konstrukcyjnych oraz warunków brzegowych
8.3. Etap III zasadnicze badania na obiekcie rzeczywistym
8.3.3. Wyniki badañ elementów pary tr¹cej piercieñtuleja zespo³u TPC silnika spalinowego
Oglêdziny po badaniach wykaza³y ogólny dobry stan silnika badawczego. Analiza kart pomiarowych poszczególnych cykli obci¹¿eniowych pozwoli³a na stwierdzenie o poprawnoci jego pracy podczas ca³ej próby trwa³oci zespo³owej. Szczególnym wska-nikiem informuj¹cym o stanie silnika i jego podzespo³ów jest zu¿ycie paliwa na biegu
127
CMYK CMYK
8.3. Etap III zasadnicze badania na obiekcie rzeczywistym
ja³owym. Obliczono w tym celu wartoæ redni¹, która jest równa 1,475 kg/h z odchyle-niem standardowym równym 0,025 kg/h. Wartoci godzinowego zu¿ycia paliwa w trak-cie procesu dotrak-cierania wykazywa³y tendencjê malej¹c¹, stabilizuj¹c siê w okolicy war-toci poni¿ej redniej (wartoæ modalna równa 1,465 kg/h) po czasie oko³o 40 godzin pracy silnika. Oznacza to zakoñczenie procesu docierania i mo¿liwoæ rozpoczêcia w³a-ciwych prób trwa³oci zespo³owej.
Po próbach trwa³oci zespo³owej wykonano prace badawcze, maj¹ce na celu okre-lenie wartoci zu¿ycia wszystkich elementów zespo³u TPC badanego silnika spalino-wego. Szczególn¹ uwagê skupiono na zu¿yciu elementów pary tr¹cej pierwszy uszczel-niaj¹cy piercieñ t³okowytuleja cylindrowa. Wykonano szczegó³owe pomiary geome-tryczne piercieni i tulei cylindrowych, okrelaj¹c ich zu¿ycie bezwzglêdne. W celu dok³adnej identyfikacji postaci zu¿ycia wykonano badania powierzchni piercieni me-tod¹ mikroskopii skaningowej i oznaczono jej sk³ad chemiczny Szczegó³y wyników pomiarów wszystkich elementów zamieszczono w pracy [83]. Skupiono uwagê na zu-¿yciu tulei cylindrowych i piercieni t³okowych. Na podstawie pomiarów geometrycz-nych obliczono wartoci minimalnego luzu miêdzy t³okami i tulejami cylindrowymi po próbie.
8.3.3.1. Zu¿ycie tulei cylindrowych
Zu¿ycie tulei zmierzono metod¹ replik [80]. Metoda replik polega na odwzorowaniu powierzchni tulei w miejscu ZZ pierwszego piercienia uszczelniaj¹cego za pomoc¹ tworzywa chemoutwardzalnego (u¿yto tworzywa Duracryl) dok³adnie odwzorowuj¹ce-go kszta³t powierzchni oraz póniejszym pomiarze zu¿ycia za pomoc¹ profilometru. Poziomem odniesienia jest powierzchnia nie bior¹ca udzia³u w procesie wspó³pracy pier-cieni z tulej¹, a znajduj¹ca siê powy¿ej miejsca ZZ pierwszego pierpier-cienia uszczelnia-j¹cego.
Warunkiem niezbêdnym prawid³owego okrelenia bezwzglêdnej (w tym przypadku) wartoci zu¿ycia jest brak ladów wspó³pracy miêdzy powierzchni¹ odniesienia i ko-ron¹ t³oka (powierzchnia powy¿ej rowka pierwszego piercienia uszczelniaj¹cego). W przypadku tego silnika warunek ten zosta³ spe³niony w ka¿dej tulei cylindrowej. Ba-dania wykonano zgodnie ze schematem pomiarowym zamieszczonym na rys. 8.23. Do pomiaru u¿yto profilometru Taylor Hobson FTS Laser 3D. Dok³adnoæ pomiarowa jest równa ±0,5 µm.
