CN111413237A - 一种钢材耐磨性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种钢材耐磨性能测试方法，包括如下步骤：a)准备工作；b)试件制作；c)将试验样块由配套夹具夹好一起均匀固定在多头台钻卡槽；d)启动对磨材料与多头台钻，按预设的转速旋转；调整两者旋转速度与接触压力，试验样块与对磨材料之间形成比压在0.25‑0.35MPa压力下，两者相对速度在1.6‑2.0m/s，保持上述反应状态，均匀研磨持续时间5‑8分钟；e)取出被磨损实验样块，去污、吹干之后称重，计算求得材料的磨损量和磨损率。本发明具有适应性强且操作简便安全、耐磨性判定简单、结构简易的特点，可以满足评估不同钢材与砂石、矿石、泥沙等不同作业环境下发生磨粒磨损的损耗水平。
Description
技术领域
本发明属于金属材料磨损领域，具体涉及一种钢材耐磨性能测试方法。
背景技术
磨损是材料和设备破坏性失效的三种主要方式之一，占据失效的比例高达60％。在冶金矿山机械、建材、电力、农机、煤炭等行业中，金属的磨料磨损尤为严重，造成大量金属损耗。为提高金属材料的防护性能，提高金属材料自身的耐磨性显得尤为重要。但由于材料磨损受工作条件、磨损形式等复杂因素影响，其耐磨性评价试验比常规的材料试验要复杂，需要选定合适的试验方法，才能使试验结果与实际结果相吻合。
申请号为201811049413.3、专利名称为“一种金属材料耐磨试验装置及其使用方法”的专利，公开的是一种通过底座、升降杆、载样台、压力传感器、电机和磨头相配合，将试样稳固的夹持固定在承载板上，避免试样出现位置偏移而降低测试结果的准确性。
申请号为201610796242.5、专利名称为“一种工件耐磨性能的检测方法”的专利，通过准备工作、加工样块、安装样块、加装磨料、恒温设定，控制电机主轴转速在低速档、中速档、高速档变化，实现各项耐磨性能。
综上，现有耐磨试验装置及其测试方法结构复杂，试验程序繁琐，也未见相关测试结果的具体改善结果，迫切需要开发一种适应性强且操作简便安全、耐磨性判定简单、结构简易的试验测试方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢材耐磨性能测试方法，具有适应性强且操作简便安全、耐磨性判定简单、结构简易的特点，可以满足评估不同钢材与砂石、矿石、泥沙等不同作业环境下发生磨粒磨损的损耗水平。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钢材耐磨性能测试方法，包括如下步骤：
a)准备工作：准备好对磨材料、多头台钻和配套夹具；
b)试件制作：将试验用耐磨钢材料切割加工成摩擦面为10×10mm端面的试验样块，经过砂纸打磨、抛光后，将其浸入到盛有丙酮的烧杯中，放入超声波清洗仪中清洗，除掉实验样块表面的油污、微小颗粒杂质，冷风吹干，测量记录试样原始重量；
c)将试验样块由配套夹具夹好一起均匀固定在多头台钻卡槽；
d)启动对磨材料与多头台钻，按预设的转速旋转；调整两者旋转速度与接触压力，试验样块与对磨材料之间形成比压在0.25-0.35MPa压力下，两者相对速度在1.6-2.0m/s，保持上述反应状态，均匀研磨持续时间5-8分钟；
e)取出被磨损实验样块，去污、吹干之后称重，计算求得材料的磨损量和磨损率。
进一步，步骤a)中，所述对磨材料采用的石英砂轮机，多头台钻为多轴自动控制台钻。
