Maria L A L IK Piotr A D A M IE C
ANALIZA W PŁYW U STRUK TURY I TW ARDOŚCI NAPOIN NA ICH O DPO RN O ŚĆ NA ŚCIERANIE
S treszczen ie. P rzep ro w ad zo n o b ad an ia w p ły w u struktury i tw ard o ści n ap o in n a ich o d p o rn o ś ć na ścieran ie. B adano w y so k o sto p o w e sto p iw a o stru k tu rze au sten ity czn ej o raz n isk o sto p o w e sto p iw a o stru k tu rze ferry ty czn o -b ain ity czn ej. S tw ierd zo n o p rz y d a t
n o ść sto p iw fe rry ty czn o -b ain ity czn y ch do n ap aw an ia reg en eracy jn eg o i u tw ard zająceg o . S to p iw a te c ech o w ały się d u ż ą o d p o rn o ś c ią na ścieran ie, w p rz e c iw ie ń stw ie d o sto p iw a u ste n ity c z n y c h , k tó re p o sia d a ją n is k ą o d p o rn o ść n a ścieranie i n a d a ją się ty lk o n a w a r
stw y n ierd zew n e.
SURFACED W ELDS STRUCTURE AND HARDNESS INFLUENCE ON THEIR W EAR RESISTAN CE ANALYSIS
S u m m a ry . T h e su rfaced w eld s stru ctu re and h ard n ess in flu en ce o n th e ir w e a r re s is
ta n c e h a v e b een in v estig ated . H ig h ly a llo y ed d ep o sited m etals o f a u ste n itic stru c tu re and low a llo y e d o n es o f ferritic-b ain itic stru ctu re have b een tested. B ain itic d e p o site d m etals h av e b een fo u n d su ita b le fo r reb u ild in g and hard su rfacin g by w elding. A u ste n itic d e p o site d m etals h av e b een found useful to n o n -ru stin g o v erlay s o n ly , b e cau se o f th e ir low w e a r resistan ce.
1. W P R O W A D Z E N IE
S tały w z ro st p a ram etró w e k sp lo a ta c y jn y c h p o jazd ó w sz y n o w y c h (d u że o b c ią ż e n ia i p ręd k o ści) p o w o d u je p rzy sp ie sz o n e zu ży cie ich elem en tó w . E k o n o m iczn y m sp o so b em p rzy w racan ia im o d p o w ie d n ic h cech u ży tk o w y ch je s t reg en eracja m eto d am i sp aw aln iczy m i (napaw anie, n a ta p ia n ie , n a try sk iw an ie cieplne). P o w ło k i tak ie n ak ła d a się ró w n ie ż p re w e n cyjnie n a g o to w e ele m e n ty , co n ad aje im lepsze cechy u ży tk o w e w m iejscach n a ra ż o n y c h na szybkie zu ży cie.
T y p o w e e le m e n ty p o ja z d ó w szy n o w y ch , cech u jące się d u ż ą p o d a tn o ś c ią do reg en eracji m etodam i sp a w a ln ic z y m i, to: o sie z estaw ó w k o ło w y ch , b ieżn ie kół, k o rp u sy p an ew ek , cięgna, trzpienie itp. E le m e n ty te, w y stęp u jące ja k o kute, w alcow ane, o d lew an e, p o s ia d a ją ró żn e w ła
sn o ści u ż y tk o w e, z k tó ry ch trzeb a w y m ien ić przed e w szy stk im o d p o rn o ść na zu ży cie ścierne w a rstw y w ierzch n iej.
Z u ż y c ie śc ie rn e n ap aw an y ch w arstw w ierzch n ich zależy isto tn ie od ic h struktury i tw a rd o śc i, d lateg o n iezb ę d n e je s t b ad an ie ró żn eg o rod zaju napoin p od w zg lęd em ich odpor
ności n a ścieran ie. W p racy bad an o o d p o rn o ść nap o in au sten ity czn y ch , sto so w an y ch jako w a rstw y n ie rd z e w n e o ra z n ap o in n isk o sto p o w y ch ty p u C -M n -S i-C r w y k o rzy sty w an y ch do re g en eracji u b y tk ó w i n a p a w a n ia utw ardzającego.