Po wykonaniu badañ profilometrycznych odczytano wartoci zu¿ycia tulei cylindro-wych przedstawione w tabeli 8.8. Wyniki pomiarów zaprezentowano równie¿ w postaci wykresu zbiorczego na rys. 8.24. Okrelenie wartoci by³o wykonywane zarówno me-tod¹ analizy wykresów profilometrycznych, jak i badañ numerycznych. Ró¿nice w oszacowaniu wartoci zu¿ycia obiema metodami s¹ ok. 0,05 µm.
Wartoci rednie zu¿ycia tulei azotowanych s¹ równe odpowiednio: gniazdo 1: 5 µm gniazdo 2: 4,8 µm, gniazdo 3: 4,5 µm, gniazdo 4: 4,1 µm. rednie zu¿ycie tulei chromo-wanych jest równe odpowiednio w gniedzie 5: 25,5 µm, a w gniedzie 6: 3,6 µm.
Mi-128 8. Przyk³ad pary tr¹cej piercieñtuleja zespo³u t³okpiercieniecylinder silnika spalinowego...
CMYK
wentylator A odc isk
z masy durac rylowej
D B
C próbka
punkty pomiarowe
tuleja orientac yjne po³o¿enie
progu odc inek pomiarowy
Rys. 8.23. Schemat rozmieszczenia próbek z odciskami duracrylowymi Fig. 8.23. Schematic arrangement of samples with duracryl prints
Tabela 8.8. Zestawienie wartoci zu¿ycia w poszczególnych punktach pomiarowych badanych tulei cylindrowych (punkty pomiarowe zgodne ze schematem pomiarowym na rys. 10.4)
Wartoæ zu¿ycia, ìm Punkty pomiarowe Tuleja nr A B C D Zu¿ycie rednie ìm 1 6,0 6,0 4,0 4,0 5,0 2 5,0 3,0 8,0 3,0 4,8 3 5,0 2,0 6,5 4,0 4,4 4 3,5 4,0 6,0 3,0 4,1 5 47,0 4,0 4,0 44,0 25,5 6 6,0 4,0 7,0 3,5 4,4
nimaln¹ wartoæ zu¿ycia zmierzono w tulei nr 6 w punkcie pomiarowym D (1,5 µm). Podobnie nisk¹ wartoæ zmierzono w punkcie pomiarowym B w tulei azotowanej w gniedzie 3. Ogólny poziom zu¿ycia tulei azotowanych jest podobny jak tulei chro-mowanej w gniedzie nr 6 (zestawienie standardowe).
Zu¿ycie tulei w gniedzie nr 5 jest zasadniczo wiêksze od pozosta³ych. W tym gnie-dzie, jak wspomniano ju¿, tuleja chromowana wspó³pracowa³a z piercieniem t³okowym o pow³oce z azotku tytanu. Wartoci zu¿ycia zmierzone w tej tulei wynosz¹ce 47 µm (punkt pomiarowy A) oraz 44 µm (punkt pomiarowy D, zasadniczo odbiegaj¹ od war-toci zu¿ycia w pozosta³ych punktach pomiarowych poszczególnych tulei. W przypad-ku zu¿ycia tulei cylindrowych decyduj¹ce jest w³anie zu¿ycie miejscowe, gdy¿ to jego wartoæ daje informacjê, czy pow³oka (w przypadku tulei chromowanej tak jak tuleja w gniedzie nr 6) jeszcze jest na powierzchni, czy te¿ ju¿ zosta³a w 100% zu¿yta. Podobne
129 CMYK CMYK 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
tuleja 1 tuleja 2 tuleja 3 tuleja 4 tuleja 5 tuleja 6
zu ¿y cie tu le i, u m
Rys. 8.24. rednie zu¿ycie tulei cylindrowych Fig. 8.24. Average wear of cylinder sleeve
Rys. 8.25. Fotografia kad³uba silnika z tulejami cylindrowymi po próbie trwa³oci zespo³owej Fig. 8.25. Photograph of engine block with cylinder sleeves after assembly durability test wymagania musz¹ spe³niæ wszystkie rozwi¹zania tulei z pow³okami oraz utwardzonymi warstwami wierzchnimi. Minimaln¹ redni¹ wartoæ zu¿ycia w tulejach azotowanych zmierzono w gniedzie 4 i jest ona równa 4,1 µm. Podobnie ma³¹ wartoæ (4,5 µm) za-notowano w tulei zamontowanej w gniedzie nr 3. Na uwagê zas³uguje równie¿ równo-miernoæ wartoci zu¿ycia w tych gniazdach.
