Wpływ obróbek wykończeniowych na odporność na zmęczenie stykowe powierzchni czopów wałów pomp okrętowych pracujących w wodzie morskiej

Podobne dokumenty
Ocena wpływu geometrii noża tokarskiego na strukturę geometryczną powierzchni czopów wałów wykonanych ze stali austenitycznej

WPŁ YW NAGNIATANIA NA POPRAWĘ W Ł A Ś CIWOŚ CI EKSPLOATACYJNYCH WAŁ ÓW POMP WODNYCH SILNIKÓW OKRĘ TOWYCH

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

WPŁYW ZMIANY GŁĘBOKOŚCI SKRAWANIA NA WARTOŚĆ SIŁ SKRAWANIA I PARAMETR CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI PODCZAS TOCZENIA CZOPÓW WAŁÓW

ANALIZA ROZKŁADU SIŁ SKRAWANIA PODCZAS ZMIENNYCH WARUNKÓW OBRÓBKI WAŁÓW WYKONANYCH ZE STALI NIERDZEWNEJ

MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA NAGNIATANIA ZEWNĘTRZNYCH POWIERZCHNI KULISTYCH W SERYJNEJ PRODUKCJI PRZEDMIOTÓW ZE STALI KWASOODPORNEJ

OBRÓBKA WYKAŃCZAJĄCA NATRYSKIWANYCH PŁOMIENIOWO POWŁOK Ni-Al, OCENA ZUŻYCIA BORAZONOWYCH PŁYTEK SKRAWAJĄCYCH

PROCES NAGNIATANIA JAKO METODA OBRÓBKI WYKAŃCZAJĄCEJ CZOPÓW WAŁÓW POMP OKRĘTOWYCH

KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI

MOŻLIWOŚĆ WYKORZYSTANIA PRZYRZĄDU HOMMEL ETAMIC F50 DO POMIARU ODCHYŁEK OKRĄGŁOŚCI WAŁKÓW PO TOCZENIU WYKOŃCZENIOWYM

RAPORT Etap 1. Poznanie mechanizmów trybologicznych procesu HPC

Wpływ warunków nagniatania tocznego na chropowatość powierzchni stali C45 po cięciu laserem

L a b o r a t o r i u m ( h a l a 2 0 Z O S )

5. ZUŻYCIE NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH. 5.1 Cel ćwiczenia. 5.2 Wprowadzenie

KSZTAŁTOWANIE WARSTWY WIERZCHNIEJ STALIWA TYPU DUPLEKS POPRZEZ TOCZENIE THE FORMING SURFACE LAYER OF THE DUPLEX CAST STEEL AFTER TURNING

Tematy prac dyplomowych inżynierskich kierunek MiBM

CZAS WYKONANIA BUDOWLANYCH ELEMENTÓW KONSTRUKCJI STALOWYCH OBRABIANYCH METODĄ SKRAWANIA A PARAMETRY SKRAWANIA

OBRÓBKA SKRAWANIEM DOBÓR NARZĘDZI I PARAMETRÓW SKRAWANIA DO FREZOWANIA. Ćwiczenie nr 6

KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI

PRELIMINARY BROCHURE CORRAX. A stainless precipitation hardening steel

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Nowych Technologii i Chemii KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII

NAGNIATANIE STALIWA TYPU DUPLEKS W ASPEKCIE ZWIĘKSZENIA TWARDOŚCI I ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI

ĆWICZENIE NR Materiały pomocnicze do wykonania zadania

Dobór parametrów dla frezowania

Frezy kuliste Sphero-XR / Sphero-XF obróbka kształtów 3D opanowana do perfekcji

Tematy prac dyplomowych magisterskich kierunek MiBM

Moduł 2/3 Projekt procesu technologicznego obróbki przedmiotu typu bryła obrotowa

Obliczanie parametrów technologicznych do obróbki CNC.

ĆWICZENIE NR Materiały pomocnicze do wykonania zadania

Rajmund Rytlewski, dr inż.

STANOWISKO BADAWCZE DO SZLIFOWANIA POWIERZCHNI WALCOWYCH ZEWNĘTRZNYCH, KONWENCJONALNIE I INNOWACYJNIE

ZAAWANSOWANE TECHNIKI WYTWARZANIA W MECHATRONICE

PODSTAWY SKRAWANIA MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

ZAAWANSOWANE TECHNIKI WYTWARZANIA W MECHATRONICE

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Nr ćwiczenia : 7

WPŁYW ZMIANY KĄTA PRZYSTAWIENIA NOŻA TOKARSKIEGO TYPU WIPER NA WARTOŚĆ PARAMETRÓW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI CZOPÓW WYKONANYCH ZE STALI AUSTENITYCZNEJ

Karta (sylabus) przedmiotu

Analiza doświadczalna obróbki nagniataniem metodą NSNT

WPŁYW GNIOTU WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI POWŁOK Z FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH

Cechy ściernic diamentowych i z regularnego azotku boru ze spoiwem ceramicznym

WSZECHSTRONNOŚĆ T9315 T9325 NOWE GATUNKI DO TOCZENIA SERIA T9300 Z POWŁOKAMI MT-CVD.

