SERBIATRIB ‘11 - tribolab.mas.bg.ac.rstribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2011/431-440.pdf · navaru sa DM Castolin 2 prisutna je karbidna faza (primarni karbidi) izluþena pretežno

Serbian Tribology Society

SERBIATRIB 1112th International Conference on

TribologyFaculty of Mechanical

Engineering in Kragujevac

Kragujevac, Serbia, 11 13 May 2011

TEHNOLOKO NASLE E POVRINA TRIBO-MEHANI KIHSISTEMA REGENERISANIH NAVARIVANJEM

Svetislav Lj. MARKOVI 1, Tatjana LAZOVI 2, Aleksandar MARINKOVI 3,Slobodan TANASIJEVI 4, Danica JOSIFOVI 5

1Visoka tehni ka kola a ak, [email protected] 2Mainski fakultet Beograd, [email protected]

3Mainski fakultet Beograd, [email protected] 4Mainski fakultet Kragujevac, [email protected]

5Mainski fakultet Kragujevac, [email protected]

Apstrakt: U istraivanjima tribologa i mainaca uo ava se sve ve e interesovanje za ispitivanje tehnolokog nasle a i njegove veze sa eksploatacionim svojstvima mainskih elemenata i sistema. Razli ite studije

pokazuju da je ivotni vek mainskog sistema odre en jo u fazi konstruisanja. Me utim, nema sumnje da

postoji ogroman uticaj tehnologije i parametara obrade na triboloka svojstva obra enih povrina

elemenata tribo-mehani kih sistema. Pojava takozvanog tehnolokog nasle ivanja nastalog pri operacijama

obrade rezanjem ili deformisanjem pokazuje uticaj na triboloki relevantne parametre obra enih povrina.

To su zaklju ci koji se name u kada je u pitanju izrada novih mainskih elemenata. Ali, tehnoloko nasle e

ima znatno ve i uticaj na triboloke karakteristike i vek trajanja regenerisanih povrina nego to je to slu aj

kod nove izrade. Osnovni cilj modelskih ispitivanja prikazanih u ovom radu je komparacija tribolokih

karakteristika prevlaka nanetih pri regeneraciji navarivanjem i osnovnog materijala, koje su dobijene

ispitivanjima pri istim radnim uslovima, to priblinijim eksploatacionim uslovima rada zup anika.

Klju ne re i: regeneracija, navarivanje, tribo-mehani ki sistemi, tehnoloko nasle e, mikrostruktura,

triboloka ispitivanja.

1. UVOD

Fizi ko-hemijsko-metalurke karakteristike kontaktnih slojeva u tribo-mehani kim sistemima zavise od uslova pod kojima su nastale radne (kontaktne) povrine. To je razlog to se sve vie razmatra uticaj postupaka obrade i reima rezanja, kori enih pri formiranju kontaktnih povrina, na razvoj procesa habanja elemenata u dodiru. Tako su razvijene takozvane teorije tehnolokog i eksploatacionog nasle a, kojima su i ovi problemi obuhva eni.

Ve ina pojava nastalih u procesu izrade mainskih elemenata zna ajno uti e na proces gubitka radne sposobnosti mainskih sistema u eksploatacionim uslovima. Otuda je za obezbe enje neophodnog nivoa kvaliteta i pouzdanosti rada maina potrebno analizirati sve pojave koje prate proces izrade i eksploatacije mainskih sistema i

njima pripadaju ih delova. Tehnoloko nasle e se izraava me usobnom zavisno u geometrijskih i fizi ko-mehani kih parametara proizvoda formiranih kroz prethodne i zavrne tehnoloke operacije. Pojava eksploatacionog nasle a se odraava vezom parametara procesa gubitka radne sposobnosti proizvoda, vrednosti radnog resursa i predistorijom optere enja. Uslovi i reim rada maina odre uju, uglavnom, oblik habanja kontaktnih povrina, veli inu i oblik zazora sklopova i sli no. To se u odre enom odnosu odraava na krutost sistema i veli inu specifi nih pritisaka izme u kontaktnih povrina. Sve to u velikoj meri uti e na intenzitet habanja u narednom periodu rada i predstavlja pojavu eksploatacionog nasle a. Istovremeno, intenzitet habanja radnih povrina zavisi i od makro i mikrogeometrije kontaktnih povrina, mikrotvrdo e, strukture i naponskog stanja povrinskih slojeva, formiranih u

12th International Conference on Tribology Serbiatrib11 431

procesu izrade. Prema tome, povezanost tehnolokog i eksploatacionog nasle a je potpuna, a prou avanje ove zavisnosti omogu uje ne samo uzimanje u obzir datih pojava u procesu konstruisanja, ve i upravljanje procesom gubitka radne sposobnosti mainskih elemenata.