Drugim etapem prac badawczych tulei cylindrowych, prowadzonym jednoczenie z pomiarami zu¿ycia metod¹ replik, by³y ich oglêdziny, których szczegó³owe wyniki za-mieszczono w pracy [83]. Na rysunku 8.25 przedstawiono widok ogólny kad³uba silni-ka z oznaczonymi numerami tulei cylindrowych, poczynaj¹c od wentylatora, w kolej-noci zgodnej z kompletacj¹ silnika zamieszczon¹ w tabeli 8.4.
130 8. Przyk³ad pary tr¹cej piercieñtuleja zespo³u t³okpiercieniecylinder silnika spalinowego...
CMYK
Na rysunku 8.26 przedstawiono widok azotowanej powierzchni tulei nr 4, która wy-kaza³a najmniejsze zu¿ycie. Powierzchnia tej tulei wspó³pracowa³a z piercieniem t³o-kowym o pow³oce z azotku tytanu.
Rys. 8.26. Widok miejsca ZZ pierwszego piercienia uszczelniaj¹cego z pow³ok¹ z TiN w azotowanej tulei nr 4
Fig. 8.26. View of the outer dead centre of first seal ring with TiN-coating in nitrided sleeve 4 W podsumowaniu ocen wizualnych tulei cylindrowych mo¿na stwierdziæ, ¿e obraz azotowanych pró¿niowo tulei wed³ug technologii Nitrovac, we wspó³pracy z piercie-niami uszczelniaj¹cymi o pow³oce z azotku tytanu jest prawid³owy. Zu¿ycie tulei azo-towanych jest niewyczuwalne, a stwierdzone miejscowe wyb³yszczenia s¹ normalnym objawem wspó³pracy. Najkorzystniej prezentuje siê tuleja w gniedzie nr 4, która wspó³-pracowa³a z piercieniem t³okowym o pow³oce z azotku tytanu wykonanym w warian-cie konstrukcyjnym nr 1 (pierwarian-cieñ ostrokrawêdziowy z podciêwarian-ciem). Podobnie prezen-tuje siê powierzchnia tulei w gniedzie nr 3, która wspó³pracowa³a z piercieniem t³oko-wym o pow³oce z azotku tytanu w wariancie konstrukcyjnym nr 3 (bary³ka niesymetrycz-na z podciêciem). W gniazdach nr 1 i 2 równie¿ powierzchnia tulei jest prawid³owa.
Oprócz pomiarów zu¿ycia metod¹ replik oraz badaniami organoleptycznymi wyko-nano pomiary rednicy wewnêtrznej tulei, aby sprawdziæ u³o¿enie siê tulei podczas pra-cy silnika oraz ich ko³owoæ [83]. W pierwszych godzinach ruchu silnika przyrosty war-toci rednicy tulei cylindrowych wystêpowa³y ze wzglêdu na du¿e wahania temperatu-ry tulei podczas testu trwa³oci zespo³owej. Zmierzone przyrosty wartoci rednic w po-szczególnych kierunkach pomiarowych wynikaj¹ w³anie bezporednio z tego faktu. War-toci te s¹ rzêdu kilku setnych czêci milimetra. Gdyby one wynika³y z zu¿ycia powierzch-ni tulei wspó³pracuj¹cej z pierciepowierzch-niami, wówczas badapowierzch-nia organoleptyczne oraz pomiary
131
CMYK CMYK
bezwzglêdne metod¹ replik wykaza³yby istnienie wyranie wyczuwalnych progów w miejscach ZZ pierwszych piercieni uszczelniaj¹cych we wszystkich tulejach. Ró¿-nice w wartociach rednic w poszczególnych przekrojach i kierunkach pomiarowych s¹ wynikiem wspomnianego wy¿ej u³o¿enia siê tulei w gniazdach. Ogólnie stwierdzono, ¿e przyrosty wartoci rednicy w tulejach azotowanych s¹ mniejsze, ni¿ w tulejach chromowanych. wiadcz¹ o tym wartoci odchylenia standardowego równe od 0,005 do 0,025. W przypadku tulei chromowanych s¹ one równe od 0,015 do 0,042. Ozna-cza to, ¿e tuleje chromowane uleg³y znacznie wiêkszym odkszta³ceniom, ni¿ tuleje azotowane.
