PRZEDŁUŻENIE ŻYWOTNOŚCI NOŻY DO CIĘCIA RUR



Podobne dokumenty
WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW HYBRYDOWYCH TYPU CRC+CRN WYTWARZANYCH PRZEZ POŁĄCZENIE PROCESU CHROMOWANIA PRÓŻNIOWEGO Z OBRÓBKĄ PVD

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW HYBRYDOWYCH TYPU CrC+(Ni-Mo)+CrN

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WYBRANE WŁASNOŚCI STALIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE

ZWIĘKSZENIE TRWAŁOŚCI ROLEK DO FORMOWANIA RUR

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK ELEKTROLITYCZNYCH ZE STOPÓW NIKLU PO OBRÓBCE CIEPLNEJ

ANTYŚCIERNE I ANTYKOROZYJNE WARSTWY NOWEJ GENERACJI WYTWARZANE W PROCESIE TYTANOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA STALI NARZĘDZIOWEJ

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW DUPLEX WYTWARZANYCH W PROCESIE TYTANOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA STALI NARZĘDZIOWEJ POKRYTEJ STOPEM NIKLU

Badania wpływu obróbki laserowej i azotowania na własności warstwy wierzchniej próbek ze stali WCL

STABILNOŚĆ STRUKTURALNA STALI P92 W KSZTAŁTOWANYCH PLASTYCZNIE ELEMENTACH RUROCIĄGÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH ANDRZEJ TOKARZ, WŁADYSŁAW ZALECKI

WPŁYW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI MATERIAŁU NA GRUBOŚĆ POWŁOKI PO ALFINOWANIU

W trzech niezależnych testach frezy z powłoką X tremeblue typu V803 był w każdym przypadku prawie 2 razy bardziej wydajne niż wersja niepowlekana.

WARSTWY WĘGLIKOWE WYTWARZANE W PROCESIE CHROMOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA POWIERZCHNI STALI POKRYTEJ STOPAMI NIKLU Z PIERWIASTKAMI WĘGLIKOTWÓRCZYMI

Analiza zużycia narzędzi w linii zgrzewania rur ocena niezawodności. Stanisław Nowak, Krzysztof Żaba, Grzegorz Sikorski, Marcin Szota, Paweł Góra

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY WIERZCHNIEJ STALI MODYFIKOWANEJ BOREM W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

TWARDOŚĆ, UDARNOŚĆ I ZUŻYCIE EROZYJNE STALIWA CHROMOWEGO

WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE STOPÓW Z UKŁADU Ni-Ta-Al-M O DUŻEJ ZAWARTOŚCI WĘGLA

WĘGLOAZOTOWANIE JAKO ELEMENT OBRÓBKI CIEPLNEJ DLA ŻELIWA ADI

-Special. Ceny wraz z dopłatą surowcową Prices without any addition new! Ø 32 Strona/Page 4,5. Black Panther DN 630 +

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

OCENA WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNYCH NOWYCH MATERIAŁÓW NARZĘDZIOWYCH NA OSNOWIE NIKLU

Badania tribologiczne ślizgowych węzłów obrotowych z czopami z powłoką TiB 2

Wpływ powłoki Al Si na proces wytwarzania i jakość zgrzewanych aluminiowanych rur stalowych

OCENA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH POWŁOK UZYSKANYCH DROGĄ METALIZACJI NATRYSKOWEJ

ŻELIWNE ŁOŻYSKA ŚLIZGOWE ODPORNE NA ZUŻYCIE ŚCIERNE

ZUŻYCIE TRYBOLOGICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE ZGARU STOPU AK132 UMACNIANEGO CZĄSTKAMI SiC

WPŁYW PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ TAŚM ZE STALI X6CR17 NA ICH WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURĘ

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

BADANIA PORÓWNAWCZE ODPORNOŚCI NA ZUŻYCIE PRZEZ TARCIE AZOTOWANYCH I NAWĘGLANYCH STALI KONSTRUKCYJNYCH

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW HYBRYDOWYCH WYTWARZANYCH W PROCESACH CHROMOWANIA DYFUZYJNEGO POŁĄCZONYCH Z OBRÓBKĄ PVD