2. EKSPERIMENTALNO ODRE IVANJE TRIBOLOKIH KARAKTERISTIKA POVRINA REGENERISANIH NAVARIVANJEM

Triboloke karakteristike (pre svega koeficijenti trenja) navara dobijenih odabranim postupcima navarivanja odre ivne su na tribometru. Ispitivani su modeli bloka navarenog odabranim dodatnim materijalom spregnuti sa diskom od elika 4321, cementiranim i kaljenim.

Probni uzorci za ispitivanje na tribometru po metodi block on disc izra eni su od elika za cementaciju oznake 4321, iji hemijski sastav je dat u tabeli 1. Uzorci su izra ivani tako da simuliraju uslove rada spregnutih zubaca konkretnih zup anika u uslovima kakvi su u ure aju za eksploataciona ispitivanja.

Tabela 1. Hemijski sastav elika za izradu uzoraka

Legiraju i elementi (%) C Si Mn Pmax Smax Cr

0,17-0,22 0,15-0,40 1,1-1,4 0,035 0,035 1,0-1,3

Diskovi dimenzija 1060x mm izra eni su od navedenog elika (slika 1). Posle mainske obrade na strugu, oni su gasno cementirani, kaljeni i otputani, a zatim brueni. Poto su svi diskovi od istog materijala (iz jedne are), obra ivani podjednakim reimima mainske obrade i zajedno cementirani i termi ki tretirani, imaju i gotovo identi nu povrinsku tvrdo u. Njihova tvrdo akretala se u granicama 56 56,2 HRC.

Slika 1. Konstrukcija diska za triboloka ispitivanja

Slika 2. Uzorci ispitivani na tribometru (1 osnovni materijal, 2 navareni sloj; - radijus krivine zupca)

Radi ta nijeg odre ivanja relevantnih pokazatelja tehnolokog nasle a regenerisanih povrina navarivan je ve i broj uzoraka (blokova) izra enih od navedenog materijala, pri emu su varirane vrste dodatnog materijala, reimi navarivanja i naknadne termi ke obrade. Ukupno je pripremljeno devet vrsta blokova za ispitivanje, koji se prema na inu izrade mogu podeliti u tri grupe:

U prvoj grupi su blokovi navarivani tvrdim dodatnim materijalima. Ura eno je pet razli itih vrsta uzoraka, a tehnologija pripreme prikazana je u tabeli 2. Temperatura predgrevanja bila je 2300C, a elektrode su suene etiri asa na temperaturi od 3500C. Posle navarivanja uzorci su vra ani u pe , gde su zagrevani na temperaturu predgrevanja i hla eni u njoj do sobne temperature.

Tabela 2. Tehnologija pripreme uzoraka tvrdim navarivanjem

NavarivanjeRednibroj

uzorka

Osnovnimaterijal

Termi ka obrada pre navarivanja Dodatni

materijal Postupak navari-vanja po AWS

Termi ka obrada posle navarivanja

1 PredgrevanjeInox 18/8/6 +

EDur 600 SMAW (111)

Niskotemperaturno otputanje

2 Predgrevanje Castolin 2 SMAW (111) Niskotemperaturno

otputanje

3 Predgrevanje DUR 600-IG GTAW (TIG) (111)Niskotemperaturno

otputanje

4 Predgrevanje UTP 670 SMAW (111) Niskotemperaturno

otputanje

5

4321

Predgrevanje Tooldur SMAW (111) Niskotemperaturno

otputanje


Drugu grupu ine blokovi navareni mekim dodatnim materijalom, koji su, potom, cementirani, kaljeni i otputani. Takvih uzoraka je ura eno tri razli ite vrste, navarivani tehnologijom koja je prikazana u tabeli 3.

Postupci predgrevanja i navarivanja su identi ni. Razlika je u tome to su navareni blokovi meko areni, gasno cementirani, kaljeni i otputani.

Tabela 3. Tehnologija pripreme uzoraka mekim navarivanjem

NavarivanjeRednibroj

uzorka

Osnovnimaterijal

Termi kaobrada pre navarivanja Elektroda

Postupak navari-vanja po AWS

Termi ka obrada posle navarivanja

6 Predgrevanje EVBCrMo SMAW (111) Meko arenje + cementacija +

kaljenje + otputanje

7 Predgrevanje EVB2CrMo SMAW (111) Meko arenje + cementacija +


8

4321

PredgrevanjePhnix 120K/E

SMAW (111) Meko arenje + cementacija +


U tre oj gupi su blokovi koji nisu navarivani, ve su gasno cementirani, kaljeni i nisko otputani. Ovakvi blokovi su simulirali rad novoizra enih (neregenerisanih) zubaca zup anika.

