CSTM-金屬材料 銷-盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn) 第1部分-室溫摩擦磨損試驗(yàn)方法

ICS77.140.80J31團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/CSTMXXXXX—2021金屬材料銷-盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)第1部分：室溫摩擦磨損試驗(yàn)方法Standardpracticesforfrictionandweartestingwithapin-on-diskapparatustometalmaterials.partI:frictionandweartestingatambienttemperature2021-XX-XX發(fā)布2021-XX-XX實(shí)施發(fā)布中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布T/CSTMXXXXX—2021金屬材料銷-盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)第1部分：室溫摩擦磨損試驗(yàn)方法范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬材料在室溫條件下銷-盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)的術(shù)語(yǔ)及定義、試驗(yàn)原理、試樣、試驗(yàn)設(shè)備及儀器、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)結(jié)果處理及試驗(yàn)報(bào)告。本標(biāo)準(zhǔn)適用于金屬及其復(fù)合材料在室溫條件下銷-盤(pán)滑動(dòng)摩擦條件下磨損量及摩擦系數(shù)的測(cè)定。規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是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。GB/T8170 數(shù)值修約規(guī)則GB/T12444 金屬材料磨損試驗(yàn)方法試環(huán)-試塊滑動(dòng)磨損試驗(yàn)GB/T16825.1 靜力單軸試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)第1部分：拉力和（或）壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)的檢驗(yàn) 與校準(zhǔn)GB/T17754 摩擦學(xué)術(shù)語(yǔ)GB/T19067 產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)第1部分：實(shí)物測(cè) 量標(biāo)準(zhǔn)JJG1134 轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x術(shù)語(yǔ)和定義GB/T12444和GB/T17754界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)，為了便于使用，以下重復(fù)列出了GB/T12444和GB/T17754中的某些術(shù)語(yǔ)和定義。摩擦friction在力作用下物體相互接觸表面之間發(fā)生切向相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)出現(xiàn)阻礙運(yùn)動(dòng)行為并且伴隨著機(jī)械能量損耗的現(xiàn)象和過(guò)程。[GB/T17754，2.2]摩擦副rubbingpair；tribopair專指由兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)又相互作用摩擦學(xué)元素構(gòu)成的最小的系統(tǒng)。注：作為摩擦副的物體互稱為對(duì)摩副。[GB/T17754，4.4]摩擦[表]面frictionsurface發(fā)生摩擦的固體相互作用表面。[GB/T17754，4.1]摩擦力frictionforceF在發(fā)生摩擦[表]面上發(fā)生的切向阻力。[GB/T17754，4.16]法向力normalforceN施加在相互接觸物體上且垂直于接觸表面的外力。[GB/T17754，3.31]摩擦系數(shù)frictioncoefficientμ一組摩擦副之間的摩擦力F與法向力N之比。注：摩擦系數(shù)與摩擦因數(shù)是具有相同物理意義的概念的不同中文表述，均可以使用。[GB/T17754，4.18]磨損wear由于摩擦造成表面的變形、損傷或表層材料逐漸流失的現(xiàn)象和過(guò)程。[GB/T17754，2.3]滑動(dòng)磨損slidingwear固體摩擦[表]面之間因相對(duì)滑動(dòng)造成的磨損。[GB/T17754，5.26]磨損量wearloss在磨損過(guò)程中摩擦副的材料接觸表面變形或表層流失的量。注：通?？捎皿w積、質(zhì)量、幾何尺度等表示。[GB/T17754，5.1]體積磨損scarvolume磨損試驗(yàn)后試樣失去的體積，立方毫米（mm3）。