Podsumowuj¹c, tuleje azotowane w trakcie próby trwa³oci zespo³owej wykaza³y mniejsze zmiany ko³owoci oraz mniejsz¹ intensywnoæ jej zmian od tulei chromowa-nych.
Aby okreliæ wartoci luzu t³oka w tulei cylindrowej pos³u¿ono siê, podobnie jak w przypadku obliczania luzu monta¿owego (tabela 8.5) wynikami pomiarów wartoci rednicy tulei w kierunku prostopad³ym do osi silnika po próbie trwa³oci zespo³owej oraz wartoci rednicy t³oka w przekroju 115 mm od denka t³oka w kierunku pomiaro-wym równie¿ prostopad³ym do osi silnika i sworznia t³okowego. Uzyskane wyniki za-mieszczono w tabeli 8.9. W tabeli przytoczono równie¿ wyniki obliczeñ luzu monta¿o-wego oraz wartoci przyrostu luzu t³oka w tulei po próbie trwa³oci zespo³owej.
Wartoci luzu t³oka w tulei cylindrowej po próbie trwa³oci zespo³owej w tulejach azotowanych s¹ mniejsze ni¿ w tulejach chromowanych. Podobnie przyrost wartoci luzu t³oka jest rednio nieznacznie mniejszy w tulejach azotowanych. Najwiêkszy przyrost zmierzono w gniedzie nr 5, w którym tuleja chromowana wspó³pracowa³a z piercie-niem o pow³oce z azotku tytanu.
8.3.3.2. Zu¿ycie piercieni t³okowych
Kolejnym etapem prac badawczych by³o okrelenie zu¿ycia piercieni t³okowych. W tym celu dokonano oceny wizualnej wraz z badaniami z mikroskopii skaningowej i obliczono zu¿ycie w poszczególnych punktach pomiarowych. Zaprezentowane wyni-ki badañ organoleptycznych i metod¹ mikroskopii skaningowej dotycz¹ piercienia za-montowanego w gniedzie nr 4, w którym tuleja cylindrowa osi¹gnê³a minimalne zu¿y-cie. Pozosta³e wyniki badañ zamieszczono w pracy [83].
Tabela 8.9. Zestawienie minimalnych luzów t³oka w tulei cylindrowej przed i po próbie trwa³oci zespo³owej oraz przyrost jego wartoci
Nr gniazda 1 2 3 4 5 6 Luz monta¿owy, mm 0,115 0,130 0,118 0,114 0,134 0,130 Luz po próbie trwa³ociowej, mm 0,123 0,134 0,124 0,118 0,145 0,137 Przyrost wartoci luzu, mm 0,008 0,004 0,006 0,004 0,011 0,007
132 8. Przyk³ad pary tr¹cej piercieñtuleja zespo³u t³okpiercieniecylinder silnika spalinowego...
