МЕТОДИКА АНАЛІЗУ ЗМІНИ ГЕОМЕТРІЇ ПІСЛЯ ВИПРОБУВАНЬ НА УДАРНО-АБРАЗИВНЕ ЗНОШУВАННЯ
DOI:
https://doi.org/10.34185/1991-7848.2026.01.02Ключові слова:
ударно-абразивний знос, зважування, топографія поверхні, параметри зношування, оптична профілометрія, 3D-сканування, пластична деформація, експлуатаційні властивостіАнотація
Сучасний етап розвитку матеріалознавства характеризується високим рівнем досліджень структури та механічних властивостей матеріалів. Подальший прогрес у цій галузі пов'язаний не лише з розробленням принципово нових методів випробувань, але й із вдосконаленням існуючих підходів шляхом інтеграції сучасних цифрових технологій реєстрації та аналізу даних. Це дозволяє не тільки підвищити точність вимірювань та збільшити кількість проміжних значень, але й визначати додаткові характеристики поведінки матеріалу, що раніше були недоступними для прямого вимірювання. Метою цієї роботи є розширення інформативності методу випробувань на ударно-абразивне зношування шляхом цифровізації його результатів для отримання комплексної оцінки опору матеріалу динамічному абразивному впливу. У роботі представлено огляд методів проведення випробувань на абразивне та ударно-абразивне зношування та розглянуто аспекти вдосконалення методики визначення показників для аналізу результатів ударно-абразивного зношування. На відміну від класичних підходів, які обмежуються лише визначенням втрати ваги зразка, запропонована методика включає додаткове 3D-сканування для кількісної оцінки зміни геометрії поверхні після випробувань. Наукова новизна полягає у можливості не лише фіксувати загальний показник зношування (втрату ваги), але й безпосередньо вимірювати розподіл та величину пластичної деформації, що накопичується в металі під дією ударного впливу абразивних частинок. Запропонований підхід дозволяє перейти від одномірної оцінки зносостійкості до двовимірної (втрата ваги + деформаційний рельєф). За результатами
3D-сканування та подальшої обробки отриманої інформації формується графічне зображення (карта глибин або профілограма), яке кількісно характеризує опір матеріалу пластичному деформуванню в умовах ударно-абразивної дії. Це відкриває нові можливості для порівняльного аналізу матеріалів, прогнозування їх поведінки в умовах експлуатації та верифікації математичних моделей процесів зношування.
Посилання
Saha G. Abrasive wear of alloys for ground engaging tools. 2017.
Zolotarevskiy V., Corujeira Gallo S., Pereira M., Barnett M. Modelling of impeller-tumbler wear test with discrete element method. Wear. 2022. Vol. 510–511. 204509. DOI: 10.1016/j.wear.2022.204509.
Chintha A.R. Metallurgical aspects of steels designed to resist abrasion, and impact-abrasion wear. Materials Science and Technology. 2019. Vol. 35. № 10. P. 1133–1148. DOI: 10.1080/02670836.2019.1615669.
Ratia-Hanby V., Rojacz H., Terva J., Valtonen K., Badisch E., Kuokkala V.-T. Effect of multiple impacts on the deformation of wear-resistant steels. Tribology Letters. 2015. Vol. 57. 15. DOI: 10.1007/s11249-014-0460-7.
Ratia V., Valtonen K., Kuokkala V.-T. Impact-abrasion wear of wear-resistant steels at perpendicular and tilted angles. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part J: Journal of Engineering Tribology. 2013. Vol. 227. № 8. P. 868–877. DOI: 10.1177/1350650113487831.
Wensink H., Elwenspoek M. A closer look at the ductile–brittle transition in solid particle erosion. Wear. 2002. Vol. 253. P. 1035–1043. DOI: 10.1016/S0043-1648(02)00223-5.
Sugimoto K.-i. Recent progress of low and medium-carbon advanced martensitic steels. Metals. 2021. Vol. 11. № 4. 652. DOI: 10.3390/met11040652.
Cai Y., Wei T., Jiang Y. et al. Tailoring martensite and ferrite via tempering to improve impact–abrasive wear resistance in lower alloy medium-carbon steel. Journal of Materials Engineering and Performance. 2026. DOI: 10.1007/s11665-026-13195-5.
Sundström A., Rendón J., Olsson M. Wear behaviour of some low alloyed steels under combined impact/abrasion contact conditions. Wear. 2001. Vol. 250. P. 744–754. DOI: 10.1016/S0043-1648(01)00712-8.
Sahin Y., Ozdin K. The effect of abrasive particle size on the wear behaviour of metal matrix composites. 2004. P. 344–349. DOI: 10.1063/1.1766548.
Pondicherry K., Roy M. Comparative abrasive wear study of bearing steels. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2025. DOI: 10.1177/09544062251380051.
Veinthal R., Tarbe R., Kulu P., Käerdi H. Abrasive erosive wear of powder steels and cermets. Wear. 2009. Vol. 267. P. 1838–1844. DOI: 10.1016/j.wear.2009.02.021.
Narayanaswamy B., Ghaderi A., Hodgson P., Cizek P., Chao Q., Safi M., Beladi H. Abrasive wear resistance of ferrous microstructures with similar bulk hardness levels evaluated by a scratch-tester method. Metallurgical and Materials Transactions A. 2019. Vol. 50. DOI: 10.1007/s11661-019-05354-2.
Cucinotta F., Scappaticci L., Sfravara F., Morelli F., Mariani F., Varani M., Mattetti M. On the morphology of the abrasive wear on ploughshares by means of 3D scanning. Biosystems Engineering. 2019. Vol. 179. P. 117–125. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2019.01.006.