[GB/T12444，2.2]質(zhì)量磨損scarmass磨損試驗(yàn)后試樣失去的質(zhì)量，克（g）。[GB/T12444，2.3]磨痕weartrack固體表面經(jīng)磨損后再摩擦[表]面上留下的損傷痕跡。[GB/T17754，5.11]盤(pán)磨痕寬度diskscarwidthb在銷-盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)時(shí)，盤(pán)的表面經(jīng)摩擦磨損后在摩擦[表]面留下的損傷痕跡的斷面寬度，單位為毫米（mm）。見(jiàn)圖1。盤(pán)磨痕寬度銷磨損直徑pinwearendradiusd在銷-盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)時(shí)，銷的接觸表面經(jīng)摩擦磨損后在摩擦[表]面留下的損傷痕跡的端面直徑，單位為毫米（mm）。見(jiàn)圖2。銷磨損直徑試驗(yàn)原理銷-盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)為銷和盤(pán)組成摩擦副，在于預(yù)測(cè)銷、盤(pán)材料組合的相對(duì)磨損嚴(yán)重程度。將銷、盤(pán)安裝至試驗(yàn)機(jī)，通常為上銷下盤(pán)的安裝方式，銷前端通常為球面，也可為圓弧面，盤(pán)通常為圓形，也可選擇方形。銷和盤(pán)相接觸，試驗(yàn)機(jī)使盤(pán)或銷以一定轉(zhuǎn)速繞盤(pán)中心主軸旋轉(zhuǎn)，并承受一定試驗(yàn)力，其磨損軌跡在盤(pán)表面為圓，是在同一軌跡上的多次磨損。見(jiàn)圖3。經(jīng)規(guī)定轉(zhuǎn)數(shù)或滑動(dòng)距離后，利用盤(pán)磨痕寬度和銷磨損直徑分別計(jì)算盤(pán)和銷的體積磨損，用稱重法測(cè)定盤(pán)和銷的質(zhì)量磨損。試驗(yàn)中連續(xù)測(cè)量盤(pán)上的摩擦力和法向力，計(jì)算摩擦系數(shù)。試驗(yàn)示意圖注：1——銷；2——盤(pán)；N——荷載于銷上的法向力；r——銷半徑；R——磨痕半徑；W——盤(pán)或銷轉(zhuǎn)速。試樣銷和盤(pán)的制備對(duì)原始材料的組織及力學(xué)性能影響應(yīng)減少至最小。銷和盤(pán)材料不應(yīng)帶有磁性，經(jīng)加工后要退磁。對(duì)于需熱加工的試驗(yàn)材料，應(yīng)在最后精加工前進(jìn)行熱處理。銷直徑建議在2mm~10mm之間，圓盤(pán)直徑或方盤(pán)長(zhǎng)寬建議在30mm~100mm之間，厚度在2mm~10mm之間。銷和盤(pán)的表面粗糙度應(yīng)不大于0.8μm。應(yīng)保證磨痕半徑與銷半徑的比值在2~10之間。制備出的銷和盤(pán)試樣在試驗(yàn)過(guò)程中施加應(yīng)力時(shí)，不能出現(xiàn)破壞或過(guò)度彎曲。試驗(yàn)設(shè)備及儀器測(cè)力系統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力系統(tǒng)應(yīng)按照GB/T16825.1進(jìn)行校準(zhǔn)，其準(zhǔn)確度應(yīng)為1級(jí)或優(yōu)于1級(jí)。銷-盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)應(yīng)配有加載法向力和摩擦力測(cè)定系統(tǒng)，以確定摩擦系數(shù)。加載試驗(yàn)力（法向力）示值相對(duì)誤差應(yīng)不大于±1%，示值重復(fù)性相對(duì)誤差應(yīng)不大于1%。摩擦力示值相對(duì)誤差應(yīng)不大于±3%，示值重復(fù)性誤差相對(duì)應(yīng)不大于3%。試樣夾持固定銷的水平臂裝置應(yīng)位于磨損接觸面上，以避免由滑動(dòng)摩擦引起的額外載荷。銷座和支臂必須是堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，以減少試驗(yàn)過(guò)程中的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。盤(pán)固定于夾持裝置，盤(pán)垂直于主軸軸線，角度相對(duì)誤差應(yīng)不大于±1°。銷固定于夾持裝置，銷在接觸時(shí)垂直于盤(pán)表面，角度相對(duì)誤差應(yīng)不大于±1°，以確保必要的接觸條件。測(cè)速系統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)的測(cè)速系統(tǒng)應(yīng)按照J(rèn)JG1134進(jìn)行校準(zhǔn)，其準(zhǔn)確度應(yīng)為0.002級(jí)或優(yōu)于0.002級(jí)。主軸轉(zhuǎn)動(dòng)在有負(fù)載的情況下能夠保持恒速，轉(zhuǎn)速誤差應(yīng)不大于±1%，轉(zhuǎn)速通常在0.3rad/s~3rad/s（60~600r/min）之間。應(yīng)配備轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器以便于記錄。測(cè)量裝置稱量試樣質(zhì)量用的分析天平感量應(yīng)達(dá)到0.1mg。