2. B A D A N IA W Ł A S N E
B a d a n ia m iały n a ce lu o k reślen ie w p ły w u struktury i tw ardości nap o in w y k o n an y ch elek
tro d am i o sk ła d z ie c h e m ic z n y m sto p iw a p o d an y m w tabl. 1 na w ielkość zu ży cia ściernego.
Tablica 1 S k ład ch em iczn y sto p iw a elek tro d użytych do n ap aw an ia
O z n aczen ie e lek tro d y
Z aw arto ść p ierw iastk ó w [%]
C M n Si C r Ni P S
E S 1 8 -8 B 0,08 1,2 0,3 19,5 9,0 - -
ES 18 - 8 - 6 B 0,15 6,5 0,3 18,0 8,0 - -
E R 1 .4 6 0,08 0,5 0,3 - - 0,035 0,035
E N 3 5 0 B 0 ,2 0 2,0 0,6 0,6 - - -
E N 4 5 0 B 0 ,3 0 2,0 0,9 0,9 - - -
N a p o in y do b ad ań w y k o n an o n a p o w ierzch n i czołow ej w ałk ó w o średnicy <)> 12 ze stali S t3 S , p rzy z a sto so w a n iu n astęp u jący ch p aram etrów : prąd stały, + na elek tro d zie, I = 100A, U = 3 0 V , <j> 3,25 m m . K ształt i w y m iary p ró b ek p rzed staw io n o n a rys. 1.
R y s . I . S c h e m a t p r ó b e k d o b a d a ń F ig . 1. S p e c i m e n f o r t e s t s d r a f t
N a w y k o n a n y c h n a p o in ac h p rz ep ro w ad zo n o b ad an ia m etalo g raficzn e, p om iary twardości o ra z b a d a n ia o d p o rn o ści n a zu ży cie ścierne.
2.1. B a d a n ia m e ta lo g r a f ic z n e
B adania m e ta lo g ra fic z n e p ro w ad zo n o na p ró b k ach traw io n y ch w 3% a lk o h o lo w y m ro z tw o rze kw asu a z o to w e g o (n ap o in y w y k o n an e elek tro d am i E R 1 .4 6 , E N 3 5 0 B i E B 4 5 0 B ) o ra z w odczynniku z ło ż o n y m z 10 m l kw asu azo to w eg o , 20 ml kw asu so ln eg o i 30 m l glicery n y (napoiny z e le k tro d E S 1 8 -8 B i E S 1 8 -8 -6 B ). W yniki b adań m e talo g raficzn y ch p rz e d sta w io n o na rys. 2 - 6 . N a p o in y w y k o n an e elek tro d am i E S 1 8 -8 B i E S 1 8 - 8 - 6 B p o s ia d a ją stru k tu rę a u stenityczną w u k ła d z ie d e n d ry ty czn y m . W o bu p ró b k ach w y stę p u ją o b szary stru k tu ry u k ie runkowanej w w y n ik u n ie je d n o ro d n y c h w a ru n k ó w k rzep n ięcia sp o iw a (ró żn e k ieru n k i o d prowadzania c iep ła). S tru k tu ra nap o in y w ykonanej e le k tro d ą E R 1 .4 6 je s t stru k tu rą ferry ty cz- ną, w której m o ż n a w y ró żn ić ró żn e po stacie ferrytu, m iędzy innym i stru k tu rę ziarriistą i ig la
stą różnej w ie lk o ś c i. N a p o in a z e lek tro d y E N 350B p o siad a stru k tu rę b a in ity c z n o -fe rry ty c z n ą , w której ró żn ej w ie lk o śc i pły tk i ferrytu tw o rz ą w y ra ź n ą siatkę. N a to m ia st stru k tu ra nap o in y wykonanej e le k tro d ą E N 4 5 0 B je s t stru k tu rą b a in ity c z n ą z o b szaram i stru k tu ry fe rry ty czn ej na granicach ziarn b y łeg o au sten itu .
W n a p o in ac h w y k o n a n y c h elek tro d am i E N 3 5 0 B , E N 450B i w m n iejszy m sto p n iu E R 1 .4 6 stw ierdzono w y stę p o w a n ie w ad sp aw aln iczy ch w postaci n ieliczn y ch żużli o raz p o ró w i pęcherzy.
