СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ НА АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ И ВЫСОКИХ УДЕЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЯХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ И ВЫСОКИХ УДЕЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЯХ Российский патент 2016 года по МПК G01N3/56 

Предметом изобретения является способ испытания на абразивный износ деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях и устройство для исследования абразивного износа деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях, позволяющее определить абразивный износ, возникающий при работе механического оборудования, работающего в экстремально неблагоприятных эксплуатационных условиях, т.е. подверженных воздействию высокой температуры и высоких удельных давлений, при которых сталь становится пластичной, как, например, в инструментах для горячей ковки.

В настоящее время при испытаниях на абразивный износ к исследуемому образцу прижимается контробразец. В зависимости от цели и программы трибологических исследований моделируется контакт между образцом и контробразцом, зависящий от их формы и вида привода. Стандартными методами испытания, представленными, в частности, Z. Wawrowski в кн. Tribology. Friction. wear and lubrication, являются методы оценки абразивного износа типа: стержень/шарик на диск, диск на кольцо, стержень/шарик на пластину, колодка на кольцо/валик. Контробразец изготавливается чаще всего из значительно более твердого материала, чем исследуемый образец. На контробразец действует осевая сила, перпендикулярная поверхности исследуемого образца. При испытаниях наблюдается, в частности, изменение геометрии, убыль веса в функции пути или времени испытания. Испытания проводятся чаще всего при комнатной температуре до примерно 350-500°С, хотя из литературы (L.A. , М. Polok, М. Adamiak: Abrasive wear resistance improvement of X37CrMoV5-1 type steel by PVD coating. 12th International Scientific Conference. Achievements in mechanical & materials engineering, p. 277-280) известны случаи попыток испытания покрытий при температуре 800°С. Величина силы, действующей на контробразец, не превышает чаще всего величины 500 N, что с учетом поверхности соприкосновения контробразца с образцом не превышает напряжения пластифицикации верхнего слоя (в случае стальных образцов).

Представленное решение исключает вышеуказанные неудобства.

Сущность изобретения, которым является способ испытания на абразивный износ деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях путем воздействия на образец давлением, аналогичным давлениям в условиях работы кузнечных инструментов, и с аналогичными температурами, заключается в том, что контробразец в виде стержня размещают аксиально в контейнере, нагретом до температуры в пределах (500-1000) K, заканчивающемся образцом с отверстием и боковым каналом, после чего выдавливается через зазор, закрытый скользящим элементом, образованный между поверхностью скользящего элемента и боковым каналом в образце, путем воздействия стержня пуансона на контробразец, расположенный в отверстии образца, создавая удельное давление в пределах (300-1200) МПа. При этом скорость перемещения скользящего элемента относительно зазора составляет 100 м/мин.

Этот способ осуществляется в устройстве в соответствии с изобретением, имеющем поршень для вдавливания контробразца через образец с закрывающим элементом, сущность которого заключается в том, что он представляет собой контейнер, выполненный с возможностью нагрева до температуры в пределах (500-1000) К, в отверстии (3) которого размещены стержень (9) пуансона (10) и контробразец (4), входящий в отверстие (6) образца (5) с боковым каналом (7), и скользящий элемент (8), закрывающий отверстие (6), причем стержень (9) пуансона (10) выполнен с возможностью создания удельного давления (300-1200) МПа, а скользящий элемент (8) закрывает отверстие (6) при скорости перемещения относительно зазора (0,1-100) м/мин.

Предпочтительно, что скользящим элементом является диск, вращающийся в направлении перемещения части пластифицированного контробразца через боковой канал образца со скоростью вращения в пределах (1-30) об/мин.

Благодаря использованию такого решения в соответствии с изобретением были получены следующие технико-эксплуатационные результаты:

- возможность испытания материалов на абразивный износ, в частности металлов, характеризующийся изменением формы радиуса между отверстием и боковым каналом, а также изменением веса образца после прохождения заданного пути пластифицированным контробразцом;

- возможность применения датчиков сил и крутящего момента, что позволяет определить коэффициент трения и путь трения на исследуемом радиусе, а также позволяет количественно описать результат испытания;

- возможность создания условий износа металлов, аппроксимирующих условия работы кузнечных инструментов, в частности температуры, давления и скорости перемещения пластифицированного металла.

Предмет изобретения, в примере осуществления, который не является ограничивающим, представлен на чертеже, где показано устройство для испытания на абразивный износ деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях, оснащенное диском в качестве скользящего элемента.

Устройство для испытания на абразивный износ деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях имеет контейнер 1 с нагревательным элементом 2. Контейнер 1 имеет внутри центральное отверстие 3 для закрепления контробразца 4. Он закончен образцом 5 с отверстием 6 и боковым каналом 7. Отверстие 6 закрыто поверхностью скольжения, в частном случае диском 8, торцевая поверхность которого соприкасается с отверстием 6 в образце 5. В центральном отверстии 3 контейнера 1 установлен стержень 9 пуансона 10 с возможностью скольжения.

