Teksturowanie laserowe czopów wału korbowego tłokowego silnika spalinowego wykonanego z żeliwa

Transkrypt

1 NAPADŁEK Wojciech 1 WOŹNIAK Adam 2 CHRZANOWSKI Wojciech 3 Teksturowanie laserowe czopów wału korbowego tłokowego silnika spalinowego wykonanego z żeliwa WSTĘP Wały korbowe tłokowych silników spalinowych (rysunek 1) należą do tych elementów silnika, które w decydującej mierze wpływają na poprawną jego pracę. Wraz z łożyskami ślizgowymi, tworzą skojarzenia ślizgowe czop-panewka, które stanowią jeden z najistotniejszych układów decydujących o trwałości i niezawodności silnika spalinowego. Rys. 1. Widok wału korbowego silnika 126A1, wykonanego z żeliwa z jego głównymi elementami: 1 i 2 - czopy główne; 3 i 4 czopy korbowodowe Ilość i rodzaj materiałów konstrukcyjnych stosowanych na wały korbowe oraz sposoby obróbki czopów głównych i korbowodowych, świadczą o ciągłym poszukiwaniu najlepszych rozwiązań. Jednak poszukiwania te często sprawiają wrażenie przypadkowych. Można to tłumaczyć tylko różnymi możliwościami techniczno-technologicznymi zakładów produkcyjnych i pomijaniem trudnych, skomplikowanych i nie do końca wyjaśnionych zjawisk towarzyszących współpracy części, tworzących skojarzenie czop-panewka. Dobór metod produkcji wałów korbowych jest podporządkowany głównie uzyskaniu jak największej odporności na zużywanie warstwy wierzchniej (WW) czopa oraz zapewnieniu odpowiednio wysokiej wytrzymałości zmęczeniowej wału. Podstawowym kryterium oceny przydatności teksturowanej laserowo warstwy wierzchniej jest wpływ uzyskanej tekstury powierzchniowej czopa na charakter przebiegu współpracy elementów skojarzenia czop-panewka [1-3, 6]. Ograniczona wiedza w zakresie teksturowania laserowego materiału czopa wału korbowego, w tym szczególnie oceny możliwości technologicznych zmian stereometrii warstwy wierzchniej, była powodem podjęcia zaplanowanych badań w zakresie: stereometrii powierzchni, mikrostruktury 1 Wojskowa Akademia Techniczna; Wydział Mechaniczny; Warszawa; ul. Kaliskiego 2. Tel: , wnapadlek@wat.edu.pl 2 Wojskowa Akademia Techniczna; Wydział Mechaniczny; Warszawa; ul. Kaliskiego 2. Tel: , awozniak@wat.edu.pl 3 Wojskowa Akademia Techniczna; Wydział Mechaniczny; Warszawa; ul. Kaliskiego 2. Tel: , wchrzanowski@wat.edu.pl 4579

2 i twardości. W przyszłości kontynuacja badań teksturowanych laserowo czopów głównych i korbowodowych wału korbowego, dotyczyć będzie szczegółowych pomiarów ich odporności na zużycie w modelowych warunkach tarcia i wytrzymałości zmęczeniowej. W celu zweryfikowania odporności na zużycie w modelowych warunkach tarcia czopów wałów korbowych, przeprowadzone zostaną także badania trwałościowe na rzeczywistych, zmodyfikowanych laserowo czopach wału korbowego w tzw. próbie zimnych rozruchów na silniku spalinowym [8, 11]. 1. MATERIAŁY STOSOWANE NA ŻELIWNE WAŁY KORBOWE Żeliwne wały korbowe silników spalinowych wykonywane są poprzez odlewanie, zazwyczaj z żeliwa szarego lub sferoidalnego o osnowie perlitycznej lub perlityczno-ferrytycznej. Przykładowym materiałem jest żeliwo sferoidalne perlityczne, którego skład chemiczny jest następujący: C = 3,0-3,8%; Si = 1,8-2,0%; Mn = 0,1-0,2%. Dodatki stopowe w wałach żeliwnych mają na celu polepszenie właściwości mechanicznych, a zwłaszcza właściwości wytrzymałościowych. Bardziej nowoczesnym materiałem stosowanym na wały korbowe jest żeliwo sferoidalne o strukturze bainityczno-martenzytycznej (uzyskanej w stanie surowym lub po zahartowaniu). Wały odlewane wykonane z żeliwa cechuje większa zdolność tłumienia drgań skrętnych i zginających w porównaniu z kutymi wałami wykonanymi ze stali. 