Przykładowe rozwiązanie zadania egzaminacyjnego z informatora

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PRZECIĄGACZE.

Karta (sylabus) przedmiotu

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE. Obróbka skrawaniem. niestacjonarne. II stopnia. ogólnoakademicki. Inne WYKŁAD ĆWICZENIA LABORATORIUM PROJEKT SEMINARIUM

ODPORNOŚĆ M9315 M9325 M9340 P M NOWE MATERIAŁY SKRAWAJĄCE DO FREZOWANIA SERIA M9300.

OBLICZANIE NADDATKÓW NA OBRÓBKĘ SKRAWANIEM na podstawie; J.Tymowski Technologia budowy maszyn. mgr inż. Marta Bogdan-Chudy

Temat: NAROST NA OSTRZU NARZĘDZIA

Technik mechanik

7. OPTYMALIZACJA PARAMETRÓW SKRAWANIA. 7.1 Cel ćwiczenia. 7.2 Wprowadzenie

L a b o r a t o r i u m ( h a l a 2 0 Z O S )

Spis treści. Wykaz ważniejszych symboli i akronimów... 11

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Węglikowe pilniki obrotowe. Asortyment rozszerzony 2016

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

STRUKTURA GEOMETRYCZNA POWIERZCHNI KOMPOZYTÓW ODLEWNICZYCH TYPU FeAl-Al 2 O 3 PO PRÓBACH TARCIA

The development of the technological process in an integrated computer system CAD / CAM (SerfCAM and MTS) with emphasis on their use and purpose.

KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI Inżynieria wytwarzania: Obróbka ubytkowa

MiBM_IMMiS_1/6. Obróbki wykończeniowe. Mechanika i Budowa Maszyn I stopień ogólnoakademicki Niestacjonarne

Obróbka Ubytkowa Metal removal process. MiBM I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

PORÓWNANIE WPŁYWU GLIKOLU PROPYLENOWEGO PODAWANEGO METODĄ MQL Z EMULGOLEM NA WARSTWĘ WIERZCHNIĄ PODCZAS PROCESU SZLIFOWANIA TYTANU

passion passion for precision for precision Wiertło Supradrill U

OCENA PARAMETRÓW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI TOCZONYCH OTWORÓW W KOŁACH ZĘBATYCH OBRABIANYCH NAGNIATANIEM

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

Projektowanie Procesów Technologicznych

PRZYGOTÓWKI WĘGLIKOWE

MODUŁOWY SYSTEM DO POMIARU I ANALIZY TOPOGRAFII POWIERZCHNI TOPO 01

METODYKA OCENY TOPOGRAFII FOLII ŚCIERNYCH ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM ROZMIESZCZENIA ZIAREN ŚCIERNYCH

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

3. TEMPERATURA W PROCESIE SZLIFOWANIA. 3.1 Cel ćwiczenia. 3.2 Wprowadzenie

Przedmiotowy system oceniania - kwalifikacja M19. Podstawy konstrukcji maszyn. Przedmiot: Technologia naprawy elementów maszyn narzędzi i urządzeń

semestr III Lp Przedmiot w ć l p s e ECTS Godziny

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Nr ćwiczenia : 3

2.1.M.07: Wpływ warunków zużycia na własności powierzchni materiałów inżynierskich

KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI. Obróbka skrawaniem i narzędzia

WÓJCIK Ryszard 1 KĘPCZAK Norbert 2

6. BADANIE TRWAŁOŚCI NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH. 6.1 Cel ćwiczenia. 6.2 Wprowadzenie

1. OBRÓBKA WAŁKA NA TOKARCE KŁOWEJ

Mechanika i Budowa Maszyn II stopień ogólnoakademicki Stacjonarne. Kierunkowy obowiązkowy polski drugi

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1

WPŁYW AZOTOWANIA NA ZUŻYCIE FRETTINGOWE W POŁĄCZENIU WCISKOWYM

Test kompetencji zawodowej

ZNACZENIE POWŁOKI W INŻYNIERII POWIERZCHNI

UNI UNIWERSALNE EKONOMICZNE NIEZAWODNE. Wiertła pełnowęglikowe HPC FORMAT GT. OBOWIĄZUJE DO r. 4,5.

