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简单介绍摩擦磨损试验机通用的测量方式

来源:SPAI TECH-http://www.picwon.com时间:2014-08-05 09:00关注:
1、摩擦力及摩擦系数
    摩擦系数大小是表示摩擦材料系统特性的主要参数之一,为静摩擦系数μs和动摩擦系数μ。
    在给出某种材料的摩擦系数时,必须注明该数值的试验条件和所用的测试设备,因为不同的试验条件和不同测试设备所测定的摩擦系数大小是不一样的。
    摩擦磨损试验机常用的测量摩擦力或摩擦力矩的方法有机械法和电测法。
1.1机械法:有杠杆法和弹簧法两种。杠杆法就是用杠杆加砝码来平衡摩擦过程中所产生的摩擦力矩,根据杠杆原理来计算出摩擦力或摩擦力矩(MRH-5A梯姆肯试验机即采用该方法)。弹簧法是用弹簧直接或间接地拉住摩擦副一方,然后根据弹簧的弹性变形力求出摩擦力。
1.2电测法:把压力传感器附加在测力元件上,将摩擦力或摩擦力矩转换成电量(电信号),输入到测量和记录仪上,自动记录下摩擦过程中摩擦系数的变化。目前测定动摩擦系数大多采用此法。
2、磨损量参数
    磨损量是评定摩擦材料的耐磨性,控制产品质量和研究摩擦磨损机理的一个重要指标。磨损量测量方法有两类,即间接测法和直接测定法。间接测定法只能确定各个摩擦表面磨损量的总值,而不能确定磨损量在摩擦表面的分布情况和由于磨损造成的零件尺寸的变化。直接测定法是专门测定某一工作表面的磨损量的方法,它能测出摩擦表面尺寸的变化和磨损量在摩擦表面的分布情况。各类方法都有自己的特点,不能互相代替而只能互相补充。
2.1测长法
    测长法是根据摩擦表面法向尺寸在试验前后的变化来确定磨损量,常用测量长度仪器如千分尺、千分表、测长仪、万能工具显微镜、测量显微镜等。为了便于测量,往往在摩擦表面上人为作出测量基准,然后以此测量基准来量度摩擦表面的尺寸。测量基准根据试件形状和尺寸,在不影响试验结果的条件下设置,其形式有:
2.1.2台阶式:在摩擦表面边缘上专门加工一个台阶表面作为测量基准。
2.1.3切槽式:在摩擦表面上专门加工一条凹槽作为测量基准。
2.1.4压印式:利用硬度计压头,在试样表面上压下凹痕,测量压痕尺寸在试验前后变化计算磨损量。
    切槽式和压印式测定摩擦表面局部磨损较为方便,也有利于测量摩擦表面的磨损分布情况,但由于要局部破坏试件的表层,对研究摩擦磨损过程中表层组织结构变化不利,而且只适用于测定试件表面光洁度较高,磨损量又不大等情况。
2.2测重法
    零件在试验或使用过程中,由于磨损的结果都会发生重量和尺寸的变化,称重法就是根据试样在试验前后的重量变化,用精密分析天平称量来确定磨损量。按照称重精度选用天平精度,一般常用万分之一克。这种方法简单,采用最普遍。
    若试样在摩擦过程中其摩擦表层产生了较大的塑性变形时,试样尺寸虽然变化了,但是重量损失不大,则测量磨损量误差增大,就不能采用此法。它适用于小试件和在摩擦过程中不发生较大塑性变形的材料。
2.3金相分析法
    观察摩擦表面在磨损前后的金相显微组织的变化,分析其变化规律来判断磨损程度。可采用电子显微镜和光学显微镜来观测,这种方法特别适宜研究腐蚀磨损和疲劳磨损。
2.4润滑油分析法
    分析润滑油中含铁量当摩擦表面不断地供给润滑油时,磨损产物便被润滑油带走,并悬浮于润滑油中。显然润滑油的含铁量与零件的磨损程度有关。若能确定润滑油中的含铁量,即可估计零件的磨损程度。首先从润滑油中提取试样,将取出的润滑油烧成灰烬再进行化学分析或光谱分析,以确定试样中的含铁量。在不同的间隔时间所取试样的含铁量差值,即表示零件的磨损率。分析润滑油中含铁量的方法,仅能确定零件的磨损率,而不能确定零件的绝对磨损量,也不能确定零件磨损的分配情况。但此法对于进行对比性试验是很有利的。在发动机试验时,常用此法来评价发动机主要零件的磨损率,以及某些因素对零件磨损的影响。
3、磨损微粒分析
    对磨损产物――微粒的成分和形态的分析,不仅是研究试验机磨损机理的主要方法之一,而且是工程上磨损预测和预报的重要手段。
3.1光谱分析法 --- 应用光谱学原理来确定物质的结构和化学成分。
    一般条件下,物质的原子是处于稳定状态,若用光子能量来激发物质的原子,使其原子得到一定的能量,从基体跃到较高的能级,由于激发的原子是不稳定的,在10-8秒内便要向基态转化而跃到较低的能级,多余的能量则以光的形式释放出来而产生光谱。光谱分析法就是利用物质原子在一定条件下能发射具有特征的光谱的这一特性进行的。因为每种元素都有各自的特征光谱线,这样测定其物质所发射的光谱,便能定性地确定其中所含的化学成分。因为每种元素所发射特征光谱线的强度,都与它在物质中的含量有关,所以可通过对光谱强度的比较,确定物质中各元素含量的多少。光谱分析法具有极高的灵敏度和准确度,且分析速度快,能对运转时的机器零件的磨损状态进行检测,预报机械设备的磨损状态。
