Введение
Подбор смазочных материалов, сочетаний пар трения – актуальная задача как для производителей трубопроводной арматуры, так и для многих других предприятий. Трение считается одной из главных причин отказа компонентов оборудования и потерь энергии.
Для испытания материалов на трение и износ в контролируемых условиях, а также изучения процессов трения, используются триботехнические установки. Они различаются по схеме контакта испытуемых материалов – образца и контр-тела, виду трения (качение, скольжение, качение со скольжением), характеру движения и другим параметрам.
В лаборатории «Моденжи» проводятся ускоренные испытания на трение по методу Райхерта, по стандарту ASTM G99 (рис. 1), по ГОСТ ISO 16047 (испытания крутящего момента и усилия предварительной затяжки в резьбовых соединениях).
Рис. 1. Машина трения. Общий вид и блок испытаний по стандарту ASTM G99
Это одни из самых популярных и универсальных стандартов, которые традиционно используются в мировой практике для определения характеристик фрикционного взаимодействия материалов.
Методика и этапы испытаний смазочных материалов
Для определения антифрикционных и противоизносных характеристик смазочных материалов проводят комплексные испытания по стандарту ASTM G99 и по методу Райхерта.
Проведение ускоренных триботехнических испытаний позволяет на этапе проектирования пар трения и подбора смазочных составов:
- Измерить коэффициент трения и динамику его изменения
- Определить износостойкость пары трения
- Изучить характеристики прирабатываемости
- Измерить температуру фрикционного разогрева
- Установить влияние различных факторов на характеристики трибосопряжения
- Определить противоизносные и антифрикционные свойства смазочных материалов, подобрать оптимальный состав для конкретных условий работы
Испытания по стандарту ASTM G99 проводятся по схеме «сфера-плоскость» (рис. 2) или «палец-плоскость» при трении скольжения. Эти схемы с сосредоточенным контактом позволяют устранить погрешности установки образцов, уменьшить период приработки на макроуровне и время получения результатов.
Рис. 2. Схема трения при испытаниях по стандарту ASTM G99
Испытательный стенд, установленный в лаборатории «Моденжи», разработан с участием ведущих специалистов по трибометрии, аттестован в аккредитованном метрологическом центре и оснащен автоматическими системами регистрации данных.
В результате испытаний по ASTM G99 можно получить зависимости коэффициента трения от скорости скольжения, контактного давления и используемого смазочного материала (рис. 3), выявить критические точки перехода к катастрофическим видам изнашивания, определить оптимальные режимы работы пары трения, спрогнозировать ресурс узлов трения, изучить динамику фрикционного разогрева.
Рис. 3. Машина трения с чашей для испытания жидких смазочных материалов
Испытания по методу Райхерта (рис. 4) предназначены для оценки противозадирных и противоизносных свойств смазочных и конструкционных материалов. Данный тест особо актуален в тех областях промышленности, где узлы функционируют при повышенных нагрузках.
Рис. 4. Машина трения Райхерта
Схема трения включает в себя неподвижный ролик, вращающийся ролик и рычаг нагружения (рис. 5).
Рис. 5. Схема трения при испытаниях по методу Райхерта: 1 – вращающийся ролик; 2 – неподвижный ролик; 3 – рычаг нагружения
Этапы испытаний на трение и износ:
- Сбор данных и составление технического задания
- Подбор оптимальной методики для проведения испытания, разработка плана эксперимента и технической документации
- Осуществление испытаний
- Анализ результатов, составление отчетной документации
- Передача прав на результаты исследования заказчику, представление рекомендаций по оптимизации узла трения
Протоколы испытаний. Какие результаты получают по итогам опытов?
Выводы по результатам испытаний включают в себя сравнение испытуемых образцов по возможным параметрам, составление сравнительных графиков, рекомендации от экспертов.
Приведем пример выводов из протокола испытаний, разработанного по окончании тестирования на определение антифрикционных и противоизносных свойств смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) «NNN» в виде 5% раствора.
В комплексных испытаниях по методу Райхерта и стандарту ASTM G99 участвовали семь образцов смазочно-охлаждающих жидкостей. Образец №8 был протестирован без смазочного материала (рис. 6).
Рис. 6. Образцы после испытания на машине трения Райхерта
Выводы об испытаниях СОЖ по методу Райхерта
1. Исходя из результатов испытаний по методу Райхерта, применение СОЖ позволяет снизить интенсивность изнашивания от 1,8 раза (образец № 7) до 58 раз (образцы № 3 / № 5).
2. Ряд по возрастанию интенсивности изнашивания испытанных образцов слева направо выглядит следующим образом: [ № 3 → № 5 → № 1 → № 4 / № 6 → № 2 → № 7 ] → № 8.
3. Образец №8, испытанный без СОЖ, приобрел цвета побежалости, что свидетельствует о существенно более высокой температуре фрикционного разогрева. На образцах, испытанных с СОЖ, такие эффекты не обнаружены.
Выводы об испытаниях СОЖ по стандарту ASTM G99
1. Исходя из результатов испытаний по стандарту ASTM G99, применение СОЖ позволяет снизить коэффициент трения покоя f0 от 7,7 раза (образец № 3) до 20,2 раза (образец № 4).
2. Исходя из результатов испытаний, применение СОЖ позволяет снизить средний коэффициент трения fср от 5,5 раза (образец № 3) до 8,9 раза (образец № 7).
3. Ряд по возрастанию среднего коэффициента трения fср испытанных образцов слева направо выглядит следующим образом: [№ 7 → № 5 → № 4 → № 6 → № 1 /№ 2 → № 3] → № 8.
3.3. Общие выводы
1. Применение СОЖ всех образцов способствует стабилизации процесса трения, уменьшая разброс значений коэффициента трения и устраняя скачкообразное движение.
2. Образец № 5 по результатам испытаний по методу Райхерта и по стандарту ASTM G99 имеет оптимальные значения линейного износа и среднего коэффициента трения.
3. Образец № 3 имеет минимальный износ (по методу Райхерта), при этом средний коэффициент трения данного образца имеет самое большое значение среди всех испытуемых образцов, этот фактор может быть использован производителем при решении специфических задач.
4. Образец № 2 имеет одни из самых высоких показателей износа и среднего коэффициента трения согласно комплексной оценке результатов испытаний по методу Райхерта и по стандарту ASTM G99.
Если для вас актуально проведение триботехнических испытаний, обращайтесь в компанию «Моденжи».
Источник: Николаенко И. Д., Мельникова В. Е. Триботехнические испытания материалов в лаборатории «Моденжи». Прогнозирование ресурса и энергоэффективности пар трения. // Трубопроводная арматура и оборудование. - 2025 - №1 (136). С. 10-11
03.03.2025