Svi dodatni materijali su nanoeni u smeru upravnom na pravac klizanja u jednom sloju. Izuzetak je navarivanje uzoraka ozna enih rednim brojem 1, kod kojih je prvo navarivan me uslojelektrodom Inox 18/8/6 pa, nakon otklanjanja troske i i enja, elektrodom EDur 600.

Posle navarivanja i termi ke obrade, navarene povrine blokova su bruene na brusilici za obimno bruenje. Radijus zaobljenja bloka (slika 2) odgovara ra unskoj vrednosti srednjeg polupre nika zubaca zup anika koji se regeneriu:

4420sin129sin 01R mm Oznake kori enih dodatnih materijala, njihove

dimenzije (pre nik, D) i ja ina struje (J) navarivanja dati su u tabeli 4.

Tabela 4. Karakteristike kori enih dodatnih materijala

Oznaka po R.br. DIN AWS

Oznaka DM po DIN 8555

(po AWS-u) Proizvo a

Oznakapostupka po

D(mm)

J(A)

1. E-6-UM-55G / EDur 600 Jesenice (Slovenija) SMAW (111) 2,5 70

2. / / Castolin 2 Castoline Eutectic

(vajcarska)SMAW (111) 3,25 92

3. MSG-6-GZ-60 / DUR 600-IG BHLER (Nema ka)GTAW

(TIG) (141) 1,2 76

4. E-6-60-UM / UTP 670 UTP (Nema ka) SMAW (111) 3,25 905. E-4-UM-60-65-S EFe5-B Tooldur Jesenice (Slovenija) SMAW (111) 2,5 806. ECrMo1B26 E8018-B2 EVBCrMo Jesenice (Slovenija) SMAW (111) 2,5 757. ECrMo2B26 E9018-B3 EVB2CrMo Jesenice (Slovenija) SMAW (111) 2,5 75

8. / /Phnix 120 K/E 425 B/E7018-1

Tssen (Nema ka) SMAW (111) 2,5 72

9. E18.8.Mn6B20+ E307-15 Inox 18/8/6 Jesenice (Slovenija) SMAW (111) 2,5 70

3. ISPITIVANJA MIKROSTRUKTURE

Metalografska ispitivanja su sprovedena na kvantitativnom opti kom metalografskom mikroskopu tipa Polyvar-Met (Reichert-Jung) pri pove anjima od 20 do 2000 puta. Mikrostrukturna analiza slike izvo ena je na ure aju Leica Q500MC, dok su slikanja i

merenja izvrena u kompjuterskom programu Qwin.

Mikrostruktura povrinskog i potpovrinskog sloja (cementiranog sloja i jezgra) novoizra enoguzorka prikazana je na slici 3. Osnovni mikrokonstituent cementiranog sloja je otputeni martenzit (tamna polja sa slici 3). U mikrostrukturi se zapaa manji udeo zaostalog austenita. U povrinskoj zoni, do dubine 0,2-0,3 mm, prisutni su


pojedina ni krupniji karbidi legiraju ih elemenata. Na osnovu martenzitnih iglica zaklju uje se da materijal ima sitnozrnastu strukturu, to ukazuje da je proces termi ke obrade pravilno izveden.

Mikrostruktura jezgra cementiranog uzorka sa krupnijim iglicama prelaznih struktura (bejnit) i poljima ferita prikazana je na slici 4.

82,8 m

Slika 3. Mikrostruktura cementiranog sloja

40,3 m

Slika 4. Struktura jezgra cementiranog uzorka

Mikrostruktura navara sa dva razli ita dodatna materijala (Inox 18/8/6 i Edur 600) data je na slici 5. Na levoj strani slike zapaa se stubi asta dendritna struktura navara sa tvrdom elektrodom EDur 600. U centralnom delu slike sa slabije izraenom dendritnom strukturom nalazi se navar sa elektrodom Inox 18/8/6. Linija spoja navara sa DM Inox 18/8/6 i ZUT-a (osnovnog materijala) je relativno jasno izraena i prili no neravna.

Prema slici 6, navar sa dodatnim materijalom Castolin 2 odlikuje se izrazitom dendritnom strukturom. Prose na irina dendritnih iglica je 10-15 m, to je veoma povoljno. Me utim, dendriti se odlikuju dosta izraenom nehomogeno u, to se pokazuje razli itom nagrieno u povrine istih. U navaru sa DM Castolin 2 prisutna je karbidna faza (primarni karbidi) izlu ena preteno po granicama dendrita. Rast dendrita je uglavnom upravan na povrinu uzorka.

