Tribological behaviour of microalloyed and conventional C–Mn rail steels in a pure sliding condition

This paper compares the tribological behaviour of microalloyed rail steel with conventional C–Mn rail steel under different test conditions (load, temperature and humidity). Pin-on-disc tribological tests were performed inside a climate chamber under different loads (20, 30 and 40 N), relative humidity (15, 55 and 70%) and temperatures (20 and 40 ℃). After the friction and wear tests, the worn surfaces were analysed using both confocal and scanning electron microscopies. The results obtained show that the use of microalloyed steel in railway applications under severe conditions (high loads and humidity) could lead to increased service life of the rails and could extend the time between maintenance operations

Burdening and wearing railway switches in exploitation conditions and materials applied for their construction

Kształtowniki szynowe, klockowe i iglicowe (rys. 1) stosowane w budowie rozjazdów i dróg kolejowych muszą posiadać wysokie właściwości mechaniczne, odpowiednią odporność na zużycie ścierne i zmęczeniowe. Materiały o takich charakterystykach zapewniają dłuższy okres użytkowania oraz większe bezpieczeństwo transportu szynowego [1–3]. Zatem problem trwałości szyn i rozjazdów kolejowych w dalszym ciągu pozostaje otwarty na badania technologiczne, związki strukturalne i charakterystyki mechaniczne. Tematyka ta jest również ważna ze względu na przyjętą w kraju strategię rozwoju kolei dużych prędkości

Właściwości mechaniczne i tribologiczne warstw tlenkowych otrzymanych na stopie Ti-6Al-7Nb

The research presented in the paper was focused on determining the effects of thermal oxidation parameters on the mechanical and tribological properties of oxide layers formed on Ti-6Al-7Nb titanium alloy for biomedical applications. Titanium alloy was oxidized at 600 and 700°C for 72h. The study found that, at lower temperatures, the oxidized alloy surface was covered by a nonuniform oxide layer. A 100°C increase in the treatment temperature yielded a uniform layer covering the whole surface of the alloy. Hardness measurements showed that thermal oxidation resulted in the formation of oxide layers characterized by a 3-fold higher hardness compared to untreated alloy. Tribological tests showed that thermal oxidation effectively improves the resistance of Ti-6Al-7Nb alloy to sliding wear. Tribological tests demonstrated that an increased oxidation temperature was associated with improved resistance to sliding wear.Przedstawione w pracy badania koncentrują się nad określeniem wpływu parametrów utleniania termicznego na właściwości mechaniczne i tribologiczne warstw tlenkowych otrzymanych na biomedycznym stopie tytanu Ti-6Al-7Nb. Proces utleniania termicznego przeprowadzono w temperaturze 600 i 700°C w czasie 72 h. Stwierdzono, że w niższej temperaturze utleniania powierzchnia stopu była pokryta nierównomiernie warstwą tlenkową. Podwyższenie temperatury utleniania termicznego o 100°C pozwoliło uzyskać jednolitą warstwę, w całości pokrywającą powierzchnię stopu. Pomiary twardości wykazały, że proces utleniania termicznego umożliwił otrzymanie warstw tlenkowych charakteryzujących się 3-krotnie wyższą twardością w porównaniu z twardością stopu niepoddanego utlenianiu. Badania tribologiczne wykazały, że utlenianie termiczne stanowi skuteczną metodę poprawy odporności na zużycie ścierne stopu Ti-6Al-7Nb. W testach tribologicznych wykazano, że wraz ze wzrostem temperatury utleniania odporność na zużycie ścierne ulegała zwiększeniu

Wpływ temperatury wygrzewania azotowanej stali narzędziowej WCL (EN-X37CrMoV5-1) na mikrotwardość oraz zużycie tribologiczne warstwy wierzchniej

