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编制说明

《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》团体标准编制说明（征求意见稿）《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》项目工作组2021年4月《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》团体标准（征求意见稿）一、目的意义机械系统中的摩擦磨损是不可避免的现象，是机械设备最常见也是最大量的失效形式，要达到控制和减少磨损的目的，产生磨损的机理研究极其重要，通过科学运用摩擦磨损理论开发高性能耐磨材料，可防止或减轻摩擦磨损带来的损失，进而提高工作效率，降低生产成本，节约能源。销盘式磨损试验是最普遍使用的磨损试验之一，主要用于评价面接触材料的磨损性能。当前已有多类销盘式磨损试验机投入市场使用，国际上部分国家建立了销-盘摩擦磨损试验的标准，例如ASTMG99-05标准，但目前我国的摩擦磨损标准还缺乏对销盘式磨损试验的有关要求和方法，也没有现行有效的行业标准和团体标准，这将不利于我国摩擦磨损系统体系学科研究和耐磨材料开发及产业的长足发展。因此，标准工作组以耐磨材料研发的技术需求出发，起草制定了测定金属材料及其复合材料在销-盘滑动摩擦条件下磨损量及摩擦系数的室温摩擦磨损试验方法的团体标准，通过测定销磨损直径与盘磨痕宽度，根据相关几何关系计算销与盘试样的体积磨损、质量磨损和摩擦系数，并规定基于销与盘试样的磨损情况分类进行评价。该标准的制定将有利于推动我国金属材料摩擦磨损性能评价学科的发展和耐磨材料科研领域的进步，完善金属材料摩擦磨损性能的评价标准和体系，有助于为相关耐磨材料及产业的发展节省资源、提升效率。二、预期的社会经济效益本团体标准从试验原理、试样、试验设备及仪器、试验方法、试验结果处理等全方面明确规范销盘式磨损试验方法的测试技术，有效规避因无统一评价方法标准所造成的面接触材料磨损性能难以合理对比的问题。本标准的制定可以规范企业内部生产，有效地进行质量管理，保证企业自身不断提高，为市场提供高质量的产品。此外，本标准的制定对改进耐磨材料制造工艺和评价水平，以及新材料新产品的科研和开发领域的发展具有重要意义，进而促进我国耐磨材料行业的健康快速发展。通过本团体标准的制定与实施，将有助于规范利用销盘式磨损试验机评价面接触材料磨损性能的试验方法，可以实现材料摩擦磨损性能评价标准制定水准的提升，让行业内科研技术人员有据可依，同时提高产品的国际竞争力。本标准的制定为金属材料摩擦磨损性能评价标准体系的建立和完善奠定基础，有益于完善和健全我国摩擦磨损试验标准架构，促进材料研究的发展，提高可靠性评价水平，具有重要的社会效益。三、工作简况3.1任务来源本项目是由中国材料与试验团体标准委员会综合标准领域委员会提出，根据中国材料与试验团体标准委员会金属磨损控制与成型技术委员会的通知，由广东省科学院材料与加工研究所负责团体标准《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》的起草与制定工作。3.2主要工作过程（1）立项阶段立项之前，标准起草单位对国内的大专院校、科研院所、复合材料企业等单位进行了大量调研，对标准的检测理论、方法及设备进行了广泛研究。2020年5月，按照中国材料与试验团体标准委员会金属磨损控制与成型技术委员会的通知，针对《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》的标准制定任务，广东省科学院材料与加工研究所成立了标准起草组，确定了参编单位和人员分工，制定了标准编制计划，标准制定正式开始。（2）起草阶段2020年5月，广东省科学院材料与加工研究所标准编制起草小组进行标准情况调研和任务落实，完成标准草案的初步修改，并且对外征集参加标准制定意向的单位。2020年7月，广东省科学院材料与加工研究所标准编制小组讨论了标准文本内容，讨论了术语及定义、磨损量测定等技术参数、设备描述、应用领域等问题，并做了修改。2020年9月，编制起草小组经过前期技术验证与理论推导，完善修改标准中的部分参数，同时，积极与行业协会和团体成员单位进行研讨，明确了各家单位的任务分工，由广东省科学院材料与加工研究所负责整个标准项目的统筹策划，标准草案撰写等，其他几家单位提供测试样品，提出修改意见，共同修改完善标准。2021年1月，编制起草小组重点对标准名称、范围、术语及定义、试验原理、试样、试验设备及仪器、试验方法及步骤、试验结果处理等部分进行了逐句修改。2021年4月，编制起草小组仔细研讨本标准的内容，检查了计算公式、修正语句表达、修改完善图表等，最终确定标准的全部内容，形成了标准征求意见稿。四、标准编制的原则本标准本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标准的目标统一性、协调性、适用性、一致性和规范性的原则来进行制定，按照GB/T1.1—2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草，参照用户的需求，规定了金属材料在室温条件下销-盘摩擦磨损试验关于术语及定义、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的技术要求，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。