125 m

Slika 5. Mikrostruktura ZUT i navara sa dva DM Inox 18/8/6 + EDur 600 (EDur 600 levo; Inox 18/8/6 u

sredini; ZUT desno)

51 m

Slika 6. Mikrostruktura navara sa DM Castolin 2

Na slici 7 prikazana je izduena dendritna struktura navara nanetog postupkom TIG navarivanja u zatiti argona sa dodatnim materijalom DUR 600-IG do same povrine reparaturno navarenog uzorka. Uo ava se da su u navarenom sloju prisutni dendriti, iji je pravac rasta upravan na radnu povrinu. Na ivicama dendrita (tamne linije) uglavnom se izlu uju ne isto e, karbidna faza i sli no.

103 m

Slika 7. Izduena dendritna struktura navara dobijenog TIG postupkom sa DM DUR 600-IG


Uzorak navaren dodatnim materijalom UTP 670 ima srednje do krupnu strukturu navara (sa irinom pojedinih dendritnih stubi a od 30 do 80 m). U strukturi je prisutan visok udeo karbidne faze (svetla polja na slici 8), koja je izlu ena po granicama zrna, ali najve im delom u samim kristalnim zrnima.

103 m

Slika 8. Mikrostruktura navara sa DM UTP 670 (svetla zona) i ZUT-a (tamna zona)

Navareni sloj sa dodatnim materijalom Tooldur odlikuje se izrazito dendritnom strukturom. Porede i mikrostrukture svih navarenih slojeva dobijenih prilikom izrade eksperimentalnog rada moe se zaklju iti da je kod navara sa ovim DM prisutan najve i udeo karbidne faze (slika 9). Kod navara sa DM Tooldur najve i udeo karbidne faze prisutan je u navaru neposredno do ZUT-a, gde je ona izlu ena po granicama zrna i u samom kristalnom zrnu. Manji udeo karbidne faze je prisutan u drugim zonama navara i pri povrini, gde je ova faza uglavnom izlu ena po granicama dendrita i kristalnih zrna.

103 m

Slika 9. Mikrostruktura navara sa DM Tooldur (svetla zona) i ZUT-a (tamna zona)

Na slici 10 prikazana je mikrostruktura u oblasti prelaza izme u cementiranog sloja u navaru sa dodatnim materijalom EVBCrMo (sitnozrnasta struktura) i prelazne zone cementacije, koja se

tako e nalazi u navaru. Osnovni mikrokonstituent u strukturi je otputeni martenzit sa manjim udelom karbidne faze i zaostalog austenita. Veli ina martenzitnih iglica je relativno sitnozrnasta, to ukazuje da su proces mekog arenja posle navarivanja i naknadni procesi hemijsko-termi ke i termi ke obrade pravilno izvreni.

103 m

Slika 10. Mikrostruktura prelaza izme u cementiranog sloja i prelaznog sloja u navaru sa DM EVBCrMo,

hemijsko-termi ki obra enom

Mikrostruktura cementiranog sloja u navaru sa dodatnim materijalom EVB2CrMo prikazana je na slici 11. Cementirani pa termi ki obra eni sloj se odlikuje neto ve om nehomogeno u u odnosu na sloj navaren sa DM EVBCrMo. Osnovni mikrokonstituent u zoni navarenog sloja je otputeni martenzit. Navareni sloj je svetlo polje, a osnovni materijal (odnosno zona pod uticajem toplote) tamno polje. Na osnovu razlike u stepenu nagrizanja u osnovnom materijalu i navaru moe se zaklju iti da postoji izraenija razlika u pogledu njihovih hemijskih sastava.

125 m

Slika 11. Mikrostruktura prelaza izme u navara sa DM EVB2CrMo (svetlo polje) i osnovnog materijala (ZUT-

a); stanje: navareno + meko areno + cementirano + termi ki obra eno

Na osnovu analize mikrostrukture navara sa dodatnim materijalom Phnix zapaa se da navar poseduje srednje do sitnozrnastu mikrostrukturu.


164 m

4. ISPITIVANJA TVRDO E I MIKROTVRDO E

Veoma bitan pokazatelj otpornosti na habanje regenerisanih uzoraka svakao je tvrdo a radnih povrina. Pored povrinske i makrotvrdo eneophodno je proveriti i njihovu mikrotvrdo u po preseku. U okviru izrade eksperimentalnog dela ovog rada izvrena su merenja povrinske tvrdo emetodom Rokvela.

Povrinska tvrdo a je merena na ure aju Leitz Wetzlar metodom Rokvel (HRC) na navarenim blokovima u pet ta aka. Prose ne vrednosti tvrdo epo Rokvelu unoene su u tabelu 5. Zapaa se da najve u tvrdo u imaju novoizra eni zupci, ali svakako najvaniji zaklju ak je da se povrinska tvrdo a svih navara nalazi u zahtevanim granicama (58 3 HRC).