The present paper refers to the evaluation of the influence of soaking temperature of nitrided hot work tool steel, X37CrMoV5-1 (WCL), intended for dies for extruding aluminium profiles, on the structure, microhardness, and tribological wear of the nitrided layer. The research involved nitrided steel specimens (X37CrMoV5-1) soaked for 8 hours in an industrial furnace at temperatures of 450°C, 480°C, 520°C, 560°C, and 600°C. For comparison purposes, a REFERENCES material was used, which was not soaked after nitriding. Initially, as the soaking temperature raised, the microhardness of the nitrided layer increased by ca. 10%; however, a further increase in the soaking temperature to more than 450°C caused a decrease in the microhardness of the nitrided layer. The results of tribological tests showed that soaking nitrided steel at a low temperature (450°C) and high temperature (600°C) caused a decrease in tribological wear. Out of the tested materials, the highest microhardness of the upper layer was observed in the samples soaked at 450°C, while the highest resistance to tribological wear was obtained for the samples soaked at 600°C. The conducted tests indicate the possibility of extending the lifetime of dies made from the investigated nitrided steel.Niniejsza praca dotyczy oceny wpływu temperatury wygrzewania azotowanej stali narzędziowej do pracy na gorąco X37CrMoV5-1 (WCL) przeznaczonej na matryce do wyciskania profili aluminiowych na strukturę, mikrotwardość oraz zużycie tribologiczne warstwy azotowanej. Badaniom poddano próbki azotowanej stali X37CrMoV5-1 wygrzewane przez 8 godzin w piecu przemysłowym w temperaturze: 450°C, 480°C, 520°C, 560°C oraz 600°C. W celach porównawczych zastosowano także materiał wzorcowy, który nie był wygrzewany po procesie azotowania. Ze wzrostem temperatury wygrzewania początkowo odnotowano wzrost mikrotwardości warstwy azotowanej o ok. 10%. Z kolei podwyższenie temperatury wygrzewania powyżej 450°C powodowało jej obniżenie. Wyniki testów tribologicznych wykazały, że wygrzewanie stali azotowanej w niskiej temperaturze (450°C) oraz w wysokiej (600°C) powoduje spadek zużycia tribologicznego. Spośród badanych materiałów największą mikrotwardość warstwy wierzchniej odnotowano dla próbek wygrzewanych w temperaturze 450°C, natomiast najwyższą odporność na zużycie tribologiczne uzyskano dla próbek wygrzewanych w temperaturze 600°C. Przeprowadzone testy wskazują na możliwość wydłużenia czasu użytkowania matryc wykonanych z badanej stali azotowanej

Wpływ napromieniowania strumieniem elektronów na właściwości mechaniczne, sklerometryczne i tribologiczne PTFE z dodatkiem grafitu

Polytetrafluoroethylene (PTFE) with a 15% graphite additive was subjected to irradiation using an electron beam of energy of 10 MeV in doses of 26, 52, 78, 104, and 156 kGy. The effect of electron beam irradiation on the mechanical, sclerometric, and tribological properties of the material was examined. It was found that the modification through irradiation entailed a gradual increase in the microhardness and Young's modulus as the absorbed dose of irradiation increased. A stereometric analysis of the scratch traces on the material allowed for the determination of the coefficients of the wear micromechanism, β, and resistance to wear, Wβ. After irradiation (especially with a dose of 104 kGy), a significant quantity of the material showed traces of ploughing; the value of the wear resistance coefficient Wβ for the PTFE subjected to cross-linking also increased considerably, which indicated a significant reduction of the tribological wear in relation to the initial material. Examination of abrasive wear of PTFE was performed for the polymer in its initial state and after modification through radiation on a pin-on-disc test stand, T-01. The tests have shown more than a five times reduction of the linear wear during the interaction with a titanium counter-specimen.Politetrafluoroetylen z 15% dodatkiem grafitu poddano napromieniowaniu strumieniem elektronów o energii wiązki 10 MeV, w dawkach 26, 52, 78, 104, 156 kGy. Zbadano wpływ napromieniowania na właściwości mechaniczne, sklerometryczne i tribologiczne tworzywa. Stwierdzono, że modyfikacja radiacyjna powoduje stopniowe podwyższenie mikrotwardości oraz modułu Younga w miarę wzrostu pochłoniętej dawki napromieniowania. Stereometryczna analiza śladów zarysowania materiału umożliwiła wyznaczenie wskaźnika mikromechanizmu zużycia β i odporności na zużycie Wβ. Po napromieniowaniu (zwłaszcza dawką 104 kGy) znacząca ilość materiału ulega bruzdowaniu; silnie rosła także wartość wskaźnika odporności na zużycie Wβ PTFE poddanego sieciowaniu, co wskazywało na znaczne ograniczenie zużycia tribologicznego w stosunku do materiału wyjściowego. Badania zużycia ściernego politetrafluoroetylenu wykonano dla polimeru w stanie wyjściowym oraz po zmodyfikowaniu radiacyjnym na stanowisku T-01 w skojarzeniu trzpień–tarcza. Testy wykazały ponadpięciokrotne zmniejszenie zużycia liniowego podczas współpracy z tytanową przeciw-próbką