Badanie zmęczenia cieplnego żeliwa w Instytucie Odlewnictwa

4. WPŁYW RODZAJU I PARAMETRÓW OBRÓBKI NA MIKROGEOMETRIĘ POWIERZCHNI. 4.1 Cel ćwiczenia. 4.2 Wprowadzenie

BADANIE ENERGOCHŁONNOŚCI TOCZENIA I NAGNIATANIA STALI UTWARDZONEJ. Streszczenie

WPŁYW MATERIAŁU ŚCIERNEGO NA STAN WARSTWY WIERZCHNIEJ PODCZAS SZLIFOWANIA STOPÓW TYTANU

WPŁYW MODYFIKACJI ŚCIERNICY NA JAKOŚĆ POWIERZCHNI WALCOWYCH WEWNĘTRZNYCH

Inżynieria Maszyn, 2018, R. 23, z. 1, 36 43, ISSN X EKSPERYMENTALNA METODA OKREŚLANIA MOMENTU OPORU RUCHU ŁOŻYSK SKOŚNYCH 1.

ESTIMATION OF THE INFLUENCE OF PASSES NUMBER BURNISHING TOOL ON SHIPS PUMPS SHAFTS SURFACE LAYERS STRENGTHENING AND ROUGHNESS CHANGES

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY PROJEKT DYPLOMOWY INŻYNIERSKI

DOLFA-POWDER FREZY TRZPIENIOWE ZE STALI PROSZKOWEJ DOLFAMEX

OBRÓBKA SKRAWANIEM L a b o r a t o r i u m ( h a l a H 20 Z O S )

Silent Tools. Narzędzia z tłumieniem drgań źródłem produktywności

ZASTOSOWANIE NAŚWIETLANIA LASEROWEGO DO BLOKADY PROPAGACJI PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH

Techniki Wytwarzania II Manufacturing Techniques II

Obróbka Ubytkowa Metal removal process. MiBM I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Transkrypt:

LABUDA Wojciech 1 CHARCHALIS Adam 2 Wpływ obróbek wykończeniowych na odporność na zmęczenie stykowe powierzchni czopów wałów pomp okrętowych pracujących w wodzie morskiej WSTĘP Do jednych z najważniejszych urządzeń pomocniczych na statkach są zaliczane wirowe pompy, które znalazły powszechne zastosowanie w instalacjach okrętowych. Związane jest to z licznymi zaletami tych pomp, do których należy zaliczyć: dużą wydajność, prostą budowę, dobre charakterystyki ich pracy, łatwość regulacji, możliwość stosowania bezpośredniego napędu silnikiem elektrycznym, cichą pracę itp.w siłowniach okrętowych powszechne zastosowanie znalazły odśrodkowe pompy krętne. Stosowane są one w obiegach chłodzenia silników średniej i dużej mocy, do zasilania kotłów oraz w instalacjach zęzowych, balastowych i przeciwpożarowych. Wały pomp pracujące w środowisku wody morskiej, ze względu na trudne warunki eksploatacyjne są narażone na zużycie korozyjne, cierne i erozyjne. Dlatego są wykonywane ze stali odpornych na korozję. Zastosowanie drogiego materiału nie zapobiega jednak uszkodzeniom eksploatacyjnym. Do uszkodzeń wałów pomp wody morskiej należą pęknięcia i rozwarstwienia materiału na czopach, odkształcenia plastyczne, nadmierne zużywanie czopów w miejscach osadzenia tarcz wirników, sprzęgieł i uszczelnień dławic, zużycie korozyjne i erozyjne oraz wybicie rowków wpustowych. W praktyce eksploatacyjnej obserwuje się nadmierne zużywanie czopów, powodujące zmniejszenie ich średnicy oraz przekroczenie dopuszczalnych odchyłek kształtu w miejscu zamontowania uszczelnień dławic. Jednym z najważniejszych problemów współczesnych technik wytwarzania jest zapewnienie odpowiedniej jakości wyrobu, przy minimalizacji kosztów i jednoczesnym wzroście wydajności produkcji. Dlatego podczas projektowania procesów wytwarzania powinno się zastosować technologię, która ma istotny wpływ na trwałość i niezawodność części maszyn. Podczas obróbki wykończeniowej nadawane są ostateczne wymiary i właściwości użytkowe danego elementu. Osiąga się to poprzez zastosowanie odpowiedniego rodzaju obróbki oraz dobór właściwych parametrów danego procesu. Technolog projektujący proces kształtowania warstwy wierzchniej ma do dyspozycji różne techniki wytwarzania. Koniecznym jest znalezienie określonego rozwiązania, które będzie odpowiadać wymaganiom i warunkom pracy danej części maszyny. Do tradycyjnych metod obróbki wykończeniowej czopów wałów pomp okrętowych można zaliczyć toczenie wykończeniowe i szlifowanie. Proces toczenia wykończeniowego przy zastosowaniu płytek tradycyjnych pozwala osiągnąć wartość parametru R a na poziomie od 0,32 do 1,25 µm. Bardzo dokładne toczenie wykonuje się najczęściej narzędziami odpornymi na ścieranie na maszynach charakteryzujących się dużą sztywnością, dużymi prędkościami skrawania i małymi posuwami. Wymienne płytki noży tokarskich dla takich warunków pracy są wykonane przede wszystkim z diamentu i regularnego azotku boru. Producenci narzędzi skrawających oferują również noże z wymiennymi płytkami dogładzającymi. Odpowiednio zaprojektowana geometria płytek powoduje skrawanie materiału przy jednoczesnym dogładzeniu wierzchołków nierówności [6]. Szlifowanie czopów wałów na szlifierkach generuje dość wysokie koszty, które są związane z ceną zakupu ściernic. Dodatkowym utrudnieniem podczas szlifowania wałów jest zapewnienie odpowiedniej kontroli wymiarów oraz wykonywanie tzw. operacji obciągania, która ma na celu zapewnienie właściwej geometrii ściernicy. W wyniku szlifowania uzyskuje się jedynie odpowiednią 1 Akademia Morska w Gdyni; Wydział Mechaniczny; 81-225 Gdynia; ul. Morska 81-87,. Tel: + 48 58 6901549, wlabuda@am.gdynia.pl 2 Akademia Morska w Gdyni; Wydział Mechaniczny; 81-225 Gdynia; ul. Morska 81-87, Fax: + 48 58 6901399, achar@am.gdynia.pl 2772