Slika 12. Mikrostruktura prelaza navara sa DM Phnix i ZUT-a sa pojavom gasnog mehura

Na osnovu razlike u stepenu nagrizanja utvr ujese razli itost hemijskih sastava osnovnog i dodatnog materijala. Pored toga, na istoj slici (12) prikazan je i primer pojave pojedina nog gasnog mehura na liniji spoja osnovni materijal dodatni materijal.

Tabela 5. Povrinska tvrdo a i makrotvrdo a navarenih i novoizra enih uzoraka

Makrotvrdo aR.br.

Metod regeneracije Tvrdo a

HRC HV30/15 Odgovara HRC 1. REL navarivanje DM Inox 18/8/6 + EDur 600 57,5 780 63,32. REL navarivanje DM Castolin 2 58 752 62,23. REL navarivanje TIG postupkom DM DUR 600-IG 56,5 775 63,14. REL navarivanje DM UTP 670 55,5 782 63,45. REL navarivanje DM Tooldur 56 792 63,76. REL navarivanje DM EVBCrMo + C + TO 57 775 63,17. REL navarivanje DM EVB2CrMo + C + TO 56 763 62,6

8.REL navarivanje DM Phnix 120 K/E 425 B/E7018-1+ C + TO

56,5 763 62,6

9. Novoizra en ( 4321 + C + TO) 59 763 62,6

Dinami ki faktori, definisani preko raspodele i veli ine normalnih pritisaka i karaktera i promene optere enja.

5. MODELSKA TRIBOLOKA ISPITIVANJA

Na triboloke procese uti u mnogi faktori, koji se uo avaju u kompleksnim me usobnim odnosima i, manje ili vie, definiu mehanizme habanja. Mogu se svrstati u pet grupa 10 :

Geometrijski faktori (odnosno topografija kontaktnih povrina), koji se odnose na: makrogeometriju povrina u kontaktu, koja definie da li je kontakt povrinski, linijski ili ta kasti; mikrogeometriju kontaktnih povrina, odre enu preko hrapavosti, valovitosti, linijske i povrinske nosivosti; koeficijent neregularnosti profila; deformacije makro i mikro zona kontakta i povrinu stvarnog kontakta.

Fizi ko-hemijski faktori, koji zavise od vrste materijala od kojih su izra eni parovi trenja, hemijskog afiniteta kristalne gra e materijala kontaktnih parova, vrste oksida nastalih u procesima kovanja osnovnog materijala i njegove regeneracije i vrste maziva primenjenih pri eksploataciji. Energetski faktori, vezani za temperature mikro zona kontakta, toplotne bilanse u makro i mikro zonama kontakta i sli no.

Za triboloka ispitivanja prezentirana u ovom radu usvojen je linijski kontakt izme u diska i bloka. Da bismo to vie pribliili modelska ispitivanja eksperimentalnim, blokovi su izra ivani sa radijusom zaobljenja koji odgovara radijusu krivine zupca =44 mm, dok je disk pre nika 60

Kinematski faktori, koji su odre eni preko karaktera i vrste kretanja, brzine i vremena trajanja kontakta.


mm. Ovakvi polupre nici nisu slu ajno odabrani, ve oni odgovaraju radijusima krivina zubaca u kontaktu u odre enim trenucima perioda sprezanja, odnosno u po etku kontakta i izlasku iz sprege, kada je i najve e klizanje.

Osim toga, mereni su i parametri hrapavosti svakog bloka i diska pre po etka i posle ispitivanja, ime je omogu eno da se prati njihov uticaj na

koeficijent trenja delova u kontaktu. Usvojen je polazni linijski kontakt izme u diska

i bloka, koji je nakon elasti nih i plasti nihdeformacija elemenata prerastao u povrinski. Pri tome je i jedini ni kontaktni pritisak od ekstremno velikog, u po etku kontakta, pao na nivo merljivog radnog pritiska.

Realan kontakt zubaca se ostvaruje uz kretanje (pra eno klizanjem) oba zupca i pogonskog i gonjenog zup anika. Ovde je zbog tehni kihograni enja ispitnog ure aja uzeto da se samo jedan uzorak kre e (disk rotira sa brojem obrtaja n=885 o/min), dok drugi (blok) miruje. Pra en je uticaj brzine klizanja (koja je bila konstantna i priblina maksimalnoj brzini klizanja zubaca u paru) i vremena trajanja kontakta na promenu koeficijenta trenja, odnosno irinu pojasa habanja.

