Odporność na zużycie przez tarcie

Kompozytowe warstwy powierzchniowe Stellite odporności na zużycie w warunkach

płytka z warstwą powierzchniową tarciowej monitorowano

dane dla warstwy powierzchniowej Stellite lasera 550 W, prędkości skanowania przedstawiono na rysunku

Na podstawie przedstawionych na wykresie danych mo Zwiększenie momentu tarcia oraz tym samym

etap docierania się próbek. Z uwagi na to, że próbki były ważone i później ponownie montowane na urządzeniu do przeprowadzania próby tar

użyciu proszku czystego stopu Stellite-6. Występowały na niej nieliczne wżery korozyjne o regularnym okrągłym kształcie.

Przchnia próbek po badaniach odporności na korozję elektrochemiczną w 5% NaCl: a) warstwa Stellite-6, b) warstwa Stellite-6/30%WC, c) wartwa Stellite

b widoczna jest próbka wytworzona przy użyciu mieszaniny proszkowej WC. Znajdowało się na niej znacznie więcej wżerów korozyjnych, a cała powierzchnia, na którą oddziaływał odczynnik i napięcie elektryczne uległa trawieniu.

W przypadku próbki wytworzonej z mieszaniny zawierającej 60% WC cała powierzchnia działanie odczynnika trawiącego i napięcia elektrycznego uległa procesowi korozji. Skorodowana powierzchnia próbki Stellite-6/60%WC przedstawiona jest na

Odporność na zużycie przez tarcie

Kompozytowe warstwy powierzchniowe Stellite-6/WC badano w celu określenia w warunkach tarcia suchego. Proces tarcia odbywał się

płytka z warstwą powierzchniową – krążek z zahartowanej stali 100Cr6

o wartość momentu tarcia, a także temperaturę próbki. Przykładowe dane dla warstwy powierzchniowej Stellite-6/60%WC wytworzonej przy mocy wiązki prędkości skanowania 400 mm/min i podaży proszku 5,12 g/min przedstawiono na rysunku 92.

Na podstawie przedstawionych na wykresie danych można określić etapy zużycia próbek.

momentu tarcia oraz tym samym zwiększenie wartości

etap docierania się próbek. Z uwagi na to, że próbki były ważone i później ponownie montowane na urządzeniu do przeprowadzania próby tarcia, to na wykresie kilkukrotnie 103 . Występowały na niej nieliczne wżery korozyjne

Przchnia próbek po badaniach odporności na korozję elektrochemiczną w 5% NaCl: a) 6/30%WC, c) wartwa Stellite-6/60%WC

b widoczna jest próbka wytworzona przy użyciu mieszaniny proszkowej WC. Znajdowało się na niej znacznie więcej wżerów korozyjnych, a cała powierzchnia, na którą oddziaływał odczynnik i napięcie elektryczne uległa trawieniu.

W przypadku próbki wytworzonej z mieszaniny zawierającej 60% WC cała powierzchnia działanie odczynnika trawiącego i napięcia elektrycznego uległa procesowi 6/60%WC przedstawiona jest na

no w celu określenia Proces tarcia odbywał się w układzie 100Cr6. Podczas próby

104 widać etap docierania i towarzyszący im wzrost temperatury. Próbki badano bez wstępnej obróbki mechanicznej, stąd każda, chociaż najmniejsza zmiana położenia próbki względem przeciwpróbki powodowała jej dotarcie. Gdy powierzchnia próbek była dostatecznie mocno zużyta, to efekt docierania po demontażu i kolejnym montażu próbki na urządzeniu nie występował.

Rys. 92. Wykres wartość momentu tarcia i temperatury próbki w funkcji czasu próby tarcia

Na rysunku 93 przedstawiono wpływ parametrów wytwarzania oraz ilości cząstek WC w kompozytowych warstwach powierzchniowych Stellite-6/WC na odporność na zużycie w warunkach tarcia suchego. Stwierdzono, że przy mocy wiązki lasera równej 700 W, różnice pomiędzy zużyciem warstw zawierających 30% i 60% cząstek WC są niewielkie.

Warstwy Stellite-6/30%WC zużywają się jednak nieznacznie szybciej. Już po 90 minutach ubytek masy wyniósł w tym przypadku 7,6 mg, a po 240 minutach 20,1 mg. W przypadku warstwy Stellite-6/60%WC wartości te wynosiły odpowiednio 4,9 mg oraz 16,2 mg.

Finalnie jednak po 360 minutach tarcia warstwy te zużyły się praktycznie tak samo.

Bardzo duży wpływ na szybkie zużycie tychże warstw miał proces wytwarzania, a w szczególności duża moc wiązki lasera, która spowodowała intensywne wymieszanie warstwy z podłożem stalowym i zmniejszenie twardości poprzez zwiększenie zawartości żelaza w warstwie. Osnowa o zmniejszonej twardość była mniej odporna na proces mikroskrawania produktami zużycia, a w szczególności drobinkami cząstek WC, które pod wypływem tarcia wykruszały się z warstwy. Jak wynika z analizy ilości cząstek węglików,

105 różnice w ilości fazy wzmacniającej w tych warstwach nie były duże. Warstwy te zużywały się podobnie.