2. STAN POWIERZCHNI I WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE CZOPÓW WAŁÓW KORBOWYCH W celu zwiększenia odporności na zużywanie, czopy wałów korbowych obrabiane są poprzez szlifowanie i polerowanie w celu uzyskania odpowiedniej chropowatości powierzchni, współpracującej z łożyskiem ślizgowym. Chropowatość powierzchni czopów większości wałów korbowych wynosi zazwyczaj R a = 0,16 µm. Jedną z metod pozwalających na lokalną zmianę właściwości warstwy wierzchniej jest obróbka laserowa. W wyniku przetapiania laserowego żeliwa sferoidalnego odnotowano 3 4 -krotny wzrost mikrotwardości warstwy przetopionej w porównaniu do twardości materiału rdzenia. Żeliwo z warstwą wierzchnią o wysokodyspersyjnej mikrostrukturze żeliwa białego, uzyskanego przez hartowanie laserowe z przetopieniem, wykazuje wyższą odporność na zużycie i na korozję niż żeliwo nieutwardzone. W trakcie procesu technologicznego wytwarzania (skrawanie), powierzchnia czopów i pewien obszar pod tą powierzchnią poddane są różnego rodzaju obciążeniom. Obciążenia te, a zwłaszcza występujące w trakcie operacji wykańczających, modyfikują pierwotną strukturę materiału wyjściowego, tworząc określoną warstwę wierzchnią, różniącą się jakościowo od materiału rdzenia [1,12]. Cechy warstwy wierzchniej, uwarunkowane pierwotnym stanem struktury i rodzajem obciążenia, określane są poprzez: - mikrostrukturę materiału (rodzaj i ilość faz oraz ich morfologia), - wielkości mechaniczne (twardość, R e, R m, udarność, naprężenia własne), - własności fizykochemiczne. Odpowiednie ukonstytuowanie warstwy wierzchniej (nadanie odpowiednich cech) czopów wałów korbowych decyduje o właściwościach tribologicznych w trakcie eksploatacji. 3. WARUNKI WSPÓŁPRACY ELEMENTÓW SKOJARZENIA Skojarzenie czop wału korbowego - panewka jest smarowanym skojarzeniem ślizgowym, pracującym w warunkach określonych następującymi czynnikami obciążającymi [1-6]: - prędkość ruchu względnego współpracujących elementów, - wielkość i charakter nacisków jednostkowych na powierzchniach współpracujących. Innymi, nie mniej ważnymi czynnikami, są: - geometria styku współpracujących elementów, - właściwości fizyko-chemiczne materiałów elementów skojarzenia, 4580

3 - stan powierzchni współpracujących elementów, - własności środka smarnego i intensywność smarowania. Efektem oddziaływania wymienionych czynników są: - temperatura węzła tarcia, - grubość oraz trwałość klina olejowego rozdzielającego współpracujące powierzchnie, - zużycie współpracujących elementów, czyli trwałość skojarzenia. Prędkość ruchu powierzchni czopa względem powierzchni panewki, wynika z prędkości obrotowej wału korbowego i średnicy czopa. Prędkość obrotowa zmienia się w stosunkowo szerokich granicach: od ok. 500 obr/min na biegu jałowym, do ok obr/min (w silnikach o zapłonie samoczynnym) i do ok obr/min (w silnikach o zapłonie iskrowym) - dla mocy maksymalnej. Naciski jednostkowe występujące w skojarzeniu na powierzchniach tarcia współpracujących elementów mają charakter cyklicznie zmienny. Obciążenia maksymalne (a tym samym naciski jednostkowe) są ponad 6-krotnie wyższe od obciążeń minimalnych. Z drugiej strony, czas trwania obciążeń maksymalnych stanowi ok. 45% czasu trwania obciążenia minimalnego (ok. 30% czasu trwania pełnego cyklu obciążającego). Dane literaturowe dotyczące wielkości nacisków jednostkowych wykazują znaczne rozbieżności. Wielkość nacisków jednostkowych zawiera się w granicach 1,5-10 MPa dla łożysk głównych i 0,5-18 MPa dla łożysk korbowodowych [1, 9, 10]. Temperatura węzła tarcia, będąca skutkiem oddziaływania czynników obciążających, wartość której zależy także m. in. od rodzaju i własności materiałów