chropowatość powierzchni materiału bez umocnienia warstwy wierzchniej. Możliwym jest uzyskanie wartości parametru R a w przedziale od 0,63 0,32 µm, a przy odpowiednim doborze metody i parametrów szlifowania konwencjonalnego można uzyskać wartości R a do 0,16 µm. Należy jednak podkreślić, że bezpośredni wpływ na efekt końcowy procesu szlifowania ma prawidłowy dobór obrabiarki, narzędzia, parametrów procesu oraz płynu obróbkowego [5, 100]. Wymagania przemysłu powodują, że w procesie wytwarzania części maszyn koniecznym jest uzyskiwanie powierzchni o dużej dokładności (3-5 klasa dokładności) przy jednoczesnym zapewnieniu chropowatości R a = 0,16 0,01 µm. Taki efekt można uzyskać stosując odpowiednie metody obróbki bardzo dokładnej [5]. Wyżej omówione metody obróbki wałów nie powodują zwiększenia twardości powierzchni, co ma bezpośredni wpływ na ich właściwości eksploatacyjne. Używane w procesach wytwarzania ściernice lub noże tokarskie mogą doprowadzić do występowania skażenia powierzchni obrabianej materiałem narzędzia. W miejscach wtrąceń mogą powstać obszary, w których może rozwijać się korozja lokalna. Dlatego też, coraz częściej jest stosowana obróbka powierzchni, zarówno mechaniczna jak i chemiczna, która poprawia odporność stali stopowych na korozję lokalną [7]. Jedną z mechanicznych metod obróbki wykończeniowej, która umożliwia otrzymanie warstwy wierzchniej o szczególnie korzystnych właściwościach, jest obróbka nagniataniem. Wykorzystuje ona zjawisko powierzchniowych odkształceń plastycznych na zimno, wytwarzanych w warstwie wierzchniej przedmiotu. Główne cele stosowania obróbki nagniataniem w technologii części maszyn związane są przede wszystkim z: zmniejszeniem chropowatości powierzchni, zwiększeniem twardości warstwy wierzchniej, zwiększeniem odporności na zmęczenie powierzchniowe i objętościowe, zwiększeniem odporności na zużycie ścierne i zacieranie, zmniejszeniem kosztów wytwarzania. Prawidłowo wytworzona warstwa wierzchnia w technologicznych procesach produkcyjnych oraz procesach eksploatacyjnych, zapewnia maksymalną wytrzymałość powierzchniową, która zapewnia dużą trwałość eksploatacyjną. Istotnym zagadnieniem w obróbce nagniataniem jest odpowiednie przygotowanie powierzchni przed tym procesem. W celu uzyskania warstwy wierzchniej o takich samych właściwościach struktury geometrycznej powierzchni, proces toczenia wstępnego powinien być powtarzalny. Obróbka skrawaniem stali odpornych na korozję, a w szczególności stali o strukturze austenitycznej, sprawia dużo trudności. Na skrawalność stali austenitycznych ma niekorzystny wpływ wysoka skłonność do umacniania się przez zgniot, niska przewodność cieplna i dobra ciągliwość. Wiele ośrodków naukowych, w tym również Akademia Morska w Gdyni, prowadzi badania związane z obróbką materiałów trudno obrabialnych [1, 2, 3, 4,8,9,11]. Realizowane badania mają na celu określenie zbioru czynników wejściowych, stałych i zakłócających dla procesu obróbek wykończeniowych czopów wałów wykonanych ze stali nierdzewnej, mających wpływ na właściwości eksploatacyjne. W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu zastosowanych obróbek wykończeniowych na odporność na zmęczenie stykowe powierzchni wałów wykonanych ze stali nierdzewnej X5CrNi18-10. Czopy wałów poddano procesowi toczenia wykończeniowego, szlifowania oraz obróbce nagniatania uwzględniającego jedno oraz trzy przejścia narzędzia nagniatającego. 1. METODYKA BADAŃ Próbki po wstępnej obróbce skrawania poddano procesowi toczenia wykończeniowego na tokarce CDS 6250 BX-1000. Podczas procesu toczenia zastosowano nóż z wymiennymi płytkami dogładzającymi typu WNMG 080408 WF (rysunek1). Podczas procesu zastosowano następujące parametry skrawania: prędkość skrawania V c = 112 m/min, posuw f = 0,13 mm/obr oraz głębokość skrawania a p = 0,5 mm. 2773