Rys. 2 . M i k r o s t r u k t u r a n a p o i n y w y k o n a n e j e l e k t r o d ą E S 1 8 - 8 B ( p o w . o d p o w ie d n i o I 6 0 x i 4 0 ( b ) Fig. 2. M i c r o s t r u c t u r c o f s u r f a c e d w e ld m a d e b y E S 1 8 -8 B e l e c tr o d e ( m a g n . 1 6 0 x a n d 4 0 0 x r e s p e c t iv e l y )
Rys. 3. M i k r o s t r u k t u r a n a p o i n y w y k o n a n e j e l e k tr o d ą E S 1 8 - 8 - 6 B ( p o w . o d p o w ie d n i o 1 6 0 x i 4 0 0 x ) Fig. 3. M i c r o s t r u c t u r e o f s u r f a c e d w e ld m a d e b y E S I 8 - 8 - 6 B e l e c tr o d e ( m a g n . I 6 0 x a n d 4 0 0 x r e s p e c t iv e l y )
: W' T
• > . . y : . i
«5V.-*V-v •• « 'A * ,'
v‘ - N
VI I N, L 1 •r
.
>
.
■ f*' • • •Si •'
' < “ J
1 r v \ t' -v V •
• c-r
\ l
R y s . 4 . M i k r o s t r u k t u r a n a p o i n y w y k o n a n e j e l e k tr o d ą E R I . 4 6 ( p o w . o d p o w ie d n i o 1 6 0 x i 4 0 0 x ) F ig . 4 . M ic r o s tr u c tu r e o f s u r f a c e d w e ld m a d e b y E R 1 .4 6 e l e c tr o d e ( m a g n . I 6 0 x a n d 4 0 0 x r e s p e c t iv e l y )
R y s . 5. M i k r o s t r u k t u r a n a p o i n y w y k o n a n e j e l e k tr o d ą E N 3 5 0 B ( p o w . 4 0 0 x ) F ig . 5 . M i c r o s t r u c t u r e o f s u r f a c e d w e ld m a d e b y E N 3 5 0 B e l e c tr o d e ( m a g n . 4 0 0 x )
R y s . 6 . M i k r o s t r u k t u r a n a p o i n y w y k o n a n e j e l e k tr o d ą E N 4 5 0 B ( p o w . 4 0 0 x ) F ig . 6 . M i c r o s t r u c t u r e o f s u r f a c e d w e ld m a d e b y E N 4 5 0 B e l e c tr o d e ( m a g n . 4 0 0 x )
2.2. P o m i a r y tw a r d o ś c i
T w ard o ść b a d a n y c h n a p o in zm ierzo n o m e to d ą V ick ersa przy o b c ią ż e n iu 100 N (H V 1 0 ), a wyniki p o m ia ró w p rz e d sta w io n o w tabl. 2 i na rys. 7.
T a b lic a 2
W yniki p o m iaró w tw ard o ści H V 10
Próbki n a p a w a n e elektrodam i
S tru k tu ra T w ard o ść H V 10
1 2 “i
W arto ść śred n ia
E S I8 -8 B a u ste n it 162,0 160,4 159,5 160,6
ES 1 8 -8 - 6 B a u ste n it 180,0 187,0 183,0 183,3
ER 1.46 ferry t 156,7 159,5 156,7 157,6
EN350B b a in it+ fe rry t 317,0 302,0 306,0 308,3
EN450B b a in it+ fe rry t 319.0 322,0 314,0 318,3
ES1&-8B ES18—8-6B ER1.46 EN350B EN450B
Rys. 7. Ś r e d n i a t w a r d o ś ć H V 1 0 p o w ie r z c h n i p r ó b e k Fig. 7 . M e a n h a r d n e s s H V I O o f s p e c i m e n 's s u r f a c e
2.3. B a d a n ia o d p o r n o śc i na ściera n ie
B a d a n ia o d p o rn o ś c i n a ścieran ie p rzep ro w ad zo n o w w aru n k ach ta rc ia su ch eg o ty p u m e ta l- metal n a u rz ą d z e n iu , w k tó ry m :
• p ró b k a n ie ru c h o m a u m ieszczo n a je s t w p ro w ad n icy ,
• p rz e c iw p ró b k a p o ru sz a się ru ch em p o su w is to -z w ro tn y m ,
• sty k je s t p o w ie rz c h n io w y ,
• p o w ie rz c h n ia ta rc ia je s t ró w n a p o w ierzch n i czołow ej próbki,
• ilość cy k li: 398 m in '1,
• o b c ią ż e n ie p ró b k i: 87 N , co o d p o w iad a n acisk o w i 7,7 M Pa,
• d ro g a p rz e c iw p ró b k i po p ró b ce w czasie d w ó ch su w ó w = 154 m m ,
• d ro g a p rz e c iw p ró b k i po p ró b ce w je d n y m cy k lu 10 m in = 306, 46 m ,
• c a łk o w ity c zas trw a n ia pró b y = 60 m in, o d p o w iad a d ro d ze tarcia 1838,76 m,
• te m p e ra tu ra p o w ierzch n i pró b k i nie w ięk sza n iż 150°C.