współpracujących, najczęściej określana jest jako miara bilansu cieplnego tj. ciepła wytworzonego i ciepła odprowadzonego do otoczenia. Większość publikacji zgodnie podaje przedział temperatury o C [2, 3, 9]. Grubość klina smarnego, rozdzielającego współpracujące powierzchnie czopa i panewki, ma charakter cyklicznie zmienny, analogiczny do zmian nacisków jednostkowych. Dla ustalonych warunków, takich jak: lepkość oleju i prędkość obwodowa v, grubość klina h zależy od nacisków jednostkowych p na współpracujące powierzchnie. W rzeczywistych silnikach grubości klina zmienia się w zakresie od 1-20 µm do µm. Z drugiej strony współpraca elementów tworzących skojarzenie czop-panewka, w warunkach tarcia płynnego jest możliwa wówczas, gdy minimalna grubość klina h min rozdzielającego współpracujące powierzchnie jest co najmniej równa lub większa od wartości krytycznej. Krytyczna grubość klina h kr (pomijając błędy geometrii, ugięcie czopa, czy wielkość zanieczyszczeń) jest równa sumie nierówności (chropowatości) powierzchni czopa R c i panewki R p : h min h kr + R c + R p. Im sumaryczna wartość nierówności jest mniejsza, tym mniejsza jest grubość klina niezbędna do rozdzielenia powierzchni. Jednocześnie, im nierówności są mniejsze, tym większa jest rzeczywista powierzchnia styku współpracujących elementów, rzeczywiste naciski jednostkowe są mniejsze, co z kolei wpływa na wzrost grubości klina. Zatem, im szybciej powierzchnie elementów tworzących skojarzenie osiągną optymalną chropowatość w trakcie współpracy, tym szybciej wytworzą się warunki współpracy przy tarciu płynnym [1-3,12]. 4. PROCESY ZUŻYCIOWE ZACHODZĄCE W SKOJARZENIU Skojarzenie czop wału korbowego - panewka jest układem tribologicznym pracującym głównie w warunkach tarcia płynnego. Jednakże okresowo może występować tarcie mieszane i graniczne. Tego rodzaju tarcie ma miejsce w okresie współpracy w warunkach nieustalonych podczas docierania, rozruchu i zatrzymania silnika oraz w trakcie nagłych zmian parametrów wymuszenia (wielkości obciążenia i prędkości ruchu względnego) [1-3,9,10]. Pomimo braku jednolitej klasyfikacji, przyjmuje się powszechnie następujące rodzaje zużywania występujące w smarowanych skojarzeniach ślizgowych: ścierne, adhezyjne, przez utlenianie (korozja chemiczna), kawitacyjne, erozyjne, zmęczeniowe. W zależności od aktualnie występującego rodzaju tarcia oraz wymuszeń zewnętrznych, jedno z wymienionych rodzajów zużywania ma charakter dominujący i decyduje o wielkości zużycia skojarzenia. Skojarzenie czop - panewka, w zależności od warunków, może znajdować się w stanie współpracy ustabilizowanej bądź nieustabilizowanej. 4581

4 W stanie współpracy nieustabilizowanej (przy docieraniu i zmianach parametrów wymuszenia), dominującymi rodzajami zużywania są: ścierne i adhezyjne. Pozostałe rodzaje zużywania (przez utlenianie, kawitacyjne, erozyjne) można zaobserwować dopiero po dłuższym okresie współpracy skojarzenia. Zużycie zmęczeniowe panewek dominuje w czasie długotrwałej współpracy w warunkach tarcia granicznego. Poza zużywaniem ściernym, które zachodzi zarówno na czopach (rysunek 2), jak i na panewkach, pozostałe rodzaje z zużyć obserwuje się przede wszystkim na powierzchniach ślizgowych panewek. Wynika to niewątpliwie ze znacznej różnicy właściwości materiałów części tworzących skojarzenie. Rys. 2. Widok powierzchni czopów wału korbowego silnika 126A1 po eksploatacji: a) czop główny nr 1, b) czop korbowodowy nr 4 z rys. 1, pow. 100x Stan bezpośrednio poobróbkowy warstwy wierzchniej elementów nie zapewnia prawidłowej współpracy skojarzenia, tj. powierzchnie tarcia nie są przygotowane do przenoszenia maksymalnych