2-2011 T R I B O L O G I A 33 Piotr KOSTENCKI * BADANIE INTENSYWNOŚCI ZUŻYCIA WYBRANYCH STALI NA ELEMENTY ROBOCZE PRACUJĄCE W GLEBIE INVESTIGATION OF SOME CHOSEN STEELS USED FOR SOIL WORKING ELEMENTS Słowa kluczowe: ścierne zużycie stali, nacisk gleby a zużycie stali Key words: abrasive wear of steel, soil pressure and wear of steel Streszczenie W warunkach polowych wyznaczono intensywność zużywania trzech gatunków stali dwóch stali borowych, przeznaczonych na elementy robocze narzędzi rolniczych pracujących w glebie i miękkiej stali (S 235), zastosowanej w celach porównawczych. Badania prowadzono podczas orki gleb pylastych. W czasie badań próbki stali, zamocowane w specjalnie wykonanych stanowiskach pomiarowych, przemieszczały się po * Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa, Katedra Inżynierii Systemów Agrotechnicznych, ul. Papieża Pawła VI, 71-459 Szczecin.
34 T R I B O L O G I A 2-2011 dnach bruzd wyoranych przez pług. Stosowano dwie wartości nacisku próbek na glebę 6,8 i 12,2 kpa. Wyznaczono masową i liniową intensywność zużywania badanych stali oraz opisano ich zużycie za pomocą zależności potęgowej. Zmierzono również profil powierzchni roboczej próbek stali ukształtowany w wyniku kontaktu z glebą. Intensywność zużywania się obu badanych stali borowych była zbliżona wynosiła średnio około 0,00085 g cm -2 km -1 i 0,00108 mm km -1 przy nacisku 6,8 kpa oraz 0,00143 g cm -2 km -1 i 0,00181 mm km -1 przy nacisku 12,2 kpa. Była ona około 2 razy mniejsza niż intensywność zużywania miękkiej stali. Około 1,8-krotne zwiększenie nominalnego nacisku próbek stali na glebę powodowało większą od 1,6 do 1,8 razy intensywność ich zużywania się. Chropowatość powierzchni roboczej próbek po kontakcie z glebą nie była duża (Ra = 1,00 1,21 µm). Profil powierzchni próbek cechował się względnie małą wysokością wierzchołków (Rpk = 0,74 1,52 µm) w stosunku do wysokości zagłębień (Rvk = 2,22 4,00 µm). Na powierzchni roboczej próbek występowały rysy o głębokości wynoszącej maksymalnie około 25 µm, które powstały prawdopodobnie w wyniku oddziaływania cząstek żwiru lub kamieni. Wynoszące około jedności wykładniki potęg w modelach zużywania badanych stali wskazują na występowanie procesu, w którym dominowały ścierne formy zużywania (mikroskrawanie, rysowanie, bruzdowanie). WPROWADZENIE Elementy robocze narzędzi rolniczych, przemieszczając się w glebie, ulegają zużywaniu głównie w wyniku oddziaływania na ich powierzchnie twardych cząstek gleby (część elementów narażonych jest na przeciążenie wywołane uderzeniem o kamienie, a następujące w konsekwencji ich wygięcie lub złamanie określane jest mianem zużycia awaryjnego). Ośrodkiem pracy elementów jest masa ścierna, w której twarde cząstki, najczęściej kwarcu o twardości 7 stopni wg 10-stopniowej, mineralogicznej skali twardości Mohsa, umocowane są w osnowie o względnie małej wytrzymałości. Występujący w tych warunkach proces zużywania materiału klasyfikowany jest jako zużywanie w masie ściernej, które jest jedną z form zużycia ściernego. Oddzielanie materiału z powierzchni roboczej elementów następuje w wyniku mikroskrawania i rysowania (mechanizmy jednocyklowe) oraz bruzdowania (mechanizm wielocyklowy) [L. 2, 8]. Natomiast intensywność zużywania elementów zależna jest od wielu
2-2011 T R I B O L O G I A 35 czynników, które pogrupować można na związane z właściwościami i stanem gleby (skład granulometryczny, wilgotność, gęstość objętościowa itd.), związane z funkcją elementów i parametrami ich pracy (elementy skrawające glebę, czy takie, po których gleba się jedynie przemieszcza, głębokość robocza, prędkość przemieszczania, ustawienie itp.) oraz związane z cechami materiału zastosowanego na elementy (odporność ścierna). Dodatkowo proces zużywania może być intensyfikowany chemicznym oddziaływaniem środowiska pracy elementów. W badaniach laboratoryjnych stwierdzono przyspieszony proces zużywania materiałów zachodzący w masie ściernej o odczynie kwaśnym [L. 7, 14]. W celu oceny ściernej wytrzymałości materiałów przewidzianych na elementy robocze urządzeń pracujących w glebie wykonywane są często badania laboratoryjne, w których stosowane są różnego typu stanowiska [L. 2, 3, 5, 10, 12, 13]. W warunkach polowych badania takie wykonywane są sporadycznie [L. 4, 12]. Związane jest to zapewne ze znaczną ich złożonością i pracochłonnością. Warunki badań laboratoryjnych odbiegają od rzeczywistych warunków eksploatacji elementów. W badaniach laboratoryjnych jako ośrodek pracy badanych materiałów wykorzystywane są preparowane ścierniwa (mieszaniny piasku kwarcowego i żwiru, wydzielone frakcje piasku, węglik krzemu, korund), w których proces zużywania przebiega w sposób przyśpieszony. Gdy ścierniwem jest gleba o określonym gatunku, nie jest możliwe utrzymanie jej polowej struktury. Podczas użytkowania elementów o wartości nacisku wywieranego przez glebę na ich powierzchnie robocze decyduje geometria i ustawienie elementów, parametry eksploatacyjne oraz stan gleby. Natomiast w części stanowisk badawczych stosowane są duże (przewyższające eksploatacyjne) wartości nacisków ścierniwa na badane materiały, efektem których jest również przyśpieszony proces zużywania. Przy tym nacisk ścierniwa na próbki wymuszany jest za pomocą dodatkowego elementu, przez co następuje naruszenie swobody ruchu cząstek ścierniwa, która występuje w warunkach zużywania w masie ściernej, a więc w warunkach polowych. W niektórych urządzeniach laboratoryjnych nacisk ścierniwa na powierzchnię próbek nie jest znany. Wymienione czynniki stanowią ograniczenia badań laboratoryjnych i powodują trudności w przeniesieniu ich wyników na warunki polowe. Natomiast zasadniczą zaletą badań laboratoryjnych jest duża stabilność przyjętych warunków tarcia oraz łatwość ich nadzoru.
36 T R I B O L O G I A 2-2011 Należy nadmienić, że zagadnienie zużywania się materiałów pracujących w masie ściernej do tej pory nie zostało rozwiązane za pomocą uniwersalnego teoretycznego opisu. Nie ustalono również związków między właściwościami stali, głównie ich właściwościami mechanicznymi, a wytrzymałością na ścieranie. Stąd wiarygodną ocenę tribologiczną elementów pracujących w glebie (określenie stanu granicznego zużycia, rozkładu zużycia, trwałości itp.) można uzyskać tylko na drodze badań doświadczalnych, wykonywanych w warunkach eksploatacyjnych [L. 11]. CEL Celem badań było określenie w warunkach polowych wytrzymałości ściernej wybranych stali kontaktujących się z glebą pylastą przy dwóch wartościach nacisku. METODYKA Badania przeprowadzono podczas orki siewnej wykonywanej w zastanych warunkach glebowych siedmioskibowym pługiem zagonowym. Opracowano specjalne stanowiska mocowane przegubowo do sześciu korpusów narzędzia. Stanowiska te umożliwiały ślizganie się próbek wykonanych z badanych stali po dnach bruzd wyoranych przez poszczególne korpusy pługa. Stanowiska umieszczono bezpośrednio za korpusami, gdyż dno bruzdy na niewielkim odcinku za korpusem pozostaje względnie czyste, a sąsiednia skiba gleby do tego obszaru przemieszczana zostaje nieco później. Schemat stanowisk oraz kształt i wymiary stosowanych próbek stali przedstawiono na Rysunku 1. W stanowiskach próbki unieruchomione zostały za pomocą przedniego i tylnego uchwytu, które widoczne są na rysunku. Przegubowe zamocowanie stanowisk umożliwiło poprawne ich ułożenie na powierzchni dna bruzd. Dodatkowo każde stanowisko w końcowej części przymocowane zostało do korpusu za pomocą łańcucha, przy czym łańcuchy podczas pracy stanowisk były luźne. Tak zamocowane stanowiska ulegały uniesieniu wraz z korpusami płużnymi przy wykonywaniu nawrotów przez pług. Stąd próbki stali kontaktowały się z glebą tylko w trakcie roboczych przejazdów pługa. Zmienna liczba ołowianych obciążników stosowanych w stanowiskach umożliwiała różne obciążenie próbek. W opisywanych badaniach dla każdego materiału przyjęto dwie wartości nominalnego nacisku na glebę 6,8 i 12,2 kpa.
