• Nie Znaleziono Wyników

Wyniki badañ elementów pary tr¹cej pierœcieñ–tuleja zespo³u TPC silnika spalinowego

konstrukcyjnych oraz warunków brzegowych

8.3. Etap III – zasadnicze badania na obiekcie rzeczywistym

8.3.3. Wyniki badañ elementów pary tr¹cej pierœcieñ–tuleja zespo³u TPC silnika spalinowego

Oglêdziny po badaniach wykaza³y ogólny dobry stan silnika badawczego. Analiza kart pomiarowych poszczególnych cykli obci¹¿eniowych pozwoli³a na stwierdzenie o poprawnoœci jego pracy podczas ca³ej próby trwa³oœci zespo³owej. Szczególnym wska-Ÿnikiem 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 wartoœæ œredni¹, która jest równa 1,475 kg/h z odchyle-niem standardowym równym 0,025 kg/h. Wartoœci godzinowego zu¿ycia paliwa w trak-cie procesu dotrak-cierania wykazywa³y tendencjê malej¹c¹, stabilizuj¹c siê w okolicy war-toœci poni¿ej œredniej (wartoœæ modalna równa 1,465 kg/h) po czasie oko³o 40 godzin pracy silnika. Oznacza to zakoñczenie procesu docierania i mo¿liwoœæ rozpoczêcia w³a-œciwych prób trwa³oœci zespo³owej.

Po próbach trwa³oœci zespo³owej wykonano prace badawcze, maj¹ce na celu okre-œlenie wartoœci zu¿ycia wszystkich elementów zespo³u TPC badanego silnika spalino-wego. Szczególn¹ uwagê skupiono na zu¿yciu elementów pary tr¹cej pierwszy uszczel-niaj¹cy pierœcieñ t³okowy–tuleja cylindrowa. Wykonano szczegó³owe pomiary geome-tryczne pierœcieni i tulei cylindrowych, okreœlaj¹c ich zu¿ycie bezwzglêdne. W celu dok³adnej identyfikacji postaci zu¿ycia wykonano badania powierzchni pierœcieni 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 pierœcieni t³okowych. Na podstawie pomiarów geometrycz-nych obliczono wartoœci 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 pierœcienia uszczelniaj¹cego za pomoc¹ tworzywa chemoutwardzalnego (u¿yto tworzywa Duracryl) dok³adnie odwzorowuj¹ce-go kszta³t powierzchni oraz póŸniejszym pomiarze zu¿ycia za pomoc¹ profilometru. Poziomem odniesienia jest powierzchnia nie bior¹ca udzia³u w procesie wspó³pracy pier-œcieni z tulej¹, a znajduj¹ca siê powy¿ej miejsca ZZ pierwszego pierpier-œcienia uszczelnia-j¹cego.

Warunkiem niezbêdnym prawid³owego okreœlenia bezwzglêdnej (w tym przypadku) wartoœci zu¿ycia jest brak œladów wspó³pracy miêdzy powierzchni¹ odniesienia i ko-ron¹ t³oka (powierzchnia powy¿ej rowka pierwszego pierœcienia 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. Dok³adnoœæ pomiarowa jest równa ±0,5 µm.

Po wykonaniu badañ profilometrycznych odczytano wartoœci zu¿ycia tulei cylindro-wych przedstawione w tabeli 8.8. Wyniki pomiarów zaprezentowano równie¿ w postaci wykresu zbiorczego na rys. 8.24. Okreœlenie wartoœci by³o wykonywane zarówno me-tod¹ analizy wykresów profilometrycznych, jak i badañ numerycznych. Ró¿nice w oszacowaniu wartoœci zu¿ycia obiema metodami s¹ ok. 0,05 µm.

Wartoœci œrednie 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. Œrednie zu¿ycie tulei chromo-wanych jest równe odpowiednio w gnieŸdzie 5: 25,5 µm, a w gnieŸdzie 6: 3,6 µm.

Mi-128 8. Przyk³ad pary tr¹cej pierœcieñ–tuleja zespo³u t³ok–pierœcienie–cylinder 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 wartoœci zu¿ycia w poszczególnych punktach pomiarowych badanych tulei cylindrowych (punkty pomiarowe zgodne ze schematem pomiarowym na rys. 10.4)

Wartoœæ zu¿ycia, ìm Punkty pomiarowe Tuleja nr A B C D Zu¿ycie œrednie 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 wartoœæ zu¿ycia zmierzono w tulei nr 6 w punkcie pomiarowym D (1,5 µm). Podobnie nisk¹ wartoœæ zmierzono w punkcie pomiarowym B w tulei azotowanej w gnieŸdzie 3. Ogólny poziom zu¿ycia tulei azotowanych jest podobny jak tulei chro-mowanej w gnieŸdzie nr 6 (zestawienie standardowe).

