16_Kuzmenko.doc Метод испытаний на абразивный износ по схеме Бринелля-Ховарта (Br - Hv). Часть ІI. Практическая реализация метода Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 4 109 Кузьменко А.Г., Вишневский О.А. Хмельницкий национальный университет, г. Хмельницкий, Украина МЕТОД ИСПЫТАНИЙ НА АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС ПО СХЕМЕ БРИНЕЛЛЯ-ХОВАРТА (Br - Hv). ЧАСТЬ II. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА 4. Методики и примеры проведения испытаний определения параметров моделей абразив- ного изнашивания 4.1. Методика 1: одномерная размерная модель абразивного изнашивания типа (3.5) mw w du k ds = σ . (4.1) 4.1.1. Порядок проведения испытаний: 10. Выбираются условия и режимы испытаний: 1) нагрузка Q , кг на цилиндр (ролик); 2) размеры ролика в , мм; R , мм; 3) число оборотов ролика; n , об/мин; 4) средний размер абразивных частиц δ , мм; 5) влажность песка ε ; 6) средняя температура испытаний T ; 7) вязкость песка 0v , мм 2/с; 8) марка материала. 20. Выбирается метод измерения износа плоской поверхности: 1) полуширина площади контакта a , мм; 2) максимальная глубина лунки owu , мм; 3) вес (масса) удаленной части поверхности G , мг; 30. Выбирается форма представления результатов испытаний: 1) таблицы; 2) графики; 4.1.2. Порядок обработки результатов испытаний 10. Определение параметров ,c β аппроксимирующей функции вида (3.8): ( )a s csβ= ; (4.1.2) 1) параметры ,c β при наличии экспериментальных данных могут быть определены численным методом наименьших квадратов (МНК); 2) приближенно параметры ,c β могут быть определены по двух экспериментальным точкам 1 1 2 2( , ), ( , )a s a s , (4.1.3) 3) по координатам этих точек параметры ,c β определяются по формулам: 1 2 1 2 lg / lg / a a s s β = ; (4.1.4) 1 1 a c sβ = ; (4.1.5) 20. Определение параметров модели m и wk производится по формулам(3.14), (3.15) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Метод испытаний на абразивный износ по схеме Бринелля-Ховарта (Br - Hv). Часть ІI. Практическая реализация метода Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 4 110 1 2 m − β = β , (4.1.5, а) 2 ( / 2 ) m w m c k R Q в + β = . (4.1.6) 30. Определение пути трения s для точке плоской поверхности 1) 2s Rnt= π , (4.1.7) где R −радиус ролика в мм; n , об/мин – число оборотов ролика в минуту; 2) t продолжительность работы в минутах, определение скорости / 2v s t Rn= = π . 40. Переход от массового G (весового) износа к размерному, приближенно: 0w G u a в = ⋅ ⋅ ρ , (кг·мм3)/(мм3/кг); (4.1.8) 1) схема вычисления размера a объема изношенной части тела; 2) связь линейного износа 0wu с параметром, a − ширина лунки 2 0 2w a u R = ; (4.1.9) 3) приближенно объем сегмента 0wV Fв aвu= = 01/ 2 [ 2 ( )]F Rl a R u= ⋅ − − ; (4.1.10) 4) вес сегмента G 0wG V aвu= ρ = ρ , (4.1.11) 5) из (4.1.11) и (4.1.9) следует 1/ 3 2RG a в   =  ρ  , 6) приближенно объем сегмента V определяем по зависимости 0 0 1 , 2 2 w V Fв F au au= = = , (а) или 0wV aвu= ; (в) 7) вес G изношенного объема: 0wG V aвu= ρ = ρ , (с) Отсюда выражение линейного износа через вес 0w G u a в = ⋅ ⋅ ρ ; (4.1.12) 8) приравнивая (4.1.9) и (4.1.12), получаем: 2 2 a G R a в = ⋅ ⋅ ρ ; (4.1.13) 9) отсюда окончательно имеем выражение для полуширины площадки контакта a через вес G изношенного объема и другие величины: 1/ 3 2RG a в   =  ⋅ ρ  . (4.1.14) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Метод испытаний на абразивный