Do procesu szlifowania wykorzystano szlifierkę suportową do tokarek CHRIS MARINE valve spindle grinders type 75H, którą przedstawiono na rysunku 1b.Do obróbki wykorzystano ściernicę 1-80x10x32 99C 80-N V. Realizacja procesu odbywała się przy parametrach szlifowania dobranych z dokumentacji producenta, takich jak: prędkość obrotowa wału n=80 obr/min, posuw f=0,08 mm/obr, głębokość szlifowania a p =0,05 mm oraz ciśnienie powietrza zasilającego szlifierkę równe 0,8 MPa, które umożliwiło uzyskanie prędkości obrotowej ściernicy równej 8000 obr/min. Wybór procesu szlifowania uwarunkowany był chęcią weryfikacji możliwości wykorzystania szlifierki suportowej w koncepcji praca na jednym stanowisku obróbkowym. Czopy wałków po wstępnej obróbce skrawaniem poddano procesowi nagniatania (rysunek 1c) wykorzystując nagniatak jednorolkowy SRMD firmy Yamato (rysunek 1d).Parametry procesu technologicznego przedstawiono w tabeli 1. W eksperymencie wykorzystano również czopy wału, które poddano nagniataniu uwzględniającemu trzy przejścia narzędzia nagniatającego, stosując również parametry z tabeli 1. a) b) c) d) Rys. 1. Obróbka wykończeniowa wałów. a) toczenie wykończeniowe, b) przystawka do tokarek CHRIS MARINE, c) proces nagniatania, d) Nagniatak SRMD firmy Yamato Tab. 1. Parametry procesu technologicznego obróbki nagniataniem Parametr Wartość Siła nagniatania F n [kn] 1,1 Prędkość nagniatania V n [m/min] 35 Posuw f [mm/obr] 0,13 Próby badania wpływu zarówno obróbek ubytkowych jak i cieplno-chemicznych na wytrzymałość zmęczenia stykowego podejmowane są przez wiele ośrodków badawczych. Często odbywają się jako próby tocznego zmęczenia stykowego i wykonywane są na maszynach typu RCF (rolling contact fatigue). Mniej rozpowszechnione w badaniach zmęczenia stykowego są metody wykorzystujące maszyny typu SCF (Standing Contact Fatigue). Eksperyment został wykonany na stanowisku zbudowanym na podstawie wytycznych normy PN-H 04324.1980 Metale. Badania na zmęczenie stykowe, a maszynę przedstawiono na rysunku 2a. Analizowane badania dotyczą procesu zmian właściwości fizycznych występujących na powierzchni styku i w obszarze położonym bezpośrednio pod powierzchnią styku. Natomiast zjawisko zmęczenia wywołane jest zmianą wartości obciążenia 2774