Wpływ obciążenia na właściwości tribologiczne stopu magnezu WE54 po utwardzaniu wydzieleniowym

The paper presents the effect of precipitation hardening on the mechanical and tribological properties of magnesium alloy WE54. Mechanical tests have shown that the hardness and Young’s modulus of the alloy increased as the ageing time became longer. Improvement of the mechanical properties had a direct influence on the tribological properties. Tribological tests were performed on a ball-on-disk tribometer, applying variable loads of 2, 5, and 10 N. In the tests, a more than fourfold decrease in the specific wear rate, a threefold reduction in the linear wear, and a ca. 20% reduction of the friction coefficient were observed. The best results were obtained for ageing time of 24 h. The extension of the heat treatment time to 48h caused overageing of the alloy, which resulted in the deterioration of its mechanical and tribological properties.W artykule przedstawiono wpływ utwardzania wydzieleniowego na właściwości mechaniczne i tribologiczne stopu magnezu WE54. Badania mechaniczne wykazały, że wraz ze wzrostem czasu starzenia rosła twardość i moduł Younga stopu. Poprawa właściwości mechanicznych miała bezpośredni wpływ na właściwości tribologiczne. Badania tribologiczne przeprowadzono na stanowisku ball-on-disk, zastosowano zmienne obciążenie (2, 5 i 10 N). Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono ponad 4-krotne obniżenie specific wear rate, 3-krotne ograniczenie zużycia liniowego i ok. 20% spadek współczynnika tarcia. Najkorzystniejsze wyniki uzyskano dla czasu starzenia 24 h. Wydłużenie czasu obróbki cieplnej do 48 h powodowało przestarzenie stopu, co skutkowało pogorszeniem właściwości mechanicznych i tribologicznych

Właściwości termiczne, mechaniczne i tribologiczne kompozytu PTFE z 20% zawartością grafitu napromieniowanego strumieniem elektronów

The paper investigated the effect of irradiation with an electron beam of energy 10 MeV in doses of 26–156 kGy on polytetrafluoroethylene with a 20% graphite additive. The tests have shown that changes in thermal properties of the composite (heat of crystallization, melting point, and degree of crystallinity) directly affected mechanical properties and contributed to the significant improvement of tribological properties. Tribological tests were performed on a pin-on-disc (T-01) test stand and counter-specimens were made of 1H18N9T steel. The load applied in the friction pair was 1 and 2 MPa (20 and 40 N). A nearly fourfold reduction in linear wear compared to the initial state for a load of 1 MPa has been shown. On the other hand, a more than 20-fold decrease in wear was found during tribological tests when the load was increased to 2 MPa. The most advantageous results were obtained for specimens irradiated with a dose of 104 kGy, and irradiation with a higher dose led to the degradation of the polymer and caused its wear to increase again. The obtained results hold promise for a significant improvement of the operational life of friction couples that do not require lubrication used, for example, in air compressors and engines, and for the possible application of thus modified polymers in nuclear and space industries.W artykule zbadano wpływ napromieniowania strumieniem elektronów o energii 10 MeV i dawkach 26–156 kGy na politetrafluoroetylen z 20% dodatkiem grafitu. Badania wykazały, że zmiany właściwości termicznych kompozytu (ciepło krystalizacji, temperatura topnienia, stopień krystaliczności) miały bezpośredni wpływ na właściwości mechaniczne oraz znaczną poprawę właściwości tribologicznych. Badania tribologiczne przeprowadzono na stanowisku trzpień-tarcza (T-01) przeciwpróbki wykonano ze stali 1H18N9T. Nacisk w węźle tarcia wynosił 1 i 2 MPa (20 i 40 N). Wykazano blisko 4-krotne ograniczenie zużycia liniowego w porównaniu do stanu wyjściowego dla nacisku 1 MPa. Przy zwiększeniu nacisku do 2 MPa podczas badań tribologicznych stwierdzono natomiast ponad 20-krotne zmniejszenie zużycia. Najkorzystniejsze wyniki uzyskano dla próbek napromieniowanych dawką 104 kGy; napromieniowanie większą dawką prowadziło do degradacji polimeru i ponownego wzrostu zużycia. Otrzymane wyniki rokują na znaczną poprawę trwałości eksploatacyjnej węzłów tarcia niewymagających smarowania stosowanych np. w sprężarkach powietrza, silnikach, a także możliwość zastosowania tak zmodyfikowanych polimerów w przemyśle jądrowym oraz kosmicznym