Di Puccio F., Di Pietro A., Mattei L. Pin-on-plate vs. pin-on-disk wear tests: theoretical and numerical observations on the initial transient phase. Lubricants. 2024. Vol. 12. № 4. 134. DOI: 10.3390/lubricants12040134.
Elalem K., Li D. Variations in wear loss with respect to load and sliding speed under dry sand/rubber-wheel abrasion condition: a modeling study. Wear. 2001. Vol. 250. P. 59–65. DOI: 10.1016/S0043-1648(01)00662-7.
Jun-tong X., Qing-de Z., Shi-hui L., Guang-Shun S. Influence of retained austenite on the wear resistance of high chromium cast iron under various impact loads. Wear. 1993. P. 83–88. DOI: 10.1016/0043-1648(93)90487-7.
Kovzel M., Babachenko O., Togobitska D. Iron-based chromium-manganese alloys with an increased range of tribological properties. In: Shalevska I. (ed.). Modern trends in construction materials technologies. Kharkiv : Technology Center PC, 2025. P. 4–41. DOI: 10.15587/978-617-8360-17-7.ch1.
Haiko O., Valtonen K., Kaijalainen A., Uusikallio S., Hannula J., Liimatainen T., Kömi J. Effect of tempering on the impact-abrasive and abrasive wear resistance of ultra-high strength steels. Wear. 2019. Vol. 440–441. 203098. DOI: 10.1016/j.wear.2019.203098.
Haiko O., Miettunen I., Porter D., Ojala N., Ratia V., Heino V., Kemppainen A. Effect of finish rolling and quench stop temperatures on impact-abrasive wear resistance of 0.35 % carbon direct-quenched steel. Tribologia – Finnish Journal of Tribology. 2017. Vol. 35. № 1–2. P. 5–21.
Zhang Q., Zuo G., Lai Q., Tong J., Zhang Z. EDEM investigation and experimental evaluation of abrasive wear resistance performance of bionic micro-thorn and convex hull geometrically coupled structured surface. Applied Sciences. 2021. Vol. 11. № 14. 6655. DOI: 10.3390/app11146655.
Ratia-Hanby V. Behavior of martensitic wear resistant steels in abrasion and impact wear testing conditions. 2015.
Ratia-Hanby V., Valtonen K., Kemppainen A., Kuokkala V.-T. The role of edge-concentrated wear in impact-abrasion testing. Tribology Online. 2016. Vol. 11. P. 410–416. DOI: 10.2474/trol.11.410.
Pawlus P., Reizer R. Profilometric measurements of wear scars: a review. Wear. 2023. Vol. 534–535. 205150. DOI: 10.1016/j.wear.2023.205150.
Li Y., Schreiber P., Schneider J., Greiner C. Tribological mechanisms of slurry abrasive wear. Friction. 2022. Vol. 11. P. 1079–1093. DOI: 10.1007/s40544-022-0654-1.
Pillari L.K. Fabrication of graphene-based master alloys for the development of B319 aluminum alloy-graphene composites with enhanced tribological properties. 2024. DOI: 10.14288/1.0444064.
Yang M., Chen X., Wang Z., Pan P. Study on the effect of tempering on the impact abrasive wear performance of 45Si2MnCr2Mo ultra-high strength steel. Journal of Physics: Conference Series. 2023. Vol. 2566. 012010. DOI: 10.1088/1742-6596/2566/1/012010.
Lukšić H., Rodinger T., Rede V., Švagelj Z., Ćorić D. Comparative analysis of microstructure and properties of wear-resistant structural steels. Materials. 2025. Vol. 18. № 17. 4002. DOI: 10.3390/ma18174002.
Grochała D., Bachtiak-Radka E., Dudzińska S. Badania cech powierzchni z wykorzystaniem optycznych metod skaningowych – wymagania i pomiary zgodnie z wytycznymi serii PN-EN ISO 25178. Przegląd Spawalnictwa – Welding Technology Review. 2016. Vol. 88. DOI: 10.26628/ps.v88i10.693.
Rastegar V., Karimi A. Surface and subsurface deformation of wear-resistant steels exposed to impact wear. Journal of Materials Engineering and Performance. 2014. Vol. 23. DOI: 10.1007/s11665-013-0842-2.
Pawlus P., Reizer R., Żelasko W. Influence of the traverse speed of the stylus tip on changes in the areal texture parameters of machined surfaces. Materials. 2024. Vol. 17. № 20. 5052. DOI: 10.3390/ma17205052.
Podulka P., Kulisz M., Antosz K. Evaluation of high-frequency measurement errors from turned surface topography data using machine learning methods. Materials. 2024. Vol. 17. № 7. 1456. DOI: 10.3390/ma17071456.
Lee D.-H., Cho N.G. Assessment of surface profile data acquired by a stylus profilometer. Measurement Science and Technology. 2012. Vol. 23. DOI: 10.1088/0957-0233/23/10/105601.
Hawryluk M., Ziemba J., Zwierzchowski M., Janik M. Analysis of a forging die wear by 3D reverse scanning combined with SEM and hardness tests. Wear. 2021. Vol. 476. 203749. DOI: 10.1016/j.wear.2021.203749.
Vorburger T.V., Rhee H.G., Renegar T.B. et al. Comparison of optical and stylus methods for measurement of surface texture. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2007. Vol. 33. P. 110–118. DOI: 10.1007/s00170-007-0953-8.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Сучасні Проблеми Металургії
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