2-2011 T R I B O L O G I A 37 cięgna mocowane przegubowo do korpusu pługa dno bruzdy ołowiane obciążniki a łańcuch uchwyt przedni płytka pomiarowa uchwyt tylny powierzchnia robocza płytki b Rys. 1. Schemat stanowiska pomiarowego mocowanego do korpusu pługa (a) oraz płytki pomiarowe wykorzystywane w badaniach (b) Fig. 1. The scheme of measuring stand mounted to the plough body (a) and measuring plates used during the tests (b) Stosując opisane powyżej stanowiska, przeprowadzono ocenę odporności ściernej dla trzech gatunków stali, przy czym dwie z nich były to tzw. stale borowe. Stale takie zawierają mikrododatek boru (około 0,003%), który istotnie wpływa na ich właściwości. Przy typowym hartowaniu stali dodatek boru utrzymywany w ścisłym reżimie technologicznym umożliwia otrzymanie struktury bainitu o dużej drobnoziarnistości. Stal taka w porównaniu ze stalą o strukturze martenzytu ma większą wytrzymałość mechaniczną i odporność ścierną oraz lepsze właściwości plastyczne. Dla typowych stali struktura bainitu możliwa jest do otrzymania tylko dzięki stosowaniu hartowania z przemianą izotermiczną [L. 6]. Omawianymi materiałami wykorzystanymi w badaniach były stal stosowana w przedsiębiorstwie Lemken oraz stal opracowana przez Zakład Badawczo-Wdrożeniowy Techniki Rolniczej B.M. Worona (jednostka ta już kilka lat temu zakończyła działalność, a jej osiągnięciem było wprowadzenie do produkcji nowoczesnego materiału, jakim jest stal borowa). Przewidzianym zastosowaniem dla obu materiałów były elementy robocze narzędzi rolniczych przemieszczające się w glebie. Stal opracowana w ZBWTR B.M. Worona zawiera około 0,3% węgla oraz
38 T R I B O L O G I A 2-2011 mikrododatki boru, manganu, krzemu, chromu, niklu, molibdenu, wanadu, tytanu i aluminium (dane uzyskane od producenta). Dodatkami stopowymi stali firmy Lemken poza borem są mangan, krzem i chrom [L. 9]. Dokładny skład chemiczny obu materiałów jest zastrzeżony, stąd przy oznaczaniu stali posłużono się nazwami przedsiębiorstw. Trzecim materiałem, zastosowanym dla celów porównawczych, była stal miękka (S 235, dawne oznaczenie St 3). Poszerzenie liczby gatunków badanych stali oczywiście uatrakcyjniłoby wykonane badania, na przykład o stal 38GSA (wg dawnego oznaczenia) opracowaną w Polsce specjalnie na elementy robocze narzędzi rolniczych pracujących w glebie. Niemniej zestaw badanych materiałów ograniczony był liczbą sześciu stanowisk pomiarowych zamontowanych na pługu, a interesującym wydaje się, w jakim zakresie nowoczesne stale opracowane z przeznaczeniem do pracy w glebie są bardziej odporne na ścieranie od niestopowej stali konstrukcyjnej. Płytki i uchwyty wykonane ze stali firmy Lemken oraz ZBWTR B.M. Worona poddane zostały obróbce cieplnej (przy hartowaniu temperatura i czas wygrzewania wynosiły odpowiednio 860ºC i 30 min, studzenie w wodzie; przy odpuszczaniu około 400ºC i 15 min, studzenie w powietrzu). Powyższa procedura była zgodna z technologią stosowaną w ZBWTR B.M. Worona. Następnie płytki i uchwyty w kompletach obustronnie szlifowano. Końcową obróbką dla płytek i uchwytów wykonanych z miękkiej stali było frezowanie