obciążeń eksploatacyjnych, nie są stworzone warunki do szybkiego tworzenia się klina smarnego i tym samym skojarzenie nie wykazuje odpowiedniej, wymaganej trwałości. Dopiero po pewnym ustalonym okresie współpracy powierzchnie części przyjmują stan typowy (optymalny) dla przyjętych warunków współpracy. Okres przejścia od stanu poobróbkowego do stanu zapewniającego optymalną współpracę określany jest mianem docierania" [9]. Procesy zachodzące w węźle tarcia, w trakcie współpracy wywołują odpowiednie zmiany w warstwie wierzchniej elementów tworzących skojarzenie. Zmiany o podobnym charakterze zachodzą w warstwie wierzchniej również podczas procesu technologicznego wytwarzania elementów [6]. Ze względu na obszar występowania, zmiany te można podzielić na: - zachodzące na powierzchni tarcia, - zachodzące w strefie podpowierzchniowej. Zmiany zachodzące na powierzchni tarcia związane są przede wszystkim ze zmianami topografii powierzchni. Uzyskana w wyniku procesu technologicznego chropowatość wyjściowa powierzchni elementów tworzących skojarzenie, ulega zmianie na chropowatość odpowiadającą optymalnej współpracy. Zmiany te nie koniecznie muszą przebiegać w kierunku obniżenia chropowatości. Chropowatość czopa jak i współpracującej z nim panewki, po okresie docierania wzrasta. Wygładzaniu powierzchni towarzyszy zużywanie ścierne, a wzrostowi chropowatości - zużywanie adhezyjne. Zużywanie ścierne panewki, wynikające z jej bezpośredniego kontaktu z powierzchnią czopa, powoduje wygładzanie powierzchni poprzez mikroskrawanie, natomiast zużywanie ścierne, spowodowane bruzdowaniem przez twarde zanieczyszczenia i produkty zużycia powoduje znaczne pogorszenie gładkości powierzchni [1-4, 9]. 5. CEL, OBIEKT I METODYKA BADAŃ Głównym celem ablacyjnego teksturowania laserowego jest wytworzenie w strefie warstwy wierzchniej (WW) czopów wału korbowego, smarowych mikrozasobników oleju (mikroczasze) w celu zwiększenia trwałości eksploatacyjnej układu tribologicznego czop-panewka. Wytworzone 4582

5 mikrozasobniki mają za zadanie gromadzić środek smarny tak, aby skutecznie rozdzielić elementy skojarzenia czop łożysko ślizgowe przy rozruchu, gwałtownych zmianach obciążenia i prędkości obrotowej wału korbowego silnika spalinowego. Obiektem modyfikacji i badań laboratoryjnych były czopy wału korbowego, wykonanego z żeliwa sferoidalnego. Badania wstępne przeprowadzono na próbkach, tj. wycinkach z żeliwnego wału korbowego. W laboratoryjnych badaniach wstępnych zastosowano dwa warianty mikroobróbki laserowej (teksturowania), przy stopniu wypełnienia ok. 25 i 50% powierzchni czopa. W celu uzyskania dużej efektywności procesu wytwarzania mikrozasobników olejowych uwzględniono wcześniejsze wyniki badań własnych. W badaniach zastosowano laser włóknowy iterbowy Yd:YAG o długości fali promieniowania laserowego λ = 1070 nm, częstotliwość repetycji od 1 do 50 khz, czas ekspozycji promieniowania laserowego ns. Próbki wycinane były na wycinarce marki Struers Labotom-3. Zgłady metalograficzne przygotowano wykorzystując prasę laboratoryjną do inkludowanie na gorąco Struers Labopress-3 oraz szlifierko-polerkę Struers Pademax-2. Wykorzystana została żywica termoutwardzalna epoksydowa. Próbki szlifowane były na papierach ściernych o granulacji od 80 do 2400, a następnie polerowane na dyskach polerskich z użyciem proszku diamentowego o ziarnistości 9 µm i 3 µm oraz tlenków aluminium o gradacji 0,5 µm. Do badania metalografii oraz mikrostruktury próbek wykorzystano nowoczesny mikroskop optyczny ze światłowodową transmisją obrazu Keyence VHX-1000 i mikroskopu skaningowego PHILIPS XL30, który pozwala m. in. na otrzymywanie obrazów