Charakterystyka właściwości tribologicznych warstw tlenkowych otrzymanych na tytanie w różnych skojarzeniach ciernych

The paper presents the characterization of tribological properties of titanium Grade 2 before and after isothermal oxidation in different friction couples. Examinations of the surface morphology after oxidation at a temperature of 600°C showed the presence of scratches on the surface, which indicated a low thickness of the oxide layers obtained. On the surface oxidized at 700°C, the morphology was characterized by the presence of small clusters of oxides which formed into shapes resembling flakes. In that case, no scratches were found, which testified to a higher thickness of the oxide layer. Tribological tests were conducted for different friction couples (Al2O3, ZrO2, and 100Cr6 balls). It was found that isothermal oxidation is an effective method to improve the resistance of titanium Grade 2 to sliding wear. Oxide layers obtained at temperatures of 600°C and 700°C allowed achieving a considerable reduction of volumetric wear. The best resistance to sliding wear was achieved during a tribological interaction of oxidized titanium Grade 2 with bearing steel 100Cr6. Examination of the morphology of the wear trace surface showed the presence of “corrugation wear” on the non-oxidized surface, regardless of the counter-specimen used. It was found that the presence of oxide layers on the surface of titanium Grade 2 effectively eliminated this adverse phenomenon.W pracy przedstawiono charakterystykę właściwości tribologicznych tytanu Grade 2 przed i po utlenianiu izotermicznym w różnych skojarzeniach ciernych. Badania morfologii powierzchni po utlenianiu w temperaturze 600°C wykazały obecność rys na powierzchni, co świadczyło o niewielkiej grubości otrzymanych warstw tlenkowych. Na powierzchni utlenionej w temperaturze 700°C morfologia charakteryzowała się występowaniem drobnych skupisk tlenków uformowanych w kształty przypominające „płatki”. W tym przypadku nie stwierdzono obecności rys, co świadczyło o większej grubości warstwy tlenkowej. Badania tribologiczne realizowano w różnych skojarzeniach ciernych (kulki Al2O3, ZrO2 oraz 100Cr6). Stwierdzono, że utlenianie izotermiczne jest skuteczną metodą w zakresie poprawy odporności na zużycie ścierne tytanu Grade 2. Warstwy tlenkowe otrzymane w temperaturze 600 oraz 700°C pozwoliły uzyskać znaczą redukcję zużycia objętościowego. Najlepszą odporność na zużycie ścierne uzyskano podczas współpracy tribologicznej utlenionego tytanu Grade 2 ze stalą łożyskową 100Cr6. Badania morfologii powierzchni śladów zużycia wykazały na powierzchni nieutlenionej obecność tzw. zużycia falistego niezależnie od zastosowanej przeciwpróbki. Stwierdzono, że obecność warstw tlenkowych na powierzchni tytanu Grade 2 skutecznie eliminuje to niekorzystne zjawisko