U procesu sprezanja radni delovi profila zubaca se kotrljaju i klizaju jedan po drugom. Brzine klizanja su najve e u krajnjim ta kama sprezanja, odnosno na po etku i kraju perioda sprezanja jednog para zubaca. Klizanja u kinematskom polu nema. Pri prolasku spregnutog para zubaca kroz kinematski pol brzina klizanja menja znak. Maksimalna brzina klizanja spregnutih zubaca konkretnih zup anika pri eksperimentalnim ispitivanjima na ure aju bila je vkl=2,86 m/s (imala je istu vrednost na po etku i kraju perioda sprezanja). Brzina klizanja u tribolokom paru blok-disk pri ovim ispitivanjima bila je vkl=2,93m/s, to predstavlja odstupanje od oko 2,5%.

Poznato je da koeficijent trenja nema linearnu zavisnost od optere enja 9 i da pri veoma velikim pritiscima taj koeficijent izrazito raste.

Pri tribolokim ispitivanjima pokuavali smo (i uspevali u prili noj meri) da normalnu (radnu) silu odravamo konstantnom. Ali, njena vrednost (Fn=250 N) daleko je nia od obimne sile na realnim ispitivanim zup anicima. Ova normalna sila odgovara normalnoj sili zup anika koji bi bili ispitivani sa obrtnim momentom od T=32,25 Nm. Potrebno optere enje se ne moe posti i na tribometru, to je jedan od bitnih nedostataka modelskih ispitivanja.

Pored toga, zupci u sprezi se kotrljaju uz klizanje jedan po drugom, dok je pri ovim ispitivanjima prisutno samo klizanje, uz injenicu da je jedan element (blok) nepokretan, a kod zup aste sprege oba elementa (zupca) se kre u. Sve

to predstavlja odstupanje stvarnih uslova sprezanja zubaca zup anika od modelskih ispitivanja.

Jedan od glavnih zadataka eksperimenata sprovedenih pri izradi ovog rada odnosio se na izbor osnovnog materijala i dodatnih materijala za reparaturno navarivanje spregnutih zubaca. Kako se radi o tekooptere enim zup anicima kao materijal za izradu izabran je elik za cementaciju 4321.Zahtevala se tvrdo a ve a od 55 HRC. Svi diskovi su izra eni od ovog elika i imali su zahtevanu tvrdo u. Blokovi, izra eni od istog materijala, navarivani su na dva principski razli ita na ina (to je ranije opisano). I oni su imali zahtevane tvrdo e.

Tvrdo a je, svakako, jedan od najuticajnijih inilaca to se ti e karakteristika otpornosti na

habanje povrina u kontaktu. Naime, smatra se da metalne povrine ve e tvrdo e imaju bolje triboloke karakterisitke. To je i razlog navedenog izbora dodatnih materijala pri reparaturnom navarivanju: dodatni materijali koji daju veliku povrinsku tvrdo u i dodatni materijali koji omogu avaju da se njihova tvrdo a odgovaraju om naknadnom termi kom obradom podigne na eljeni nivo.

Podmazivanje ima izuzetno vanu ulogu pri tribolokim procesima. Ovde nije analiziran uticaj pojedinih sredstava za podmazivanje na vrednosti koeficijenta trenja, ve je za podmazivanjekori eno isto ulje kao i kod realnih zup anika (HIPOL B SAE 90). Podmazivanje je izvo enopotapanjem diska u korito sa uljem.

Trenje, posmatrano sa energetskog aspekta, predstavlja proces transformacije mehani keenergije u druge oblike energije (pre svih u toplotnu). Tako e, energetska teorija trenja ukazuje da se spoljanje trenje ne moe razmatrati odvojeno od unutranjeg trenja u kontaktnim slojevima 11 .

Ispitivanje tribolokih karakteristika navarenih blokova i cementiranih diskova izvedeno je na tribometru TPD-93. Disk se obr e ugaonom brzinom =92,7 s-1, blok je nepokretan, vrsto postavljen u posebno konstruisanom nosa u (slika 13). Podmazivanje je izvo eno zahvatanjem odre ene koli ine ulja pomo u donjeg dela diska. Podmazivanje je grani no. Linijski kontakt se ostvaruje dodirom eone povrine bloka i obimne povrine diska.

Blokovi su ozna eni na slede i na in:1 blok REL navaren DM Inox 18/8/6 + EDur 600,2 blok REL navaren DM Castolin 2, 3 blok navaren TIG postupkom DM DUR 600-IG,4 blok REL navaren DM UTP 670, 5 blok REL navaren DM Tooldur, 6 blok REL navaren DM EVBCrMo, pa cementiran i termi ki obra en,


Primarni cilj tribolokih ispitivanja je odre ivanje otpornosti na habanje nanetih prevlakanavara i osnovnog materijala. Zbog toga je ostvarivan kontakt block on disc, pri emu su promenljivi parametri bili ispitivani materijali. Bolje re eno, interesovali su nas parametri habanja (koeficijenti trenja i irina pojasa habanja) blokova reparaturno navarenih razli itim vrstama dodatnog materijala. Iz tih razloga kao nepromenljivi faktori pri tribolokim ispitivanjima uzeti su:

7 blok REL navaren DM EVB2CrMo, pa cementiran i termi ki obra en,8 blok REL navaren DM Phnix 120 K/E 425 B/E7018-1, pa cementiran i termi ki obra en,9 blok cementiran i termi ki obra en (bez nanoenja navara).

sila kontakta: F=250 N, brzina klizanja: v=2,93 m/s, podmazivanje: grani no (ulje HIPOL B SAE 90), vreme kontakta: t=30 min.

