,5 75 0,218 70 0,220 60 0,200 58 0,197

0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 Tmax C]

Rys. 6.7. Wykres zale¿noœci temperatury maksymalnej Tmax powierzchni bocznej próbki z kompozytu PTFE od chropowatoœci powierzchni przeciwelementu stalowego R3z w warunkach tarcia technicznie suchego dla dwóch wariantów obci¹¿enia próbki (v = 3 m/s) Fig. 6.7. The effect of surface roughness (parameter R3z) of steel counterface on the maximal

temperature Tmax of specimen surface (PTFE composite) under dry friction conditions (two variants of loading, sliding velocity v = 3 m/s)

wadzone dla ustalonej si³y tarcia. W tym wypadku moc tarcia podczas ka¿dego pomia-ru by³a w przybli¿eniu jednakowa.

Na podstawie uzyskanych wyników mo¿na stwierdziæ, ¿e im powierzchnia elemen-tu stalowego ma mniejsz¹, w badanym zakresie, chropowatoœæ, tym wiêcej ciep³a tar-cia wydziela siê podczas wspó³pracy z polimerowymi kompozytami PTFE. Œwiadczy o tym wy¿sza temperatura rejestrowana na powierzchni bocznej polimerowych próbek. Nale¿y przy tym dodaæ, ¿e w przeciwieñstwie do pomiarów ciep³a tarcia, które odby-wa³y siê w obecnoœci oleju, wykonanie pomiarów dla chropowatoœci powierzchni stali mniejszych ni¿ R3z = 0,7 µm by³o praktycznie niemo¿liwe. Twarde cz¹stki wype³nia-czy (zarówno stali, jak i koksu) powodowa³y zarysowanie powierzchni elementu stalo-wego w obszarze œcie¿ki tarcia, mimo ¿e element ten mia³ stosunkowo du¿¹ twardoœæ (48 HRC). Ju¿ po krótkim okresie wspó³pracy z kompozytami PTFE uzyskana chropo-watoœæ eksploatacyjna powierzchni stali wynosi³a R3z≈ 0,7 µm, mimo ¿e pocz¹tkowa chropowatoœæ stalowego elementu by³a znacznie mniejsza. Oddzia³ywania adhezyjne miêdzy kompozytem PTFE a stal¹ dla takiej chropowatoœci powierzchni stali nie bêd¹ tak du¿e, jak podczas badañ ciep³a tarcia, gdy chropowatoœæ powierzchni stali opisana parametrem R3z by³a mniejsza ni¿ 0,4 µm. Z tej, miêdzy innymi, przyczyny wystêpuj¹ ró¿nice w obserwowanym wp³ywie chropowatoœci powierzchni stali na iloœæ ciep³a tarcia oraz temperaturê, do której rozgrzewaj¹ siê wspó³pracuj¹ce elementy. W wypadku wiêk-szych chropowatoœci powierzchni elementów stalowych nie stwierdzono istotnych zmian wartoœci parametru R3z po nawet d³u¿szym okresie wspó³pracy z badanymi kompozy-tami PTFE.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 0 1 2 µ

Rys. 6.8. Wykres wspó³czynnika tarcia µ w zale¿noœci od parametru chropowatoœci R3z dla kompozytów PTFE wspó³pracuj¹cych z przeciwelementem stalowym w warunkach

tarcia technicznie suchego dla dwóch wariantów obci¹¿enia próbki (v = 3 m/s) Fig. 6.8. The effect of surface roughness (parameter R3z) of steel counterface on the coefficient

of friction µ for PTFE composites sliding against steel under dry friction conditions

(two variants of loading, sliding velocity v = 3 m/s)

Na podstawie wykresów przedstawiaj¹cych zale¿noœæ wartoœci wspó³czynnika tar-cia (rys. 6.7) oraz temperatury (rys.6.8) od chropowatoœci powierzchni stali mo¿na stwierdziæ, ¿e widoczna jest wyraŸna wzajemna zale¿noœæ wspó³czynnika tarcia i tem-peratury podczas wspó³pracy badanych kompozytów PTFE ze stal¹ w warunkach tar-cia technicznie suchego. Zjawisko to, znane z literatury przedmiotu, zosta³o ju¿ wcze-œniej potwierdzone podczas badañ tribologicznych kompozytów PTFE wspó³pracuj¹cych ze stal¹ (rozdz. 4.2.3).

Z analizy zarejestrowanych przebiegów wartoœci wspó³czynnika tarcia w zale¿no-œci od chropowatozale¿no-œci powierzchni elementu stalowego mo¿na wnioskowaæ, ¿e w wy-padku Tarflenu TK25 wystêpuje pewna graniczna wartoœæ parametru R3z, poni¿ej której nastêpuje wyraŸne zwiêkszenie wartoœci wspó³czynnika tarcia i co siê z tym wi¹¿e, rów-nie¿ zwiêkszenie intensywnoœci wydzielania ciep³a prowadz¹ca do podwy¿szenia tem-peratury tarcia. Wartoœæ graniczna tego parametru, w warunkach przeprowadzonych ba-dañ, wynosi³a 1,7 µm.

Chropowatoœæ powierzchni elementu stalowego nie wp³ywa³a jednak tak wyraŸnie na proces tarcia Tarflenu TSt-40. Przede wszystkim nie jest widoczna wyraŸnie war-toœæ graniczna parametru R3z opisuj¹cego chropowatoœæ przeciwelementu tak jak dla Tarflenu TK25. Jednak wraz ze zmniejszaniem siê chropowatoœci przeciwelementu zwiêksza siê wartoœæ wspó³czynnika tarcia. Dla ustalonej wartoœci si³y nacisku i prêd-koœci œlizgania prowadzi to do zwiêkszenia wartoœci energii tarcia i zwi¹zanej z tym intensywnoœci wydzielania siê ciep³a tarcia, w wyniku czego roœnie równie¿ tempera-tura rejestrowana na powierzchni pary œlizgowej.

Ró¿nicê w przebiegu opisywanej charakterystyki wspó³czynnika tarcia i temperatu-ry dla obu badanych kompozytów mo¿na t³umaczyæ ró¿nymi oddzia³ywaniami obu wy-pe³niaczy (koksu i stali) w badanych kompozytach na wspó³pracuj¹cy przeciwelement stalowy. W wypadku kompozytu zawieraj¹cego proszek stali zmniejszenie chropowa-toœci stalowej tarczy prowadzi do zwiêkszania rzeczywistej powierzchni styku miêdzy próbk¹ i przeciwelementem. W rezultacie wiêksza iloœæ stalowych ziaren wype³niacza wchodzi w kontakt z bardziej p³askimi mikrowzniesieniami powierzchni stalowego prze-ciwelementu, a zachodz¹ce miêdzy nimi oddzia³ywania adhezyjne wystêpuj¹ na coraz wiêkszej powierzchni. Prowadzi to do stopniowego zwiêkszenia si³y tarcia, a dla sta³ej wartoœci si³y nacisku do obserwowanego zwiêkszenia wartoœci wspó³czynnika tarcia.

W kompozytach zawieraj¹cych jako wype³niacz proszek koksu oddzia³ywania ad-hezyjne miêdzy ziarnami koksu i przeciwelementem stalowym s¹ mniejsze. Obserwo-wane zwiêkszenie si³y tarcia (wspó³czynnika tarcia) dla mniejszej chropowatoœci stali, wynika ze zwiêkszonego udzia³u adhezji miêdzy przeciwelementem stalowym a osno-w¹ polimeroosno-w¹ kompozytu.

6.1.6. Nacisk jednostkowy a rozk³ad temperatury