單片陶瓷的摩擦和磨損特性 球板法 征求意見稿_第1頁
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文檔簡介

1GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016單片陶瓷的摩擦和磨損特性球板法本文件規(guī)定了測定單片陶瓷摩擦系數(shù)及特定磨耗率的步驟。本方法中,材料置于球板裝置中、并于非耐磨、干燥的環(huán)境中成對地進行測定。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,僅該日期對應的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。ISO1101Geometricalproductspecifications(GPS)-Geometricaltolerancing-Tolerancesofform,orientationandrun-outISO3274,Geometricalproductspecifications(GPS)-Surfacetexture:Profilemethod-Nominalcharacteristicsofcontact(stylus)instrumentsISO3611,Geometricalproductspecifications(GPS)-Dimensionalmeasuringequipment:Micrometersforexternalmeasurements-DesignandmetrologicalcharacteristicsISO4287,Geometricalproductspecifications(GPS)-Surfacetexture:Profilemethod-Terms,definitionsandsurfacetextureparametersISO13385,(allparts),Geometricalproductspecifications(GPS)-DimensionalmeasuringequipmentISO80000-1,Quantitiesandunits-Part1:GeneralISO/IEC17025,Generalrequirementsforthecompetenceoftestingandcalibrationlaboratories3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1磨耗wear由于物體表面與接觸物質(zhì)或基體的相對運動,固體表面材料逐步損耗或逐步發(fā)生材料的置換而產(chǎn)生的改變。3.2磨耗試驗weartest評估在滑動接觸過程中,材料的摩擦及磨耗行為的方法。3.32GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016球板法ball-on-discmethod一種在恒定載荷下,通過推動球形試件在旋轉(zhuǎn)的圓盤試件上進行滑動接觸的磨耗試驗方法。3.4摩擦力frictionforce在外力作用下,一個物體與另一物體做相對運動,正切于兩物體界面的阻力。3.5摩擦系數(shù)coefficientoffrictionμ兩個摩擦力,法向力Ff與將兩物體壓在一起的力Fp的無量綱比值。3.6具體磨損率specificwearrateWs材料磨損率,定義為材料磨損的體積V,與法向力(Fp)及滑動距離(L)乘積的商。4意義和使用本文件提供了在球-板配置下進行滑動摩擦和磨損測試的指導。它應用于確定陶瓷材料在非軸向滑動接觸時所產(chǎn)生的耐磨性和摩擦力。應當注意,滑動接觸中存在許多影響摩擦和磨損大小的參數(shù)。進行任何磨損測試的目的是盡可能準確地模擬在實際應用中出現(xiàn)的條件。隨著測試條件與應用條件之間的偏差增大,測試結(jié)果的相關性會降低。為了增加測試結(jié)果的可信度,應當比較測試樣品磨損表面的外觀與實際磨損部件磨損表面的外觀,以確保在每個案例中發(fā)生了相似的磨損機制。當應用條件不明確但需要對材料之間進行一般比較時,建議使用本文件中推薦的測試條件。5測試材料及試樣制備5.1材料本測試方法可應用于多種材料,唯一的要求是球及板試樣按照下述明確的尺寸要求進行準備,并且這些球、板應能承受測試過程中施加的壓力且不發(fā)生失效或過度彎曲。原則上,球與板應使用相同的材料,但若球與板采用不同的材料也可以采用此方法進行測試。任何材料相關的信息應做出報告:如其尺寸、表面光潔度、材料類型、成分、微觀結(jié)構(gòu)、處理等。5.2球試樣球試樣應為真正的球形,其直徑大于5mm,或為一棒狀體,其末端被加工成球冠狀,球體的推薦尺寸為10mm,試樣的表面粗糙度應滿足ISO4287規(guī)定的要求,不應超過0.1μmRa。3GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:20165.3板試樣板試樣的厚度應超過3mm并應足夠大,可以包含一個直徑大于30mm的滑動圓圈。板的表面應平整,平行度應滿足ISO1101的規(guī)定,在0.02mm范圍內(nèi)。試樣的表面粗糙度應滿足ISO4287規(guī)定的要求,不應超過0.1μmRa。6設備6.1球板法測試用設備測試設備應包括以下部分:——圓盤夾持器,保證圓盤試樣的穩(wěn)定性;——圓盤旋轉(zhuǎn)用驅(qū)動系統(tǒng);——球試樣夾持器;——推動球試樣至板試樣上所用加載裝置;——測定摩擦力及線性磨損的裝置;——控制試驗氣氛的裝置;——上述裝置的輔助裝置。a)圓盤夾持器應在水平或垂直面上進行旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸的離心率應小于0.02mm,垂直于圓盤方向接觸點的波動范圍應少于0.05mm;b)驅(qū)動系統(tǒng)應能保證給出一個在摩擦力影響下,仍穩(wěn)定的、可控制的滑動速度。驅(qū)動系統(tǒng)應配備轉(zhuǎn)速計或相應的計量裝置;c)球夾持器應能穩(wěn)定地夾住球試樣,考慮到其與圓盤試樣在接觸點處產(chǎn)生的壓力,夾持器應具有較高的硬度;d)加載裝置應直接或通過具有附加重量的杠桿活動臂裝置或液壓或氣壓裝置將可控制的載荷施加到球夾持器上;e)摩擦力應通過裝置進行測定,如測力傳感器、彈簧片的彎曲程度或?qū)πD(zhuǎn)扭矩的測定。測定過程不應對摩擦環(huán)境產(chǎn)生影響,摩擦力的測量精度應在施加載荷的±1%或更小范圍內(nèi)??蛇x擇測定線性磨損的儀器,但該設備宜保證其靈敏度高于2.5μm或更優(yōu);f)測試氛圍應保持在設定溫度的±2℃范圍內(nèi),相對濕度保持在(50±10)%范圍內(nèi),測試儀器本身可以放置在一個條件控制在這些限制的房間里;g)如果測試儀器的說明書與上述要求有不同之處,應在測試報告中予以說明。6.2天平可測定試樣質(zhì)量并精確至0.01mg。6.3千分尺可以測定ISO3611中規(guī)定的范圍或相當范圍或更優(yōu)。6.4游標卡尺符合ISO13385(所有部分)規(guī)定的要求、具有分度值0.05mm的或更優(yōu)的。6.5測微顯微鏡能夠讀數(shù)到0.01mm。4GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:20166.6觸針表面光度儀符合ISO3274中規(guī)定的要求或至少在精確度上與之相等。7測試步驟7.1試樣密度的測定用千分尺(6.3)、游標卡尺(6.4)或具有相同功能的工具測定球試樣的直徑,測定球板試樣的直徑和厚度,根據(jù)7.3測得的試樣質(zhì)量計算試樣的密度。也可通過具有更高測定精度的測定方法來測定試樣的密度值,如按照ISO18754規(guī)定的方法測定的密度值7.2測試前對試樣的處理在高純度丙酮中用超聲清洗試樣10min或更長時間,清洗圓盤試樣時,其測試面朝下。在送去干燥之前,試樣應經(jīng)高純度己烷漂洗并置于溫度為120℃的烘箱中干燥30min或更長時間。只要能保證在清洗過后試樣表面是干凈的,也可用其它溶劑或蒸餾水替代丙酮或己烷進行清洗。試樣應保存在與磨損試驗設備相同的環(huán)境中,直到進行測試。7.3試驗前試樣質(zhì)量的測定磨損試驗測試前用天平(6.2)立即進行每個試樣的質(zhì)量測定。7.4磨損試驗的準備分別將球試樣與圓盤試樣牢固地夾持在各自的夾持器上,輕輕地將它們相互接觸,然后施加設定的載荷。測試氛圍穩(wěn)定至少30min后,開始在設定的條件下旋轉(zhuǎn)圓盤進行測試。7.5測試條件推薦的試驗條件如下,但可依據(jù)測試過程的特定需求做出一些改變。所有測試條件均應在測試報告中列出。a)施加載荷:10N;b)滑動速度:0.1m/s;滑動圓圈的直徑應大于0.030m,圓盤夾持器的旋轉(zhuǎn)速度由公式(1)決定:vr——旋轉(zhuǎn)速率,單位為每秒旋轉(zhuǎn)數(shù)(s-1);a)滑動距離:2000m;b)測試氛圍:空氣溫度為室溫;溫度應控制在±2℃范圍內(nèi),相對濕度控制在(50±10)%。7.6摩擦力的測定測試期間持續(xù)地測定摩擦力,并用數(shù)據(jù)記錄儀或其它記錄設備記錄下來,應采用合適的系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)期間的波動平均。測試前,在試樣間并沒有相互接觸的情況下檢查摩擦力測試設備的零值。7.7試驗后質(zhì)量的測定磨耗試驗結(jié)束后,試樣經(jīng)與7.2同樣的步驟進行清洗處理,用同樣的天平對試樣進行稱重。在做該5GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016項處理前,仔細收集圓盤試樣上的磨損碎片,以便進一步分析。