Istovremeno, varirani su slede i tehnoloki parametri:

vrsta dodatnog materijala, tehnoloki postupak izrade (navarivanje pre ili posle termi ke obrade), reimi termi ke obrade.

Na osnovu sprovedenih tribolokih ispitivanja odre ivani su srednji koeficijenti trenja ( sr), ije vrednosti su date u tabeli 6 i na dijagramu prikazanom na slici 14. Najzad je odre ena topografija povrina ispitivanih blokova merenjem pojasa pohabanosti. irina pojasa habanja merena je na univerzalnom mikroskopu UIM-21, a rezultati su prikazani u tabeli 6 i na dijagramu na slici 15.

Slika 13. Blok i disk pripremljeni za modelska-triboloka ispitivanja

Diskovi su posle obrade cementirani i termi kiobra eni, a nose oznake blokova sa kojima su bili u kontaktu.

Tabela 6. Koeficijenti trenja ( sr) i irine pojasa habanja za razli ite dodatne materijale

Disk Blok

MaterijalTvrdo a

HRCOz-naka

Dodatni materijal Postupak

navarivanja

Koeficijenttrenja sr

irina pojasa habanja (mm)

1Inox 18/8/6 + EDUR 600

SMAW (111) 0,064 0,960

2 Castolin 2 SMAW (111) 0,115 1,028 3 DUR 600-IG GTAW (TIG) (141) 0,100 1,020 4 UTP 670 SMAW (111) 0,090 0,955 5 Tooldur SMAW (111) 0,072 1,118 6 EVBCrMo SMAW (111) 0,110 1,130 7 EVB2CrMo SMAW (111) 0,106 1,198

8Phnix 120 K/E 425 B/E7018-1

SMAW (111) 0,108 1,200

4321 55-58

9 4321 / 0,077 0,751

Analiziraju i rezultate odre ivanja koeficijenta trenja navedenih dodatnih materijala moe se zaklju iti da se navarivanjem kombinacijom dodatnih materijala Inox 18/8/6 + EDUR 600 dobijaju najnie vrednosti koeficijenta trenja. Pored ovog dodatnog materijala i navar izveden DM Tooldur daje manji koeficijent trenja nego

cementirani i kaljeni blokovi (naravno, svi su u kontaktu sa cementiranim i kaljenim diskovima od

4321). Najve e koeficijente trenja daju blokovi navareni DM Castolin 2, a potom navari mekim dodatnim materijalima (EVBCrMo, Phnix 120 K/E 425 B/E7018-1 i EVB2CrMo), koji su potom cementirani i termi ki obra eni.


Slika 14. Uporedne vrednosti srednjeg koeficijenta trenja razli itih dodatnih materijala

Slika 15. Uporedne vrednosti irine pojasa habanja razli itih dodatnih materijala

to se ti e veli ine pojasa habanja (to je od izuzetnog zna aja) daleko najmanju irinu pohabanosti imaju cementirani i kaljeni blokovi. Od navarenih blokova najbolje su se pokazali navari UTP 670 i Inox 18/8/6 + EDUR 600. I sa ovog aspekta najslabiji su navari mekim dodatnim materijalima Phnix 120 K/E 425 B/E7018-1 i EVB2CrMo.

Pri izboru na ina navarivanja zubaca opredelilo nas je to to je najve a irina pohabanosti od tvrdih DM bila kod navara elektrodom Tooldur, dok je kod mekih DM najslabiji navar bio sa dodatnim materijalom Phnix 120 K/E 425 B/E7018-1. To je i osnovni razlog zato za navarivanje zubaca zup anika ove dve vrste dodatnih materijala nisu kori ene.

6. ZAKLJU AK

Na osnovu sprovedenih tribolokih ispitivanja (modelskih ispitivanja na tribometru) dolo se do zaklju ka da je sa aspekta otpornosti na habanje (najmanje irine traga habanja) najpovoljniji osnovni materijal ( 4321), a potom navar sa dodatnim materijalom UTP 670. Sa energetskog aspekta (minimalnog koeficijenta trenja) navari sa dodatnim materijalom Inox 18/8/6 + EDur 600 i

DM Tooldur su povoljniji ak i od osnovnog materijala.

