Finite element analysis is performed on the subsurface crack propagation in brittle materials due to sliding contact. The sliding contact is simulated by a rigid asperity moving across the surface of an elastic half-surface containing single and multiple cracks. The single crack, coplanar cracks and parallel cracks are modeled to investigate the interaction effects on the crack growth in contact fatigue. The crack location is fixed and the friction coefficients between asperity and half-space are varied to analyze the effect of surface friction on stress intensity factor for horizontal cracks. The crack propagation direction is predicted based on the maximum range of shear and tensile stress intensity factors. With a coplanar crack, the stress intensity factor was increased. However, with a parallel crack, the stress intensity factor was decreased. These results indicate that the interaction of a coplanar crack increases fatigue crack propagation, whereas that of a parallel crack decreases it.
Reaction-bonded SiC-Si material was fabricated by infiltration of Si melt into a mixture of $\alpha$-SiC and carbon at 175$0^{\circ}C$ under the vacuum atmosphere. Wear properties were analyzed by ball-on-plate wear tester, changing loading weight, sliding speed, sliding time and atmosphere, Results showed that the friction coefficient was decreased with increasing load and sliding velocity. The lowest friction coefficient of 0.05 was obtained under an oil atmosphere. The analysis of the wear surface indicated that the areas wehre particles were pulled out and where free silicon particles worn out preferentially serve as liquid reservoirs to decrease the wear resistance.
The friction and wear behavior of undulated surfaces made of tin base babbit are examined experimentally at the low sliding speed with severe loading condition. Steel is used as counterface disk material under pin-on-disk type sliding condition. Undulated surfaces can improve the friction and wear properties under dry friction condition since undulated surfaces trap wear particles in their cavities and prohibit wear particles from agglomerating. However, under boundary lubrication condition, friction and wear properties of undulated surfaces are inferior to those of flat surfaces. It is shown that land width and the ratio of wear volume to cavity volume are the most important factors in friction behavior of undulated surfaces under dry friction condition, and there exists optimum land width minimizing friction and wear of undulated surfaces.
The effect of silver particles on the sliding behavior of bearing steels was studied experimentally by using a ball-on-disk tribometer. Tests were performed in ambient air, dry air and vacuum. Disks of AISI 52100 were silver-coated by a thermal evaporation method, and the effects of silver particle transfer on friction were analyzed. In order to understand further the mechanism of silver particle transfer and its effect on friction and wear, pre-compressed silver particles were artificially introduced into the friction interface and the results were compared to those of silver-coated specimens. Results showed that the introduced silver particles produced transfer layers and resulted in low friction. It also showed that this low friction is closely related to the characteristic behavior of transfer layers. Shakedown occurred at the friction interface affected the friction and wear.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2000.11a
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pp.59-66
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2000
An experimental study on the effect of silver particles on the sliding behavior of bearing steels was performed by using a ball-on-disk tribometer. Tests were carried out in ambient air, dry and vacuum. Disks of AISI 52100 were silver-coaled by a thermal evaporation method, and the effects of silver particle transfer on friction were firstly analyzed. In order to understand further the mechanism of silver particles transfer and its effect on friction and wear, pre-compressed silver particles were artificially introduced into the friction interface and the results were compared to those of silver-coated specimens. Results showed that the introduced silver particles produced transfer layers and resulted in low friction. It also showed that this low friction is closely related to the characteristic behavior of transfer layers. Shakedown and rachetting occurred at the friction interface and affected the friction and wear.
The effect of characteristic of surface roughness and roughness patterns on friction was studied experimentally in boundary lubrication with reciprocating tribometer. Roughness was changed from Ra=0.2($\mu\textrm{m}$)to Ra=1.2($\mu\textrm{m}$). Three roughness pattern-transverse, oblique, longitudinal- were tested for various load and velocity. The experimental results show that the scuffing resistance of surfaces with transversal roughness pattern is higher than that of surface with longitudinal and obliq pattern. under the conditions of the roughness values of Ra=0.2, 0.5,1.0 and 1.2. surfacer roughness (Ra) was decreased with the normal load increased before scuffing occurred. oblique pattern and longitudinal pattern with Ra=0.2 and Ra=1.0 was higher scuffing load under low sliding velocity, but with Ra=0.5 was higher scuffing load under high sliding velocity.