badanych powierzchni za pomocą detektora elektronów wtórnych (SE) typu Everharta-Thornleya, a także elektronów odbitych (BSE) - poprzez zmianę polaryzacji napięcia na siatce detektora na przeciwną. Do pomiarów mikrotwardości powierzchni wykorzystano twardościomierz FLC-50A o zakresie pomiarowym HV0,05-HV10. Do pomiarów profilu powierzchni wykorzystano profilometr Hommel- Etamic T1000 Basic z oprogramowaniem Turbo Detawin v.1.34, komputer przenośny firmy Asus, stolik krzyżowy z przesuwem w osi X i Y i stolik przesuwny w osi Z. 6. WYNIKI BADAŃ Ablacyjne teksturowanie laserowe powierzchni czopa wału korbowego, dotyczyło strefy współpracy czopów głównych z łożyskiem ślizgowym. Charakterystyczną topografię powierzchni warstwy wierzchniej w drugim wariancie przedstawiono na rysunku 3. Realizując teksturowanie laserowe w strefie powierzchni roboczej czopów wału korbowego, oczekuje się poprawy warunków smarowania w strefie współpracy z łożyskiem ślizgowym. Wytworzony w strefie mikrozasobników film olejowy ma na celu utrzymanie smarowania płynnego, co pozwoli skutecznie rozdzielić współpracujące elementy pary tribologicznej czop łożysko ślizgowe. Powstałe w wyniku ablacji laserowej oraz ekstruzji ciekłego materiału wału korbowego mikrowypływki należy usunąć przez szlifowanie. Zastosowane dwa warianty mikroobróbki laserowej pozwoliły na wytworzenie mikroczasz przedstawionych na rysunku 3 oraz mikrokanałów przedstawionych na rysunku 5. Profile chropowatości powierzchni teksturowanych czopów wał korbowego zamieszczono na rysunku 4 i 6. Uzyskane efekty technologiczne należy uznać za pozytywne. Z uzyskanych pomiarów wynika, że twardość zwiększa się znacząco wraz ze zbliżaniem się do strefy oddziaływania wiązki laserowej, osiągając nawet 630 HV0,05. Jednocześnie można określić strefę wpływu ciepła wiązki laserowej, której szerokość wynosi ok. 35 µm, ponieważ po przekroczeniu tej odległości wartość twardości stabilizuje się na poziomie materiału rodzimego i wynosi średnio 220 HV0,05. Strefa wpływu ciepła (SWC) obejmująca obszar przetopiony i zahartowany sięgała na głębokość ok. 50 μm. Procesy modyfikacji laserowej wpływają nie tylko jakościowo na mikrostrukturę, ale także pozwalają na precyzyjne kształtowanie mikrozasobników olejowych w newralgicznych strefach. W materiale bezpośrednio przyległym do wytworzonych mikrozasobników, t.j. w strefie przetopionej, skrystalizowanej i zahartowanej stwierdzono występowanie wysokodyspersyjnej mikrostruktury ledeburytycznej (żeliwo białe). W przejściowej 4583

6 strefie wpływu ciepła stwierdzono występowanie mikrostruktury martenzytycznej, martenzytycznobainitycznej oraz bainitycznej. Mikrostruktury te były efektem ultraszybkich przemian fazowych, zachodzących w czasie krystalizacji stopu Fe-C-Cr z fazy ciekłej podczas teksturowania laserowego. Rys. 3. Widok powierzchni czopa wału korbowego wykonanego z żeliwa sferoidalnego po teksturowaniu laserowym: a, b) układ geometryczny mikrozasobników (mikroczasze) przy 50% wypełnienia powierzchni po ablacyjnym teksturowaniu laserowym, c, d) układ geometryczny mikrozasobników (mikroczasze) przy 50% wypełnienia powierzchni po ablacyjnym teksturowaniu laserowym i polerowaniu Rys. 4. Profil chropowatości powierzchni czopa wału korbowego po teksturowaniu laserowym mikroczasze (M) Na rysunku 5 przedstawiono charakterystyczną topografię powierzchni czopa wału korbowego z mikrozasobnikami olejowym w kształcie mikrokanałów, wytworzonych techniką laserową. 4584

