способ определения относительной износостойкости материалов при абразивном изнашивании

Формула изобретения

1. Способ определения относительной износостойкости материалов при абразивном изнашивании, заключающийся в измерении линейных и массовых параметров испытуемого и эталонного образцов перед началом и по окончании их испытаний трением скольжения по шлифовальному кругу при статической нагрузке и отсутствии нагрева и определении относительной износостойкости материала как отношение абсолютных объемов изношенных слоев и массовых износов эталона и испытуемого образца, отличающийся тем, что трение испытуемого и эталонного образцов проводят одновременно с диаметрально-противоположных сторон по ширине шлифовального круга со встречным возвратно-поступательным перемещением образцов по ширине шлифовального круга после притирки образцов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что испытания проводят с нагрузкой на образцы составляющей 45-60 Н.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытаниям на трение и износ и может быть использовано для испытания материалов с высокой твердостью.

Известен способ определения относительной износостойкости материалов при абразивном изнашивании [А. С. SU 1613929 Al G 01 N 3/56], заключающийся в том, что при заданных условиях осуществляют трение скольжения об абразивную шкурку эталонного и исследуемого образцов, определяют их износы и находят износостойкость исследуемого материала по отношению величин износов эталонного и исследуемого образцов.

Также известен способ испытания материалов на абразивное изнашивание при трении о закрепленные абразивные частицы (шлифовальную шкурку) [ГОСТ 17367-71] , заключающийся в том, что осуществляют трение скольжения исследуемого и эталонного образцов диаметром 2 мм об абразивную шкурку по спирали Архимеда поочередно при нагрузке 3 Н, определяют их линейные износы и находят относительную износостойкость по отношению величин объемов изношенных слоев эталонного и исследуемого образцов.

Недостатком вышеуказанных способов являются ограниченные технологические возможности из-за низкой достоверности результатов испытаний при исследовании материалов с высокой твердостью. При стандартных испытаниях материалов с высокой твердостью (например, твердых сплавов) нагрузки в 3 Н недостаточно (износа практически не наблюдается), а при увеличении нагрузки случается соскабливание абразивного слоя с основы, а иногда происходит разрушение основы абразивной шкурки, что значительно затрудняет испытания материалов с высокой твердостью.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ определения относительной износостойкости материалов при абразивном изнашивании [Виноградов В. Н. , Сорокин Г.М. Механическое изнашивание сталей и сплавов: Учебник для вузов. М.: Недра, 1996. - 364 стр.], заключающийся в том, что осуществляют трение скольжения исследуемого и эталонного образцов диаметром 10 мм по торцу шлифовального круга по спирали Архимеда при нагрузке до 1000 Н поочередно, определяют их линейные износы и находят относительную износостойкость по отношению величин объемов изношенных слоев эталонного и исследуемого образцов.

Недостатком данного решения является низкая достоверность результатов испытаний, т.к. перемещение испытуемого образца осуществляется по торцу шлифовального круга, а траектория движения образца относительно круга представляет собой спираль Архимеда, что вызывает значительное различие в относительной износостойкости для тождественных образцов из-за изменения линейной скорости исследуемых образцов при их радиальном перемещении относительно шлифовального круга и неравномерности износа последнего, а также из-за того, что испытуемый и эталонный образцы испытываются не одновременно и в процессе трения могут участвовать продукты износа.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей и повышение достоверности результатов испытаний при исследовании материалов с высокой твердостью (например, твердых сплавов) на износостойкость за счет исключения погрешностей, вызываемых износом шлифовального круга, взаимным расположением исследуемого и эталонного образцов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения относительной износостойкости материалов при абразивном изнашивании, заключающемся в измерении линейных и массовых параметров испытуемого и эталонного образцов перед началом и по окончании их испытаний трением скольжения по шлифовальному кругу при статической нагрузке и отсутствии нагрева, и определении относительной износостойкости материала как отношение абсолютных объемов изношенных слоев и массовых износов эталона и испытуемого образца, согласно изобретению, трение испытуемого и эталонного образцов проводят одновременно с диаметрально противоположных сторон по ширине шлифовального круга со встречным возвратно-поступательным перемещением образцов по ширине шлифовального круга после притирки образцов. При этом испытания проводят с нагрузкой на образцы, составляющей 45-60 Н.

