Austempered Ductile Iron (ADI) is known for its excellent mechanical properties such as high yield and tensile strength, good ductility, high wear resistance and good fatigue strength. ADI is becoming a more and more important engineering material in different industries, such as automobile and rock drilling industry. The mechanical properties of ADI can be tailored by the isothermal heat-treatment process. Recently, there are quite many studies focused on the influence of the austempering heat treatment parameters on the mechanical properties of ADI. However, studies regarding the friction and wear characteristics of ADI are still limited. 

In this thesis work, pin-on-disc and scratch testing in both dry and lubricated conditions were performed to study the friction and wear characteristics of ADI and tin-bronze in sliding contact with case hardened steel. The thesis work is comprised of two parts: a pre-study of characterization of a worn tin-bronze driver, and the main study of performing several well-controlled tribological tests. The post-test surface characterization was performed using optical surface profilometry, scanning electron microscopy, and energy dispersive spectroscopy to study the dominant wear mechanisms. A cross-section of the tested specimens from pin-on-disc testing was also investigated. 

The results from the conducted tribological tests show that the friction coefficient of both ADI and tin-bronze pin sliding against case hardened steel in dry sliding contact conditions appears to be high. Adhesive wear is assessed to be the dominant wear mechanism for tin-bronze against case hardened steel, whereas adhesive, abrasive wear and oxidative wear are the main wear mechanisms for ADI under dry sliding contact conditions. A thin tribo-film of iron oxide is believed to be formed on the tin-bronze pin slide against the ground case hardened steel disc sliding couple in dry sliding contact during the later stage of the pin-on-disc testing. The presence of the iron oxide film tends to reduce friction and wear. Lubrication reduces the risk of severe adhesive wear and results in very low friction in both sliding couples. The ADI is assessed to possess higher wear resistance than the tin-bronze due to its higher hardness.

Austempererat segjärn (ADI) är känt för sina utmärkta mekaniska egenskaper såsom hög sträck- och draghållfasthet, god duktilitet, hög slitstyrka och god utmattningshållfasthet. ADI blir ett allt viktigare ingenjörsmaterial i olika branscher, t.ex. bil- och bergborrningsindustrin. De mekaniska egenskaperna hos ADI kan styras genom den isotermiska värmebehandlingsprocessen. Nyligen finns det många studier fokuserade på inverkan av de austemperande värmebehandlingsparametrarna på de mekaniska egenskaperna hos ADI. Studier angående friktions- och nötningsegenskaper hos ADI är dock fortfarande begränsade.

I detta examensarbete utfördes tribologiska tester med s.k. pinne-skiva provning och repprovning för att studera friktions- och nötningsegenskaperna hos ADI och tenn-brons i både torr och smord glidkontakt med sätt härdat stål. Examensarbetet består av två delar: en förstudie av karakterisering av en sliten driver gjorde av tenn-brons, och huvudstudien av att utföra flera välkontrollerade tribologiska tester. Ytkarakteriseringen efter testet utfördes med hjälp av en optisk ytprofilometri, svepelektronmikroskopi och energidispergerande spektroskopi för att studera de dominerande nötningsmekanismerna. Tvärsnittsstudien av de testade proverna från pinne-skiva provning utfördes också.

Resultaten från de utförda tribologiska testerna visar att friktionskoefficienten för både ADI och tennbrons i torr glidkontakt med sätt härdat stål verkar vara hög. Adhesiv nötning bedöms vara den dominerande nötningsmekanismen för tennbrons mot härdat stål, medan adhesiv, abrasiv nötning i samband med oxidativ nötning är de huvudsakliga nötningsmekanismerna för ADI under torr glidkontakt. En tunn tribofilm av järnoxid tros bildas på tenn-brons pinnen i torr glidkontakt med den slipade sätthärdad stålskiva under det senare skedet av pinne-skiva provningen. Närvaron av järnoxidfilmen tenderar att minska friktion och slitage. Smörjning minskar risken för kraftigt adhesiv nötning och ger mycket låg friktion. ADI bedöms ha högre slitstyrka än tennbrons på grund av högre hårdheten.