wykańczające. Twardość materiału poszczególnych płytek mierzono w czterech miejscach, stosując odpowiednio dla miękkiej i hartowanej stali skalę HRB i HRC. Podczas badań starano się uzyskać dużą wartość drogi tarcia płytek, która w konsekwencji wyniosła 115,5 km. W celu jej wyznaczenia uprawiane pole dzielono na fragmenty w kształcie trapezów i za pomocą odbiornika GPS Leica GS20 ustalano długość ich równoległych boków. Uzyskaną na każdym fragmencie drogę tarcia wyliczano na podstawie liczby przejazdów pługa i średniej ich długości. Badania przeprowadzono podczas orki ścierniska po pszenicy (bez wcześniejszej uprawy ścierniskowej). Na podstawie map glebowo- -rolniczych ustalono gatunki gleb, na których pracowały próbki. Natomiast w czasie badań prowadzono systematyczne pomiary glebowych i eksploatacyjnych warunków ich pracy. Ustalono uziarnienie i udział żwiru (stosując zbiorcze próby glebowe; odpowiednio metodą areometryczną Casagrande a w modyfikacji Prószyńskiego i metodą sitową),
2-2011 T R I B O L O G I A 39 zawartość próchnicy (dla zbiorczych prób; na podstawie zawartości węgla organicznego oznaczonej metodą Tiurina), odczyn (dla zbiorczych prób; metodą potencjometryczną), aktualną wilgotność (z warstwy 0 2 cm dna bruzdy; metodą suszarkowo-wagową), gęstość objętościową (wykorzystując cylinderki Kopecky ego o wysokości 5 cm i objętości 100 cm 3 ), zwięzłość (dla warstwy ±1,5 cm przeciętnej głębokości orki; stosując penetrometr sprężynowy ze stożkiem o średnicy podstawy 19 mm i kącie wierzchołkowym 30º), naprężenia ścinające (dla warstwy 0 4 cm dna bruzdy; wykorzystując ścinarkę obrotową firmy Geonor zakończoną krzyżakiem o wysokości 40 mm i średnicy 20 mm). W zakresie parametrów eksploatacyjnych mierzono głębokość orki i prędkość ślizgania próbek. Zużycie próbek stali ustalono metodą wagową (dokładność pomiaru ±0,01 g). Następnie, wykorzystując gęstość stali obliczaną z masy i wymiarów płytek, określono wartość ubytku grubości płytek. Na podstawie powyższych ustaleń wyliczono wartości jednostkowego zużycia masowego badanych stali (odniesienie ubytku masy płytek do ich powierzchni i drogi tarcia) oraz jednostkowego zużycia liniowego (stosunek ubytku grubości płytek i drogi tarcia). Ustalono też wartości współczynników K i x występujących w ogólnym modelu zużywania: J h = K p x [L. 15, 16], w którym J h jest liniową intensywnością zużywania, rozumianą jako stosunek ubytku grubości do drogi tarcia (wielkość bezwymiarowa), p naciskiem, K i x doświadczalnymi współczynnikami. Dodatkowo, po przebyciu przez płytki zadanej drogi tarcia, wykonano pomiary profilu ich powierzchni. Dla każdej próbki ustalenia te wykonano dwukrotnie na odcinkach pomiarowych o długości 15 mm, położonych prostopadle do rys widocznych na powierzchni roboczej płytek. Wykorzystywano przy tym profilografometr Hommel Tester T1000. WYNIKI BADAŃ Warunki pracy próbek badanych stali scharakteryzowano w Tabeli 1. W warstwie ornej pola, na którym realizowano doświadczenie, występowały gleby pylaste, a głównie pył zwykły. Potwierdza to udział poszczególnych frakcji gleby w jej uśrednionym uziarnieniu odpowiadający pyłowi zwykłemu. Należy dodać, że udział gleb o uziarnieniu pyłu zwykłego w powierzchni gruntów ornych Polski nie jest duży, niemniej rolniczo są to gleby bardzo wartościowe. Podczas badań próbki stali kontaktowały
