Определение противоизносных свойств СОЖ по методу Райхерта и антифрикционных свойств по стандарту ASTM G99

ПРОТОКОЛ

триботехнических испытаний

Цель испытаний

Определение антифрикционных и противоизносных свойств смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) «NNN» в виде 5% раствора

• Образец №1 – СОЖ № 1
• Образец №2 – СОЖ № 2
• Образец №3 – СОЖ № 3
• Образец №4 – СОЖ № 4
• Образец №5 – СОЖ № 5
• Образец №6 – СОЖ № 6
• Образец №7 – СОЖ № 7
• Образец №8 – без смазочно-охлаждающей жидкости

Этапы работ

1. Определение противоизносных свойств по методу Райхерта
2. Определение антифрикционных свойств по стандарту ASTM G99

1. Определение противоизносных свойств по методу Райхерта

1.1. Описание методики и оборудования

Испытания проводятся по методу Райхерта (рис. 1), традиционно используемому для определения противоизносных свойств конструкционных и смазочных материалов. Схема трения при испытаниях приведена на (рис. 2). Вращающийся с частотой n=320 об/мин стальной ролик 1 прижимается к неподвижному стальному ролику 2 при помощи рычага 3 с нормальной силой F.

Геометрия пары трения: образец в виде ролика диаметром 40 мм – контр-тело в виде ролика диаметром 14 мм и длинной 14 мм, оси перпендикулярны

Материалы пары трения: сталь ШХ15 – сталь ШХ15

Смазочные материалы: СОЖ 5 % раствор/без смазочного материала

Метод смазывания: окунанием

Объём смазочного материала в ёмкости: 17 мл

Скорость скольжения: V=0,67 м/с

Нагрузка: F=121,4 Н

По результатам испытаний определяется величина линейного износа h на неподвижном ролике 2 (рис. 3) и рассчитывается линейная интенсивность изнашивания ln, как отношение линейного износа h к пути трения L.

Рис. 1. Машина трения Райхерта

Рис. 2. Схема трения при испытаниях по методу Райхерта: 1 – вращающийся ролик; 2 – неподвижный ролик; 3 – рычаг нагружения

Рис. 3. Внешний вид пятна износа на неподвижном ролике: 7 образцов

1.2. Результаты этапа

Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1

Номер образца	Наименование смазочного материала	Путь трения L, м	Длина пятна износа l, мкм	Линейный износ h, мкм	Интенсивность изнашивания Ih
1	СОЖ № 1	402	6200	242	6,02·10-7
2	СОЖ № 2	402	7200	327	8,13·10-7
3	СОЖ № 3	402	1300	11	2,74·10-8
4	СОЖ № 4	402	7000	309	7,69·10-7
5	СОЖ № 5	402	1400	12	2,99·10-8
6	СОЖ № 6	402	7000	309	7,69·10-7
7	СОЖ № 7	402	7500	354	8,81·10-7
7	Отсутствует	4021	11400	639	1,59·10-6

2. Определение антифрикционных свойств по стандарту ASTM G99

2.1. Описание методики и оборудования

Испытания проводятся по стандарту ASTM G99 по схеме «сфера-диск» (рис. 4) при трении скольжения. Метод, описанный в стандарте, применяется в международной практике для определения параметров трения и износа.

Геометрия пары трения: сферический индентор диаметром 6,35 мм по ГОСТ 3722 – образец в виде диска диаметром 80 мм и толщиной 0,8 мм.

Материал сферического индентора: сталь ШХ15 ГОСТ 801

Материал образца: cталь AISI 430

Смазочный материал: СОЖ № 1 / СОЖ № 2 / СОЖ № 3 / СОЖ № 4 / СОЖ № 5 / СОЖ № 6 / СОЖ № 7 / без смазочного материала

Метод смазывания: окунанием

Объём смазочного материала в ёмкости: 17 мл

Скорость скольжения: V=0,1 м/с

Нагрузка: F=10,2 H

Испытания проводятся на машине трения (рис. 5). Машина трения оснащена автоматизированной системой управления и регистрации данных NI LabVIEW.

Сферический индентор устанавливается в держатель (рис. 6) и прижимается к вращающемуся с частотой n=38 об/мин образцу в виде диска заданной силой F. В процессе испытаний непрерывно регистрируется значение силы трения скольжения и автоматически вычисляется значение коэффициента трения с выводом на экран в виде графика.

Рис. 4. Схема трения при испытаниях

Рис. 5. Машина трения (а - общий вид, б – испытательный блок с установленной ёмкостью для жидкого смазочного материала)

Рис. 6. Держатель с установленным в нем сферическим индентором

2.2. Результаты этапа

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2

Номер опыта	Наименование смазочного материала	Путь трения L, м	Коэффициент трения покоя f0	Коэффициент трения скольжения средний fср
1	СОЖ № 1	30	0,104	0,119
2	СОЖ № 2	30	0,118	0,119
3	СОЖ № 3	30	0,123	0,122
4	СОЖ № 4	30	0,047	0,079
5	СОЖ № 5	30	0,082	0,076
6	СОЖ № 6	30	0,093	0,093
7	СОЖ № 7	30	0,079	0,075
8	Отсутствует	30	0,950	0,667

Общий график изменения коэффициентов трения в процессе испытаний приведён в прил. 1

3. Выводы

3.1. Выводы об испытаниях СОЖ по методу Райхерта

3.1.1. 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).

3.1.2. Ряд по возрастанию интенсивности изнашивания слева направо испытанных образцов выглядит следующим образом: [ № 3 → № 5 → № 1 → № 4 / № 6 → № 2 → № 7 ] → № 8.

3.1.3. Образец №8, испытанный без СОЖ, приобрел цвета побежалости (рис. 3), что свидетельствует о существенно более высокой температуре фрикционного разогрева. На образцах, испытанных с СОЖ, такие эффекты не обнаружены.

3.2. Выводы об испытаниях СОЖ по стандарту ASTM G99

3.2.1. 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 раз (образец № 4).

3.2.2. Исходя из результатов испытаний применение СОЖ позволяет снизить средний коэффициент трения f_ср от 5,5 раза (образец № 3) до 8,9 раз (образец № 7).

3.2.3. Ряд по возрастанию среднего коэффициента трения fср слева направо испытанных образцов выглядит следующим образом: [№ 7 → № 5 → № 4 → № 6 → №  1 /№ 2 → № 3] → № 8.

3.3. Общие выводы

3.3.1. Применение СОЖ всех образцов способствует стабилизации процесса трения, уменьшая разброс значений коэффициента трения и устраняя скачкообразное движение.

3.3.2. Образец № 5 в результате испытаний по методу Райхерта и по стандарту ASTM G99 имеет оптимальные значения линейного износа и среднего коэффициента трения.

3.3.3. 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 решения специфических задач.

3.3.4. Образец № 2 имеет одни из самых высоких показателей износа и среднего коэффициента трения, вследствие комплексной оценки результатов испытаний по методу Райхерта и по стандарту ASTM G99.

Приложение 1

Общий график изменения коэффициента трения при выполнении работ по этапу 2.