CMYK Rys. 8.27. Widok powierzchni roboczej piercienia 4/1 (gniazdo 4; wariant 1)
po próbie trwa³oci zespo³owej
Fig. 8.27. View of working surface of ring 4/1 (seat 4; variation 1) after assembly durability test
Badania organoleptyczne piercienia nr 4/1 (wariant 1)
W ramach badañ organoleptycznych wykonano oglêdziny piercienia, dokonano opisu stanu pow³oki oraz wykonano fotografie pow³oki. Piercieñ zamontowany w czwartym gniedzie zosta³ wykonany w wariancie konstrukcyjnym nr 1. Piercieñ ten wspó³pra-cowa³ z azotowan¹ powierzchni¹ tulei cylindrowej. Powierzchnia robocza piercienia nosi lady równomiernej wspó³pracy na ca³ym obwodzie. cie¿ka wspó³pracy uk³ada siê niesymetrycznie wzglêdem osi wzd³u¿nej powierzchni i ogranicza siê do okolicy dolnej krawêdzi powierzchni roboczej (rys. 8.27). Jest to wynik podciêcia wewnêtrzne-go powoduj¹cewewnêtrzne-go jewewnêtrzne-go obrót wokó³ osi swobodnej. Widoczne s¹ rysy wzd³u¿ne, bêd¹ce rezultatem wstêpnej obróbki powierzchniowej wykonanej przed na³o¿eniem pow³oki z azotku tytanu oraz wspó³pracy z powierzchni¹ tulei. Zerowa owalizacja piercienia przyczyni³a siê do minimalizacji zu¿ycia w okolicy zamka piercienia, co jest widoczne w postaci zachowania pow³oki w tej okolicy. Pow³oka z azotku tytanu uleg³a czêcio-wemu zu¿yciu, co jest widoczne w postaci jej wyb³yszczenia na obwodzie w dolnej czêci powierzchni roboczej a¿ do jej krawêdzi w³¹cznie (rys. 8.27).
Widoczne fazowania krawêdzi nie mia³y styku z powierzchni¹ tulei, natomiast przy-czynia³y siê do powstawania filmu olejowego miêdzy ni¹ i powierzchni¹ piercienia. Zwa¿ywszy zakres obci¹¿eñ, jakim poddano piercieñ podczas prób, zu¿ycie to jest ma³e, ale skoncentrowane w pobli¿u krawêdzi.
Tego typu wykonanie konstrukcyjne piercieni, w zasadzie, stosuje siê w celu zmniej-szenia zu¿ycia oleju smaruj¹cego, powoduje bowiem ono zwiêkszenie intensywnoci zgarniania oleju z powierzchni tulei w dó³ do miski olejowej. Wygl¹d powierzchni ro-boczej piercienia potwierdza takie jego dzia³anie. Chocia¿ kumulacja zu¿ycia w
okoli-133
CMYK CMYK
Rys. 8.28. Fotografia wybranego fragmentu powierzchni roboczej piercienia 4/1 (gniazdo 4; wariant 1) po próbie trwa³oci zespo³owej
Fig. 8.28. A fragment of working surface of ring 4/1 (seat 4; variation 1) after assembly durability test
cy dolnej krawêdzi mo¿e doprowadziæ do nadmiernego zu¿ycia pow³oki z azotku tyta-nu w tym miejscu, to wygl¹d powierzchni przemawia na korzyæ tego rozwi¹zania.
Badania metod¹ mikroskopii wietlnej i skaningowej piercienia nr 4/1 Aby wykonaæ w tym punkcie badania, by³a konieczna identyfikacja powierzchni po-w³oki z azotku tytanu po próbie trwa³oci zespo³owej. Wykonano zdjêcia makroskopo-we próbek powierzchni piercieni t³okowych pokrytych pow³ok¹ azotku tytanu z zasto-sowaniem mikroskopu wietlnego i skaningowego. Badaniom makroskopowym z za-stosowaniem metod mikroskopii wietlnej i skaningowej poddano cztery próbki wyciê-te z piercieni z pow³ok¹ z azotku tytanu. By³y to piercienie w czwyciê-terech wariantach konstrukcyjnych przedstawionych na rys. 8.1. Badaniom poddano fragmenty piercie-ni, które by³y zamontowane w czterech pierwszych gniazdach silnika badawczego. Okre-lono ponadto miejsca zu¿ycia pow³oki azotku tytanu, stosuj¹c technikê rentgenowskiej mikroanalizy sk³adu chemicznego.