В центральное отверстие 3 контейнера 1, нагретого до темп. (500-1000) K, вкладывается контробразец 4. Пуансоном 10 посредством стержня 9 создается удельное давление в пределах (300-1200) МПа. Одновременно приводится в движение скользящая поверхность, в частном случае диск 8, со скоростью вращения (1-30) об/мин. Под действием давления и сил трения контробразец 4 в зоне отверстия 6 образца 5 подвергается пластификации.

Пластифицированный металл вытекает через боковой канал 7 образца 5. Регулируемая скорость вращения диска 8 влияет на путь и скорость перемещения пластифицированного контробразца 4.

В устройство установлены системы измерений, регистрирующие силу стержня 9 и силу на перемещение скользящей поверхности, в этом частном случае крутящий момент диска и силу боковой реакции контейнера 1, обеспечивающей создание силы трения в паре с образцом и контробразцом. Величина абразивного износа зарегистрирована как разница веса образца 5 до и после проведения испытания.

В результате проводимых экспериментов определяются:

- сила трения в паре образец 5-контробразец 4 в зависимости от вида использованных материалов и температуры;

- потеря массы в функции пути перемещения контробразца 4 (длины деформированного контробразца) в качестве показателя убыли материала образца во время эксперимента;

- геометрический износ - изменение формы поверхности образца 5 в функции пути перемещения контробразца 4.

Изобретение относится к способу испытания на абразивный износ деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях и устройству для исследования абразивного износа деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях, позволяющее определить абразивный износ, возникающий при работе механического оборудования, работающего в экстремально неблагоприятных эксплуатационных условиях. Сущность: контробразец (4) в виде стержня размещается по оси в контейнере (1), нагретом до температуры в пределах (500-1000) K, заканчивающийся образцом (5) с отверстием (6) и боковым каналом (7), после чего образец выдавливается через зазор, закрытый передвижным элементом (8), образованный между поверхностью скользящего элемента (8) и боковым каналом (7) в образце (5), путем воздействия на контробразец (4), расположенный в отверстии (6) образца (5), стержнем (9) пуансона (10), вызывая удельное давление в пределах (300-1200) МПа, причем скорость перемещения передвижного элемента (8) по отношению к зазору составляет 100 м/мин. Устройство для испытания на абразивный износ содержит контейнер (1), выполненный с возможностью нагрева до температуры в пределах (500-1000) К, в отверстии (3) которого размещены стержень (9) пуансона (10) и контробразец (4), входящий в отверстие (6) образца (5) с боковым каналом (7), и скользящий элемент (8), закрывающий отверстие (6), причем стержень (9) пуансона (10) выполнен с возможностью создания удельного давления (300-1200) МПа, а скользящий элемент (8) закрывает отверстие (6) при скорости перемещения относительно зазора (0,1-100) м/мин. Технический результат: возможность испытания материалов на абразивный износ, в частности металлов, характеризующийся изменением формы радиуса между отверстием и боковым каналом, а также изменением веса образца после прохождения заданного пути пластифицированным контробразцом. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ испытания на абразивный износ деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях путем воздействия на образец давлениями, аналогичными в условиях работы кузнечных инструментов и с аналогичными температурами, отличающийся тем, что
контробразец (4) в виде стержня размещают аксиально в контейнере (1), нагретом до температуры в пределах (500-1000) К, заканчивающемся образцом (5), с отверстием (6) и боковым каналом (7), после чего образец выдавливают через зазор, закрытый скользящим элементом (8), образованный между поверхностью скользящего элемента (8) и боковым каналом (7) в образце (5), путем воздействия на контробразец (4), расположенный в отверстии (6) образца (5), стержнем (9) пуансона (10), создавая удельное давление в пределах (300-1200) МПа, причем скорость перемещения скользящего элемента (8) относительно зазора составляет 100 м/мин.

2. Устройство для испытания на абразивный износ деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях, имеющее поршень для вдавливания контробразца через образец с закрывающим элементом, отличающееся тем, что содержит контейнер (1), выполненный с возможностью нагрева до температуры в пределах (500-1000) К, в отверстии (3) которого размещены стержень (9) пуансона (10) и контробразец (4), входящий в отверстие (6) образца (5) с боковым каналом (7), и скользящий элемент (8), закрывающий отверстие (6), причем стержень (9) пуансона (10) выполнен с возможностью создания удельного давления (300-1200) МПа, а скользящий элемент (8) закрывает отверстие (6) при скорости перемещения относительно зазора (0,1-100) м/мин.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что скользящим элементом (8) является диск, вращающийся в направлении перемещения части пластифицированного материала контробразца (4) через боковой канал (7) образца (5) со скоростью вращения в пределах (1-30) об/мин.