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2 W OBECNOŚCI PREPARATU EKSPLOATACYJNEGO O DZIAŁANIU CHEMICZNYM

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW METALOWO-CERAMICZNYCH METODAMI PLAZMOWYMI

KOMPOZYTOWE WARSTWY STOPOWE C Cr Mn NA ODLEWACH STALIWNYCH. Katedra Odlewnictwa Wydziału Mechanicznego Technologicznego Politechniki Śląskiej 2

ROZKŁAD TWARDOŚCI I MIKROTWARDOŚCI OSNOWY ŻELIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

CHARAKTERYSTYKA STRUKTURALNA WARSTWY WIERZCHNIEJ W STALIWIE Cr Mo W WARUNKACH ŚCIERANIA

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

WPŁYW AZOTU NA STRUKTURĘ, TWARDOŚĆ I ZUŻYCIE ŚCIERNE ŻELIWA CHROMOWEGO

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

OCENA MIKROSTRUKTURY W ASPEKCIE WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNYCH WALCÓW HUTNICZYCH Częstochowa, al. Armii Krajowej 19

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 342

UDARNOŚĆ STALIWA L15G W TEMPERATURZE -40 C. RONATOSKI Jacek, ABB Zamech Elbląg, GŁOWNIA Jan, AGH Kraków

-Special. -Endmills. Ceny wraz z dopłatą surowcową Prices without any addition new! Ø 32 Strona/Page 4,5. Black Panther DN 630 +

ZMĘCZENIE CIEPLNE STALIWA CHROMOWEGO I CHROMOWO-NIKLOWEGO

WPŁYW PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH NA ZUŻYCIE FRETTINGOWE W POŁĄCZENIU WCISKOWYM

WPŁYW PRĘDKOŚCI GŁOWICY W PROCESIE HARTOWANIA LASEROWEGO NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY WIERZCHNIEJ

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

WPŁYW DODATKU NA WŁASNOŚCI SMAROWE OLEJU BAZOWEGO SN-150

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA PARAMETRY KRYSTALIZACJI ŻELIWA CHROMOWEGO

STALE NARZĘDZIOWE DO PRACY NA GORĄCO

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 342

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

ELEMENTY RUROCIĄGU KATALOG OGÓLNY

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

ĆWICZENIE Nr 7. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

MIKROSTRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI STALI NARZĘDZIOWYCH NADTAPIANYCH LASEREM CO 2

WPŁYW RODZAJU OSNOWY I GRAFITU NA WŁAŚCIWOŚCI TRYBOLOGICZNE ŻELIWA SZAREGO

BADANIA WYTRZYMA OŒCI NA ŒCISKANIE PRÓBEK Z TWORZYWA ABS DRUKOWANYCH W TECHNOLOGII FDM

1. Właściwy dobór taśmy

ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlSi13Cu2 WYTWARZANYCH METODĄ SQUEEZE CASTING

MATERIAŁY STOSOWANE NA POWŁOKI PRZECIWZUŻYCIOWE

ZNACZENIE POWŁOKI W INŻYNIERII POWIERZCHNI

Wymrażanie i azotowanie stali narzędziowych

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

WPŁYW CHROMU, MOLIBDENU I WANADU NA STRUKTURĘ I WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE STALIWA DO PRACY NA GORĄCO

STAL DO PRZETWÓRSTWA TWORZYW SZTUCZNYCH

Opracowanie staliwa chromowego na tuleje ciężkich maszyn

ZUŻYCIE ŚCIERNE STOPU AK7 PO OBRÓBCE MODYFIKATOREM HOMOGENICZNYM

ZMIANY MIKROSTRUKTURY I WYDZIELEŃ WĘGLIKÓW W STALIWIE Cr-Ni PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI

Tech-News. Power Drills

WPŁYW ALUMINIUM NA NIEKTÓRE WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURĘ STALIWA

WPŁYW WANADU I MOLIBDENU ORAZ OBRÓBKI CIEPLNEJ STALIWA Mn-Ni DLA UZYSKANIA GRANICY PLASTYCZNOŚCI POWYŻEJ 850 MPa

WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW EKSPLOATACYJNYCH NA ZUŻYCIE ELEMENTÓW SKOJARZENIA TOCZNO-ŚLIZGOWEGO W OBECNOŚCI PŁYNU

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW AlSi13Cu2- WŁÓKNA WĘGLOWE WYTWARZANYCH METODĄ ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