此外，积极采用国内外先进技术指标，本着促进耐磨材料行业技术进步，提高产品质量，合理利用资源，提高经济效益，满足用户要求，促进对外贸易的原则编写。五、标准编制内容说明（1）关于标准规定的“范围”。结合理论推导和试验验证，经过讨论，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。（2）“规范性引用文件”。经过讨论，引用现行有效标准，规范了该部分的描述，与最新的标准制定要求一致。（3）关于“术语和定义”。3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、3.10、3.11、3.12根据现行有效的标准分别给出了“摩擦”、“摩擦副”、“摩擦[表]面”、“摩擦力”、“法向力”、“摩擦系数”、“磨损”、“滑动磨损”、“磨损量”、“体积磨损”、“质量磨损”、“磨痕”的定义。在3.13、3.14分别给出了“盘磨痕宽度”和“销磨损直径”的定义和示意图。（4）关于“试验原理”。概述了销-盘摩擦磨损试验的特点与过程，并给出了试验示意图。（5）关于“试样”。5.1、5.2、5.3分别明确了销和盘试样的制备、非磁性、热加工后处理的要求。5.4明确了销和盘试样的尺寸要求。5.5明确了磨痕半径与销半径的匹配要求。5.6明确了销和盘试样在试验过程中施加应力不得出现破坏或过度弯曲的要求。（6）关于“试验设备及仪器”。6.1、6.2、6.3、6.4分别明确了销-盘摩擦磨损试验设备的“测力系统”、“试样夹持”、“测速系统”、“测量装置”的规格和要求。（7）关于“试验方法”。根据试验过程，7.1明确了试样的清洗与干燥。7.2明确了试验的环境温度。7.3明确了试验在无振动、无腐蚀气体和无粉尘的环境中进行。7.4明确了销和盘的夹持位置要求。7.5明确了试验前销和盘的预磨需求，以保证良好面接触。7.6明确了试验启动阶段转速和试验力施加方式。7.7明确了试验由转数是否达到来确定试验停止。7.8明确了试验转数的制定根据。7.9明确了按需要记录摩擦力。7.10明确了试样清除松动碎屑的需要。7.11明确了试验后试样的清洗和处理步骤。（8）关于“试验结果处理”。8.1明确了磨损量的测定内容。8.2规定了销磨损直径与盘磨痕宽度的测定方法。8.3规定了当盘试样无明显磨损时，销试样的体积磨损计算公式。8.4规定了当销试样无明显磨损时，盘试样的体积磨损计算公式。8.5规定了当销前端为非球形的其他几何形状，销和盘的体积磨损的计算方式。8.6规定了当销和盘均磨损严重时，销和盘的体积磨损的确定方式。8.7规定了销和盘试样的质量磨损的计算公式。8.8明确了试验结果数值至少保留两位有效数字。（9）关于“试验报告”。9中规定了试验报告中应该明确给出的信息。六、主要试验（或验证）结果说明本标准为新标准制定，统计分析了相关科技学术文献，并对标准中所涉及的性能指标都进行了验证试验，在试验样品的选择上，尽量做到数量充分，具有代表性。本标准的销-盘摩擦磨损试验的试验原理是由销和盘组成摩擦副，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1。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。七、与国际、国外标准对比情况材料的摩擦磨损特性与材料的强度和硬度等性能不同，它不是材料的固有的特性，而是条件与材料的力学、物理和化学等特性的综合体现，利用已标准化的通用摩擦磨损试验机进行性能评价已被摩擦学界广泛应用，其中销盘式磨损试验是最普遍使用的材料摩擦磨损性能评价手段之一，主要用于评定工程材料、合金轴承等的使用性能，研究工况参数对材料磨损性能和磨损机理的研究。美国材料实验协会在2005年即对销盘式磨损试验方法进行了标准化规范（ASTMG99-05销盘装置上磨损试验的标准试验方法），并于2016年作了进一步的修订，但是，该标准整体的定义和范围较为宽泛，销和盘试样的尺寸与匹配要求无明确规定，在关于试样结果处理，尤其是销和盘试样都较为严重的情况下的体积磨损测定尚未完善，容易引入人为误差。当前我国关于摩擦磨损试验方法的标准建设尚不完善。在国家标准方面，唯有GB/T34501（硬质合金-耐磨试验方法）和GB/T12444（金属材料磨损试验方法试环-试块滑动磨损试验）描述摩擦磨损试验方法的范围与规范，主要采用的是干砂/橡胶轮磨粒磨损装置或试环-试块滑动磨损试验机，尚无涉及销盘式磨损试验的标准；在行业标准方面，有JBT7506（固定磨粒磨料磨损试验销-砂纸盘滑动磨损法），在团体标准方面，有T-CFA010604-3（钢铁材料冲击磨料磨损试验方法），T-CFA010604.05（钢铁材料冲击腐蚀磨料磨损试验方法），T-CFA010604.06（金属材料三体磨料磨损试验方法），其主要针对钢铁材料或金属材料在外界环境的磨损评价，相应的试验原理与销盘式磨损机制有异；另外，也有针对产品磨损评价的行业标准，包括有SY/T5415（钻头使用基本规则和磨损评定方法）、HG/T3221（搪玻璃层耐磨损性试验方法）和JB/T9758（气缸套、活塞环快速模拟磨损试验方法）等，然而其磨损摩擦试验方法的标准普适性欠佳，其中应用的磨损性能评定方法也未对销盘式磨损试验方法进行标准化规范。现阶段现行的国家标准、行业标准和团体标准中涉及