STUDIUM ZJAWISK TRIBOLOOICZNYCH W PARZE TWORZYWO CIERNE-STAL

4.1. A n a liz a uszkodzeń elementów ciern ych w hamulcach 1 ic h k la s y fik a c ja

W w arstw ie w ie rzc h n ie j elementów ciernych hamulców zachodzi kompleks z ja ­ wisk trib o lo g ic z n y c h i innych zjaw isk związanych z procesem hamowania. Z ja - wiska te s ą główną przyczyną zmiany re s u rsu hamulca. U tra ta resu rsu hamul­

ca może być gwałtowna (np. na skutek defektów m ateriałowych, n ie w łaściw ej e k s p lo a t a c ji) i powodująca trw a łą u tra tę w łasn o ści użytkowych przez e le ­ menty c ie rn e lu b p o stę p u jąca , powodująca stopniowy ubytek m a teriału e le ­

mentów c ie r n y c h , n ie z m ie n ia ją c a z a s a d n ic zo c h a r a k te r y s ty k sp rzężen ia c i e l ­ nego [1 2 3 ]. F iz y c z n a i s t o t a u t r a t y re s u rs u w c z a s ie hamowania d a je pod­

stawy do za sto so w a n ia p o d z ia łu uszkodzeń wg n a s tę p u ją c y c h k r y t e r ió w [ 4 9 ] « - r o d z a ju m a te r ia łu elem entów c ie r n y c h Inp. m e ta le , p o lim e r y ),

- m ie js c a w ystępow ania procesów Inp. p o w ie rz c h n ia t a r c i a , r d z e ń mate­

r i a ł u ) ,

- r o d z a ju czynników w y stęp u ją cy ch w e k s p lo a t a c ji Inp. chem iczne s k ła d ­ n i k i o t o c z e n ia , te m p e ra tu ra ),

- charakteru procesów (np. jednorazowy, c y k lic z n y ).

W maszynowych w ę zła c h t a r c i a z a s a d n ic z y wpływ na s i ł ę t a r c i a i z u ż y c ie elementów ma stan ic h w arstw y w ie r z c h n ie j. Pod wpływem w y s tę p u ją c y c h na po­

w ie rz c h n ia c h w yso k ich tem p era tu r, szybkozm iennych param etrów t a r c i a , f i z y ­ kochem icznego o d d z ia ły w a n ia środow iska it d ..z m ia n y s t r e f p rz y p o w ie rz c h n io ­ wych m a te ria łó w są s z c z e g ó ln ie in ten syw n e, d ecy d u ją one o efektyw ności p ra ­ cy i t r w a ł o ś c i elem entów c i e r n y c h . ' C zę s to w elem en tach t y c h , pod wpływem w ysok ich tem p era tu r, z a c h o d z i je d n o c z e ś n ie w i e l e w zajem n ie powiązanych pro­

cesów [4 9 , 5 8 ].

Do n a jc z ę ś c ie j spotykanych należąt'

- sp ręży sto —plasty c zn e deform acje i dekohezja w m ikroobszarach styku, - procesy dyfuzyjne i chemiczne w m ate ria ła c h ,

- procesy e le k t r o lit y c z n e , - zmiany fazowe i s tru k tu ra ln e ,

- d e s tru k c ja , odgazowanie, odparowanie, kondensacja, - to p n ie n ie , k r y s t a liz a c ja .

Na procesy te mają wpływ su bstan cje powierzchniowe aktywne,a także e le ­ mentarne d efek ty stru k tu ry k r y s t a lo g r a fic z n e j (wakanse, d y s lo k a c je , w trą­

cenia i t d . ) . Z n iszczen ia i n iespraw ności e k sp lo a ta c y jn e , których źródłem są zjaw isk a t r ib o lo g ic z n e , mają złożony ch arakter i ic h w y ja śn ie n ie n ie może o p ierać s i ę ty lk o na znajomości warunków e k s p lo a t a c ji i charakteru o b c ią ż e n ia , a le także na o gó ln ej charakterystyce procesów zachodzących na powierzchniach t a r c ia . Charakterystyczną,cechą oddziaływ ania rzeczyw istych pow ierzchni t a r c ia j e s t ic h dyskretny ch arak ter, oddziaływ an ia zachodzi (wraz ze wszystkim i towarzyszącymi zjaw isk am i) na oddzielnych powierzch­

niach styku. W utwórzonycn, w wyniku d z ia ła n ia s i ł normalnych i stycznych złączach frykcyjn ych b io r ą u d z ia ł m a te ria ły obu elementów. Id e n t y fik a c ja procesów na powierzchniach styku i s t r e f powierzchniowych j e s t podstawą stw orzenia fizy czn ego modelu zjaw isk trib o lo g ic z n y c h w hamulcach.

4 .2 . Metodyka badań z ja w is k t r ib o lo g ic z n y c h

Zróżnicow ane p r o c e s y , to w a rz y s z ą c e t a r c i u w hamulcach, wymagają z a s to ­ sowania b ardzo zróżn icow an ych metod ic h i d e n t y f i k a c j i .