7 a b c d Rys. 5. Widok powierzchni czopa wału korbowego wykonanego z żeliwa sferoidalnego po teksturowaniu laserowym: a) układ geometryczny mikrozasobników (mikrokanały) przy 50% wypełnienia powierzchni, b) pojedynczy mikrozasobnik, c, d) fragment mikrozasobnika w kształcie mikrokanału Rys. 6. Profil chropowatości powierzchni czopa wału korbowego po teksturowaniu laserowym mikrokanały (MK) Przykładowe wartości parametrów chropowatości powierzchni badanej próbki z żeliwa sferoidalnego: a) materiał wyjściowy: R p = 0,638 µm R v = 1,125 µm R z = 1,763 µm R a = 0,330 µm b) strefa mikroczasz: R p = 1,664 µm; R v = 3,727 µm; R z = 5,391 µm; R a = 0,786 µm. c) strefa mikrokanałów: R p = 1,086 µm R v = 1,911 µm R z = 2,997 µm R a = 0,588 µm gdzie: R p - wysokość najwyższego wzniesienia, R v - największe wgłębienie profilu nierówności, R z - wysokość chropowatości według dziesięciu punktów profilu, R a - średnie arytmetyczne odchylenie profilu od linii średniej. A B 4585

8 Schemat poglądowy metodyki pomiaru oraz charakterystyczny (reprezentatywny) rozkład mikrotwardości w strefie między zasobnikami olejowymi przedstawiono na rysunku 7. Rys. 7. Schemat metodyki pomiaru oraz charakterystyczny rozkład mikrotwardości na powierzchni warstwy wierzchniej czopa wału korbowego w strefie między zasobnikami: a) schemat poglądowy pomiaru mikrotwardości, b) rozkład mikrotwardości, MR - materiał rodzimy, SMZ strefa między mikrozasobnikami Technologia ta może być stosowana jako ostateczna lub jako półwykańczająca, np. przed szlifowaniem wykańczającym. Istotną zaletą tej nowatorskiej technologii jest bardzo mała strefa wpływu ciepła, co zapewne w minimalnym stopniu wpłynie na stan deformacji czopa wału korbowego, a zarazem na naprężenia własne. Z technologicznego punktu widzenia, równie istotny jest układ i stopień pokrycia powierzchni czopa mikrozasobnikami olejowymi, które wpływają decydująco na procesy tribologiczne zachodzące w analizowanym skojarzeniu. Zastosowanie tej technologii, zwłaszcza w silnikach spalinowych mocno obciążonych cieplnie, pozwoli na zwiększenie ich trwałości i niezawodności. Może również nastąpić wzrost sprawności silnika spalinowego. Ma to szczególnie duże znaczenie technologiczne zwłaszcza w produkcji newralgicznych elementów silników trakcyjnych dużej mocy pracujących przy ich dużym wytężeniu, w bardzo trudnych warunkach klimatycznych (np. stosowanych w silnikach spalinowych pojazdów samochodowych, pojazdów specjalnych oraz lotniczych silnikach tłokowych). WNIOSKI Przeprowadzone laboratoryjne badania wstępne efektów teksturowania laserowego czopów wału korbowego tłokowego silnika spalinowego wykonanego z żeliwa sferoidalnego, pozwoliły na wyciągnięcie następujących wniosków: 1) W wyniku laboratoryjnych badań przeprowadzonych na próbkach oraz wycinkach z rzeczywistych czopów wału korbowego silnika spalinowego, uzyskano następujące parametry geometryczne mikrozasobników olejowych na powierzchni czopów wału korbowego (rysunek 3-5): mikroczasze: głębokość 3 6 µm, średnica µm, wysokość wypływek 1 2,5 µm, mikrokanały: długość µm, szerokość µm, głębokość 6 8 µm, wysokość wypływek 2 5 µm, maksymalna twardość w strefie wypływki HV0,05. 2) Aby po ablacyjnym teksturowaniu laserowym warstwa wierzchnia czopów wału korbowego cechowała się dużą odpornością na zużycie w warunkach tarcia, celowym wydaje się przeprowadzenie obróbki wykańczającej, w wyniku której usunięte zostaną powstałe 4586