ĆWICZENIE Nr 8. Laboratorium InŜynierii Materiałowej. Opracowali: dr inŝ. Krzysztof Pałka dr Hanna Stupnicka

MONITOROWANIE PRODUKCJI I KONTROLA JAKOŚCI STALIWA ZA POMOCĄ PROGRAMU KOMPUTEROWEGO

FREZY PM; END MILLS PM

BADANIA POKRYWANIA RYS W PODŁOŻU BETONOWYM PRZEZ POWŁOKI POLIMEROWE

WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE DWUSKŁADNIKOWYCH WARSTW POWIERZCHNIOWYCH PRACUJĄCY W WĘZŁACH CIERNYCH

WYSOKOTEMPERATUROWE WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE STOPÓW Fe-Al

ANALIZA WPŁYWU SZYBKOŚCI CHŁODZENIA NA STRUKTURĘ I WŁASNOŚCI STALIWA L21HMF PO REGENERUJĄCEJ OBRÓBCE CIEPLNEJ

OBRÓBKA CIEPLNA STOPOWYCH KOMPOZYTÓW POWIERZCHNIOWYCH

PRÓBA ILOŚCIOWEGO OPISU WPŁYWU PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA UDARNOŚĆ STALI NARZĘDZIOWEJ 102CR6

MASZYNA MT-1 DO BADANIA WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNYCH ZE ZMIANĄ NACISKU JEDNOSTKOWEGO

32/42 NA ŚCIERANIE POWIERZCHNI STALI EUTEKTYCZNEJ WPŁ YW OBRÓBKI LASEROWEJ NA ODPORNOŚĆ

88 MECHANIK NR 3/2015

WPYW STANU WARSTWY WIERZCHNIEJ NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE ŻELIWA SFEROIDALNEGO FERRYTYCZNEGO PO NAGNIATANIU

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

Produkcja Regeneracja Napawanie

CHARAKTERYSTYKA ZUŻYCIA STEMPLA PODCZAS WYCISKANIA STALOWYCH ELEMENTÓW

SOLID CARBIDE RODS PRĘTY WĘGLIKOWE

PROCEDURY POMIARÓW PARAMETRÓW KONSTRUKCYJNYCH, MATERIAŁOWYCH I SZYBKOŚCI ZUśYCIA KOMBAJNOWYCH NOśY STYCZNO-OBROTOWYCH

Własności mechaniczne kompozytów odlewanych na osnowie stopu Al-Si zbrojonych fazami międzymetalicznymi

Transkrypt:

6-2014 T R I B O L O G I A 127 Alan QUINTERO GARZA *, Marco T. VILLARREAL GARZA *, Heber ARIAS HERNÁNDEZ *, Zygmunt HADUCH SUSKI * PRZEDŁUŻENIE ŻYWOTNOŚCI NOŻY DO CIĘCIA RUR INCREASING THE LIFETIME OF A COUPLE OF CUTTING BLADES FOR PIPE Słowa kluczowe: zużycie narzędzi tnących, obróbka podzerowa, powłoka PVD Key words: wear of, cutting blades, Cryogenic, Eroded Volume, PVD Coating Streszczenie: Badania mają na celu zwiększenie trwałości noży do cięcia rur. Średnia trwałość pary noży wynosi około dwie zmiany, po czym następują wykruszenia i zużycie powodujące złą jakość powierzchni cięcia i przestoje linii produkcyjnej. Obecnie noże te są wykonane ze stali D2 (1,5% C, 12% Cr, 1% V). Stal ta jest odporna na zużycie, ale krucha i niezbyt sprawdzająca się w warunkach dynamicznych procesu cięcia. Poszukując poprawy właściwości mechanicz- * University of Monterrey (UDEM), Engineering Department, San Pedro Garza García NL Mexico, e-mail: alan_q_g@hotmail.com, e-mail: marco_tulio_17_6@hotmail.com, e-mail: ariasheber@hotmail.com, e-mail: zygmunt.haduch@udem.edu.