W ielk o ść z u ż y c ia o k reślan o p rzez p o m iar u b y tk u m asy pró b k i (z d o k ła d n o ś c ią 0,001 g) po k a ż d y m 1 0 -m in u to w y m c y k lu (3 0 6 ,4 6 m ) w fu n k cji drogi ścierania. W yniki p o m ia ró w przed
sta w io n o w tab l. 3 i n a rys. 8.
Tablica.!
W ielk o ści u b y tk ó w m asy p ró b ek w p ró b ie ścieran ia_________________
P ró b k i n ap a w a n e e le k tro d a m i
Średni u b y tek m asy w ko lejn y m cyklu ścieran ia [m g]
C ykl ścieran ia S u m ary czn y
u b y tek m asy [mg]
1 2 3 4 5 6
E S 1 8 -8 B 65 60 62 54 51 59 351
E S 1 8 - 8 - 6 B 63 40 50 54 44 38 2 89
E R 1 .4 6 25 16 16 14 15 16 102
EN 3 5 OB 12 8 6 6 5 7 44
E N 4 5 0 B 11 6 6 4 5 5 37
D ro g a ś c ie r a n ia [m]
R y s . 8. S u m a r y c z n e u b y tk i m a s y p r ó b e k p o p o s z c z e g ó ln y c h c y k l a c h ś c ie r a n ia F ig . 8 . T o ta l m a s s d e c r e m e n t o f s p e c i m e n s a f t e r a b r a s i o n c y c le s
3. A N A L IZ A W Y N IK Ó W I W N IO S K I
N a jw ię k sz ą o d p o rn o ść n a ścieran ie w y k azały n ap o in y o stru k tu rze b a in ity c z n e j w y k o n an e elektrodą E N 4 5 0 B . Jest o n a 2,5 ra z a w ię k sz a w p o ró w n a n iu do n a p o in o stru k tu rz e fe rry ty c z - nej E R 1.46 o ra z a ż 7 - 8,5 ra z a w y ższa od o d p o rn o ści n a p o in o stru k tu rze a u sten ity czn ej.
N a o d p o rn o ś ć n a zu ż y c ie sto p iw a n isk o sto p o w eg o p o siad a w p ły w z a w a rto ś ć ferry tu . Wzrost je g o u d ziału w stru k tu rze p ro w ad zi do sp ad k u tw ard o ści (rys. 7) i w y raźn eg o w zro stu szybkości z u ż y c ia p ró b ek .
B ardzo d u ż e zu ż y c ie p ró b e k o stru k tu rze austen ity czn ej je s t p ra w d o p o d o b n ie w y n ik ie m in nego m e c h a n iz m u z u ż y w a n ia się w p rz y p a d k u stru k tu r ty p u A l , w k tó ry m d o m in u je zu ży cie adhezyjne o dużej ilości w y rw p o w ie rz c h n io w y c h , w p rz e ciw ień stw ie do z u ż y c ia s tru k tu r fer- rytycznych i b a in ity c z n y c h (A 2 ), w k tó ry ch d o m in u je m ech a n izm z u ż y w a n ia p rz e z o d k sz ta ł
canie i m ik ro sk ra w a n ie .
W p rz e d s ta w io n y c h w y n ik ach p o m ia ró w zu ży cia i tw ard o ści m o ż n a d o sz u k iw a ć się k o re lacji p o m ię d z y z u ż y c ie m i tw a rd o śc ią , któ ra su g eru je, że trw ało ść n a p a w a n y c h e le m e n tó w będzie ro s ła w ra z ze w z ro ste m tw ard o ści, p rzy czy m ten w zro st je s t o g ran iczo n y m o ż liw o śc ią pęknięć w n ap aw an ej w arstw ie przy stru k tu rach m a rte n zy ty czn y ch [5], które p o w o d u ją p rz y spieszone z n is z c z e n ie zm ęc z e n io w e reg en ero w an y ch elem en tó w .