40 T R I B O L O G I A 2-2011 się z glebą lekko kwaśną lub obojętną (wg Polskiego Towarzystwa Gleboznawczego o zakresie ph (KCl) wynoszącym odpowiednio 5,6 6,5 i 6,6 7,2). Wartości pozostałych parametrów glebowych były typowe dla stanu gleby po przeprowadzeniu żniw. Podobnie parametry eksploatacyjne odpowiadały typowej orce siewnej. Tabela 1. Warunki pracy próbek Table 1. Working conditions of the samples Wielkość Udział gatunków gleb, na których pracowały próbki [%] Uśrednione uziarnienie gleby [%] Ustalona wartość pył zwykły piasek gliniasty mocny pylasty glina lekka pylasta piasek (1 0,1 mm) pył (0,1 0,02 mm) części spławialne (poniżej 0,02 mm) Zawartość żwiru w glebie [%] 1,1 s = 0,4 Zawartość próchnicy [%] 1,52 s = 0,11 Odczyn gleby 6,2 7,0 ph (w KCl) Wilgotność aktualna gleby w warstwie 0 2 cm dna bruzdy [% wag.] 13,6 s = 1,2 Gęstość objętościowa gleby w warstwie 0 5 cm dna bruzdy [g cm -3 ] 1,54 s = 0,10 Zwięzłość gleby w warstwie ±1,5 cm głębokości orki [kpa] 1473 s = 820 Naprężenia ścinające w warstwie 0 4 cm dna bruzdy [kpa] 58,5 s = 20,2 warstwa orna Głębokość robocza orki [cm] 20,0 s = 1,5 Prędkość ślizgania [m s -1 ] 2,09 s = 0,06 s odchylenie standardowe. - około 77 - około 15 - około 8-25,0 s = 3,3-51,0 s = 2,6-24 s = 1 W Tabeli 2 podano wartość twardości badanych materiałów oraz ustalone wartości bezwzględnego zużycia próbek stali pracujących przy różnym nacisku na glebę. W tabeli tej zamieszczono również wyniki pomiarów parametrów charakteryzujących chropowatość powierzchni roboczej próbek. Natomiast na Rysunku 2 przedstawiono wyliczone (na podstawie zużycia bezwzględnego próbek) wartości jednostkowego zużycia masowego i jednostkowego zużycia liniowego badanych stali.
2-2011 T R I B O L O G I A 41 W warunkach badań intensywność ścierania się stali stosowanej w firmie Lemken i wykorzystywanej przez ZBWTR B.M. Worona były bardzo zbliżone. Nieznacznie mniejszą intensywnością zużycia cechowała się stal firmy Lemken, której twardość była nieco wyższa (Tab. 2). Natomiast miękka stal w porównaniu z badanymi stalami borowymi ulegała około 2 razy szybszemu zużywaniu, przy czym dla mniejszego obciążenia próbek różnice w zużyciu były nieco mniejsze niż przy większym obciążeniu (Tab. 2, Rys. 2). Oczywistym jest, że większemu obciążeniu próbek odpowiadał wzrost ich zużycia. Stwierdzono, że około 1,8-krotny wzrost nacisku badanych materiałów na glebę powodował od około 1,6 do 1,8 razy większą ich intensywność zużywania się. Największy przyrost intensywności zużywania odnotowano dla miękkiej stali, a najmniejszy przy stali stosowanej w przedsiębiorstwie Lemken. Wartość parametru Ra, opisującego chropowatości powierzchni roboczej próbek ukształtowanej w wyniku oddziaływania cząstek gleby, zawierała się w zakresie od 1,00 do 1,21 µm. Nie stwierdzono powiązania między rodzajem materiału oraz naciskiem a wartością tego wskaźnika. Znamiennym jest, że we wszystkich