مطالعه تجربی و تئوری اثر نیتراته‌کردن بر رفتار تماس لغزشی در دوره گذار سایش

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان

چکیده

افزایش مقاومت سایشی اجزای مکانیکی همواره برای سازندگان قطعات مکانیکی مهم بوده است. یک روش رایج برای عملیات سطحی، نیتراته‌کردن است. در این پژوهش، ضریب اصطکاک و حجم سایش دیسک‌های نیتراته شده و  معمولی به دو صورت عددی و تجربی مطالعه شده‌است. آزمایش‌ها با استفاده از  دستگاه تست سایش پین بر روی دیسک بر روی نمونه‌های فولاد AISI 4140 انجام شده است. مدل عددی بر پایه مفهوم تقسیم بار بمنظور پیش‌بینی ضریب اصطکاک، دمای سطح، ضخامت فیلم روان‌کار و نرخ سایش گسترش یافته است. نتایج برای دیسک‌های نیتراته شده نشان می‌دهد که با افزایش سرعت، ضخامت فیلم روان‌کار افزایش یافته و در نتیجه حجم سایش کاهش می‌یابد. از طرف دیگر با افزایش بار اعمالی، ضخامت فیلم روان‌کار کاهش یافته و در نتیجه حجم سایش افزایش می‌یابد. در مورد دیسک‌های نیتراته شده، حجم سایش فقط تابعی از بار اعمالی است و بسرعت وابسته نیست. نمودارهای حجم سایش بر حسب مسافت لغزش نشان می‌دهد که دوره گذار تقریبا قبل از 1500 متر به پایان می‌رسد و بعد از آن نرخ سایش پایا می‌شود. مقایسه نتایج تجربی و تئوری ضریب اصطکاک و حجم سایش نشان می‌دهد که مدل تئوری ارایه ‌شده توانایی قابل قبولی برای پیش‌بینی ضریب اصطکاک و نرخ سایش در مواد عادی دارد.

کلیدواژه‌ها


1. P.J. Blau, On the nature of running-in, Tribology International  38 (2005) 1007–1012.

2. Z. Zhenfang , Z. Liangchi, M. Yiu-Wing, The running-in wear of a steel/Sic-Al composite system, Wear, 194 (1996) 38-43.

3. W. Wang, P.L. Wong, Z. Zhang Experimental study of the real time change in surface roughness during running-in for PEHL contacts, Wear  244 (2000) 140–146.

4. R. Kumar, B. Prakash, A. Sethuramiah, A systematic methodology to characterise the running-in and steady-state wear processes, Wear 252 (2002) 445-453

5. W. Wang , P.L. Wong, F. Guoc, Application of partial elastohydrodynamic lubrication analysis in dynamic wear study for running-in, Wear  257 (2004) 823–832.

6. K.L. Johnson, J.A. Greenwood, S.Y. Poon, A simple theory of asperity contact in elastohydrodynamic lubrication, Wear, 19 (1972) 91-108.

7. E. R. M. Gelinck, D. J. Schipper, Calculation of Stribeck curves for line contact, Tribology International, 22 (2000) 175-181.

8. X.B. Lu, M.M. Khonsari, E.R.M. Gelinck, The stribeck curve: experimental results and theoretical prediction, ASME J. Tribology, 128 (2006) 789-794.

9. S. Akbarzadeh, M. M. Khonsari, Performance of spur gears considering surface roughness and shear-thinning lubricant, ASME Journal of Tribology,  130 (2008) 021503-10.

10. S. Akbarzadeh, M.M. Khonsari, Thermoelastohydrodynamic analysis of spur gears with consideration of spur gears, Tribology Letters, 32 (2008) 129–141.

11. S. Akbarzadeh, M.M. Khonsari, On the prediction of running-in behavior in mixed-lubrication line contact, ASME Journal of Tribology, 32 (2010) 032102-112.

12. S. Akbarzadeh, M.M. Khonsari, Experimental and theoretical investigation of running-in, Tribology International, 44 (2011)  92–100.