Zdjêcia makroskopowe powierzchni roboczych próbek piercieni pokrytych pow³ok¹ z azotku tytanu wykonano za pomoc¹ mikroskopu wietlnego Neophot 32 sprzê¿onego z cyfrow¹ kamer¹ Spot Inlight Color firmy Visitron Systems GmbH przy powiêkszeniu 25 razy. Na rysunku 8.28 przedstawiono fotografiê powierzchni piercienia nr 4/1 (wa-riant 1), w miejscu o maksymalnym zu¿yciu.
134 8. Przyk³ad pary tr¹cej piercieñtuleja zespo³u t³okpiercieniecylinder silnika spalinowego...
CMYK
Na powierzchniach roboczych wszystkich czterech piercieni s¹ widoczne rysy wzd³u¿ne. Przyczyn¹ tego stanu rzeczy jest nierównomierne pod³o¿e powierzchni pier-cienia przed na³o¿eniem pow³oki. Ostatni¹ obróbk¹ ubytkow¹ powierzchni jest jej szli-fowanie wzd³u¿ne i w przypadku wariantów o numerach 2, 3, 4; nadanie owalnego kszta³-tu przekroju poprzecznego piercieni; bary³ki. Pozosta³e po procesie szlifowania rysy póniej zosta³y pokryte pow³ok¹ z azotku tytanu. Na szczytach nierównoci powierzch-ni pow³oka ta ulega³a intensywnym obci¹¿epowierzch-niom, co doprowadzi³o do przedstawionego obrazu zu¿ycia. Wyjciem z tego niekorzystnego stanu rzeczy jest bardziej dok³adne przygotowanie powierzchni pod pow³okê z azotku tytanu. Potwierdzeniem opisanego obrazu zu¿ycia s¹ prowadzone w dalszej czêci pracy badania metod¹ mikroskopii ska-ningowej.
Zdjêcia mikroskopowe z zastosowaniem mikroskopu skaningowego oraz analizê sk³a-du chemicznego powierzchni piercieni t³okowych wykonano z zastosowaniem elektro-nowego mikroskopu skaningowego JEOL JSM5800LV sprzê¿onego z mikrosond¹ rent-genowsk¹ Oxford Link ISI 300 [54].
Zarejestrowane zdjêcia i wykresy widma energetycznego promieniowania rentgenow-skiego wszystkich piercieni przedstawiono w pracy [83]. Zamieszczono wyniki badañ makroskopowych dla piercienia nr 4/1. Podobnie jak w przypadku badañ z wykorzy-staniem mikroskopu wietlnego do analizy wybierano obszary o zu¿yciu maksymalnym. Powierzchnia piercienia 4/1 (wariant 1) z pow³ok¹ z azotku tytanu wykazuje nie-wielkie lady zu¿ycia w postaci rys niewyranie widocznych na rys. 8.29 oraz 8.32. Za-stosowany kontrast materia³owy ujawni³ obszary, w których widoczna jest
powierzch-Rys. 8.29. Fotografia powierzchni piercienia t³okowego nr 4/1 (wariant 1) ca³oæ powierzchni, SEM
135
CMYK CMYK
Rys. 8.30. Fotografia powierzchni piercienia t³okowego nr 4/1 (wariant 1) krawêd, SEM Fig. 8.30. SEM image of surface of piston ring 4/1 (variation 1) edge
Rys. 8.31. Fotografia powierzchni piercienia t³okowego nr 4/1 (wariant 1) czêæ rodkowa wykazuj¹ca znaczne lady zu¿ycia, SEM Fig. 8.31. SEM image of surface of piston ring 4/1 (variation 1)
with central part showing appreciable wear tracks
nia piercienia zawieraj¹ca zwi¹zki tytanu oraz nieci¹g³oci pow³oki, w którym stwier-dzono zawartoæ ¿elaza i innych pierwiastków (rys. 8.32). W celu identyfikacji zawar-toci poszczególnych pierwiastków na powierzchni piercienia, zastosowano metodê spektrograficzn¹ mierz¹c widmo energetyczne zaznaczonych na rys. 8.32 obszarów A,
136 8. Przyk³ad pary tr¹cej piercieñtuleja zespo³u t³okpiercieniecylinder silnika spalinowego...