износ по схеме Бринелля-Ховарта (Br - Hv). Часть ІI. Практическая реализация метода Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 4 111 4.1.3. Пример 1. По методике 4.1 выполнены испытания на абразивный износ стали 30 и опреде- лены параметры модели изнашивания 10. Условия и режимы испытаний: 1) нагрузка на ролик 4, 41Q = кг; 2) радиус ролика 24R = мм; 3) ширина ролика 15в = мм; 4) число оборотов ролика 60n = об/мин; 5) средний размер абразивных частиц кварцевого песка 1δ = мм; 6) скорость скольжения 0,158v = м/с; 7) влажность песка 1ε = , сухой песок; 8) вязкость песка 0 ....v = мм 2/с; 9) твердость испытываемого материала сталь 30 174HB = кг/мм2; сталь 30ХГСА; 221HB = кг/мм2. Таблица 4.1 Результаты испытаний при измерении линейного износа 0wu 1 174HB = , кг/мм 2 2 269HB = , кг/мм 2 3 578HB = , кг/мм 2 № 310s ⋅ мм wu , мм a , мм wu , мм a , мм a , мм 1 30 0,0115 0,743 0,071 0,583 0,4 2 60 0,0177 0,922 0,044 0,074 0,509 3 9 0,023 1,057 0,0152 0,854 0,58 4 120 0,0282 1,163 0,0182 0,935 0,643 5 150 0,035 1,296 0,0215 0016 0,696 β 0,375 0,35 0,35 c 0,015 0,016 0,011 m 0,67 0,86 0,86 wk (мм 2кг)m 0,8×10-6 10-7 3,6×10-9 ( ) ( 578) w w u HB u HB = 250 8 1 4.1.4. Обработка результатов испытаний и определение параметров модели изнашивание 1. Износ стали при твердости 1 174HB = , кг/мм 2: 1) выбираем базовые точки по табл. 4.1 1 0, 92a = мм; 4 1 6 10s = ⋅ мм; 2 1, 3a = мм; 4 2 15 10s = ⋅ мм; 2) параметр β , c по (4.1.4), (4.1.5) аппроксимируются кривой a csβ= : 1 2 1 2 lg / lg 0, 92 / 1, 3 0,15 0, 375 lg / lg 6 / 15 0, 4 a a s s β = = = = , 1 4 0,375 1 0, 92 0, 92 0, 015 (6 10 ) 61, 9 a c sβ = = = = ⋅ ; 3) параметр модели m по (4.1.5): 1 2 1 2 0, 375 0, 25 0, 67 0, 375 0, 375 m − β − ⋅ = = = = β ; 4) параметр wk по (4.1.6): PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Метод испытаний на абразивный износ по схеме Бринелля-Ховарта (Br - Hv). Часть ІI. Практическая реализация метода Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 4 112 2 2,67 6 6 0,67 0, 015 0, 375 5 10 0, 8 10 ( / 2 ) 24(4, 41 / (2 0,15)) 6, 06 m w m c k k Q в + − −β ⋅ ⋅= = = = ⋅ ⋅ . 2. Аналогичным образом выполнены расчеты 1) для случаев 2 269HB = , кг/мм 2, 3 578HB = , кг/мм 2; 2) результаты расчетов представлены в табл. 4.1 в соответствующих строках 4.1.5. Сравнение износа сталей при разной твердости 1) выполним при 1σ = кг/мм2 по зависимости: 6 1 1 12 9 3 2 ( 174) 0,8 10 220 ( 578) 3, 6 10 w w w w u HB k u HB k − − = ⋅ ε = = = = = ⋅ раз, 7 2 23 9 3 ( 269) 10 28 ( 578) 3, 6 10 w w u HB u HB − − = ε = = = = ⋅ раз. Общие выводы 1. Из анализа исследований, выполненных по методу Br - Hv следует: 1.1. Это один из самых распространенных методов испытаний на абразивный износ. Доказатель- ством этому является стандартизация это метода в большинстве развитых стран мира. 1.2. В то же время следует отметить качественный, а не количественный характер результатов метода, что не позволяет переносить результаты испытаний на условия испытаний отличие от стандарти- зированных. 1.3. Предложенная систематизация разных конструктивных, геометрических и других признаков метода позволяет реализовать системный подход к его дельнейшему исследованию 1.4. Наиболее совершенным в настоящее время следует признать многоцелевой анализатор абра- зивного истирания фирмы Plint Tribology. 