CSTM-金属材料 销-盘摩擦磨损试验 第1部分-室温摩擦磨损试验方法

ICS77.140.80J31团 体 标 准T/CSTMXXXXX—2021金属材料销-盘摩擦磨损试验第1部分：室温摩擦磨损试验方法Standardpracticesforfrictionandweartestingwithapin-on-diskapparatustometalmaterials.partI:frictionandweartestingatambienttemperature2021-XX-XX发布2021-XX-XX实施发布中关村材料试验技术联盟发布T/CSTMXXXXX—2021金属材料销-盘摩擦磨损试验第1部分：室温摩擦磨损试验方法范围本标准规定了金属材料在室温条件下销-盘摩擦磨损试验的术语及定义、试验原理、试样、试验设备及仪器、试验方法、试验结果处理及试验报告。本标准适用于金属及其复合材料在室温条件下销-盘滑动摩擦条件下磨损量及摩擦系数的测定。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T8170 数值修约规则GB/T12444 金属材料磨损试验方法试环-试块滑动磨损试验GB/T16825.1 静力单轴试验机的检验第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验 与校准GB/T17754 摩擦学术语GB/T19067 产品几何量技术规范（GPS）表面结构轮廓法测量标准第1部分：实物测 量标准JJG1134 转速测量仪术语和定义GB/T12444和GB/T17754界定的以及下列术语和定义适用于本标准，为了便于使用，以下重复列出了GB/T12444和GB/T17754中的某些术语和定义。摩擦friction在力作用下物体相互接触表面之间发生切向相对运动或有运动趋势时出现阻碍运动行为并且伴随着机械能量损耗的现象和过程。[GB/T17754，2.2]摩擦副rubbingpair；tribopair专指由两个相对运动又相互作用摩擦学元素构成的最小的系统。注：作为摩擦副的物体互称为对摩副。[GB/T17754，4.4]摩擦[表]面frictionsurface发生摩擦的固体相互作用表面。[GB/T17754，4.1]摩擦力frictionforceF在发生摩擦[表]面上发生的切向阻力。[GB/T17754，4.16]法向力normalforceN施加在相互接触物体上且垂直于接触表面的外力。[GB/T17754，3.31]摩擦系数frictioncoefficientμ一组摩擦副之间的摩擦力F与法向力N之比。注：摩擦系数与摩擦因数是具有相同物理意义的概念的不同中文表述，均可以使用。[GB/T17754，4.18]磨损wear由于摩擦造成表面的变形、损伤或表层材料逐渐流失的现象和过程。[GB/T17754，2.3]滑动磨损slidingwear固体摩擦[表]面之间因相对滑动造成的磨损。[GB/T17754，5.26]磨损量wearloss在磨损过程中摩擦副的材料接触表面变形或表层流失的量。注：通常可用体积、质量、几何尺度等表示。[GB/T17754，5.1]体积磨损scarvolume磨损试验后试样失去的体积，立方毫米（mm3）。[GB/T12444，2.2]质量磨损scarmass磨损试验后试样失去的质量，克（g）。[GB/T12444，2.3]磨痕weartrack固体表面经磨损后再摩擦[表]面上留下的损伤痕迹。[GB/T17754，5.11]盘磨痕宽度diskscarwidthb在销-盘摩擦磨损试验时，盘的表面经摩擦磨损后在摩擦[表]面留下的损伤痕迹的断面宽度，单位为毫米（mm）。见图1。盘磨痕宽度销磨损直径pinwearendradiusd在销-盘摩擦磨损试验时，销的接触表面经摩擦磨损后在摩擦[表]面留下的损伤痕迹的端面直径，单位为毫米（mm）。见图2。销磨损直径试验原理销-盘摩擦磨损试验为销和盘组成摩擦副，在于预测销、盘材料组合的相对磨损严重程度。将销、盘安装至试验机，通常为上销下盘的安装方式，销前端通常为球面，也可为圆弧面，盘通常为圆形，也可选择方形。销和盘相接触，试验机使盘或销以一定转速绕盘中心主轴旋转，并承受一定试验力，其磨损轨迹在盘表面为圆，是在同一轨迹上的多次磨损。见图3。经规定转数或滑动距离后，利用盘磨痕宽度和销磨损直径分别计算盘和销的体积磨损，用称重法测定盘和销的质量磨损。试验中连续测量盘上的摩擦力和法向力，计算摩擦系数。试验示意图注：1——销；2——盘；N——荷载于销上的法向力；r——销半径；R——磨痕半径；W——盘或销转速。试样销和盘的制备对原始材料的组织及力学性能影响应减少至最小。