The influence of selected PVD coatings on fretting wear in a clamped joint based on the example of a rail vehicle wheel set

In this article, laboratory test results concerning the influence of selected PVD coatings on the initiation and development of fretting wear in clamped joints are presented. TiN and CrN+a-C:H:W coatings were applied to shafts, and the results of wear tests compared with those for uncoated shafts. Wear tests were conducted at a test bed which simulated the operation conditions of the wheel sets of rail vehicles moving along a straight track. The sample elements for testing were assembled by forcing the sleeve onto the shaft with the tolerance of 0.02 mm. To assess fretting at shaft top layers being tested, macroscopic observations, microscopic observations with the use of a scanning microscope, x-ray microanalysis of the chemical composition by means of the EDS method and the measurement of the top layer topography in the place of wear were performed. Test results presented concern the shaft top layer because it is that layer which mainly determines the life of a clamped joint. The results of the macroscopic observations of the sleeve hub top layer were presented, too, for comparison of the image of wear between mating surfaces.The results of the observations of the various shaft top layers indicate the mitigation of the development of fretting wear in the case of shafts with coatings; CrN+a-C:H:W coatings influence the mitigation of fretting wear better indeed. The main damage comprised by fretting in all the samples being tested is material build-up occurring as a result of adhesion. That build-up undergoes oxidation during operation. Micropits and microabrasion of the top layer are observed in places.

W artykule zaprezentowano wyniki badań laboratoryjnych dotyczące wpływu zastosowania wybranych powłok PVD na inicjację i rozwój zużycia frettingowego w połączeniach wtłaczanych. Na wały nałożono powłoki TiN a także CrN+a-C:H:W, wyniki badań zużyciowych porównano z wynikami badań wałów bez powłok. Badania zużyciowe wykonywano na stanowisku badawczym, które symulowało warunki pracy zestawów kołowych pojazdów szynowych poruszających się po torze prostym. Montaż elementów próbki przeznaczonej do badań wykonano przez wtłoczenie tulei na wał z wartością wcisku 0,02mm. W celu oceny zjawiska frettingu dla badanych warstw wierzchnich wałów wykonano obserwacje makroskopowe, mikroskopowe przy użyciu mikroskopu skaningowego, mikroanalizę rentgenowską składu chemicznego metodą EDS oraz pomiar topografii warstwy wierzchniej w miejscu zużycia. Zaprezentowane wyniki badań dotyczą warstwy wierzchniej wałów, ponieważ to ona w głównej mierze determinują trwałość połączenia wtłaczanego. Zaprezentowano również wyniki obserwacji makroskopowych warstwy wierzchniej piasty tulei, w celu porównania obrazu zużycia pomiędzy współpracującymi powierzchniami.Wyniki obserwacji poszczególnych warstw wierzchnich wałów wskazują na ograniczenie rozwoju zużycia frettingowego w przypadku wałów z zastosowanymi powłokami, przy czym powłoki CrN+a-C:H:W korzystniej wpływają na zmniejszenie zużycia frettingowego. Głównym uszkodzeniem składającym się na zjawisko frettingu we wszystkich badanych próbkach są nalepienia materiału, powstałe w wyniku zjawiska adhezji. W czasie eksploatacji nalepienia te ulegają utlenianiu. Lokalnie obserwuje się mikrowżery i mikrowytarcia warstwy wierzchniej.