7.8球試樣上磨痕的測量試驗結(jié)束后,球試樣上應有一個粗糙的圓圈磨痕,如圖1所示,用測微顯微鏡(6.5)測量其最小直徑A,測量此直徑垂直方向的直徑B。7.9圓盤試樣上磨耗軌跡的測量試驗完成時,圓盤試樣上會出現(xiàn)磨損軌跡,如圖2所示。用觸針表面光度儀或相似的儀器測量橫截面上磨損軌跡的特征,依次選取軌跡上間隔90°的四個點(S1到S4在每個點處計算磨損軌跡的橫截面積。7.10測試重復次數(shù)每個磨損試驗至少在相同條件下重復測定3次。圖1球試樣上的磨痕圖2圓盤試樣上的磨痕8試驗結(jié)果計算8.1具體球試樣磨損率8.1.1根據(jù)磨損體積確定的具體磨損率6GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016由磨痕的最小直徑、其垂直方向上的直徑(數(shù)值通過7.8測定),由公式(2)計算得出球試樣的磨損體積?!攬A盤試樣上有大的磨損溝槽而導致磨痕形狀彎曲時(B>1.5A),不應使用這個公式,可通過表面光度儀(6.6)或其它類似儀器對磨痕進行準確地分析,得到磨損體積。);圖3原始球表面及磨耗實驗后球表面的曲率圖在這種情況下,應使用7.9中所述的橫截面的磨損輪廓,Sn。從磨痕輪廓來看,由于磨損的發(fā)生,球的新直徑D’,如圖3所示,大于原始直徑D,這可以通過曲線擬合得到。當測得橫截面四個點的輪廓信息S1,S2,S3,S4及D’的平均值時,曲線即可獲得。磨損試驗后球試樣的新直徑為D’av,球試樣的磨損體積由公式(3)計算:…………………A——垂直于滑動方向的磨痕直徑,最小直徑,單位為7GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016球試樣具體的磨耗率可由公式(4)得到,借助由公式(2)或公式(3)得到的V球:………(4)Ws()——球試樣的具體磨損率,單位為平方米每牛頓(m2/N);Fp——施加載荷(法向力),單位為牛頓(N);8.1.2由質(zhì)量損失得到的具體磨損率具體磨損率可通過公式(5),計算磨損試驗前后球試樣的質(zhì)量差得到:……Ws()——球試樣的具體磨損率,單位為平方米每牛頓(m2/N);m——試驗前質(zhì)量,單位為千克(kg);m——試驗后質(zhì)量,單位為千克(kg);相對于總體質(zhì)量來說,如果球試樣的質(zhì)量損失較小,或者難以測量到[(m前-m后)/m前<0.0001],則不應通過質(zhì)量損失來計算具體磨損率。8.2圓盤試樣的具體磨損率8.2.1由磨損體積得到的具體磨損率由磨損痕跡的橫截面積(按照步驟7.9測得的數(shù)據(jù))計算得到的圓盤試樣的磨損體積,計算公式見公式(6):V圓盤=……………如若橫截面積的最大值與最小值比值超過1.5,不應通過公式(6)進行計算。圓盤試樣的具體磨損率可由公式(6)得到的V圓盤值,通過公式(7)計算得到:……Ws()——圓盤試樣的具體磨損率,單位為牛頓(NFp——施加載荷,單位為牛頓(N8.2.2由質(zhì)量損失計算得到的具體磨損率具體磨損率可通過公式(8),計算磨損試驗前后圓盤試樣的質(zhì)量差得到:8GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016………………Ws()——圓盤試樣的具體磨損率,單位為平方米每牛頓(m2/Nm——試驗前質(zhì)量,單位為千克(kg);m——試驗后質(zhì)量,單位為千克(kg);相對于總體質(zhì)量來說,如果圓盤試樣的質(zhì)量損失較小,或者難以測量到[(m前-m后)/m前<0.0001],則不應通過質(zhì)量損失來計算具體磨損率。8.3摩擦系數(shù)通過施加載荷、摩擦力的平均值、利用公式(9),計算摩擦系數(shù):);由于摩擦系數(shù)通常隨滑動距離變化而變化,初始值、穩(wěn)定值、最大值和最小值宜適時確定并記錄于報告中。8.4數(shù)值的四舍五入處理具體磨損率和摩擦力應依據(jù)ISO80000-1的規(guī)定保留兩位有效數(shù)字。9測試報告測試報告應與ISO/IEC17025的報告條款保持一致,至少應包含以下部分:a)對本文件的引用;b)對材料或測試材料的描述;c)磨耗測試儀器的說明(圓盤驅(qū)動方法、圓盤旋轉(zhuǎn)方向、負載方法、摩擦力檢測方法、氣氛控制方法等);d)測試環(huán)境(施加載荷,滑動速度,滑動圓圈直徑,圓盤旋轉(zhuǎn)速度,滑動距離等);e)下列條目應在每個獨立測試中予以報告:1)測試溫度、濕度及其范圍;2)球試樣及圓盤試樣的初始質(zhì)量、尺寸及密度;3)球試樣的磨損體積或質(zhì)量損失,及由此計算得到的具體磨損率;4)圓盤試樣的磨損體積或質(zhì)量損失,及由此計算得到的具體磨損率;5)有條件時

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