CMYK Rys. 8.32. Fotografia powierzchni piercienia t³okowego nr 4/1 (wariant 1) czêæ rodkowa przedstawiona na rys. 8.31. Kontrast materia³owy BE, SEM
Fig. 8.32. SEM image of surface of piston ring 4/1 (variant 1) with central part shown on Fig. 8.31. BE material contrast
B, C. Wyniki zamieszczono na rysunkach 8.338.36. Na rysunku 8.33 przedstawiono widmo energetyczne ca³ego obszaru przedstawionego na rysunku 8.29. Widoczne jest typowe widmo charakterystyczne dla azotku tytanu z niewielk¹ zawartoci¹ ¿elaza, co wiadczy o czêciowym wymieszaniu tych pierwiastków w warstwie wierzchniej. Wy-mieszanie to przyczynia siê do dobrej adhezji azotku tytanu do pod³o¿a. Potwierdze-niem tego zjawiska jest obszar A z rys. 8.32, którego widmo przedstawiono na rysunku 8.34.
Na rysunku 8.35 przedstawiono widmo z obszaru B, czyli czystego azotku tytanu (brak widma ¿elaza). Widmo obszaru nieci¹g³oci pow³oki przedstawione na rysunku
Rys. 8.33. Widmo energetyczne z ca³oci obszaru przedstawionego na rys. 8.32 Fig. 8.33. Energy spectrum of whole area shown in Fig. 8.32
137
CMYK CMYK
8.36 to typowy obraz z zawartoci¹ ró¿nych pierwiastków. Zmierzono równie¿ rozk³ad ilociowy pierwiastków metod¹ mikroanalizy rentgenowskiej w obszarach A i B przed-stawionych na rys. 8.37, odpowiadaj¹cych obszarom A i B na rys. 8.32. Obszar A
za-Rys. 8.34. Widmo energetyczne z obszaru A zaznaczonego na rys. 8.32 Fig. 8.34. Energy spectrum of area A marked in Fig. 8.32
Rys. 8.35. Widmo energetyczne z obszaru B zaznaczonego na rys. 8.32 Fig. 8.35. Energy spectrum of area B marked in Fig. 8.32
Rys. 8.36. Widmo energetyczne z obszaru C zaznaczonego na rys. 8.32 Fig. 8.36. Energy spectrum of area C marked in Fig. 8.32
138 8. Przyk³ad pary tr¹cej piercieñtuleja zespo³u t³okpiercieniecylinder silnika spalinowego...
CMYK Rys. 8.37. Obszar powierzchni piercienia nr 4/1 (wariant 1) objêty analiz¹
rozk³adu pierwiastków, kontrast materia³owy BE, SEM Fig. 8.37. Surface area of ring 4/1 (variation 1) subjected to analysis
of distribution of chemical elements, BE material contrast; SEM
Rys. 8.38. Rozk³ad ¿elaza (jasne obszary) na powierzchni piercienia nr 4/1 (wariant 1), okrelony z obszaru przedstawionego na rys. 8.37
Fig. 8.38. Iron distribution (light areas) on the ring 4/1 (variation 1) surface for the area shown in Fig. 8.37
139
CMYK CMYK
wiera 47,12% ¿elaza oraz 44,13% tytanu (rys 8.38, tabela 8.11), obszar B zawiera 92,40% tytanu oraz 7,59% azotu (rys. 8.39, tabela 8.11). Widoczna jest praktycznie w 100% powierzchnia o pow³oce z azotku tytanu. Pow³oka ta uleg³a jedynie nieznacznemu zu-¿yciu. Dla pe³niejszego obrazu zmierzono zawartoæ ilociow¹ pierwiastków na ca³ym obszarze przedstawionym na rys. 8.29. Stwierdzono jedynie 2,50% zawartoæ ¿elaza, która przypada na nieci¹g³oci pow³oki. 85,46% sk³adu chemicznego powierzchni pier-cienia 4/1 przypada na tytan, a 11,02% to azot. Stan powierzchni pierpier-cienia 4/1 (wa-riant 1) jest najlepszy w stosunku do powierzchni piercieni 1/1 oraz 2/1 i 3/1.