进一步，步骤a)中，所述每套夹具分别由两块外部尺寸与台钻卡槽匹配、内部尺寸与样块尺寸匹配的夹板组成。
进一步，所述两块夹板的尺寸对称，与试验样块接触的两端面圆弧过渡，且倒角不大于0.8mm。
进一步，所述耐磨钢试样为NM360-NM600。
进一步，步骤b)中，所述打磨步骤使用800目的砂纸做最后打磨，然后抛光处理，抛光后表面的粗糙度为Ra0.05μm，放入超声波清洗仪中清洗20分钟。
进一步，步骤c)中，所述将试样固定好后，需在试样表面添加足量的润滑油，之后使用橡胶刮水板将试样表面多余的润滑油刮除，以保证试样表面仅剩余一层极薄的油膜。
进一步，步骤e)中，所述被磨损试样的去污、吹干步骤，仍将其浸入到盛有丙酮的烧杯中，放入超声波清洗仪中清洗，冷风吹干。
进一步，为了减小试验误差，每组试验均需重复进行至少三次。
本发明具有以下有益效果：本发明的一种钢材耐磨性能测试方法，(1)充分利用较小的实验载荷下产生很大的接触应力的效应，起到放大实验效果的作用。
(2)由于在面-面接触模式的摩擦磨损试验中，载荷和转速是直接影响摩擦学性能的两大重要因素，两个磨损表面间接触比压较大情况下，极易导致接触表面的塑性变形，两摩擦表面之间的间距逐渐减小，从而导致磨损加剧。有所有情况下，相对滑动速度过大均会引起表面层发热、变形、化学变化和磨损等，从而显著地影响摩擦系数。本申请系统研究了压力负荷、速度对材料的摩擦系数的影响规律，经过大规模实验摸索后发现：限定样品与砂轮机之间的比压，控制两者的相对速度，研磨持续时间在一定范围内，在这种实验条件下既可以获得稳定的摩擦系数，又能很好模拟耐磨钢实际应用工况，真实反映材料的摩擦性能。发挥转速、载荷和持续时间的合理配合，可以测定各种金属材料的摩擦系数和耐磨性能。
(3)采用多轴台钻可以同时镶嵌多种材料，从而可以开展对比材料的相对耐磨性试验研究。
(4)适应性强，操作简单，一般实验室均易于获得相关台钻、砂轮机等关键设备，成本低廉，夹具制作方便；
(5)实验周期短、效率高，结果稳定性和重现性好，实用性强，易于推广。
附图说明
图1为本发明中石英砂轮机的结构示意图；
图2为本发明中多轴自动控制台钻的结构示意图；
图3为图2中卡盘的结构示意图；
图4是为图3中夹具的横截面示意图。
其中：1、石英砂轮机，2、卡盘，3、多轴自动控制台钻，4、夹具，5、试验样块。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
本实施例利用NM360钢制作成测试试验样块来进一步举例说明耐磨性能的测试方法。
一种钢材耐磨测试方法：
准备工作：准备好对磨材料、多头台钻和配套夹具；
将需要测定的NM360耐磨钢材料制作成3个10×10×40mm测试试验样块5，确保试验样块5放入夹具4后高出其上表面6-10mm；对测试试验样块1的外露端面用砂纸进行逐步打磨，保证采用800目的砂纸完成最后一道打磨，然后采用相应粒度的抛光剂进行抛光，保证最终的粗糙度为Ra0.05μm后，将其浸入到盛有丙酮的烧杯中，随后放入超声波清洗仪中清洗20分钟，除掉试样表面的油污、微小颗粒杂质，冷风吹干，测量记录试样原始重量；
将试验样块5由夹具4夹好，试验样块抛光面要高出夹具上表面8mm，分别塞进多轴自动控制台钻的卡槽，由多轴自动控制台钻上的钥匙锁锁紧夹头进行均匀固定。试验样块5固定好后，在3个试样表面添加足量的润滑油，用橡胶刮水板将试样表面多余的润滑油刮除三遍，形成极薄油膜。