1.5. На основе анализа формулированы задачи, направленные на устранение основного недос- татка исследований: отсутствие моделей и исследуемых процессов и методов определения параметров этих моделей; устранение этого недостатка позволит распространять результаты исследований на натур- ные условия отличные от модельных. 2. На основе общих положений теории подобия и размерностей построена многофакторная обобщенная модель абразивного изнашивания включающая: 1) перечень определяющих и определяемых параметров; 2) безразмерные комплексы или критерии подобия; 3) выбраны общие формы критериальных уравнений подобия процесса абразивного изнашива- ния незакрепленным абразивом. 3. Как основа методов определения параметров критериальных уравнений, проведения испыта- ний на износ и определения параметров моделей: 1) решена прямая контактная задача о взаимодействии резинового ролика и стального образца, разделенных слоем песка; 2) решена обратная контактная задача об указанном взаимодействии; в результате получены расчетные зависимости для определения параметров моделей изнашивания по результатам лабораторных испытаний; 3) обратная задача решена для двух базовых случаев, а) в случае если начальная площадка кон- такта нулевая; в) в случае, если начальная площадка контакта отлична от нуля. 4. На основе разработанной теоретической основы метода испытаний на абразивный износ по схеме Br - Hv: 1) разработана и реализована на примере детальная методика № 1 проведения испытаний с оп- ределением параметров размерной модели изнашивания; 2) разработана и реализована на примере методика № 2 проведения испытаний с определением параметров безразмерной обобщенной модели изнашивания. 5. Разработана методика проведения испытаний и обработки результатов с определением пара- метров ,wk m модели изнашивания. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Метод испытаний на абразивный износ по схеме Бринелля-Ховарта (Br - Hv). Часть ІI. Практическая реализация метода Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 4 113 6. Выполнены испытания на абразивный износ сталей с твердостями 1 174HB = кг/мм 2; 2 269HB = кг/мм 2; 3 578HB = кг/мм 2. Установлено с помощью предложенной методики, что отношение износа сталей при указанной твердости при σ = кг/мм2, равно 3 2 1 1 28 220w w wu u u÷ ÷ = ÷ ÷ . 7. Основным итогом этой части работы явилось создание теоретической основы метода испыта- ний на абразивный износ по схеме Бринелля-Хаворта с использованием безразмерных критериев подо- бия процесса изнашивания, что позволяет переносить результат испытаний, полученные в модельных условиях на описание натурных процессов в условиях отличных от модельных. Литература 1. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. – М.: Наука, 1970. – 251 с. 2. Куксенова Л.И., Лантева В.Г., Колмаков А.Г., Рыбакова Л.М. Методы испытаний на трение и износ. – М.: Интермет, 2001. – 152 с. 3.Комбалов В.С. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазоч- ных материалов / Справочник. М.: Машиностроение, 2008. – 384 с. 4. Добровольский А.Г., Кошеленко П.И. Абразивная износостойкость материалов. К.: Техника, 1989. – 128 с. 5. ТЕ Многоцелевой анализатор абразивного истирания «песок на колесе». – Internet. Soc- trede.com/equipment. Надійшла 01.11.2012 Ч И Т А Й Т Е журнал “P r o b l e m s o f T r i b o l o g y” во всемирной сети I N T E R N E T ! http://www.tup.km.ua/science/journals/tribology/ PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.tup.km.ua/science/journals/tribology/ http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com