128 T R I B O L O G I A 6-2014 nych, a w szczególności lepszej udarności zaproponowano obróbkę kriogeniczną (podzerową), która powinna zwiększyć odporność na ścieranie stali D2 do 10 razy, zmniejszając również jej kruchość. Obróbka podzerowa prezentuje również dobre wyniki w przypadku innych badanych materiałów (S7, H13, M2, Cr8). Dodatkowo dla zwiększenia trwałości noży zastosowano różne pokrycia PVD, które powodują wielokrotny wzrost odporności na zużycie. Badania tribologiczne zostały wykonane na maszynie T-05 (blok on ring) zaprojektowanej i wyprodukowanej w Instytucie Technologii Eksploatacji w Radomiu. WPROWADZENIE Firma TERNIUM wytwarza rury o różnych średnicach i grubości ścianki. Produkcja rur jest procesem ciągłym, jednak konieczne jest cięcie rur na długości pozwalające na ich transport. W tym procesie do cięcia używa się pary noży, które zużywają się na powierzchni tarcia i wykruszają na ostrzu tnącym z powodu dużej ilości cięć i różnorodności materiałów stosowanych na rury (Rys. 1). Głównym celem niniejszego projektu jest zwiększenie okresu użytkowania noży, tak aby zatrzymania linii produkcyjnej, niezbędne do wymiany zużytych noży, były nie tak częste. Miarą zwiększenia trwałości noży może być liczba uciętych rur do czasu konieczności ich wymiany. Rys. 1 Przykład wykruszenia ostrza noża pionowego Fig. 1. Example of vertical blade with fracture problems W procesie cięcia rur używane są dwa noże (Rys. 2) montowane na mobilne urządzenie, które zakleszcza się na rurze i przesuwa wraz z nią w procesie cięcia. Aby uciąć rurę, pierwszy nóż, przesuwając się poziomo, wykonuje nacięcie na około 25% grubości rury (Rys. 2a). Następnie nóż pionowy ucina rurę, zaczynając we wcześniej wykonanym nacięciu (Rys. 2b). Każdy nóż ma inny kształt i wymiary. Grubość noży zależy od grubości ścianki rury.

6-2014 T R I B O L O G I A 129 a) b) Rys. 2 a) Nóż poziomy do nacięcia rury, b) Nóż pionowy do cięcia rur Fig. 2. a) Horizontal blade exemplifying strumming with the pipe, b) Vertical blade exemplifying cutting with the pipe Analiza danych literaturowych [L. 2, 9, 10] mających na celu porównanie podobnych procesów w świecie pozwoliła na zaproponowanie co najmniej czterech materiałów do wykorzystania w procesie cięcia rur (S7, H13, M2, Cr8). Kilka firm stosuje pokrycia PVD, które powodują wydłużenie czasu użytkowania noży [L. 3, 4, 6]. Na bazie tych danych opracowano plan eksperymentów, które zaprezentowane są w części badań tribologicznych. METODYKA BADAŃ Obecny skład chemiczny materiału Skład chemiczny noży aktualnie pracujących zestawiono w Tabeli 1. Tabela 1. Skład chemiczny (% masowy) stali na noże Ternium Table 1. Chemical composition of Ternium blades (% mass) Skład chemiczny noży C Si Mn Cr Mo Ni V Fe % % % % % % % % 1,4639 0,3155 0,3053 11,780 0,6948 0,2658 0,7380 84,178 Jak widać, skład chemiczny materiału noży mieści się w limitach materiału stali D2 [L. 1].

130 T R I B O L O G I A 6-2014 Mikrostruktura materiału noży W mikrostrukturze wyróżnić można duże wydzielenia węglików chromu i mniejsze węgliki wanadu. Osnową jest odpuszczony martenzyt (Rys. 3). a) b) Rys. 3. Mikrostruktura stali D2, trawione 3% nital Fig. 3. D2 Steel Microstructure, attacked with nital 3% Na Rysunku 4 pokazano pęknięcie wewnątrz struktury materiału. Pęknięcie rozwija się przez granicę wydzieleń węglików chromu i osnowy. Rys. 4. Propagacja pęknięcia po granicach międzyfazowych węglik/osnowa. Trawione 3% nital Fig. 4. Fracture propagation to the grain boundaries. Attacked with nital 3% Propozycja nowych materiałów, obróbki cieplnej i powłok Jak wspomniano powyżej, obydwa noże są ze stali D2. Zatem pierwszym zadaniem jest opracowanie procesu obróbki cieplnej polepszającej właściwości tego materiału: zmniejszenie kruchości i poprawienie odporności na zużycie. Zaproponowano zastosowanie innych rodzajów stali, które mają lepsze cechy lub lepiej zachowują się w tych specyficznych warunkach. Proponowane w ramach badań materiały to stale narzędziowe typu: M2, S7, H13 [L. 2, 9, 10]. Do badań włączono również stal D2 poddaną obróbce termicznej z różnymi parametrami. Dla stali D2, M2 i S7 proponuje się kompleksową obróbkę cieplną obejmującą hartowanie, podwójne odpuszczania, obróbkę podzerową