销和盘材料不应带有磁性，经加工后要退磁。对于需热加工的试验材料，应在最后精加工前进行热处理。销直径建议在2mm~10mm之间，圆盘直径或方盘长宽建议在30mm~100mm之间，厚度在2mm~10mm之间。销和盘的表面粗糙度应不大于0.8μm。应保证磨痕半径与销半径的比值在2~10之间。制备出的销和盘试样在试验过程中施加应力时，不能出现破坏或过度弯曲。试验设备及仪器测力系统试验机的测力系统应按照GB/T16825.1进行校准，其准确度应为1级或优于1级。销-盘摩擦磨损试验机系统应配有加载法向力和摩擦力测定系统，以确定摩擦系数。加载试验力（法向力）示值相对误差应不大于±1%，示值重复性相对误差应不大于1%。摩擦力示值相对误差应不大于±3%，示值重复性误差相对应不大于3%。试样夹持固定销的水平臂装置应位于磨损接触面上，以避免由滑动摩擦引起的额外载荷。销座和支臂必须是坚固的结构，以减少试验过程中的振动运动。盘固定于夹持装置，盘垂直于主轴轴线，角度相对误差应不大于±1°。销固定于夹持装置，销在接触时垂直于盘表面，角度相对误差应不大于±1°，以确保必要的接触条件。测速系统试验机的测速系统应按照JJG1134进行校准，其准确度应为0.002级或优于0.002级。主轴转动在有负载的情况下能够保持恒速，转速误差应不大于±1%，转速通常在0.3rad/s~3rad/s（60~600r/min）之间。应配备转数计数器以便于记录。测量装置称量试样质量用的分析天平感量应达到0.1mg。测量试样尺寸的仪器灵敏度应为2.5um或更好。销-盘摩擦磨损试验机系统可配有磨痕测量系统，用于测定磨痕尺寸的仪器灵敏度应为2.5um或更好。试验方法在试验前，试样应清洗与干燥。使用不含氯和非成膜清洗剂和溶剂清除试样表面污垢和异物，随后干燥以清除所有可能残留的清洗剂。试验应在10℃~35℃范围内进行，对温度要求较严格的试验，应控制在23℃±5℃之内。试验应在无振动、无腐蚀性气体和无粉尘的环境中进行。将盘和销牢固地安装在试验机主轴及夹具上，确定销与主轴距离，并应保证销前端球形切线与盘表面平行。为保证销与盘摩擦[表]面有良好的面接触，可进行适当预磨。启动试验机，使销或盘绕主轴逐渐达到规定转速，平稳的将试验力施加至规定值。试样在接触时开始试验。当达到所要求的转数时，试验停止，试验不能被中断或重新启动。试验累计转数应根据材料及热处理工艺需要确定。根据需要，在实验过程中记录摩擦力。取出试样，清除松动的磨损碎屑。注意磨痕上或附近存在的特征点，如：突出物、移位的金属、变色、微裂纹或斑点。对于称重的试样，试样前后用适当的清洗液以相同的方法清洗试样，清洗后一般在60℃下进行约2h烘干。冷却至室温后，放入干燥器中，2h后立即进行称量。试验结果处理磨损量测定应包括销与盘试样的体积磨损和质量磨损。销磨损直径与盘磨痕宽度的测定应选择具有代表性的位置进行，取3次平均值作为一个试验数据。当盘没有明显磨损，只有销磨损显著的情况下，用公式（1）计算销的体积磨损： （1）式中：； ——销体积磨损，单位为立方毫米（mm3）； ——销磨损直径，单位为毫米（mm）； ——销半径，单位为毫米（mm）。公式（2）可近似计算得到销的体积磨损： .（2）当＜0.3时，近似公式（2）的正确率为1%，当＜0.7时，近似公式（2）的正确率为5%。当销没有明显磨损，只有盘磨损显著的情况下，用公式（3）计算盘的体积磨损： （3）式中： ——销体积磨损，单位为立方毫米（mm3）； ——磨痕半径，单位为毫米（mm）； ——盘磨痕宽度，单位为毫米（mm）； ——销半径，单位为毫米（mm）。公式（4）可近似计算得到盘的体积磨损： （4）当＜0.3时，近似公式（4）的正确率为1%，当＜0.8时，近似公式（4）的正确率为5%。对于销前端为非球形的其他几何形状，销和盘的体积磨损应根据相关几何关系进行计算。当销和盘均磨损严重，则需测量销和盘的磨痕剖面以确定体积磨损。采用接触（触针）式仪器按标准GB/T19067规定测定磨痕剖面。对于盘体积磨损的确定，将盘磨痕剖面进行积分可得到磨痕截面积，磨痕截面积乘以平均磨痕长度可得到盘的体积磨损。对于销体积磨损的确定，在正交方向上测定销磨痕剖面，计算得到平均的销磨损直径，利用公式（1）计算得到销的体积磨损。销和盘试样的质量磨损为试验前后的质量之差，与体积磨损的换算公式如下： （5）注：若以质量磨损换算确定试样的体积磨损，试样应为均质，且密度应为最优有效值。用公式（6）计算摩擦系数： (6)式中： ——摩擦系数； ——摩擦力，单位为牛顿（N）； ——加载试验力（法向力），单位为牛顿（N）。试验结果数值至少保留两位有效数字，修约方法按GB/T8170执行。试验报告试验报告中应至少包括如下内容：a）试验机型号；