На чертеже представлена схема реализации предложенного способа.

Устройство, необходимое для реализации способа, содержит: шлифовальный круг 1, узлы прижима 2, 3 эталонного 4 и испытуемого 5 образцов, рычаги 6, грузы 7 и 8.

Предлагаемый способ определения относительной износостойкости материалов при абразивном изнашивании был реализован следующим образом. Образец 5 материала, подлежащего испытанию на абразивное изнашивание, в т.ч. из твердого сплава (с высокой твердостью), и эталонный образец 4 устанавливают в узлы прижима 2 и 3, при этом обеспечивается равное давление на образцы через их геометрические характеристики и положение грузов 7 и 8 относительно рычагов 6 узлов прижима 2 и 3. После установки образцов включают привод вращения шлифовального круга 1 и проводят притирку образцов до достижения максимального приближения поверхности трения образца к геометрической форме образующей поверхности шлифовального круга.

Перед испытанием образцов на износостойкость шлифовальный круг правят алмазной иглой (карандашом). После подготовки у образцов измеряют линейные (l) и массовые (m) параметры и проводят испытание трением скольжения по пройденному образцами пути (определяется диаметром круга и временем трения). По прошествии требуемого пути на образцах снимают контролируемые характеристики (l и m).

Относительная износостойкость подсчитывается как отношение абсолютных массовых износов или объемов изношенных слоев эталона и испытуемого образца.

Примеры конкретного выполнения

В первой серии опытов было выявлено влияние зависимости изнашивания твердого сплава от величины нагрузки. Установлено, что нагрузка 45-60 Н является оптимальной, т.к. при нагрузке менее 45 Н результаты испытания не стабильны, а при нагрузке более 60 Н происходит значительное повышение температуры в зоне контакта эталонного и испытуемого образцов и шлифовального круга.

Испытания проводили на образцах твердых сплавов марок КНТ 16, Т15К6, ВК8 размерами 10 х 15 х 25 мм. В качестве эталона использовали образец из закаленной быстрорежущей стали Р6М5 идентичных размеров. Трение производилось о шлифовальный круг из зеленого карбида кремния. Нагрузка на испытуемый образец и эталон составляла 55 Н, частота вращения абразивного круга - 250 мин^-1. Путь, на котором испытывали трение, составил 1500, 2500 и 3500 м.

Следующим направлением исследований было обеспечение стабильности результатов испытаний и их достоверности. Подтверждением достоверности результатов являлся прямолинейный характер зависимости абсолютного массового износа образцов от длины пройденного пути образцом пути (или продолжительности испытания).

Результаты испытаний сведены в таблицах 1 и 2.

Таким образом, применение заявляемого изобретения позволит:

Во-первых, расширить технологические возможности определения износостойкости для материалов с высокой твердостью, так как испытания на абразивный износ проводят не на шлифовальной шкурке (которая при испытании материалов с высокой твердостью разрушается и даже рвется при минимальной нагрузке на образец), а на шлифовальном круге.

Во-вторых, повысить достоверность получаемых результатов испытаний для материалов с высокой твердостью, так как испытания проводят на стороне боковых граней по ширине шлифовального круга. Это позволяет обеспечить трение образцов с постоянной скоростью скольжения о поверхность шлифовального круга.

В-третьих, повысить достоверность определения относительной износостойкости материала вследствие того, что трение испытуемого и эталонного образцов проводят одновременно с диаметрально противоположных сторон по ширине шлифовального круга, что исключает неравномерный износ поверхности круга и обеспечивает работу исследуемого и эталонного образцов в равных условиях.

В-четвертых, для достижения максимальной достоверности результатов испытаний измерения начинают после достижения соприкосновения образцов с образующей поверхностью шлифовального круга по всей соприкасающейся поверхности образцов.