Способ определения силы схватывания металлических поверхностей при трении Российский патент 2020 года по МПК G01N19/04 

Изобретение относится к измерительным способам, в частности к способам для измерения силы схватывания при трении ювенильных поверхностей.

Изнашивание при схватывании происходит в результате глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия образовавшихся вследствие этого неровностей на сопряженную поверхность. Изнашивание этого вида является одним из наиболее опасных и разрушительных. Оно сопровождается прочным соединением контактирующих участков поверхностей трения. В процессе трения относительное перемещение поверхностей приводит к вырыву частиц металла одной поверхности и наволакиванию их на другую более твердую поверхность.

Известен способ определения прочности адгезионной связи на срез (а.с. СССР №244686, МПК G01H 19/04, 1969). Сущность его состоит в том, что образцы прижимают друг к другу, выдерживают определенное время, приводят в относительное перемещение и по величине нагрузок судят о прочности молекулярной связи, образовавшейся в результате схватывания.

Известен способ испытания материалов на схватывание (а.с. СССР №238848, МПК G01H 19/04, 1969). Сущность его состоит в том, что образцы прижимают друг к другу, выдерживают определенное время, приводят в относительное перемещение и по величине нагрузок судят о прочности молекулярной связи, образовавшейся в результате схватывания.

Недостатком данных способов является то, что оба способа подразумевают внедрение индентора в образец и/или контртело, что неизменно приводит к деформациям, и как следствие, к зацеплению микро и нано неровностей поверхностей при скольжении, что снижает точность измерений.

Целью изобретения является повышение достоверности проводимых измерений.

Поставленная цель достигается тем, что способ не содержит 3-е тело (индентор), нагрузка, с помощью которой контртело прижимается к образцу, не превышает 10 Н., в результате всего этого отсутствуют деформации при соприкосновении образца и контртела и не накапливаются суммарные погрешности, а также тем, что при определении силы схватывания учитывается влияние силы тяжести на результат измерений.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема при измерении в горизонтальном положении, на фиг. 2 - схема при измерении в вертикальном положении.

Измерений проводят следующим образом. При проведении измерений шероховатость поверхностей образца и контртела не должна превышать Ra=0,2 мкм. Перед проведением измерений контактирующие поверхности образца и контртела необходимо очистить полярным и неполярным растворителями с целью устранения пленки окислов.

К образцу 1 с усилием не более 10 Н. прижимается плоское контртело 2, после чего нагрузка снимается. Молекулярная связь считается образованной, когда под действием собственного веса образец 1 не отсоединяется от контртела 2. Плоский образец 1 располагается в горизонтальном положении (фиг. 1) и закрепляется. Контртело соединено посредством гибкого элемента 3 с датчиком 4. При помощи электродвигателя 5 равномерно перемещают датчик 4, совместно с контртелом 2, относительно закрепленного образца 1. На устройстве вывода 6 наблюдают показания с датчика 5. В момент, когда гибкий элемент 3 начнет натягиваться график на устройстве вывода 6 начнет показывать рост. В момент, когда образовавшаяся в результате схватывания молекулярная связь разорвется, график на устройстве вывода 6, достигнув некоторого пика F₁, упадет до нулевой отметки.

Далее образец 1 располагается в вертикальном положении (фиг. 2) и закрепляется. К образцу 1 с усилием не более 10 Н. прижимается контртело 2, после чего нагрузка снимается. Молекулярная связь считается образованной, когда под действием собственного веса образец 1 не отсоединяется от контртела 2. Контртело соединено посредством гибкого элемента 3 с датчиком 4. При помощи электродвигателя 5 равномерно перемещают датчик 4, совместно с контртелом 2, относительно закрепленного образца 1. На устройстве вывода 6 наблюдают показания с датчика 5. В момент, когда гибкий элемент 3 начнет натягиваться график на устройстве вывода 6 начнет показывать рост. В момент, когда образовавшаяся в результате схватывания молекулярная связь разорвется, график на устройстве вывода 6, достигнув некоторого пика F₂ упадет до нулевой отметки.

При расположении образца 1 и контртела 2 в горизонтальном положении (фиг. 1) на контртело 2 действует сила тяжести, прижимающая контртело к образцу и увеличивающая силу F₁, необходимую для совершения разрыва молекулярной связи, образовавшейся в результате схватывания.

