способ испытания на стойкость материалов при изнашивании и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ испытания на стойкость материалов при изнашивании, заключающийся в том, что контртела размещают по периферии держателя в виде барабана, сопрягают их с плоским образцом, вращают барабан и осуществляют поступательное относительное перемещение барабана и образца в направлении, касательном к образующей цилиндрической поверхности барабана, и определяют параметр фрикционного воздействия, по которому оценивают стойкость материала, отличающийся тем, что, с целью приближения условий испытания к реальным условиям эксплуатации материалов в абразивосодержащем потоке и снижения трудоемкости оценки стойкости, относительное перемещение барабана и образца осуществляют возвратно-поступательно, определяют параметр B нагружения из соотношения

B = ,

где - прочность реальной абразивной частицы;

_ч - плотность реальной абразивной частицы;

R_вп - радиус вписанной в профиль реальной частицы окружности;

- концентрация абразивных частиц в реальном абразивосодержащем потоке;

r - радиус при вершине реальной абразивной частоты,

а в качестве параметра фрикционного воздействия определяют изменение вращающего момента барабана в процессе изнашивания в зависимости от параметра В.

2. Устройство для испытания на стойкость материалов при изнашивании, содержащее держатель контртел в виде барабана с приводом его вращения, контртела, размещенные на периферии барабана, держатель плоского образца, привод относительного перемещения барабана и образца в направлении, касательном к образующей цилиндрической поверхности барабана, и датчик частоты вращения барабана, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком вращающего момента барабана, в качестве привода относительного перемещения барабана и образца использован привод возвратно-поступательного перемещения, контртела выполнены в виде подпружиненных в радиальном направлении инденторов, скругленных при вершинах, а расстояние C между вершинами соседних инденторов по хорде выбрано из соотношения

C = Dsin(2arcsin),

где D - диаметр окружности, проведенной через вершины инденторов;

h - величина упругого перемещения инденторов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трибологическим испытаниям материалов и может быть использовано при определении скорости изнашивания материалов, подверженных воздействию абразивной эрозии.

Известны способы определения эрозионной стойкости материалов, заключающиеся в том, что на образец материала воздействуют либо абразивными частицами, разогнанными в радиальных каналах вращающегося ротора центробежными силами или струей газа, направляемого через сопло, либо индентором на маятниковом склерометре и по результатам воздействия судят об эрозионной стойкости [1].

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ испытаний материалов на изнашивание, заключающийся в том, что образцы закрепляют на цилиндрической поверхности барабана, приводят барабан во вращение, осуществляют фрикционное воздействие на образцы со стороны контртела и поддерживают постоянным параметр фрикционного воздействия, причем с целью приближения условий испытаний к реальным условиям эксплуатации пар трения, работающих при скользящем ударе, барабан перемещают поступательно вдоль поверхности контртела в направлении, противоположном его вращению, расстояние h от изнашиваемой поверхности образцов до цилиндрической поверхности барабана выбирают от 0,005 R до 0,04 R, где R - pадиус барабана, а в качестве параметра фрикционного воздействия выбирают энергию удара W, которую определяют из соотношения

W = 0,5 М(К R)², где М - масса барабана, прижимающая образец в момент удара;

- угловая скорость вращения барабана;

К - коэффициент зависимости от отношения h/R [2].

Недостаток способа заключается в большой длительности испытаний материалов. Это объясняется тем, что для получения полной стойкостной характеристики материала при изменении каждого из многочисленных параметров режима испытаний требуется проведение отдельного испытания.

Цель изобретения заключается в приближении условий испытания к реальным условиям эксплуатации материалов в абразивосодержащем потоке и снижении трудоемкости оценки стойкости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе испытания на стойкость материалов при изнашивании, заключающемся в том, что контртела размещают по периферии держателя в виде барабана, сопрягают их с плоским образцом, вращают барабан и осуществляют поступательное относительное перемещение барабана и образца в направлении, касательном к образующей цилиндрической поверхности барабана, и определяют параметр фрикционного воздействия, по которому оценивают стойкость материала, согласно изобретению относительное перемещение барабана и образца осуществляют возвратно-поступательно, определяют параметр В нагружения из соотношения

B = , где - прочность реальной абразивной частицы;

₄ - плотность реальной абразивной частицы;

R_вп - радиус вписанной в профиль реальной частицы окружности;

- концентрация абразивных частиц в реальном абразивном потоке;

r - радиус при вершине реальной абразивной частицы, а в качестве параметра фрикционного воздействия определяют изменение вращающего момента барабана в процессе изнашивания в зависимости от параметра В.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для испытания на стойкость материалов при изнашивании, содержащем держатель контртел в виде барабана с приводом его вращения, контртела, размещенные на периферии барабана, держатель плоского образца, привод относительного перемещения барабана и образца в направлении, касательном к образующей цилиндрической поверхности барабана, и датчик частоты вращения барабана, согласно изобретению снабжено датчиком вращающего момента барабана, в качестве привода относительного перемещения барабана и образца использован привод возвратно-поступательного перемещения, контртела выполнены в виде подпружиненных в радиальном направлении инденторов, скругленных при вершинах, а расстояние С между вершинами соседних инденторов по хорде выбрано из соотношения

C = Dsin(2arcsin), где D - диаметр окружности, проведенной через вершины инденторов;

h - величина упругого перемещения инденторов.

На фиг.1 изображено реализующее предлагаемый способ устройство; на фиг. 2 - узел I на фиг.1.

Устройство содержит барабан 1, размещенный на валу 2 в подвижных опорах 3. Вал 2 гибким валом через передачу связан с электродвигателем (не показаны). Инденторы 4 снабжены упругими регулируемыми элементами 5. Образец 6 жестко закреплен в подвижном испытательном столике 7, установленном в направляющих скольжения основания 8. Столик 7 посредством кривошипно-шатунного механизма 9 и передачи связан с электродвигателем (не показаны). Датчики частоты вращения и вращающего момента не показаны.

Способ осуществляется следующим образом.

Испытуемый образец 6 закрепляется в столике 7. Барабан 1, поднятый над образцом так, чтобы инденторы 4 не касались поверхности образца, и зафиксированный в этом положении (фиксатор не показан), приводится во вращение. Соответствующими датчиками измеряется частота вращения и вращающий момент барабана. Включается возвратно-поступательное движение столика 7. Барабан 1 снимается с фиксатора и плавно приводится в контакт с образцом 6. Контакт осуществляется через инденторы 4 под воздействием веса барабана 1. Измеряется вращающий момент барабана. Испытание проводится до появления ощутимого износа образца, после чего барабан 1 и столик 7 останавливаются, образец снимается для измерения величины износа. По изменению вращающего момента барабана оценивается работа, затрачиваемая на изнашивание. Определяются удельные энергозатраты поверхностного разрушения материала образца (по отношению к единице объема износа). Проведение нескольких аналогичных испытаний при различных значениях параметра В и параметров устройства, соответствующих диапазону изменения реальных параметров абразивосодержащих потоков, позволяет получить зависимость удельных энергозатрат поверхностного разрушения материала от параметра В нагружения, наиболее плавно характеризующую стойкость материала при изнашивании.