Na bazi analize svih mikrostruktura moe se pretpostaviti da:

u pogledu otpornosti na habanje bolje rezultate trebalo bi o ekivati kod navara ostvarenih tvrdim dodatnim materijalima i novoizra enih uzoraka, sa stanovita otpornosti na lom najbolje karakteristike trebalo bi da imaju novoizra eni uzorci.

Metalografskom analizom u navarenim slojevima i ZUT-u nisu otkrivene tople ili hladne prsline, nastale kao posledica navarivanja i prate etermi ke obrade. Pored toga, nije zapaeno ni prisustvo neprovara, uklju aka troske i sli no.Utvr eno je kod nekih navarenih uzoraka prisustvo pojedina nih gasnih pora u zoni spoja navara sa osnovnim materijalom, to ne moe izrazitije uticati na eksploataciono ponaanje ovih slojeva.

LITERATURA

[1] Josifovi D., Markovi S.: Diagnostics and Regeneration of the Wear Damaged Teeth Gears, First World Tribology Congress, London, 1997.

[2] Markovi S., Josifovi D.: Regeneracija zup anika, monografija, Jugoslovensko drutvo za tribologiju, Kragujevac, 1998.

[3] Markovi S.: Uticaj vrste navarivanja na radne karakteristike regenerisanih zup anika, doktorska disertacija, Mainski fakultet, Kragujevac, 2003.

[4] Markovi S.: Tribological characteristics of gears reparatorily hardfaced wit hard and soft additional materials, Proceedings 11th International Research/Expert Conference Trends in the Development of Machinery and Associated Technology TMT 2007, Hammamet, Tunisia, 5 9.September 2007.

[5] Markovi S., Josifovi D.: Comparative characteristics of gear teeth regenerated by hard facing, Tribologia teoria i praktyka, rok XXXIX, nr 1/2008 (217), Simpress, Warszawa, Polska.

[6] Markovi S., Josifovi D.: Determination of specific tribological and mechanical characteristics of the gear teeth subjected to reparatory hard facing with hard and soft additional materials, 13th

Nordic Symposium on Tribology, NORDTRIB 2008, Proceedings, Tampere, Finland, 1013 June 2008.

[7] Markovi S.: The influence of hereditary characteristics on tribological properties by hard facing of the regenerated gear teeth, 9th

International Conference Research and Development in Mechanical Industry RaDMI 2009, Proceedings, Vrnja ka Banja, Serbia, 16 19. September 2009, p. 269 276.

[8] Markovi S., Josifovi D., Tanasijevi S., Jovi iS.: Comparative parameters of the teeth roots strength of the gears regenerated by two different methods, Proceedings of the 3rd International



Conference Power Transmissions 09, 1 2. October 2009, KallitheaChalkidiki, Greece, p. 589 594.

[9] Ortmann R., Nestler S.: Werkstoffe zum Verschlei schutz, Thyssen Edelst. Techn. Ber. 14, Band 1988, Heft 2.

[10] Forrest P. G.: Fatigue of metals, Pergamon press, Oxford-London-New York-Paris, 1962.

[11] Winter H.: Die wesentlichen Einfluesse auf die Tragfaehigkeit von Zahnradgetrieben, Dresden, 1983.

TECHNOLOGICAL HERITAGE OF THE TRIBO-MECHANICAL SYSTEMS REGENERATED BY WELDING

Abstract: In the tribology research and mechanical engineering there has been a growing interest for

technological heritage analysis and examination of its links with the exploitation properties of mechanical

parts and systems. Various studies show that the life expectancy of machine systems is determined even in

the design stage. However, there is no doubt that there is great impact of technology and processing

parameters on the tribological properties of treated surfaces of the tribo-mechanical systems. The

phenomenon of the so-called technological inheritance resulting from the operations of the cutting

treatments or distortions shows the influence on the tribological relevant parameters of the processed

surfaces. All those conclusions are reached when it comes to the development of new mechanical

components. But technological heritage has a much greater influence on the tribological characteristics and

a lifetime of the regenerated area than is the case with new constructions. The main objective of the model

testing presented in this paper is the comparison of tribological properties of coatings sprayed in the

regeneration process of surfacing and base materials, which are obtained in the same working conditions as

similar as possible to the exploitation conditions of gears.

Keywords: regeneration, surfacing, the tribo-mechanical systems, technological heritage, microstructure,

tribological tests.

ACKNOWLEDGMENT

This work has been performed within the project TR 35011. This project is supported by the Republic of

Serbia, Ministry of Science and Technological Development, which financial help is gratefully

acknowledged.

Documents

SERBIATRIB ‘11 - tribolab.mas.bg.ac.rstribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2011/431-440.pdf · navaru sa DM Castolin 2 prisutna je karbidna faza (primarni karbidi) izluþena pretežno