Rys. 8.39. Rozk³ad tytanu (jasne obszary) na powierzchni piercienia nr 4/1 (wariant 1), okrelony z obszaru przedstawionego na rys. 8.37
Fig. 8.39. Titanium distribution (light areas) on the ring 4/1 (variation 1) surface for the area shown in Fig.8.37
Tabela 8.10. Sk³ad chemiczny okrelony w wyniku mikroanalizy rentgenowskiej ca³oci obszaru powierzchni piercienia nr 4/1 (wariant 1) przedstawionego na rys. 8.37
Pierwiastek Zawartoæ w % Tytan (Ti) 86,4
Azot (N) 11,0 ¯elazo (Fe) 2,5
140 8. Przyk³ad pary tr¹cej piercieñtuleja zespo³u t³okpiercieniecylinder silnika spalinowego...
CMYK Tabela 8.11. Sk³ad chemiczny okrelony w wyniku mikroanalizy rentgenowskiej
powierzchni piercienia nr 4/1 (wariant 1)
Miejsce A na rys. 8.37
(jasne obszary na rys. 8.38) (jasne obszary na rys. 8.38) Miejsce B na rys. 8.37 Pierwiastek Zawartoæ w % Pierwiastek Zawartoæ w % ¯elazo (Fe) 47,1 Tytan (Ti) 92,4
Tytan (Ti) 44,1 Azot (N) 7,6 Krzem (Si) 1,9
Azot (N) 6,8
Zu¿ycie piercieni t³okowych
Po wykonaniu próby trwa³oci zespo³owej ponownie zmierzono gruboæ promieniow¹ i wysokoæ osiow¹ piercieni t³okowych aby okreliæ ich zu¿ycie. Pomiary te wykona-no w dziesiêciu punktach na obwodzie piercienia, w których wykonawykona-no pomiary wstêpne. Wykonano ponadto pomiary masy i si³ sprê¿ystoci obwodowej piercieni [83].
Celem wykonanych pomiarów piercieni by³o okrelenie zu¿ycia gruboci, wysoko-ci, masy oraz si³y sprê¿ystoci piercieni t³okowych. W tabeli 8.12 zamieszczono war-toci zu¿ycia gruboci promieniowej wszystkich piercieni. Pozosta³e dane zawarto w pracy [83]. Zu¿ycie wysokoci osiowej by³o pomijalnie ma³e we wszystkich bada-nych piercieniach. Ubytki wagi potwierdzi³y zmierzone wartoci zu¿ycia gruboci pro-mieniowej i wysokoci osiowej.
Ogólny poziom zu¿ycia gruboci promieniowej piercieni t³okowych silnika badaw-czego jest niewielki (tabela 8.12, rys. 8.40). Maksymaln¹ wartoæ zu¿ycia równ¹ 8 µm zmierzono w kilku punktach pomiarowych drugich piercieni uszczelniaj¹cych, stan-dardowych. Wartoæ minimaln¹ zu¿ycia, równ¹ 0 µm, zmierzono w wielu punktach po-miarowych.
Wród piercieni badawczych najmniejsze wartoci zu¿ycia gruboci promieniowej zmierzono dla piercieni zamontowanych w gniazdach nr 1 i 5. Zanotowano równie¿ jedn¹ ujemn¹ wartoæ zu¿ycia. Dotyczy ona piercienia zgarniaj¹cego standardowego zamontowanego w drugim gniedzie w punkcie pomiarowym nr 5 i jest równa 0,001 mm. B³¹d pomiarowy przyrz¹du równie¿ jest równy 0,001 mm. Wartoci zu¿ycia zaznaczo-ne pismem pogrubionym w tabeli 8.12 dotycz¹ piercieni z pow³ok¹ z azotku tytanu. W tych piercieniach zanotowano zu¿ycie równe zeru. Najwiêcej wartoci zerowego