6-2014 T R I B O L O G I A 131 w ciekłym azocie zakończoną niskim odpuszczaniem [L. 5, 7], a dla stali H13 hartowanie, podwójne odpuszczanie i azotowanie [L. 9, 12]. Stal H13 nie reaguje dobrze na obróbkę podzerową [L. 2]. Oprócz wyżej wymienionych zabiegów były testowane różne powłoki PVD: Futura Nano (TiAlN) dla stali D2, M2 i S7, Alcrona Pro (AlCrN) dla stali D2, M2, S7 i H13 oraz Alcrona Pro Duplex dla stali H13 hartowanej i azotowanej [L. 5, 9]. Rysunek 4 pokazuje proponowaną obróbkę cieplną stali D2 i na Rysunku 5 schemat obróbki stali H13. Rys. 5. Schemat obróbki cieplnej stali D2 Fig. 5. Proposed heat treatment for D2 steel Rys. 6. Schemat obróbki cieplnej stali H13 Fig. 6. Proposed heat treatment for H13 steel Badania tribologiczne Ponieważ kontakt pomiędzy narzędziem tnącym a rurą rozwija się od styku liniowego do powierzchniowego, a zużycie zachodzi przez tarcie, wybrano do

132 T R I B O L O G I A 6-2014 badań trybologicznych tester T-05 najbliżej odpowiadający tym charakterystykom (Rys. 7). Urządzenie T-05 ma na celu określenie siły tarcia, obliczenie współczynnika tarcia i określenie zużycia liniowego badanej próbki, a także obliczenie ubytku objętościowego wytarcia. Rys. 7 Maszyna T - 05 typu Block on Ring Fig. 7. T-05 Machine Block on Ring W tym przypadku system tribologiczny jest utworzony przez blok z materiału badanego dociskanego z obciążeniem P do pierścienia wirującego z zadaną prędkością wykonanego ze stali D2 zahartowanego i obrobionego w ciekłym azocie. W tym teście konieczne jest odzwierciedlenie warunków rzeczywistych procesu, aby można było symulować realne warunki tarcia i zużycia. Parametry badań podano w Tabeli 2. Tabela 2. Parametry badań Table 2. Parameters for tribological tests Parametry badań Obciążenie 150 kg Temperatura Pokojowa Czas próby 750 s Smarowanie Nie stosuje się Droga tarcia 1000 m Prędkość pierścienia 730 obr./min Podczas eksperymentu mierzona jest siła tarcia w sposób ciągły, zużycie liniowe systemu tribologicznego, prędkość obrotowa pierścienia i czas lub liczba obrotów, na podstawie czego można obliczyć drogę tarcia.

6-2014 T R I B O L O G I A 133 Po próbie można obliczyć objętość zużytego materiału wg następującego wzoru: 2 Dt l 1 b 1 b Zv = 2* sen sen 2* sen 8 D t D t gdzie: Z v = objętość wytarcia [mm], D t = średnica pierścienia [mm], l = szerokość próbki [mm], b = uśredniona szerokość wytarcia w próbce [mm]. Badane były trzy próbki dla każdej zmiennej. Parametry badań podano w Tabeli 3. Tabela 3. Matryca parametrów do badań tribologicznych Table 3. Matrix of experiments for tribological tests Zmienna Prędkość obr/min Obciążenie Stali Obróbka cieplna Powłoka Liczba prób 1 370 150 kg D2 Aktualna - 3 2 370 150 kg D2 Aktualna + podzerowa - 3 3 370 150 kg D2 Proponowana - 3 4 370 150 kg D2 Proponowana Futura Nano 3 5 370 150 kg D2 Proponowana Alcrona Pro 3 6 370 150 kg M2 Proponowana - 3 7 370 150 kg M2 Proponowana Futura Nano 3 8 370 150 kg M2 Proponowana Alcrona Pro 3 9 370 150 kg S7 Proponowana - 3 10 370 150 kg S7 Proponowana Futura Nano 3 11 370 150 kg S7 Proponowana Alcrona Pro 3 12 370 150 kg H13 Proponowana Alcrona Pro Duplex 3 13 370 150 kg H13 Proponowana Alcrona Pro 3 Ogółem 39 ANALIZA WYNIKÓW Po realizacji badań tribologicznych mierzono szerokość wytarcia każdej próbki. Jak wynika z Tabeli 3, były powtarzane trzykrotnie próby dla każdego proponowanego materiału. Obliczano objętości wytarć, a wyniki przedstawia Rys. 8.