Ge, Yicheng;Yi, Maozhong;Xu, Huijuan;Peng, Ke;Yang, Lin
Carbon letters
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v.10
no.2
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pp.97-100
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2009
In this work, effects of carbon matrix on sliding friction and wear behavior of four kinds of C/C have been investigated against 40 Cr steel ring mate. Composite A with rough lamination carbon matrix (RL) shows the highest volume loss and coefficient of friction, while composite D with smooth lamination/resin carbon matrix (SL/RC) shows the lowest volume loss. The worn surface of composite A appears smooth, whereas that of composite C with smooth lamination carbon (SL) appears rough. The worn surface of composite D appears smooth under low load but rough under high load. Atomic force microscope images show that the size of wear particles on the worn surface is also dependent on the carbon matrix.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.15
no.6
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pp.32-37
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2006
Micron size Co-alloy(T800) powder was coated on Inconel 718 by HVOF thermal spraying for the studies of the improvement of durability of high speed spindle by using Taguchi program for the parameters of spray distance, flow rates of hydrogen and oxygen and powder feed rate. The optimal coating process was determined by the studies of coating properties such as micro-structure, porosity, surface roughness and micro hardness. Friction and wear behaviors of coatings were investigated by sliding wear test at room temperature and $1000^{\circ}F(538^{\circ}C)$. At both room temperature and $538^{\circ}C$ the sliding wear debris and friction coefficients of the coating were drastically reduced compared with the surface of non-coated parent material. This shows that Co-alloy powder coating is highly recommendable for the durability improvement surface coating of high speed air-bearing spindle. At high temperature wear traces and friction coefficients of both coating and non-coating were drastically reduced compared with those of room temperature since the brittle oxides were formed easily on the surface, and the brittle oxide phases were attrited by the reciprocating sliding wear according to the complicated mixed wear mechanisms These oxide particles, partially melts and the melts play role as lubricant and reduce the wear and friction coefficient. This also shows that Co-alloy powder coating is highly recommendable far the durability improvement surface coating on the surface vulnerable to frictional heat such as high speed spindles.
Nanocrystalline diamond(NCD) coated SiC balls were applied in a ball-on-disk tribometer. After seeding in an ultrasonic bath containing nanometer diamond powders, $2.2{\mu}m$ thick NCD films were deposited on sintered 3 mm diameter SiC balls at $600^{\circ}C$ in a 2.45 GHz microwave plasma CVD system. Bare $ZrO_2$ and SiC balls were prepared for comparison as test balls. Tribology tests were performed in air with pairs of three different balls and mirror polished steel(SKH51) disk. The wear tracks on balls and disks were examined by optical microscope and alpha step profiler. Under the load of 3 N, the friction coefficients of steel against $ZrO_2$, SiC and NCD-coated balls were between 0.4 and 0.8. After a few thousands sliding laps, the friction coefficient of NCD-coated balls dropped from 0.45 to below 0.1 and maintained thereafter. Under a higher load of 10 N or 20 N with a long sliding distance of 2 km, $ZrO_2$ and SiC balls exhibited the similar friction coefficients as above. The friction coefficient of NCD-coated balls was less than 0.1 from the beginning and increased to above 0.1 steadily or with some fluctuations as sliding distance increased. NCD coating layers were found worn out after long duration and/or high load sliding test, which resulted in the friction coefficient higher than 0.1.
This study was to correctly estimate the friction and wear behavior of carbon fiber and PEEK sheet composites, and the validity of using them as alternatives to the metal-based materials used for artificial hip joints. Moreover, this work evaluated the friction coefficient according to the fiber ply orientation, along with the fractured surfaces of the carbon/PEEK composites. The unidirectional composites had higher friction coefficients than those multidirectional composites. This was caused by the debonding between the carbon fiber and the PEEK sheet, which was proportional to the contact area between the sliding surface and the carbon fiber. The friction test results showed that there was no significant differences in relation to the fiber ply orientation. However, in a case where the speed was 2.5 m/s, the friction coefficient was relatively large for configuration I. The friction surface of the specimen was analyzed using an electron microscope. In all cases, the debonding of the fiber and PEEK could be confirmed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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