При расположении образца 1 и контртела 2 в вертикальном положении (фиг. 2) на контртело 2 действует сила тяжести, стремящаяся оторвать контртело от образца и уменьшающая силу F₂, необходимую для разрыва молекулярной связи, образовавшуюся в результате схватывания.

По причине того, что на контртело 2, прижимаемое к образцу 1 действует сила тяжести, прижимающая (фиг. 1) или пытающаяся оторвать (фиг. 2) образец 1 от контртела 2 следует проводить испытания и в горизонтальном (фиг. 1), и вертикальном (фиг. 2) положении образца 1 и контртела 2, и далее вычислять среднее значение силы по выражению

.

Здесь F₁ - сила, которую необходимо приложить, чтобы сдвинуть образец, при расположении образца 1 горизонтально (фиг. 1); F₂ - сила, которую необходимо приложить, чтобы сдвинуть образец, при расположении образца 1 вертикально (фиг. 2).

Определять силу молекулярной связи, образовавшуюся в результате схватывания, следует по выражению

,

где A - сила схватывания (молекулярных связей), мН; F - сила, которую необходимо приложить, чтобы сдвинуть образец 1; S - номинальная площадь поверхности образца 1, равная площади поверхности контртела 2, мм²; Sm₁, Sm₂ - шаги шероховатости поверхности по средней линии контакта образца и контртела, мкм.

Проведение испытаний по данному способу позволяет повысить достоверность измерений.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения силы схватывания при трении ювенильных поверхностей. Сущность: обеспечивают шероховатость поверхностей образца и контртела, не превышающей Ra=0,2 мкм. Очищают контактирующие поверхности образца и контртела полярным и неполярным растворителями. Прижимают к образцу с усилием не более 10 Н плоское контртело до образования такой силы связи, когда под действием собственного веса образец не отсоединяется от контртела. Нагрузку снимают, располагают образец в горизонтальном положении, осуществляют смещение контртела относительно образца и измеряют F₁ - силу, которую необходимо приложить, чтобы сдвинуть образец, при расположении образца горизонтально. Располагают образец в вертикальном положении и закрепляют, к образцу с усилием не более 10 Н прижимают контртело до образования такой связи, когда под действием собственного веса образец не отсоединится от контртела. Нагрузку снимают, осуществляется смещение контртела относительно образца и измеряют F₂ - силу, которую необходимо приложить, чтобы сдвинуть образец, при расположении образца вертикально. Вычисляют среднее значение силы, необходимой для разрыва молекулярной связи, и силу молекулярной связи, образовавшуюся в результате схватывания, определяют по выражению. Технический результат: повышение достоверности измерений. 2 ил.

Способ определения силы схватывания металлических поверхностей при трении, включающий приведение пары образец-контртело во взаимный контакт под действием сжимающей нагрузки, выдерживание их в таком положении определенное время, снятие сжимающей нагрузки и последующее осуществление их смещения друг относительно друга, отличающийся тем, что обеспечивают шероховатость поверхностей образца и контртела, не превышающей Ra=0,2 мкм, очищают контактирующие поверхности образца и контртела полярным и неполярным растворителями, прижимают к образцу с усилием не более 10 Н плоское контртело до образования такой силы связи, когда под действием собственного веса образец не отсоединяется от контртела, после чего нагрузку снимают, располагают образец в горизонтальном положении, осуществляют смещение контртела относительно образца и измеряют F₁ - силу, которую необходимо приложить, чтобы сдвинуть образец, при расположении образца горизонтально, далее располагают образец в вертикальном положении и закрепляют, к образцу с усилием не более 10 Н прижимают контртело до образования такой связи, когда под действием собственного веса образец не отсоединится от контртела, после чего нагрузку снимают, осуществляется смещение контртела относительно образца и измеряют F₂ - силу, которую необходимо приложить, чтобы сдвинуть образец, при расположении образца вертикально, далее вычисляют среднее значение силы по выражению , силу молекулярной связи, образовавшуюся в результате схватывания, определяют по выражению

где А - сила схватывания (молекулярных связей), мН; F - сила, которую необходимо приложить, чтобы сдвинуть образец; S - номинальная площадь поверхности образца, равная площади поверхности контртела 2, мм²; Sm₁, Sm₂ - шаги шероховатости поверхности по средней линии контакта образца и контртела, мкм.