przypadkach profil powierzchni roboczej próbek cechował się małą wysokością wierzchołków (Rpk = 0,74 1,52 µm, średnio dla wszystkich próbek 0,97 µm) w stosunku do wysokości zagłębień (Rvk = 2,22 4,00 µm, średnio 3,14 µm). W celu zobrazowania omawianego zagadnienia na Rysunku 3 przedstawiono wybrany profil powierzchni roboczej próbki. Przeciętnie parametr Rvk był 3,5-krotnie większy od wskaźnika Rpk. W zakresie odcinków pomiarowych stwierdzono występowanie głębokich rys (R max = = 12,53 26,70 µm przy niewielkim parametrze Rpk, głębokość rys była tylko nieznacznie mniejsza niż parametr R max i dla największych rys występujących w ramach odcinków pomiarowych wynosiła od około 8 do 25 µm). Można przypuszczać, że przyczyną powstania rys było oddziaływanie cząstek żwiru lub kamieni, które dzięki swym znacznym wymiarom są względnie silnie utwierdzone w masie ściernej, a tym samym zdolne do głębszej destrukcji materiału. Duża głębokość rys, podobnie jak i największe wartości parametru Rvk, występowały w przypadku próbek wykonanych z miękkiej stali.
42 T R I B O L O G I A 2-2011 Tabela 2. Twardość materiału próbek stali; bezwzględny ubytek masy i grubości próbek oraz ich chropowatość po wykonaniu drogi tarcia wynoszącej 15,5 km Table 2. Well hardness of material of the samples; the absolute mass decrease and the thickness after friction on distance of 115,5 km Określenie stali zastosowanej na próbkę stal stosowana przez ZBWTR B.M. Worona Twardość materiału próbki * Nominalny nacisk próbki na glebę dna bruzdy [kpa] Ubytek masy próbki [g] Ubytek grubości próbki [mm] 48,8 HRC 6,8 7,14 0,125 48,6 HRC 12,2 12,43 0,218 stal stosowana 50,7 HRC 6,8 7,07 0,124 przez firmę LEMKEN 50,7 HRC 12,2 11,42 0,201 miękka stal (S 235) 76,7 HRB 6,8 13,84 0,243 79,5 HRB 12,2 25,18 0,443 Chropowatość powierzchni próbki ** [µm] Ra=1,08, R max =15,55 Ra=1,00 R max =12,53 Ra=1,08 R max =19,36 Ra=1,21 R max =16,61 Ra=1,15 R max =26,70 Ra=1,09 R max =19,10 Rpk=0,82 Rvk=3,10 Rpk=1,52 Rvk=2,22 Rpk=0,82 Rvk=3,13 Rpk=1,00 Rvk=3,09 Rpk=0,74 Rvk=4,00 Rpk=0,93 Rvk=3,28 * odchylenie standardowe twardości materiału próbek nie przekraczało 1 HRC lub HRB, ** Ra średnie arytmetyczne odchylenie profilu powierzchni od linii średniej, R max max. wysokość chropowatości, Rpk średnia wysokość wierzchołków w profilu mikrogeometrii powierzchni, Rvk średnia wysokość zagłębień w profilu mikrogeometrii powierzchni Jednostkowe zużycie masowe [g cm -2 km -1 ] 0,003 0,002 0,001 a Jednostkowe zużycie liniowe mm km -1 ] 0,003 0,002 0,001 b 0 6,8 12,2 stal stosowana przez ZBWTR B. M. Worona stal stosowana przez firmę LEMKEN miękka stal (S 235) 0 6,8 12,2 Nacisk [kpa] Rys. 2. Jednostkowe zużycie masowe (a) i jednostkowe zużycie liniowe (b) badanych stali Fig. 2. Unitary mass wearing (a) and unitary decrease of thickness (b) of tested kinds of steel