S tw ierd zo n o isto tn y w p ły w stru k tu ry n a o d p o rn o ść w arstw y n ap aw an ej na ścieran ie. D u ż ą odpornością na śc ie ra n ie c h a ra k te ry z u ją się nap o in y n isk o sto p o w e o stru k tu rze b ain ity czn ej, natom iast z n a c z n ie g o rsz e w łasn o ści p o sia d a ją w arstw y au sten ity czn e. Z atem do n a p a w a n ia regeneracyjnego i u tw a rd zająceg o z ale ca się sto so w an ie sto p iw n isk o sto p o w y c h o stru k tu rze bainitycznej. N a to m ia s t sto p iw a au ste n ity c z n e p o w in n y być sto so w an e do n a p a w a n ia w arstw nierdzew nych e le m e n tó w p racu jący ch w w aru n k ach ek sp lo atacji o n isk im n a tę ż e n iu o b ciąż eń prow adzących do z u ż y c ia ściernego.
L IT E R A T U R A
1. A d a m ie c P., D ziu b iń sk i J.: P ro b lem y przy n ap aw an iu i ek sp lo atacji re g e n e ro w a n y c h e le m e n tó w m aszy n tra n sp o rto w y c h , P A N , K ato w ice 1997.
2. B lum e F „ R o se rt R., W eb er F., M aciejn y A ., L alik S.: M a te ria ło w o -te c h n o lo g ic z n e z a g a d n ie n ia n a p a w a n ia w arstw p o d d a n y c h d ziałan iu ścieran ia m in e ra ln o -p o ś liz g o w e g o . In ży n ie ria M a te ria ło w a 1988, n r 3, s. 5 9 -6 4 .
3. G rz y b o w sk i H ., K ik ie w ic z D .: R eg e n e ra c ja e lem en tó w m a sz y n m e to d a m i sp a w a ln ic z y m i, P rzeg ląd S p a w a ln ic tw a 1993, n r 3, s. 1 7 -1 9 .
4. S iszczen k o S. A ., S z m ie lie w A. W . i in.: M o d eliro w an ije w lija n ija stru k tu rn y c h fak to ro w na iz n o s o sto jk o st n a p la w le n n y c h sp ław ó w , S w aro czn o je P ro izw o d stw o 1989, n r 2, s. 3 7 - 39.
5. A d a m ie c P ., D ziu b iń sk i J.: In flu en ce on M icro stru ctu re and P ro p e rtie s o f H ard F aced L a y ers o n th e ir W ear, 10lh In tern atio n al C o llo q u iu m : T rib o lo g y - S o lv in g F ric tio n an d W ear P ro b lem s. B an d 3, T echn. A k ad em ie , E sslin g en , 9 -1 1 .0 1 .1 9 9 6 , s. 1873-1883.
R ecen zen t: Prof. d r h ab .in ż. E d m u n d T asak
A b s tr a c t
T h e su rfa c e d w eld s stru ctu re (fig. 2 -6 ) and h ard n ess (fig. 7) in flu en ce on th e ir w e a r resis
ta n c e (fig. 8) h a v e b e e n in v estig ated .
H ig h ly a llo y e d d e p o site d m e ta ls o fa u s te n itic stru ctu re (m ade by E S 18-8B an d ES 18-8-6B e le c tro d e ) a n d lo w a llo y ed o n es o f ferritic-b ain itic stru ctu re (m ade by E R 1 .4 6 , E N 350B and E N 4 5 0 B e le c tro d e ) h av e b e e n tested.
W e a r re s ista n c e o f su rfaced w eld s m ad e w ith E N 4 5 0 B elec tro d e w as 2,5 tim es h ig h er than th o se m a d e by E R 1 .46 ele c tro d e , an d even 7-8,5 tim es h ig h er th an surfaced w eld s w ith aus- te n itic stru ctu re.
B a in itic d e p o site d m etals h ave b een fou n d su itab le fo r reb u ild in g an d hard surfacing by w e ld in g . A u ste n itic d ep o site d m etals h av e been found useful to n o n -ru stin g o v erlay s only, b e c a u se o f th e ir lo w w e a r resistance.