lub względnym przemieszczaniem się obciążenia wzdłuż powierzchni styku. Dlatego stanowisko wyposażone zostało w czujnik siły o zakresie 0 2 kn, miernik dwukanałowy MW2006-4 oraz program komputerowy PP203. Przyrząd współpracuje z momentomierzami typu MI i MIR produkcji PIMR Poznań wyposażonymi w przetwornik obrotowo-impulsowy oparty na układzie scalonym HAL320. W trakcie przeprowadzania badań zmęczeniowych monitorowany był przebieg zmienności siły. Przykładowy przebieg zmienności siły w czasie 1 sekundy przedstawia rysunek2b. Podczas próby zmęczeniowej zapewniono styk stały, w którym nie ma poślizgu oraz cykl naprężenia jest zamknięty, charakteryzujący się tym, że w okresie cyklu T naprężenie zmieniające się cyklicznie osiąga tylko jeden raz wartość maksymalną i tylko raz minimalną. Warunki obciążenia utrzymywano w granicach ± 1,5% siły maksymalnej F s, którą obliczono, a jej wartość wyniosła 35,4 N. a) b) Rys. 2. a) maszyna do badania zmęczenia stykowego b) przebieg zmienności siły w czasie Zalecenie normy dotyczącej podstawy badania zmęczenia stykowego określa liczbę cykli N G = 2*10 7. Liczba cykli przyjęta w eksperymencie dla wszystkich próbek wynosiła 1,726*10 8. Jako kryterium zniszczenia próbki w badaniach zmęczenia stykowego przyjmuje się pojawienie pęknięć lub wykruszeń zmęczeniowych na jej powierzchni. Najczęściej stosowanym kryterium zniszczenia próbki jest wykruszenie mierzone ubytkiem masy lub ubytkiem powierzchni. Analizy wykruszenia warstwy wierzchniej wykonane zostały na mikroskopie skaningowym SEM, laserowym mikroskopie pomiarowym 3D OLS 4000 firmy Olympus. Wykonano również pomiary topografii powierzchni za pomocą przyrządu pomiarowego Hommel Etamic T8000. Wykonano 800 pomiarów na powierzchni o wymiarach 2 x 2 mm z prędkością przesuwu igły pomiarowej o promieniu 2 µm wynoszącym 0,5 mm/s. W celu wyeliminowania wpływu walcowego konturu wału zastosowano poziomowanie otrzymanej topografii oraz wykorzystano do oceny chropowatości filtr Gaussa o wartości cut off równej 0,25 dla wszystkich powierzchni. Podczas szczegółowej analizy obszarów wykruszenia warstwy wierzchniej poddano weryfikacji wycinek powierzchni o wymiarach 0,8 x 0,8 mm. 2. WYNIKI BADAŃ Po przeprowadzonym eksperymencie zmęczenia stykowego powierzchni czopów wałów, zaobserwowano ubytki materiału w postaci wykruszenia zmęczeniowego warstwy wierzchniej. Przykładowe zdjęcia przy dwudziestokrotnym powiększeniu próbek poddanych badaniom zmęczenia stykowego przedstawione zostały na rysunku 3. W badaniach wykorzystano próbki po toczeniu wykończeniowym (rysunek 3a), szlifowaniu (rysunek 3b), po przeprowadzonej obróbce nagniatania (rysunek 3c) oraz po trzech przejściach narzędzia nagniatającego (rysunek3d). Pomiary obszarów warstwy wierzchniej, gdzie wystąpiło wykruszenie, wykonane zostały przy pomocy planimetru. Po zastosowaniu toczenia wykończeniowego na powierzchni warstwy wierzchniej wystąpiło wykruszenie o wartości 10,6% w stosunku do całego obserwowanego na mikroskopie obszaru. Po 2775

przeprowadzonym procesie nagniatania wartość wykruszenia materiału wyniosła 8,6%. Dla obróbki nagniataniem uwzględniającym trzy przejścia narzędzia, zmierzone pole wykruszenia warstwy wierzchniej wyniosło do 5%. Szlifowanie czopów wałów spowodowało podobnie jak w przypadku nagniatania z dodatkowymi przejściami nagniataka wykruszenie rzędu 5%. Wykonana analiza może jednak pozostawiać wątpliwości, co do dokładności wykonania pomiaru, jak również nie informuje o głębokości wykruszeń warstwy wierzchniej dla zaistniałego zmęczenia stykowego. a) b) c) d) Rys. 3. Przykładowe zdjęcia próbek po przeprowadzonych badaniach zmęczenia stykowego dla: a) toczenia wykończeniowego, b) szlifowania, c) nagniatania, d) trzech przejściach nagniataka W celu dokładniejszej analizy warstwy wierzchniej w miejscu oddziaływania siły wykonane zostały badania na mikroskopie skaningowym SEM. Przykładowe obrazy dla wybranych obróbek przedstawiono na rysunku 4.Uzyskane przykładowe obrazy zarówno na powierzchni próbek szlifowanych jak i nagniatanych przedstawia wyraźne wykruszenia warstwy wierzchniej czopów wałów. Uzyskane wyniki z pomiarów nie pozwalają jednak na szerszą i dokładniejszą analizę ubytku powierzchni materiału. a) b) c) d) e) f) g) h) Rys. 4.Przykładowe zdjęcia powierzchni próbek z mikroskopu skaningowego SEM: a), b), c), d) próbka szlifowana; e), f), g) h) próbka nagniatana. 2776