Zu¿ycie tulei w gnieŸdzie nr 5 jest zasadniczo wiêksze od pozosta³ych. W tym gnieŸ-dzie, jak wspomniano ju¿, tuleja chromowana wspó³pracowa³a z pierœcieniem t³okowym o pow³oce z azotku tytanu. Wartoœci zu¿ycia zmierzone w tej tulei wynosz¹ce 47 µm (punkt pomiarowy A) oraz 44 µm (punkt pomiarowy D, zasadniczo odbiegaj¹ od war-toœci zu¿ycia w pozosta³ych punktach pomiarowych poszczególnych tulei. W przypad-ku zu¿ycia tulei cylindrowych decyduj¹ce jest w³aœnie zu¿ycie miejscowe, gdy¿ to jego wartoœæ daje informacjê, czy pow³oka (w przypadku tulei chromowanej tak jak tuleja w gnieŸdzie 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. Œrednie zu¿ycie tulei cylindrowych Fig. 8.24. Average wear of cylinder sleeve

Rys. 8.25. Fotografia kad³uba silnika z tulejami cylindrowymi po próbie trwa³oœci 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 œredni¹ wartoœæ zu¿ycia w tulejach azotowanych zmierzono w gnieŸdzie 4 i jest ona równa 4,1 µm. Podobnie ma³¹ wartoœæ (4,5 µm) za-notowano w tulei zamontowanej w gnieŸdzie nr 3. Na uwagê zas³uguje równie¿ równo-miernoœæ wartoœci zu¿ycia w tych gniazdach.

Drugim etapem prac badawczych tulei cylindrowych, prowadzonym jednoczeœnie 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-noœci zgodnej z kompletacj¹ silnika zamieszczon¹ w tabeli 8.4.

130 8. Przyk³ad pary tr¹cej pierœcieñ–tuleja zespo³u t³ok–pierœcienie–cylinder 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 pierœcieniem t³o-kowym o pow³oce z azotku tytanu.

Rys. 8.26. Widok miejsca ZZ pierwszego pierœcienia 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 pierœcie-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 gnieŸdzie nr 4, która wspó³-pracowa³a z pierœcieniem t³okowym o pow³oce z azotku tytanu wykonanym w warian-cie konstrukcyjnym nr 1 (pierœwarian-cieñ ostrokrawêdziowy z podciêwarian-ciem). Podobnie prezen-tuje siê powierzchnia tulei w gnieŸdzie nr 3, która wspó³pracowa³a z pierœcieniem 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 œrednicy wewnêtrznej tulei, aby sprawdziæ u³o¿enie siê tulei podczas pra-cy silnika oraz ich ko³owoœæ [83]. W pierwszych godzinach ruchu silnika przyrosty war-toœci œrednicy tulei cylindrowych wystêpowa³y ze wzglêdu na du¿e wahania temperatu-ry tulei podczas testu trwa³oœci zespo³owej. Zmierzone przyrosty wartoœci œrednic w po-szczególnych kierunkach pomiarowych wynikaj¹ w³aœnie bezpoœrednio z tego faktu. War-toœci te s¹ rzêdu kilku setnych czêœci milimetra. Gdyby one wynika³y z zu¿ycia powierzch-ni tulei wspó³pracuj¹cej z pierœciepowierzch-niami, wówczas badapowierzch-nia organoleptyczne oraz pomiary

131

CMYK CMYK

bezwzglêdne metod¹ replik wykaza³yby istnienie wyraŸnie wyczuwalnych progów w miejscach ZZ pierwszych pierœcieni uszczelniaj¹cych we wszystkich tulejach. Ró¿-nice w wartoœciach œrednic w poszczególnych przekrojach i kierunkach pomiarowych s¹ wynikiem wspomnianego wy¿ej u³o¿enia siê tulei w gniazdach. Ogólnie stwierdzono, ¿e przyrosty wartoœci œrednicy w tulejach azotowanych s¹ mniejsze, ni¿ w tulejach chromowanych. Œwiadcz¹ o tym wartoœci 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 trwa³oœci zespo³owej wykaza³y mniejsze zmiany ko³owoœci oraz mniejsz¹ intensywnoœæ jej zmian od tulei chromowa-nych.