13. S. Akbarzadeh,M. M. Khonsari, On the optimization of running-in operating conditions in applications involving EHL line contact, Wear, 303 (2013) 130-137.

14. A. Ebrahimi Serest, S. Akbarzadeh, Mixed-elastohydrodynamic analysis of helical gears using load-sharing concept, Proc I Mech E part J: Journal of Engineering Tribology, 228(2014) 320-331.

15. A. Bahrami Ghahnavieh, S. Akbarzadeh, P. Mosaddegh, A numerical study on the performance of straight bevel gears operating under mixed-lubrication regime, Mechanism and Machine Theory, 75(2014) 27-40.

16. M. Masjedi, M. M. Khonsari, Film thickness and asperity load formulas for line-contact elastohydrodynamic lubrication with provision for surface roughness, ASME Journal of Tribology 134 (2012) 011503.

17. M. Masjedi, M. M. Khonsari, On the Effect of Surface Roughness in Point-Contact EHL: Formulas for Film Thickness and Asperity Load, Tribology International, 82(2015) 228-244.

18. R.C. Martins, N.F.R. Cardoso, H. Bock, A. Igartua, J.H.O. Seabra, Power loss performance of high pressure nitrided steel gears, TribologyInternational, 42 (2009) 1807–1815.

19. B. Podgornik, J. Vižintin, V Leskovšek, Tribological properties of plasma and pulse plasma nitrided AISI 4140 steel, Surface and Coatings Technology, 108 (1998) 454-460

20. B. Podgornik, J Vižintin, Wear resistance of pulse plasma nitrided AISI 4140 and A355 steels, Materials Science and Engineering: A, 315 (2001) 28-34.

21. B. Podgornik, J. Vižintin, Tribological properties of plasma nitrided AISI 4140 steel underdry and lubricated sliding conditions. Tribotest, 6 (2000) 357–371.

22. A. A. Joshi , S. S. Hosmani , J. Dumbre, Tribological Performance of Boronized, Nitrided, and Normalized AISI 4140 Steel against Hydrogenated Diamond-Like Carbon-Coated AISI D2 Steel, , Tribology Transactions, 58 (2015) 500-510.

23. M.H. Staia , A. Fragiel , J. Machado , S.P.Brühl , Feugeas J.. , Feugeas J., B.J. Gomez, Tribological properties of pulsed ion nitrided AISI 4140 steel, Surface Engineering , 15 (1999)313-316.

24. B.J. Hamrock Fundamentals of Fluid Film Lubrication,, McGraw Hill, New York, 1994.

25. D.J. Whitehouse, J.F. Archard, The properties of random surfaces of significance in their contact, in Proc. of Royal Society 316 (1970) 97–121.

26. Y. Zhao, D. M. Maietta, and L. Chang, An asperity microcontact model incorporating the transition from elastic deformation to fully plastic flow, ASME Journal of Tribology, 122 (2000) 86-93,

27. F.E. Kennedy, Y. Lu, I. Bakerw, Contact temperatures and their influence on wear during pin-on-disk tribotesting, Tribology International, 82(2015) 534-542.

28. X. Tian, F.E. Kennedy, Contact surface temperature models for finite bodies in dry and boundary lubricated sliding contact, ASME J. Tribology, 115 (1993) 411-418.

29. J.A. Greenwood, An interpolation formula for flash temperatures, Wear, 150 (1991) 153-158.

30. J.F. Archard, Contact and rubbing of flat surfaces, Applied Physics, 24 (1953) 981-988.

31. T.A. Stolarski, Adhesive Wear of Lubricated Contacts, Tribol International, 12 (1979) 169-179.

32. E.P. Kingsbury, Some aspects of the thermal desorption of a boundary lubricant, Journal of Applied Physics, ( 1958) 888-891.

33. A. B. Aghdam, M.M. Khonsari, Prediction of wear in grease-lubricated journal bearings via energy-based approach, Wear, 318 (2014) 188-201.