Dlatego kolejnym etapem badań było wykonanie pomiarów na laserowym mikroskopie pomiarowym 3D OLS4000 firmy Olympus. Na przykładowych zdjęciach (rysunek 5) zamieszczono trójwymiarowe zdjęcia obszaru poddanemu działaniu siły w styku skoncentrowanym. a) b) c) d) Rys. 5. Przykładowe zdjęcia powierzchni próbek z laserowego mikroskopu pomiarowego 3D: a) próbka toczona, b) próbka szlifowana c) próbka nagniatana d) próbka po 3 przejściach narzędzia nagniatającego Powiększenie w miejscu oddziaływania siły na powierzchnię próbki (rysunek 6) pozwoliło podobnie jak w przypadku mikroskopu SEM na obserwację tylko powierzchni wykruszeń warstwy wierzchniej oraz dodatkowo uwidoczniły pojedyncze pęknięcia na jej powierzchni (próbka toczona). Zaobserwowane pęknięcia zaznaczono na rysunku za pomocą czerwonych strzałek. Widoczne pęknięcia są drugim kryterium określającym zniszczenie próbki w badaniach zmęczenia stykowego. Wykorzystanie powyższego mikroskopu nie pozwoliło na analizę głębokości wykruszeń. Przyczyną może być zbyt szeroka wiązka lasera w porównaniu z głębokością tych wykruszeń. a) b) Rys. 6. Przykładowe zdjęcia powierzchni próbek z mikroskopu OLS 4000 a) toczonej b) nagniatanej. Kolejna próba analizy obszaru poddanemu obciążeniu na maszynie zmęczenia stykowego wykonana została za pomocą pomiaru topografii powierzchni. Do tego celu użyty został przyrząd pomiarowy T8000. Przykładowe obrazy 3D obserwowanych powierzchni zamieszczono na rysunku 7, przy realizacji których wykonano wzmocnienie wysokości na poziomie 30% i szczegółu na poziomie 20%. Na badanych powierzchniach czopów wałów widać wykruszenie wierzchołków nierówności 2777

warstwy wierzchniej. W celu dokładniejszej analizy głębokości wykruszenia materiału na powierzchni posłużono się wyznaczeniem krzywej profilu utworzonym z linii przecięcia miejsca wykruszenia. Przykładowe profile dla poszczególnych operacji przedstawiono również na rysunku 7.Uzyskane wartości analizowanych krzywych profili wykazały, że największą wartość głębokości wykruszenia wykazuje próbka po operacji toczenia, dla której wartość ta wynosi ok. 1,5 µm. Pozostałe krzywe pozwoliły na określenie głębokości wykruszenia nieprzekraczających wartości 1 µm. Na podstawie profili można stwierdzić, że zastosowane obróbki wykończeniowe przeprowadzone dla prób zmęczenia stykowego powodują wykruszenie warstwy wierzchniej na głębokościach nieprzekraczających 2 µm. a) b) c) d) Rys. 7. Przykładowe powiększenia obrazów 3D oraz krzywe profilu dla próbek a) toczonej b) szlifowanej c) nagniatanej d) po 3 przejściach narzędzia nagniatającego W celu określenia wielkości zużycia analizowanej właściwości eksploatacyjnej wykonany został pomiar objętości miejsca wykruszenia. Uzyskane wartości wyników pomiarów pola powierzchni i objętości zestawiono w tabeli 2. Wskazują one, że próbka po trzech przejściach narzędzia nagniatającego charakteryzuje się najwyższą odpornością na zmęczenie stykowe, a najniższą odpornością charakteryzuje się próbka po toczeniu wykończeniowym. Porównując obróbkę po 2778

