Modelling of changes in surface topography in dry sliding conditions

Metrology of surface topography is presently so developed that, in some ways, we can predict the surface behaviour of the one part in co-operation with another element. We can single out two main approaches to the modelling of surface texture. In the first one, the modelling does not take into account the conditions of the technological or operational formation of the surface, while in the second, more complicated approach, modelling takes into account the real conditions of forming the surface. In this work, tribological tests were carried out in dry sliding conditions, and the analytical methodology of wear determination in such conditions was worked out, and the results obtained using these two methods were compared. Tribological tests were conducted using a T-11 pin-on-disc tester (with ball-on-disc configuration) according to ASTM G 99 standard. A steel disc of hardness 40 HRC (made from 42CrMo4 steel) was put in contact with a ball of 6.35 mm diameter. The hardness of bearing ball was 62±2 HRC. The rotating speed of the discs was 300 [rpm]. The finishing treatments of the discs were the processes of grinding, polishing, milling, and slide burnishing. Finishing treatment of all surfaces was prepared in other to obtain the value of Sa parameter lower than 0.5 μm. A parallel, analytical procedure for the determination of the wear value of surface topography was worked out and the results obtained using the procedures were compared with the results of experimental studies.

Metrologia stereometrycznych cech powierzchni jest już na tyle rozwinięta, że w pewnym stopniu można przewidzieć zachowanie się powierzchni danej części we współpracy z innym elementem oraz stopień spełnienia przez nią założonych funkcji podczas eksploatacji. Można wyodrębnić dwa zasadnicze podejścia do modelowania struktury geometrycznej powierzchni. Pierwszym z nich jest modelowanie nieuwzględniające warunków technologicznego lub eksploatacyjnego kształtowania powierzchni. Natomiast drugim, bardziej skomplikowanym podejściem, jest modelowanie odzwierciedlające rzeczywiste warunki tworzenia powierzchni. W prezentowanej pracy przeprowadzono badania tribologiczne w warunkach tarcia suchego, opracowano analityczną metodykę określania zużycia w takich warunkach oraz porównano wyniki otrzymane oboma metodami. Badania tribologiczne przeprowadzono na testerze tribologicznym T-11 zgodnie ze standardem określonym w normie ASTM G 99. Skojarzenie tribologiczne stanowiła nieruchoma kulka łożyskowa o twardości 62±2 HRC i tarcza obracająca się z zadaną prędkością obrotową równą 300 obr./min. Tarcze wykonane zostały ze stali 42CrMo4 o twardości 40±2HRC. Obciążenie podczas testów wynosiło 10 N. Obróbką wykańczającą tarcz były różne rodzaje obróbki wykańczającej (szlifowanie, frezowanie, docieranie, polerowanie, nagniata-nie ślizgowe), przy czym w każdym z wymienionych przypadków średnie arytmetyczne odchylenie nierówności powierzchni Sa było niższe niż 0,5 μm. Równolegle opracowano analityczną procedurę określania wielkości zmian struktury geometrycznej powierzchni na skutek tarcia i porównano otrzymane z niej wyniki z wynikami otrzymanymi z badań eksperymentalnych.