48

P r z y ję ta metodyka obejmowała badaniat

- makroskopowe powierzchni t a r c ia , d la o k re śle n ia ro d za ju zużycia, - m ik ro fra k to g ra fic zn e powierzchni t a r c ia , warstwy w ierzch n iej oraz pro­

duktów zużycia na mikroskopach optycznych i elektronowych scanningo- wych

I s E M )

stwy w ie rz c h n ie j, o k re śle n ia mechanizmu zu ży cia , przenoszenia mate­

r ia łó w i innych zjaw isk w m ikroobszarach styku,

- rentgenowską m ikroanalizę powierzchni t a r c ia , warstwy w ierzch n iej o - ra z produktów zużycia na m ik roan alizatorze rentgenowskim (MAR) [ i 9,

106] , d la oceny zmian k on c en tra cji różnych pierw iastków ,

- rentgenowską a n a liz ę fazową powierzchni t a r c ia przy wykorzystaniu me­

tody Bragg-Brentano d la id e n t y fik a c ji fa z na powierzchni t a r c ia , - chropowatości powierzchni t a r c ia na p r o f i l o g r a f i e ,

- m ikrotwardości warstwy w ie rz c h n ie j,

- termograwimetryczne m ateriałów ciernych [63] d la ilo ś c io w e j oceny pro­

cesów d e s tru k c ji tworzyw przy wysokich temperaturach,

- chrom atograficzną a n a liz ę gazową m ateriałów ciernych [6 3, 134] dla o - k r e ś le n ia składu chemicznego produktów p iro lity c z n e g o rozkładu.

4 .3 . Fizykalna id e n t y fik a c ja z.lawisk trib o lo g ic z n y c h

4 .3 .1 . Przeciw próbki stalowe

M ikrostruktura geometryczna powierzchni ]Mrzeciwpróbek stalowych I s t a l S t5 ) u le g ła zmianie w wyniku współpracy z tworzywami ciernymi lrye.17,18X

Występujące ry sy i bruzdy świadczą o zużyciu ściernym i plastycznym de­

formowaniu s t r e f przypowierzchniowych s t a l i [125]. P rofilogram y Iry s. 19) [117, 123] wskazują, że główny mechanizm zużycia to n iszc ze n ie w ie rzc h o ł­

ków nierów ności przez ś c ię c ie i plastyczn e odk ształcen ie oraz towarzyszą­

ce mu w ypełniania w głębień produktami zużycia. Zaobserwowano także ubytki m ateriału , spowodowane wyrywaniem oraz tworzenie narostów. Rentgenowska a n a liz a fazowa u ja w n iła obecność na powierzchni sta lo w ej przeciw próbki ra ­ sem z fa z ą cę - Fe i Fe^C fa z FeO, Fej0 4 i FegO^, występowały także ślady Cu, p rzen iesio n e z tworzywa ciernego oraz stwierdzono l i n i e d yfrakcyjne, pochodzące od m ineralno-organicznych składników tworzyw. Badania wykonane n a m ik roan alizatorze rentgenowskim p o tw ie rd z iły , że c a ła pow ierzchnia tar­

c i a tarczy s talo w e j j e s t utlen io n a (r y s . 2 0 ). Id e n ty fik a c ja cząstek na jej powierzchni u ja w n iła , że pochodzą one z tworzywa ciernego (r y s . 2 1 ), np.

c z ą s tk i azbestu , w skład którego wchodzą Mg, S i, 02. Stwierdzono także o - becność Cu (r y s . 22) bez Sn lub Zn, co wskazuje na wyparowanie tych pierw iastków w tra k c ie t a r c i a z granulek mosiądzu i brązu,stanow iącego wy­

p e łn ia c z metalowy tworzyw

W - 1 2

OJ 6 )

Rys. 18. Powierzchnia t a r c ia przeciw próbk i s t a lo w e j. Widoczne rysy powsta­

łe w wyniku oddziaływ ania twardych produktów zużycia.SEM

V

Rys. 19. Silan y zarysu poprzecznego p r o f i l u pow ierzchni t a r c i a przeciw próbki stalow ej.P ow . pow. poziome 100x

a - p ro filo gra m y przed badaniami, b - pro filo gra m y po badaniach

Rys. 20. Powierzchnia t a r c ia przeciw próbki stalow ej po badaniach. K u lis te t le n k i żela za oraz powierzchniowe u t le n ie n ie s t a l i . MAR. 10 keV

a - elektrony wtórne, b - elektron y absorbcyjn e, c, d - rozm ieszczenie pierwiastków Fe i Og, f , g, h — wykresy wzglęćt-zmian kon cen trącyji pierwiastków

51

Rys. 21. Pow ierzchnia t a r c i a przeciw próbki s ta lo w e j po badaniach,z nanie­

sionymi cząsteczkam i pochodzącymi z tworzywa c ie rn e g o , otoczone k ulistym i tlenkam i ż e la z a . MAR. 25 kev

a - elek tron y wtórne, b, c - rozm ieszczenie pierwiastków Mg, Si

Rys. 22. Powierzchnia t a r c ia przeciw próbk i sta lo w e j po badan iach ,z w ióra­

mi miedzianymi. MA.R. 25 keV

a - elektron y wtórne, b, c - rozm ieszczenie pierw iastków Cu, Zn

Rys. 23. M ikrostruktura przeciw próbki stalow ej l s t - 5 ) , zgład trawiono w i­

tałem

53

Rentgenowska a n a liz a fazowa wykazała na powierzchniach tworzyw ciernych po ta r c iu wzrost ilo śc io w y fa z FeO, F e . ^ i PegO^ (t a b l . 12). Na po­

w ierzchni próbek,na których były optycznie widoczne nametalizowania,stwier­

dzono obecność fa zy cę - Fe. Były to selektywnie przen iesion e z ta rc z y .n a -

których obszarach występowania m iedzi brak b yło cynku, przypuszczalnie w wyniku wysokich temperatur podczas t a r c ia n a s tą p iło odcynkowanie cząstek nizau zachodzenia tych zmian. Nametalizowane warstewki przyjmowały

rófcs