Aby okreœliæ wartoœci luzu t³oka w tulei cylindrowej pos³u¿ono siê, podobnie jak w przypadku obliczania luzu monta¿owego (tabela 8.5) wynikami pomiarów wartoœci œrednicy tulei w kierunku prostopad³ym do osi silnika po próbie trwa³oœci zespo³owej oraz wartoœci œrednicy 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 wartoœci przyrostu luzu t³oka w tulei po próbie trwa³oœci zespo³owej.

Wartoœci luzu t³oka w tulei cylindrowej po próbie trwa³oœci zespo³owej w tulejach azotowanych s¹ mniejsze ni¿ w tulejach chromowanych. Podobnie przyrost wartoœci luzu t³oka jest œrednio nieznacznie mniejszy w tulejach azotowanych. Najwiêkszy przyrost zmierzono w gnieŸdzie nr 5, w którym tuleja chromowana wspó³pracowa³a z pierœcie-niem o pow³oce z azotku tytanu.

8.3.3.2. Zu¿ycie pierœcieni t³okowych

Kolejnym etapem prac badawczych by³o okreœlenie zu¿ycia pierœcieni 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 pierœcienia za-montowanego w gnieŸdzie 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 trwa³oœci zespo³owej oraz przyrost jego wartoœci

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 trwa³oœciowej, mm 0,123 0,134 0,124 0,118 0,145 0,137 Przyrost wartoœci luzu, mm 0,008 0,004 0,006 0,004 0,011 0,007

132 8. Przyk³ad pary tr¹cej pierœcieñ–tuleja zespo³u t³ok–pierœcienie–cylinder silnika spalinowego...

CMYK Rys. 8.27. Widok powierzchni roboczej pierœcienia 4/1 (gniazdo 4; wariant 1)

po próbie trwa³oœci zespo³owej

Fig. 8.27. View of working surface of ring 4/1 (seat 4; variation 1) after assembly durability test

Badania organoleptyczne pierœcienia nr 4/1 (wariant 1)

W ramach badañ organoleptycznych wykonano oglêdziny pierœcienia, dokonano opisu stanu pow³oki oraz wykonano fotografie pow³oki. Pierœcieñ zamontowany w czwartym gnieŸdzie zosta³ wykonany w wariancie konstrukcyjnym nr 1. Pierœcieñ ten wspó³pra-cowa³ z azotowan¹ powierzchni¹ tulei cylindrowej. Powierzchnia robocza pierœcienia nosi œlady równomiernej wspó³pracy na ca³ym obwodzie. Œcie¿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 pierœcienia przyczyni³a siê do minimalizacji zu¿ycia w okolicy zamka pierœcienia, co jest widoczne w postaci zachowania pow³oki w tej okolicy. Pow³oka z azotku tytanu uleg³a czêœcio-wemu zu¿yciu, co jest widoczne w postaci jej wyb³yszczenia na obwodzie w dolnej czêœci 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 pierœcienia. Zwa¿ywszy zakres obci¹¿eñ, jakim poddano pierœcieñ podczas prób, zu¿ycie to jest ma³e, ale skoncentrowane w pobli¿u krawêdzi.

Tego typu wykonanie konstrukcyjne pierœcieni, w zasadzie, stosuje siê w celu zmniej-szenia zu¿ycia oleju smaruj¹cego, powoduje bowiem ono zwiêkszenie intensywnoœci zgarniania oleju z powierzchni tulei w dó³ do miski olejowej. Wygl¹d powierzchni ro-boczej pierœcienia potwierdza takie jego dzia³anie. Chocia¿ kumulacja zu¿ycia w

okoli-133

CMYK CMYK

Rys. 8.28. Fotografia wybranego fragmentu powierzchni roboczej pierœcienia 4/1 (gniazdo 4; wariant 1) po próbie trwa³oœci 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 korzyœæ tego rozwi¹zania.

Badania metod¹ mikroskopii œwietlnej i skaningowej pierœcienia nr 4/1 Aby wykonaæ w tym punkcie badania, by³a konieczna identyfikacja powierzchni po-w³oki z azotku tytanu po próbie trwa³oœci zespo³owej. Wykonano zdjêcia makroskopo-we próbek powierzchni pierœcieni t³okowych pokrytych pow³ok¹ azotku tytanu z zasto-sowaniem mikroskopu œwietlnego i skaningowego. Badaniom makroskopowym z za-stosowaniem metod mikroskopii œwietlnej i skaningowej poddano cztery próbki wyciê-te z pierœcieni z pow³ok¹ z azotku tytanu. By³y to pierœcienie w czwyciê-terech wariantach konstrukcyjnych przedstawionych na rys. 8.1. Badaniom poddano fragmenty pierœcie-ni, które by³y zamontowane w czterech pierwszych gniazdach silnika badawczego. Okre-œlono ponadto miejsca zu¿ycia pow³oki azotku tytanu, stosuj¹c technikê rentgenowskiej mikroanalizy sk³adu chemicznego.

