The analysis of the influence of laser heat treatment of the crankshaft journal on wear resistance of the bearing

The aim of the presented research was to evaluate wear effects of bering elements in case of modification based on laser alloying with boron of journal surface layer. The research was performed on ZPG-IV tribology tester with journal-bearing friction pair. During the test load was applied progressively. SEM microscopes and non-contact 3D optical profilografometr was used to assess the test results. Study of the character of the wear process allowed to state, that after each increase of load during the test, rapid change of the value of oil temperature and the value of resistance in journal-pan contact was appeared. Then, the stabilization period was followed by. Some differences in the way of those processes between tested variants were noticed. Firstly, turing the stabilization period larger thickness of the oil film at the journal-pan interface was notice in case of journal after laser treatment than in case of untreated journal. Secondly, it could be expected that oil temperature will be lower in case of longer time of tribological test for treated journal (than for untreated journal). It should favor better wear resistance of this kinematic node. Macro and microscopic observations of both types of surface after wear test allow to state, that journals after laser treatment were characterized by less wear effects, as cavities in the surface layer in comparison to untreated journals. More intensive wear of journals without treatment was confirmed by stereometric research and measurements of surface roughness parameters. This research allow to state positive laser treatment influence on the wear resistance of the journal. Although, there was no larger loss of the surface layer in case of pans after cooperation with hard journal after laser treatment (describe by the decrease of pans’ thickness) then loss of the surface layer in case of pans after cooperation with softer untreated journal (nearly 5-times softer than the surface layer of treated journal), the microscopic observations and measurement of the parameters of stereometric structure of their surface showed more intensiva wear of pan after cooperation with treated journal.

Celem prezentowanych badań była ocena skutków zużywania się elementów węzła kinematycznego łożyska ślizgowego w przypadku zastosowania modyfikacji warstwy wierzchniej czopu za pomocą stopowania laserowego borem. Badania zostały przeprowadzone na stanowisku do badań tribologicznych ZPG-IV z węzłem ciernym czop–panewka. Podczas badania obciążenie zwiększane było stopniowo. Do oceny stanu powierzchni został zastosowany elektronowy mikroskop skaningowy (SEM) oraz bezstykowy optyczny profilografometr 3D. Na podstawie analizy przebiegu procesu zużywania stwierdzono, że po zwiększeniu obciążenia następowała nagła zmiana wartości temperatury oleju oraz rezystancji w strefie styku czopa i panewki, a następnie ich stabilizacja. Stwierdzono również pewne różnice w przebiegu tych procesów pomiędzy badanymi wariantami. Po pierwsze podczas okresu stabilizacji odnotowano występowanie większej grubości filmu olejowego w strefie styku czop-panewka w przypadku zastosowania czopu obrobionego laserowego niż w przypadku czopu nieobrobionego. Po drugie na podstawie analizy procesu zużywania stwierdzono, że przy dłuższym czasie próby dla czopu obrobionego wartość temperatury oleju w miejscu styku czopa i panewki będzie mniejsza (niż dla czopu nieobrobionego), co powinno sprzyjać zwiększeniu odporności na zużywanie przez tarcie tego węzła kinematycznego. Na podstawie wykonanych badań makro- i mikroskopowych powierzchni obu rodzajów czopów po przeprowadzonej próbie zużycia zaobserwowano, że czopy obrobione laserowo charakteryzowały się mniejszą ilością efektów zużycia w postaci ubytków w warstwie wierzchniej w porównaniu z czopami nieobrobionymi laserowo. Mniejsze zużycie czopów obrobionych laserowo potwierdziły pomiary parametrów struktury geometrycznej powierzchni. Badania te pozwoliły na stwierdzenie pozytywnego wpływu obróbki laserowej na odporność zmodyfikowanej w ten sposób warstwy wierzchniej czopów. Pomimo że nie odnotowano większego ubytku warstwy wierzchniej panewek (wyrażonej przez zmniejszenie ich grubości po próbie zużyciowej) współpracujących z twardym obrobionym laserowo czopem od panewek współpracujących z blisko 5-krotnie bardziej miękkim od czopu obrobionego laserowo czopem nieobrobionym, to obserwacje mikroskopowe i pomiary parametrów struktury geometrycznej powierzchni wskazały jednak na intensywniejsze ich zużycie.