2-2011 T R I B O L O G I A 43 Profil powierzchni próbki [µm] 20,00 0,00-0 5 10 Odcinek pomiarowy [mm] 1 Rys. 3. Przykładowy profil powierzchni roboczej próbki stali po kontakcie z glebą (stal firmy Lemken, nacisk 6,8 kpa) Fig. 3. Example profile of surface of steel sample after contact with soil (the steel used by Lemken company, pressure 6,8 kpa) Ustalone na podstawie wyników pomiarów zależności opisujące liniową intensywność zużywania badanych materiałów zamieszczono na Rysunku 4. Na rysunku tym przedstawiono również graficzny przebieg tych funkcji. Zbliżone do jedności wykładniki potęg w zależnościach wskazują na występowanie procesu, w którym materiał ulegał oddzielaniu na skutek ściernych form zużywania wywołanych przez ziarna ścierniwa [L. 15]. Liniowa intensywność zużywania J h 4,0 10-9 3,0 10-9 2,0 10-9 1,0 10-9 0 J h = 0,290 10-9 p 1,033 J h = 0,172 10-9 p 0,957 J h = 0,217 10-9 p 0,832 6 7 8 9 10 11 12 13 miękka stal (S 235) Nacisk p [kpa] stal stosowana przez ZBWTR B.M. Worona stal stosowana przez firmę LEMKEN Rys. 4. Liniowa intensywność zużywania badanych materiałów Fig. 4. Linear intensity of wearing of chosen kinds of steel
44 T R I B O L O G I A 2-2011 PODSUMOWANIE W warunkach badań intensywność zużywania obu badanych stali borowych, przeznaczonych do wytwarzania elementów roboczych narzędzi rolniczych pracujących w glebie, była zbliżona wynosiła średnio około 0,00085 g cm -2 km -1 i 0,00108 mm km -1 przy nacisku 6,8 kpa oraz 0,00143 g cm -2 km -1 i 0,00181 mm km -1 przy nacisku 12,2 kpa. Była ona około 2 razy mniejsza niż intensywność zużywania miękkiej stali (S 235). Blisko 1,8-krotnemu wzrostowi nominalnego nacisku próbek na glebę odpowiadał od około 1,6 do 1,8-krotny wzrost intensywności zużywania badanych stali. Największy przyrost intensywności zużywania stwierdzono dla miękkiej stali. Chropowatość powierzchni roboczej próbek wykonanych z badanych stali, mierzona w kierunku prostopadłym do widocznych śladów zarysowań pozostawionych przez cząstki gleby, była mała (Ra = 1,00 1,21 µm). Stwierdzono, że profil powierzchni próbek charakteryzował się względnie małą wysokością wierzchołków (Rpk = 0,74 1,52 µm) w odniesieniu do wysokości zagłębień (Rvk = 2,22 4,00 µm). Przeciętnie średnia wysokość zagłębień (Rvk) była 3,5-krotnie większa od średniej wysokości wierzchołków (Rpk). W profilu mikrogeometrii powierzchni roboczej próbek występowały rysy o głębokości dochodzącej nawet do około 25 µm. Powstały one zapewne w wyniku oddziaływania dużych cząstek zawartych w glebie (żwir, kamienie). Bliskie jedności wykładniki potęg w modelach zużywania badanych stali wskazują na występowanie procesu, w którym dominowały ścierne formy zużywania (mikroskrawanie, rysowanie, bruzdowanie). LITERATURA 1. Hebda M., Wachal A. 1980. Trybologia. WNT. Warszawa. s. 446 453, 466 467. 2. Dobiejewski Z., Pietrasik R. 1985. Badania zużycia ściernego wybranych gatunków stali. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu nr 156, s. 75 82. 3. Kleszczyński A., Lawrowski Z. 1998. Badania odporności na zużycie ścierne niektórych materiałów. XXII Jesienna Szkoła Tribologiczna pt. Zużycie tribologiczne teoria, badania i problemy utylitarne, Gliwice Ustroń wrzesień 1998, materiały konferencyjne, s. 109 113. 4. Lejman K., Owsiak Z. 1996. Wyznaczenie zużycia ściernego próbek stali w warunkach polowych. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Nr 302, s. 45 51.