Zdjêcia makroskopowe powierzchni roboczych próbek pierœcieni pokrytych pow³ok¹ z azotku tytanu wykonano za pomoc¹ mikroskopu œwietlnego 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 pierœcienia nr 4/1 (wa-riant 1), w miejscu o maksymalnym zu¿yciu.

134 8. Przyk³ad pary tr¹cej pierœcieñ–tuleja zespo³u t³ok–pierœcienie–cylinder silnika spalinowego...

CMYK

Na powierzchniach roboczych wszystkich czterech pierœcieni s¹ widoczne rysy wzd³u¿ne. Przyczyn¹ tego stanu rzeczy jest nierównomierne pod³o¿e powierzchni pier-œcienia 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 pierœcieni; „bary³ki”. Pozosta³e po procesie szlifowania rysy póŸniej zosta³y pokryte pow³ok¹ z azotku tytanu. Na szczytach nierównoœci powierzch-ni pow³oka ta ulega³a intensywnym obci¹¿epowierzch-niom, co doprowadzi³o do przedstawionego obrazu zu¿ycia. Wyjœciem z tego niekorzystnego stanu rzeczy jest bardziej dok³adne przygotowanie powierzchni pod pow³okê z azotku tytanu. Potwierdzeniem opisanego obrazu zu¿ycia s¹ prowadzone w dalszej czêœci pracy badania metod¹ mikroskopii ska-ningowej.

Zdjêcia mikroskopowe z zastosowaniem mikroskopu skaningowego oraz analizê sk³a-du chemicznego powierzchni pierœcieni t³okowych wykonano z zastosowaniem elektro-nowego mikroskopu skaningowego JEOL JSM–5800LV sprzê¿onego z mikrosond¹ rent-genowsk¹ Oxford Link ISI 300 [54].

Zarejestrowane zdjêcia i wykresy widma energetycznego promieniowania rentgenow-skiego wszystkich pierœcieni przedstawiono w pracy [83]. Zamieszczono wyniki badañ makroskopowych dla pierœcienia nr 4/1. Podobnie jak w przypadku badañ z wykorzy-staniem mikroskopu œwietlnego do analizy wybierano obszary o zu¿yciu maksymalnym. Powierzchnia pierœcienia 4/1 (wariant 1) z pow³ok¹ z azotku tytanu wykazuje nie-wielkie œlady zu¿ycia w postaci rys niewyraŸnie widocznych na rys. 8.29 oraz 8.32. Za-stosowany kontrast materia³owy ujawni³ obszary, w których widoczna jest

powierzch-Rys. 8.29. Fotografia powierzchni pierœcienia t³okowego nr 4/1 (wariant 1) – ca³oœæ powierzchni, SEM

135

CMYK CMYK

Rys. 8.30. Fotografia powierzchni pierœcienia t³okowego nr 4/1 (wariant 1) – krawêdŸ, SEM Fig. 8.30. SEM image of surface of piston ring 4/1 (variation 1) – edge

Rys. 8.31. Fotografia powierzchni pierœcienia t³okowego nr 4/1 (wariant 1) – czêœæ œrodkowa wykazuj¹ca znaczne œlady 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 pierœcienia zawieraj¹ca zwi¹zki tytanu oraz nieci¹g³oœci pow³oki, w którym stwier-dzono zawartoœæ ¿elaza i innych pierwiastków (rys. 8.32). W celu identyfikacji zawar-toœci poszczególnych pierwiastków na powierzchni pierœcienia, zastosowano metodê spektrograficzn¹ mierz¹c widmo energetyczne zaznaczonych na rys. 8.32 obszarów A,

136 8. Przyk³ad pary tr¹cej pierœcieñ–tuleja zespo³u t³ok–pierœcienie–cylinder silnika spalinowego...