134 T R I B O L O G I A 6-2014 Rys. 8. Objętość zużycia badanych próbek Fig. 8. Volume worn of tribological tests results Jak widać na rysunku powyżej, materiałem, który prezentuje największe zużycie jest materiał obecnie stosowany w Ternium, (D2 Ternium) 10,33 mm 3, podczas gdy materiałem, który najmniej się zużywa jest zaproponowana w projekcie stal H13 z powłoką Alcrona Pro, 1,90 mm 3. Jest to więc różnica pięciokrotna. Na podstawie wyników prób tribologicznych obliczano procentowe zwiększenie żywotności proponowanych materiałów z odpowiednimi pokryciami PVD (Rys. 9). Rys. 9. Zwiększenie żywotności proponowanych materiałów w porównaniu z materiałem aktualnie stosowanym Fig. 9. Increasing the life of proposed materials versus the actual material of Ternium

6-2014 T R I B O L O G I A 135 Jak pokazano na poprzednim rysunku, materiałem, który wykazał najlepsze wyniki odporności na zużycie w badaniach laboratoryjnych była stal H13 z pokryciem PVD Alcrona Pro. Materiałem o niższych wynikach w badaniach laboratoryjnych była stal S7 prezentująca małą odporność na zużycie, natomiast ten sam materiał z pokryciem Alcrona Pro przedstawia wzrost odporności na zużycie do 94%. Rys. 10. Przykład wytarć próbek w badaniach tribologicznych Fig. 10. Example of worn prints on samples Na fotografiach (Rys. 11) widoczny jest rozkład węglików chromu w osnowie martenzytu. Kształt, wielkość i rozkład węglików jest charakterystyczny dla tego materiału. Po zastosowaniu obróbki podzerowej w ciekłym azocie nie zaobserwowano występowania austenitu szczątkowego, co polepsza odporność na zużycie. Grubość warstwy powłoki TiAlN, jak pokazano na Rysunku 11b, a) b) Rys. 11. Mikrostruktura stali D2 z pokryciem PVD Futura Nano po badaniach tribologicznych: a) pow. 200 x, 3% Nital, b) pow. 500 x Nital 3%. Przeciętna grubość powłoki wynosi nieco ponad 7,05 µm Fig. 11. Microstructure of D2 steel samples with PVD Futura Nano (Coating after tribological tests) a) Zoom in 200x, 3% Nital, b) Zoom in 500x, 3% Nital. In the right side it is visible the coating layer about of 7.05 µm