9 mikrowypływki przylegające do zasobników. Potwierdzenie wysokiej odporności na zużycie ścierne wymaga przeprowadzenia badań tribologicznych w warunkach laboratoryjnych i rzeczywistych. 3) W materiale bezpośrednio przyległym do wytworzonych mikrozasobników stwierdzono występowanie wysokodyspersyjnej mikrostruktury ledeburytycznej (żeliwo białe). W przejściowej strefie wpływu ciepła stwierdzono występowanie mikrostruktury martenzytycznej, martenzytyczno-bainitycznej oraz bainitycznej. Mikrostruktury te były efektem ultraszybkich przemian fazowych, zachodzących w czasie krystalizacji stopu Fe-C-Cr z fazy ciekłej podczas teksturowania laserowego. Streszczenie W pracy przedstawiono metodykę i wyniki badań wstępnych teksturowanej laserowo warstwy wierzchniej czopów wału korbowego tłokowego silnika spalinowego. Wał korbowy wykonany był z żeliwa sferoidalnego. Czopy wału korbowego współpracujące z łożyskami ślizgowymi poddano mikroobróbce laserowej, którą przeprowadzono z wykorzystaniem lasera Yd:YAG o długości fali promieniowania laserowego λ=1070 nm. Zastosowanie ablacyjnej mikroobróbki laserowej w newralgicznych strefach czopa głównego wału korbowego miało na celu wytworzenie odpowiedniej tekstury powierzchni z mikrozasobnikami olejowymi w kształcie mikroczasz i mikrorowków. W wyniku przeprowadzonych wstępnych eksperymentów uzyskano bardzo regularną teksturę powierzchni na próbkach wykonanych z czopa wału korbowego silnika 126A1. Dobrane parametry można zastosować do laserowego teksturowania czopów wału korbowego, co prawdopodobnie korzystnie wpłynie na procesy tribologiczne i zmniejszenie zużycia skojarzenia czop wału korbowego łożysko ślizgowe w warunkach eksploatacyjnych. The laser texturing of the crankshaft journals of internal combustion engine made of iron Abstract This paper presents the methodology and results of the initial laser-textured surface layer of the crankshaft journals piston engine. The crankshaft was made of ductile cast iron. Crankshaft journals cooperating with plain bearings were laser micromachining, which was carried out using Nd: YAG laser with a wavelength λ = 1064 nm. The use of ablative laser micromachining in sensitive areas of the crankshaft main journal was to produce a suitable surface texture of oil microcontainers shaped microchannels and connect the clusters. As a result of exploratory experiments achieved a very regular surface texture of the journal, which is likely to favorably influence the tribological processes and reduce the consumption of the crankshaft pin associations - bearing in operating conditions. BIBLIOGRAFIA 1. Cypko E., Analiza przydatności warstwy regeneracyjnej czopa do współpracy z panewką wielowarstwową. Rozprawa doktorska. WAT, Warszawa Fuller D., Teoria i praktyka smarowania. PWT, Warszawa Hebda M., Wachal A., Trybologia. WNT, Warszawa Wajand J. A., Wajand J. T., Tłokowe silniki spalinowe średnio- i szybkoobrotowe. WNT Warszawa Luft S., Podstawy budowy silników. Wydanie 2, WKiŁ, Warszawa Marian V., Lubrication of textured surface. International Conference Universitaria Engineering, Petrosani October (2002), vol Schreck S., Zum Gahr K.-H., Laser-assisted structuring of ceramic and steel surfaces for improving tribological properties. Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Institute for Materials Research I, P.O. Box 3640, Karlsruhe, Germany 13 March (2005). 8. Napadłek W., Burakowski T., Wybrane przykłady powierzchniowego teksturowania laserowego. Inżynieria Materiałowa Nr 4 (182)/ Włodarski J. K., Tłokowe silniki spalinowe procesy tribologiczne. WKŁ, Warszawa Kozaczewski W., Konstrukcja złożeń tłok-cylinder silników spalinowych. WKiŁ, Warszawa

10 11. Napadłek W., Przetakiewicz W., Wpływ obróbki laserowej na właściwości wybranych elementów silnika spalinowego. Inżynieria Materiałowa nr 5(130)/ Niewczas A., Trwałość zespołu tłok pierścienie tłokowe cylinder silnika spalinowego.wnt, Warszawa Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki projekt nr N N