    用光谱分析时,一般从机器设备中抽出带有磨损磨粒的润滑油,分析其磨损磨粒的金属种类及其含量的变化,从而了解其磨损情况。
    光谱分析有原子发射光谱分析法和原子吸收光谱分析法两种。
3.1.1原子发射光谱(AES)分析法
磨损磨粒在高温状态用带电粒子撞(一般用电火花),使发射出代表各元素特征的各种波长的辐射线,并采用一个适当的分光仪分离出所要求的辐射线,通过把所测的辐射线与事先准备的校准器相比较来确定磨损磨粒的种类和含量。
3.1.2原子吸收光谱(AAS)分析法
    采用具有波长连续分布的光透过磨损磨粒,某些波长的光被磨粒吸收而形成吸收光谱。在一般情况下,物质吸收光谱的波长与该物质发射光谱波长相等,同样可以确定金属的种类和含量。因为发射光谱一般必须在高温下获得,而高温下的分子或晶体往往易于分解,因此原子吸收光谱分析法还适宜用于研究金属的结构。
3.2铁谱分析法
    铁谱分析是一种从润滑油试样中分离和分析磨损微粒和碎片的技术。它借助于各种光学或电子显微镜等检测和分析,方便地确定磨损微粒或碎片的形状、尺寸、数量以及材料成分,从而判别零件表面磨损类型和程度。采用铁谱仪分离磨损微粒制成铁谱片。铁谱仪由三部分组成,即:抽取润滑剂试样的泵;使磨损微粒磁化沉积的强磁铁;形成铁谱的透明底片。润滑剂试样沿倾斜的底片向下流时,受到一连续不断增高的磁场力的作用,磨损微粒就被磁化。磁性引力与微粒的体积成正比。因此大微粒首先沉积,而细微粒则跟着在较远距离沉积,即大微粒在入口端沉积,细微粒在后端沉积,沿着斜面不断增高的磁场力的作用下,对于足够磁性的材料,在60毫米长的底片上的沉积率达100%,这样,最后使微粒按照其大小次序全部均匀地沉积在底片上。通常抽取约2毫升的试样在底片上,用清洗液冲洗底片上残余油液,最后用固定液使微粒牢固地贴附在底片上便制成铁谱片,以便观察和检测。?
3.3用铁谱显微镜检测分析
    铁谱显微镜(Ferroscope)又称双色显微镜,它由带铁谱读数器的双色显微镜组成。它不单用来研究微粒,而且可鉴别材料成分,从而确定磨粒的来源,即判断磨损零件及其具体部位。确定磨损状态的原理与上述相同,这里只介绍鉴别材料成分。
    沉积在铁谱片上的磨损微粒,除有金属微粒外,还有由于氧化或腐蚀产生的化合物微粒。金属磨损微粒是非透明的,而化合物微料通常是透明或半透明的,因而要用双色显微镜检测。双色显微镜利用一组绿色透射光和一组红色反射光同时照射到微粒上,不同成分的微粒将呈现出不同的颜色。根据颜色和形状就可以确定磨粒的成分,判断出磨损的具体部位,以便研究磨损机理。
3.4用扫描电镜检测分析
    观察微小的单个磨损微粒形态和构造的细节,清晰地显出和区分出片、螺旋状、卷状、曲线状、球状和鳞状等各种形态的磨粒。根据磨粒形貌特征,可确定相应阶段所发生的磨损类型。
    正常摩擦磨损的微粒,一般呈小片状。切削和磨料磨损的微粒,一般呈螺旋状、卷状和曲线状;这种微粒的集中出现是严重磨损过程的表现,若其数目急剧增多,则表明机器损坏即将开始。高应力引起的表面疲劳磨损的微粒,一般呈鳞状,其形态在三个垂直方向上的尺寸接近相等。氧化磨损(化学磨损或腐蚀)的微粒,一般呈球状。
3.5用铁谱片加热法检测分析
3.5.1对铁谱片进行加热处理,根据其回火颜色,可鉴别出各种磨粒的材料和成分。
3.5.2对于铜合金,由于它们特有的黄色和青铜色,不需加热便可识别;
3.5.3对于如银、镉、铬、铝、镁、钛、锌等非铁磁性材料,加热后其回火颜色没有变化;
3.5.4对于铸铁、镍、奥氏体不锈钢等磁性材料,加热到不同温度,其回火后的颜色有所不同。这种铁谱片加热法检测磨粒材料和成分是一种比较可行和有用的方法。
    对于磨损磨粒的分析,铁谱和光谱分析各有所长。铁谱能将磨损磨粒按尺寸列出,并反映出颗粒的形状、磨损的性质,但是进一步定性定量分析有困难。光谱能够区别磨损微粒的元素,并能进行定量分析,但对于大于2微米的微粒即失去检测效能,而很多机械的失效,磨损磨粒往往大于2微米。因此,对磨损磨粒的分析,联合使用铁谱和光谱可以相互补充,达到比较完美的检测效果.
3.6放射性同位素法
    先将试件进行放射性同位素活化,使其是具有放射性,然后进行摩擦试验,根据磨屑的放射性计算或活化件放射性强度下降量或活化件金属转移量,换算出相应的磨损量。
    这种方法测量精度很高,达到10-5~10-6克,而且可以在不停止试验机运转和不拆卸机器的情况下,确定零件的磨损或单独测定个别零件的磨损,以及自动记录零件磨损量的变化,随时得到磨损的测量结果。这些优点使它越来越广泛地应用于各工业领域中研究机器的磨损问题。
3.7表面形貌分析法
    通过分析和测量磨损前后表面形貌的变化来分析磨损状态。
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