136 T R I B O L O G I A 6-2014 wynosi około 7,05 µm. Powłoka ta, o nazwie komercyjnej PVD Futura Nano, może pracować w temperaturach około 850 C 900 C. Główną cechą tej powłoki jest wysoka twardość w podwyższonych temperaturach i odporność na utlenianie. WNIOSKI Na noże poziome i pionowe do cięcia rur firma Ternium używa stali D2. Ponieważ dostawca narzędzi jest z zagranicy, nieznane są parametry ich obróbki cieplnej. Skład chemiczny materiału, jak i struktura metalograficzna odpowiada faktycznie stali D2. Badania składu chemicznego, jak i mikrostruktury przeprowadzono w laboratorium UDEM. Na drodze badań tribologicznych stwierdzono, że żywotność materiału D2 zwiększa się, jeżeli zastosuje się kompleksową obróbkę cieplną z odpowiednio dobranymi jej parametrami: nagrzewanie stopniowe, hartowanie w powietrzu, podwójne odpuszczanie i obróbkę podzerową zakończoną niskim odpuszczaniem. Dla każdego z proponowanych materiałów rodzaj i parametry obróbki cieplnej należy starannie dobrać, w niektórych przypadkach nie jest konieczna obróbka podzerowa. Znaczne zwiększenie odporności na zużycie można osiągnąć przez zastosowanie pokryć PVD: Alcrona Pro, Alcrona Pro Duplex i Futura Nano. Zastosowanie proponowanych zabiegów obróbki cieplnej i powłok przyniosło bardzo pozytywne wyniki aż do wzrostu o 444% wytrzymałości na zużycie przy zastosowaniu stali H13 na narzędzia, (hartowanie z temperatur 995 1040 C, dwukrotne odpuszczanie plus azotowane w temp. 540 650 C (1 godzina na cal grubości narzędzia) i pokrycie PVD Alcrona Pro przez firmę Balzers. Próby pilotażowe noży z zaproponowaną w projekcie obróbką wykazały pozytywne rezultaty. Osiągnięto 58% wzrost przedłużenia żywotności noży (1455 cięć zwiększono do 2554 cięć) tylko stosując obróbkę podzerową dla noży o grubości 0.256 cala i 0.250 cala, które zostały po raz pierwszy testowane na rurach o średnicy 1 ½ cala. LITERATURA 1. SISA, Katalog materiałów, Stal D2, SISA. Monterrey. 2. Bejarano, R., Romero, J., Esaak, A. (2011), Prolongación de vida util de rodillos de Preformado de Tubos. San Pedro Garza García: PEF. UDEM. 3. PalDey, S., & Deevi, S. (2002), Single layer and multilayer wear resistant coatings of (Ti,Al)N; review. Richmond: Elsevier. 4. Polok-Rubiniec, M., Dobrzanski, L., & M.Adamiak (2009), Comparison of the PVD coatings. Gliwice: Archives of Materials Science and Enginerring. 5. Arain, A. (1999), Heat Treatment and Thougness Behavior of Tool Steels (D2 and H13) for cutting blades. Toronto: University of Toronto.

6-2014 T R I B O L O G I A 137 6. Avelar-Batista, J., Spain, E., & Houdsen, J. (2005), Characterisation of Pristine and Recoated electron beam evaporation plasma-assisted physical vapour deposition Cr-N coatings on AISI M2 steel and WC-Co substrates. Cambridge: Elsevier 7. Bayer, A. M., & Vasco, T. (2005), ASM Handbook Volume 1. Properties and Selection: Irons, Steels and High Performance Alloys. ASM International. 8. Das, D., & Dutta, A. (2009), Influence of varied cryotreatment on the wear behavior of AISI D2 steel. Shibpur: Elsevier. 9. Ozel, T., Hsu, T. K., & Zeren, E. (2005), Effects of cutting edge geometry, workpiece hardness, feed rate and cutting speed on surface roughness and forces in finish turning of hardened AISI H13 steel. Piscataway: Advanced Manufacturing Technology. 10. Shih, A. J., & McCall, R. C. (2004), Kinematics and Wear of Tool Blades for Scrap Tire Shredding. Raleigh, North Carolina: Machining Science and Technology. 11. SISA, A. (s.f.), Acero SISA H13, M2, S7. Monterrey 12. George Adam Roberts, R. K. (2000), Tool Steels. Estados Unidos: ASM. Summary This investigation seeks to increase the lifetime of a couple of cutting blades pipe. The average life of this pair of blades is about two working shifts, and these blades have fracture and wear problems, which result in line stoppage and bad cuts in the pipes. These blades are currently made of D2 steel (1.5% C, 12% Cr, 1% V), which is a strong but brittle steel, and the process is quite fast and is under severe impact conditions. Searching to increase the mechanical properties, such as toughness and impact resistance, the utilization of a cryogenic treatment (sub-zero) has been proposed. The investigated cryogenic treatment increases the wear resistance in steel D2 ten times and also presents good results in other investigated materials (S7, H13, M2, Cr8) applying different PVD coatings in which the lifetime increases to reach 200%. The tribological tests were done with the T-05 (block on ring) equipment designed by the Institute for Sustainable Technologies in Radom, Poland, to analyse the eroded volume for each specimen.

138 T R I B O L O G I A 6-2014