測(cè)量試樣尺寸的儀器靈敏度應(yīng)為2.5um或更好。銷-盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)可配有磨痕測(cè)量系統(tǒng)，用于測(cè)定磨痕尺寸的儀器靈敏度應(yīng)為2.5um或更好。試驗(yàn)方法在試驗(yàn)前，試樣應(yīng)清洗與干燥。使用不含氯和非成膜清洗劑和溶劑清除試樣表面污垢和異物，隨后干燥以清除所有可能殘留的清洗劑。試驗(yàn)應(yīng)在10℃~35℃范圍內(nèi)進(jìn)行，對(duì)溫度要求較嚴(yán)格的試驗(yàn)，應(yīng)控制在23℃±5℃之內(nèi)。試驗(yàn)應(yīng)在無(wú)振動(dòng)、無(wú)腐蝕性氣體和無(wú)粉塵的環(huán)境中進(jìn)行。將盤(pán)和銷牢固地安裝在試驗(yàn)機(jī)主軸及夾具上，確定銷與主軸距離，并應(yīng)保證銷前端球形切線與盤(pán)表面平行。為保證銷與盤(pán)摩擦[表]面有良好的面接觸，可進(jìn)行適當(dāng)預(yù)磨。啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，使銷或盤(pán)繞主軸逐漸達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)速，平穩(wěn)的將試驗(yàn)力施加至規(guī)定值。試樣在接觸時(shí)開(kāi)始試驗(yàn)。當(dāng)達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，試驗(yàn)停止，試驗(yàn)不能被中斷或重新啟動(dòng)。試驗(yàn)累計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)材料及熱處理工藝需要確定。根據(jù)需要，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄摩擦力。取出試樣，清除松動(dòng)的磨損碎屑。注意磨痕上或附近存在的特征點(diǎn)，如：突出物、移位的金屬、變色、微裂紋或斑點(diǎn)。對(duì)于稱重的試樣，試樣前后用適當(dāng)?shù)那逑匆阂韵嗤姆椒ㄇ逑丛嚇樱逑春笠话阍?0℃下進(jìn)行約2h烘干。冷卻至室溫后，放入干燥器中，2h后立即進(jìn)行稱量。試驗(yàn)結(jié)果處理磨損量測(cè)定應(yīng)包括銷與盤(pán)試樣的體積磨損和質(zhì)量磨損。銷磨損直徑與盤(pán)磨痕寬度的測(cè)定應(yīng)選擇具有代表性的位置進(jìn)行，取3次平均值作為一個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。當(dāng)盤(pán)沒(méi)有明顯磨損，只有銷磨損顯著的情況下，用公式（1）計(jì)算銷的體積磨損： （1）式中：； ——銷體積磨損，單位為立方毫米（mm3）； ——銷磨損直徑，單位為毫米（mm）； ——銷半徑，單位為毫米（mm）。公式（2）可近似計(jì)算得到銷的體積磨損： .（2）當(dāng)＜0.3時(shí)，近似公式（2）的正確率為1%，當(dāng)＜0.7時(shí)，近似公式（2）的正確率為5%。當(dāng)銷沒(méi)有明顯磨損，只有盤(pán)磨損顯著的情況下，用公式（3）計(jì)算盤(pán)的體積磨損： （3）式中： ——銷體積磨損，單位為立方毫米（mm3）； ——磨痕半徑，單位為毫米（mm）； ——盤(pán)磨痕寬度，單位為毫米（mm）； ——銷半徑，單位為毫米（mm）。公式（4）可近似計(jì)算得到盤(pán)的體積磨損： （4）當(dāng)＜0.3時(shí)，近似公式（4）的正確率為1%，當(dāng)＜0.8時(shí)，近似公式（4）的正確率為5%。對(duì)于銷前端為非球形的其他幾何形狀，銷和盤(pán)的體積磨損應(yīng)根據(jù)相關(guān)幾何關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)銷和盤(pán)均磨損嚴(yán)重，則需測(cè)量銷和盤(pán)的磨痕剖面以確定體積磨損。采用接觸（觸針）式儀器按標(biāo)準(zhǔn)GB/T19067規(guī)定測(cè)定磨痕剖面。對(duì)于盤(pán)體積磨損的確定，將盤(pán)磨痕剖面進(jìn)行積分可得到磨痕截面積，磨痕截面積乘以平均磨痕長(zhǎng)度可得到盤(pán)的體積磨損。對(duì)于銷體積磨損的確定，在正交方向上測(cè)定銷磨痕剖面，計(jì)算得到平均的銷磨損直徑，利用公式（1）計(jì)算得到銷的體積磨損。銷和盤(pán)試樣的質(zhì)量磨損為試驗(yàn)前后的質(zhì)量之差，與體積磨損的換算公式如下： （5）注：若以質(zhì)量磨損換算確定試樣的體積磨損，試樣應(yīng)為均質(zhì)，且密度應(yīng)為最優(yōu)有效值。用公式（6）計(jì)算摩擦系數(shù)： (6)式中： ——摩擦系數(shù)； ——摩擦力，單位為牛頓（N）； ——加載試驗(yàn)力（法向力），單位為牛頓（N）。試驗(yàn)結(jié)果數(shù)值至少保留兩位有效數(shù)字，修約方法按GB/T8170執(zhí)行。試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)至少包括如下內(nèi)容：a）試驗(yàn)機(jī)型號(hào)；