Rys. 93. Wpływ parametrów wytwarzania oraz ilości cząstek WC w kompozytowych warstwach powierzchniowych Stellite-6/WC na odporność na zużycie w warunkach tarcia suchego Porównujące warstwy powierzchniowe wytworzone wiązką lasera o mocy 400 W oraz przy różnych składach mieszaniny proszkowej, można stwierdzić wyraźną różnicę w odporności na zużycie przez tarcie. Warstwy Stellite-6/30%WC były znacznie mniej odporne na tarcie suche. Mimo tego, że warstwy te posiadały mniejszą chropowatość od warstw Stellite-6/60%WC, to jednak cząstki węglików wolframu nie były dobrze powiązane z jej powierzchnią. Różnice pomiędzy warstwami były bardzo duże.

Po 90 minutach w warstwach Stellite-6/30%WC zaobserwowano ubytek masy na poziomie 19,9 mg, natomiast po 240 minutach 30,1 mg. Dla porównania ubytek dla warstw Stellite-6/60%WC wyniósł odpowiednio 1,9 mg oraz 4,9 mg. Po procesie sześciogodzinnego tarcia różnica między obiema warstwami wyniosła 26,3 mg.

Różnice zużycia między warstwami wytwarzanymi z mieszani proszkowych zawierających 30% oraz 60% WC i wytwarzanych przy mocy wiązki laserowej równej 550 W są mniejsze, jednak wskazują wyraźnie, że zwiększenie zawartości WC wpływa korzystnie na odporność na zużycie przez tarcie. Warstwy powierzchniowe Stellite-6/60%WC wytwarzane przy mocy wiązki lasera równej 550 W okazały się najlepszymi warstwami spośród badanych. Ubytek ich masy po sześciogodzinnym

106 procesie tarcia wyniósł 2,6 mg, a różnica między pomiarem po 180 i po 360 minutach wyniosła 1,1 mg. Oznacza to, że po dotarciu warstwy tez zużywają się bardzo wolno.

W warstwach wytworzonych przy takich samych parametrach, ale przy użyciu mieszaniny proszkowej zawierającej dwukrotnie więcej cząstek WC, po sześciu godzinach zaobserwowano ubytek masy na poziomie 13,9 mg.

Dla najlepszego wariantu warstw powierzchniowych przeprowadzono próby zwiększenia wydajności procesu wytwarzania. Wykonano próbki przy mocy wiązki lasera równej 550 W, prędkości skanowania 400 mm/min oraz zwiększonej dwu- i trzykrotnie podaży mieszaniny proszkowej Stellite-6/60%WC. Wyniki badań odporności na zużycie przez tarcie przedstawiono na wykresie 94. Stwierdzono, że zwiększenie podaży mieszaniny proszkowej nie ma znaczącego wpływu na zużycie warstwy powierzchniowej.

Jednakże zwiększa ono jej grubość, wydłużając tym samym czas eksploatacji.

W czasie trwania badań prowadzono dokumentację fotograficzną metoda makroskopową jak i metodą mikroskopii skaningowej po procesie zużycia. Obrazy makroskopowe wybranych próbek ukazują różnice odporności na zużycie w warunkach tarcia suchego. Na rysunku 95 widać wyraźnie stopień zużycia w najgorszym wariancie warstwy powierzchniowej oraz w najlepszym.

Rys. 94. Wpływ parametru podaży proszku na odporność na zużycie w warunkach tarcia suchego warstw Stellite-6/WC wytworzonych przy mocy wiązki lasera 550 W

i prędkści skanowania 400 mm/min

107 W pierwszym przypadku widoczny jest ślad zużycia poprzeczny do ścieżek laserowych powstały w wyniku oddziaływania z przeciwpróbką. Ślad ten zwiększał się w miarę wydłużania czasu próby tarcia. W przypadku najlepszej warstwy, ślad zużycia jest znikomy.

Rys. 95. Porównanie powierzchni po próbie tarcia na urządzeniu Amsler A-135:

a) najgorszy, b) najlepszy wariant zastosowanych parametrów. 1 – stan wyjściowy, 2 – stan w trakcie badania, 3 – stan końcowy

Rys. 96. Powierzchnia próbek z warstwami Stellite-6/30%WC (u gory) i Stellite-6/60%WC (u dołu) po próbie tarcia na urządzeniu Amsler A-135 dla wzrastających mocy wiązki

lasera 400, 550 i 700 W.

108 Na podstawie zdjęć SEM można potwierdzić występowanie mechanizmu mikroskrawania w warunkach tarcia suchego. Na rysunku 96 przedstawiono powierzchnie próbek z warstwami Stellite-6/30%WC i Stellite-6/60%WC wytworzone przy użyciu różnych mocy wiązki lasera. Widoczne są liczne cząstki węglików wolframu, a w niektórych miejscach ciemne punkty będące kraterami po wykruszeniu się niewielkich fragmentów tych cząstek. Wykruszenia te są przyczyną przyspieszonego zużycia w oparciu o mechanizm mikroskrawania. Dokładniej widać to na rysunku 97-a i 97-b. W pierwszym przypadku zdjęcie wykonano w obrazie elektronów wstecznie rozproszonych przez co wyraźnie widać gdzie znajdują się cząstki węglików, a gdzie ślady powstałe w wyniku wykruszenia ich części.

Rys. 97. Wykruszenia cząstek węglików WC będące przyczyną zużycia warstwy poprzez mechanizm mikroskrawania

W drugim przypadku zdjęcie wykonano w obrazie elektronów wtórnych, gdzie dzięki głębi ostrości widoczne są ślady mikroskrawania. Przykład wykruszonej cząstki widoczny jest na rysunku 97-c. Powstałe w ten sposób produkty zużycia charakteryzują się znaczną różnicą twardości w porównaniu do osnowy materiału.