szlifowaniu oraz po nagniataniu, możemy zauważyć, że uzyskane wyniki zostają na jednakowym poziomie, gdyż pole i objętość wykruszenia warstwy wierzchniej mają zbliżoną wielkość. Ze względu na większą dokładność pomiarów wykonanych przyrządem T8000, niż pomiarów wykonanych planimetrem, za ostateczne przyjęto średnie wartości objętości i pola, które przedstawiono w tabeli 2. Tab. 2. Wartości średnie pomiarów powierzchni i objętości wykruszeń warstwy wierzchniej WNIOSKI Rodzaj obróbki Wartości średnie pomiaru Powierzchnia [µm 2 ] Objętość [µm 3 ] Toczenie wykończeniowe 156061 25972 Szlifowanie 83558 15718 Nagniatanie 85032 14474 3 przejścia narzędzia nagniatającego 27851 4209 Badania odporności stali nierdzewnej na odporność na zmęczenie stykowe powierzchni czopów wałów pomp okrętowych pracujących w środowisku wody morskiej wykazały, że istotną rolę odgrywa zastosowane narzędzie w procesie produkcyjnym. Najwyższą odporność uzyskano dla czopa wału po obróbce uwzględniającej trzy przejścia narzędzia nagniatającego. Zbliżone wartości wykruszenia warstwy wierzchniej w badaniach zmęczenia stykowego otrzymano dla powierzchni po procesie szlifowania i nagniatania, które uwzględniało przejście narzędzia przy optymalnych parametrach. Natomiast najmniejszą odpornością charakteryzują się wały po toczeniu z wykorzystaniem dogładzających płytek typu Wiper. Przy stosunkowo małych obszarach wykruszeń warstwy wierzchniej, problem wystąpił z pomiarem głębokości tego wykruszenia. Pomimo zastosowania nowoczesnych przyrządów pomiarowych takich jak mikroskop skaningowy SEM oraz laserowy mikroskop pomiarowy 3D OLS4000 firmy Olympus, dopiero wykonane pomiary topografii powierzchni przyrządem pomiarowym T8000 pozwoliły na dokładniejszą analizę uzyskanych wyników badań. Streszczenie W siłowniach okrętowych odśrodkowe pompy krętne stosowane są w obiegach chłodzenia silników średniej i dużej mocy, do zasilania kotłów oraz w instalacjach zęzowych, balastowych i przeciwpożarowych. Bardzo szerokie zastosowanie pomp krętnych na pokładzie związane jest z ich licznymi zaletami. Podczas eksploatacji wirowych pomp okrętowych dochodzi do zużycia kadłuba, wirnika, uszczelnień i wału. W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące obróbek wykończeniowych czopów wałów pomp okrętowych. Badania przeprowadzono na wałku ze stali nierdzewnej X5CrNi18-10 o średnicy 40 mm. Obróbkę wykończeniową czopów wałów przeprowadzono na tokarce uniwersalnej CDS 6250 BX-1000. Proces toczenia wykonano przy użyciu wymiennych płytek wieloostrzowych firmy Sandvik Coromant. Do badań wykorzystano płytki dogładzające z technologią Wiper (WF). Do procesu szlifowania wykorzystano szlifierkę suportową do tokarek CHRIS MARINE. Do obróbki wykorzystano ściernicę 1 80x10x32 99C 80-N V. Obróbkę nagniataniem przeprowadzono nagniatakiem SRMD firmy Yamato. Dodatkowo określono wpływ liczby przejść narzędzia nagniatającego na odporność na zmęczenie stykowe. Słowa kluczowe: zmęczenie stykowe, stal nierdzewna, obróbki wykończeniowe, Influence of finishing treatments on resistance on fatigue contact of surface of marine pump shaft pins in sea water Abstract Angular momentum pumps are used in cooling circuits of medium and high power engines, power plant boilers and in bilge, ballast and firefighting installations. Very extensive use of angular momentum pumps on board is connected with their advantages. During operation the wear of marine hull, the rotor and shaft seals takes place. The article presents the research results of pump shaft pins finishing treatments. The research was performed on a roller 40 mm in diameter made of X5CrNi18-10 steel. The finishing treatments of shaft pins was carried 2779

out on a universal CDS 6250 BX-1000 centre lathe. The finish lathing process was carried out by means of Sandvik Coromant cutting tool with replaceable inserts. During research of lathing process used inserts with Wiper technology (WF).The grinding process was performed by grinding attachment for lathes by CHRIS MARINE. The 1-80x10x32-99C 80-N V grinding wheel was used for the process. The process of burnishing was performed by SRMD burnisher by Yamato. In addition, the influence of the burnisher passes number on resistance on fatigue contact was determined. Keywords: fatigue contact, stainless steel, finishing treatments BIBLIOGRAFIA 1. Dyl T.,Finishing intermetallic coatings in order to reduce the surface roughness.journal of KONES Powertrains and Transport2013, Vol. 20, No. 1. 2. Dyl T., The finishing of composite coatings in aspect of surface roughness reduction, Journal of KONES Powertrains and Transport 2013, Vol. 20, No. 2. 3. Dyl T., Starosta R., Określenie wpływu geometrii i rodzaju materiału płytek skrawających na topografię toczonych powłok kompozytowych. Inżynieria Materiałowa 2012, Nr 6. 4. Dyl T., Starosta R., Wpływ geometrii i gatunku płytek skrawających na strukturę geometryczną toczonych powłok stopowych, Inżynieria Materiałowa 2011, Nr 4. 5. Feld M., Podstawy projektowania procesów technologicznych typowych części maszyn, Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa 2003. 6. Katalog główny.toczenie frezowanie wiercenie wytaczanie - systemy narzędziowe, Wydawnictwo Elanders, Szwecja 2011. 7. Krakowiak S.,Korozja wżerowa stali stopowych. Procesy Korozyjne, 2007, z: www.ekorozja.pl/procesy_korozyjne_-_monografia.pdf. 8. Labuda W., Charchalis A. Ocena wpływu geometrii noża tokarskiego na strukturę geometryczną powierzchni czopów wałów wykonanych ze stali austenitycznej, Logistyka 2014, nr 6. 9. Labuda. W., The analysis of cutting tool geometric on cutting forces and surface roughness of steel applied to marine pumps shaft pins, Journal of KONES Powertrains and Transport 2014, Vol. 21, No. 1. 10. Przybylski W., Deja M., Ściborski B.: Technologia maszyn i automatyzacja produkcji, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2001. 11. Starosta R., Dyl T., Obróbka wykańczająca natryskiwanych płomieniowo powłok Ni-Al, ocena zużycia borazonowych płytek skrawających,. Tribologia. Teoria i Praktyka 2011, Nr 4. 2780