СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ
METHOD OF DETERMINING WEAR RESISTANCE

Изобретение относится к трибологии, в частности к методам прогнозирования износостойкости конструкционных материалов, и может быть использовано в машиностроении при выборе и оценке работоспособности конструкционных материалов.
В трибологии под износостойкостью понимают обратную величину скорости или интенсивности линейного изнашивания. Износостойкость материалов оценивается также по степенной зависимости интенсивности изнашивания как функции номинального нормального давления (Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. - Киев: Наук. думка, 1979. - 188 с.: Справочник по трибонике / Под общ. Ред. М.Хебды, А.В.Чичинадзе. T.1. Теоретические основы. - М.: Машиностроение, 1989. - 400 с.).
Аналогом предлагаемого способа является способ испытания на абразивное изнашивание, изложенный в ГОСТ 17367-71. Способ заключается в том, что производят трение испытуемого и эталонного образцов о поверхность с закрепленными на ней абразивными частицами (абразивную шкурку) при статической нагрузке и отсутствии нагрева. Изношенные образцы измеряют или взвешивают и полученные результаты сравнивают.
Известен способ оценки относительной износостойкости материала (RU 2315284 С1). Для этого используются образцы с постоянной площадью поперечного сечения цилиндрической формы или в виде прямоугольного параллелепипеда, которые подвергаются трению торцовой стороны о прямолинейную плоскую поверхность. Номинальная площадь контакта при этом остается постоянной независимо от величины износа. Интенсивность линейного изнашивания рассчитывается по кривым накопления линейного износа, построенным при различных нормальных напряжениях и скоростях скольжения, на основании которых вычисляется степенная зависимость интенсивности изнашивания от нормального давления в виде:
где I - интенсивность линейного изнашивания; q - номинальное нормальное давление; K, р - постоянные, зависящие от материала пары трения и условий контактного взаимодействия.
Недостатком этих способов является длительность и трудоемкость проведения эксперимента, так как при каждой нормальной нагрузке требуется периодическое измерение линейного износа, что связано с остановкой процесса, и построение кривой накопления износа во времени.
Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому способу является способ определения относительной износостойкости, позволяющий сравнивать износостойкость различных конструкционных материалов, который заключается в следующем. Образцы конической или пирамидальной формы, которые трутся вершинами о плоскую поверхность. Износостойкость материала в этом случае оценивается по ширине площадки износа при трении за один и тот же период времени при одной и той же постоянной силе нормального давления. При одной и той же продолжительности процесса трения чем меньше ширина площадки износа, тем выше износостойкость материала (Борисов М.В., Павлов И.А., Постнов В.И. Ускоренные испытания на износостойкость как основа повышения их качества. М..: Изд-во стандартов, 1976, 352 с.).
Недостатком этого метода является то, что он определяет только относительную износостойкость и не позволяет использовать полученные эмпирические зависимости для расчета и прогнозирования работоспособности узлов трения.
Предлагаемое изобретение решает задачу получения эмпирической степенной зависимости интенсивности изнашивания как функции нормального давления (1), которую можно использовать при расчете и прогнозировании работоспособности узлов трения. Указанная задача решается следующим образом.
На фиг.1 представлены схемы трения образцов конической (фиг.1а), пирамидальной (фиг.1б) и призматической (фиг.1в) формы по плоской поверхности. Образцы подвергают изнашиванию, в результате чего происходит потеря массы образца и его укорочение на величину линейного износа h и образование площадки износа, параллельной плоскости трения, шириной D. По мере развития линейного износа А увеличивается нормальная площадь контакта образца с поверхностью трения, приводящая к снижению номинального нормального давления.
Периодически производят измерение ширины площадки износа D через определенный промежуток времени, на основании которых вычисляют h и q по формулам (2…4).
Вычисляют суммарную величину линейного износа, зная геометрические характеристики образца по ширине износа, площадь площадки износа и номинальное нормальное давление. Расчетные формулы представляют:
- для конического образца
- для пирамидального образца
- для призматического образца
На фиг.2 представлены временные изменения номинального нормального давления (фиг.2а) и суммарной величины линейного износа (фиг.2б).
На основании математической обработки полученные графики представляют в виде степенных зависимостей
q
h
где C, C, n, m - эмпирические постоянные; t - время процесса.
Из выражения (5) получают зависимость скорости изнашивания как функции времени процесса
h
где i - скорость изнашивания.
На основании выражения (5) и (7) получают уравнение скорости изнашивания как функции нормального давления
где ; .
Из выражения (8) окончательно получают степенную зависимость интенсивности изнашивания от нормального давления