2-2011 T R I B O L O G I A 45 5. Łabęcki M. 1993. Wpływ gatunku materiału, sposobu obróbki cieplnej i twardości na trwałość organów roboczych maszyn rolniczych pracujących w glebie, ze szczególnym uwzględnieniem lemieszy do pługów ciągnikowych. Prace Przemysłowego Instytutu Maszyn Rolniczych, nr 2, s. 22 35. 6. Łabęcki M., Gościański M., Kapcińska D., Pirowski Z. 2007. Badania tribologiczne, wytrzymałościowe i strukturalne wybranych materiałów stosowanych na elementy maszyn rolniczych pracujące w glebie. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, Vol. 52 (2), s. 43 51. 7. Napiórkowski J. 1997. Wpływ odczynu gleby na intensywność zużycia elementów roboczych. Tribologia 5 6/1997, s. 793 801. 8. Owsiak Z. 1985. Mechanizm zużycia elementów maszyn rolniczych pracujących w glebie. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu nr 156, s. 115 122. 9. Napórkowski J. 2005. Zużyciowe oddziaływanie gleby na elementy robocze narzędzi rolniczych (rozprawa habilitacyjna). Inżynieria Rolnicza, nr 12 (72). 10. Owsiak Z. 1987. Zużycie ścierne elementów pracujących w glebie. Część I. Metodyka badań i charakterystyka stanowiska badawczego. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu nr 164, s. 75 81. 11. Owsiak Z. 1998. Narzędzia skrawające glebę. Wydawnictwo Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Wrocław 1998. 12. Sevierniev M. (red.) 1972. Iznos detalej sel skohozâjstviennyh mašin. Kolos. Leningrad. 13. Sienko J., Szydło Z. 1999. Odporność ścierno-korozyjna stali z zawartością boru. XXIII Jesienna Szkoła Tribologiczna pt. Kształtowanie tribologicznych właściwości węzłów tarcia, teoria i praktyka, Zielona Góra Lubiatów 21 24 września 1999, materiały konferencyjne, s. 191 195. 14. Stabryła J., Starczewski L. 2006. Oddziaływanie wodoronośnych składników gleby na zużycie ścierne narzędzi rolniczych. Problemy Eksploatacji nr 1, s. 199 207. 15. Zwierzycki W. (red.) 1990. Wybrane zagadnienia zużywania się materiałów w ślizgowych węzłach maszyn. PWN. Warszawa Poznań. 16. Zwierzycki W. (red.) 2002. Modele prognostyczne korozyjno-mechanicznego zużywania się elementów maszyn. Wydawnictwo i Zakład Poligrafii Instytutu Technologii Eksploatacji. Biblioteka Problemów Eksploatacji. Radom Poznań. Recenzent: Ryszard MICHALSKI
46 T R I B O L O G I A 2-2011 Summary The intensity of wear of three kinds of steel was studied in field conditions. Two kinds of boric steel meant for working parts of agricultural utensils operating in soil and soft steel (S 235) were used for comparison. The investigation was conducted during ploughing in silty soil. The plates of steel were fixed in specially prepared measuring stands mounted to the plough body, and they were moved along the bottom of the furrows made by the plough. Two values of pressure put on the soil from these plates were applied 6.8 and 12.2 kpa. Linear as well as mass unitary intensity of wearing of the tested kinds of steel were stated and presented in a power formula. Additionally, the profiles of the shapes of the surface of steel samples resulting from soil contact are investigated. The intensities of wear of both chosen kinds of boric steel were similar; it was about 0.00085 g cm -2 km -1 and 0.00108 mm km -1 at the pressure 6.8 kpa and 0.00143 g cm -2 km -1 and 0.00181 mm km -1 at the pressure 12.2 kpa. It was about two times smaller than the intensity of wear of soft steel. Approximately a 1.8 times increase of nominal pressure of steel samples on the soil resulted in an increase in wear intensity of 1.6 1.8 times. The roughness of surface of steel samples after contact with the soil was not very considerable (Ra = 1.00 1.21 µm). The profile of the surface of the steel samples are characterised by relatively small peaks (Rpk = 0.74-1.52 µm) in relation to falls (Rvk = 2.22 4.00 µm). On the surface of steel samples there were scratches with a maximum depth of about 25 µm. They were probably the result of the influence from particles of gravel or stones. Power index closed to one in models of wearing the examined kinds of steel point out on process of wearing dominated by abrasive forms of destroying the material.