CMYK Rys. 8.32. Fotografia powierzchni pierœcienia t³okowego nr 4/1 (wariant 1) – czêœæ œrodkowa 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 8.33–8.36. Na rysunku 8.33 przedstawiono widmo energetyczne ca³ego obszaru przedstawionego na rysunku 8.29. Widoczne jest typowe widmo charakterystyczne dla azotku tytanu z niewielk¹ zawartoœci¹ ¿elaza, co œwiadczy o czêœciowym 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 nieci¹g³oœci pow³oki przedstawione na rysunku

Rys. 8.33. Widmo energetyczne z ca³oœci 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 zawartoœci¹ ró¿nych pierwiastków. Zmierzono równie¿ rozk³ad iloœciowy 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 pierœcieñ–tuleja zespo³u t³ok–pierœcienie–cylinder silnika spalinowego...

CMYK Rys. 8.37. Obszar powierzchni pierœcienia 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 pierœcienia nr 4/1 (wariant 1), okreœlony 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 zawartoœæ iloœciow¹ pierwiastków na ca³ym obszarze przedstawionym na rys. 8.29. Stwierdzono jedynie 2,50% zawartoœæ ¿elaza, która przypada na nieci¹g³oœci pow³oki. 85,46% sk³adu chemicznego powierzchni pier-œcienia 4/1 przypada na tytan, a 11,02% to azot. Stan powierzchni pierpier-œcienia 4/1 (wa-riant 1) jest najlepszy w stosunku do powierzchni pierœcieni 1/1 oraz 2/1 i 3/1.

Rys. 8.39. Rozk³ad tytanu (jasne obszary) na powierzchni pierœcienia nr 4/1 (wariant 1), okreœlony 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 okreœlony w wyniku mikroanalizy rentgenowskiej ca³oœci obszaru powierzchni pierœcienia nr 4/1 (wariant 1) przedstawionego na rys. 8.37

Pierwiastek ZawartoϾ w % Tytan (Ti) 86,4

Azot (N) 11,0 ¯elazo (Fe) 2,5

140 8. Przyk³ad pary tr¹cej pierœcieñ–tuleja zespo³u t³ok–pierœcienie–cylinder silnika spalinowego...

CMYK Tabela 8.11. Sk³ad chemiczny okreœlony w wyniku mikroanalizy rentgenowskiej

powierzchni pierœcienia 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 Zawartoœæ w % Pierwiastek Zawartoœæ 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 pierœcieni t³okowych

Po wykonaniu próby trwa³oœci zespo³owej ponownie zmierzono gruboœæ promieniow¹ i wysokoœæ osiow¹ pierœcieni t³okowych aby okreœliæ ich zu¿ycie. Pomiary te wykona-no w dziesiêciu punktach na obwodzie pierœcienia, w których wykonawykona-no pomiary wstêpne. Wykonano ponadto pomiary masy i si³ sprê¿ystoœci obwodowej pierœcieni [83].

Celem wykonanych pomiarów pierœcieni by³o okreœlenie zu¿ycia gruboœci, wysoko-œci, masy oraz si³y sprê¿ystoœci pierœcieni t³okowych. W tabeli 8.12 zamieszczono war-toœci zu¿ycia gruboœci promieniowej wszystkich pierœcieni. Pozosta³e dane zawarto w pracy [83]. Zu¿ycie wysokoœci osiowej by³o pomijalnie ma³e we wszystkich bada-nych pierœcieniach. Ubytki wagi potwierdzi³y zmierzone wartoœci zu¿ycia gruboœci pro-mieniowej i wysokoœci osiowej.

Ogólny poziom zu¿ycia gruboœci promieniowej pierœcieni t³okowych silnika badaw-czego jest niewielki (tabela 8.12, rys. 8.40). Maksymaln¹ wartoœæ zu¿ycia równ¹ 8 µm zmierzono w kilku punktach pomiarowych drugich pierœcieni uszczelniaj¹cych, stan-dardowych. Wartoœæ minimaln¹ zu¿ycia, równ¹ 0 µm, zmierzono w wielu punktach po-miarowych.

Wœród pierœcieni badawczych najmniejsze wartoœci zu¿ycia gruboœci promieniowej zmierzono dla pierœcieni zamontowanych w gniazdach nr 1 i 5. Zanotowano równie¿ jedn¹ ujemn¹ wartoœæ zu¿ycia. Dotyczy ona pierœcienia zgarniaj¹cego standardowego zamontowanego w drugim gnieŸdzie w punkcie pomiarowym nr 5 i jest równa –0,001 mm. B³¹d pomiarowy przyrz¹du równie¿ jest równy 0,001 mm. Wartoœci zu¿ycia zaznaczo-ne pismem pogrubionym w tabeli 8.12 dotycz¹ pierœcieni z pow³ok¹ z azotku tytanu. W tych pierœcieniach zanotowano zu¿ycie równe zeru. Najwiêcej wartoœci zerowego