启动石英砂轮机1与多轴自动控制台钻3，按预设的转速旋转。调整两者旋转速度与接触压力，试验样块5与石英砂轮机1之间形成比压在0.28MPa，两者相对线速度在1.6m/s，保持上述反应状态，均匀研磨持续时间6分钟。
6分钟后试验停止，取出被磨损的3个试验样块，将其浸入到盛有丙酮的烧杯中，随后放入超声波清洗仪中清洗20分钟，冷风吹干后称重，计算材料的磨损量和磨损率。
所述对磨材料采用的石英砂轮机1，更换新的砂轮片，保证选用的砂轮片表面的平衡度处于良好状态，多头台钻为5轴自动控制台钻。
所述每套夹具4分别由两块外部尺寸与台钻卡槽匹配、内部尺寸与试验样块5尺寸匹配的夹板组成。
所述两块夹板的尺寸对称，与试验样块5接触的两端面圆弧过渡倒角为0.6mm。
重复进行三次本试验的结果列入下表。
实施例2：
一种钢材耐磨性对比测试方法：
将需要测定的NM600耐磨钢制作成1个10×10×40mm测试试验样块1，同时制作同尺寸对比材料Q345B、Q460C、Q550D、Q690D各1个测试试验样块，确保5个试验样块5放入夹具4后高出其上表面5-10mm；对测试试验样块5的外露端面用砂纸进行逐步打磨，保证采用800目的砂纸完成最后一道打磨，然后采用相应粒度的抛光剂进行抛光，保证最终的粗糙度为Ra0.05μm后，将其浸入到盛有丙酮的烧杯中，随后放入超声波清洗仪中清洗20分钟，除掉试样表面的油污、微小颗粒杂质，冷风吹干，测量记录试样原始重量；
将试验样块1由夹具4夹好，试验样块5抛光面要高出夹具上表面10mm，分别塞进台钻3的卡槽，由台钻上的钥匙锁锁紧夹头进行均匀固定。试验样块5固定好后，在5个试样表面添加足量的润滑油，用橡胶刮水板将试样表面多余的润滑油刮除三遍，形成极薄油膜。
启动砂轮机与台钻，按预设的转速旋转。调整两者旋转速度与接触压力，样品与砂轮机之间形成比压在0.32MPa，两者相对线速度在2.0m/s，保持上述反应状态，均匀研磨持续时间6分钟。
6分钟后试验停止，取出被磨损的5个试样，将其浸入到盛有丙酮的烧杯中，随后放入超声波清洗仪中清洗20分钟，冷风吹干后称重，计算材料的磨损量和磨损率。
所述每套夹具4分别由两块外部尺寸与台钻卡槽匹配、内部尺寸与试验样块5尺寸匹配的夹板组成。
所述对磨材料采用的石英砂轮机1，更换新的砂轮片，保证选用的砂轮片表面的平衡度处于良好状态，多头台钻为5轴自动控制台钻。
所述每套夹具4分别由两块外部尺寸与台钻卡槽匹配、内部尺寸与试验样块5尺寸匹配的夹板组成。
所述两块夹板的尺寸对称，与试验样块5接触的两端面圆弧过渡倒角为0.6mm。
重复进行三次本试验的结果列入下表。
表1为实施例1、2得到的磨损试验结果。
由表可知，利用本发明提供的简化的钢材耐磨性测试方法，具有耐磨性实验操作简便、结果判定简单、结构简易的特点，尤其可以开展对比材料的相对耐磨性试验研究，并且实验结果清晰明了，数据具有较强的重现性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
Claims (9)
1.一种钢材耐磨性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)准备工作：准备好对磨材料、多头台钻和配套夹具；
b)试件制作：将试验用耐磨钢材料切割加工成摩擦面为10×10mm端面的试验样块，经过砂纸打磨、抛光后，将其浸入到盛有丙酮的烧杯中，放入超声波清洗仪中清洗，除掉实验样块表面的油污、微小颗粒杂质，冷风吹干，测量记录试样原始重量；
c)将试验样块由配套夹具夹好一起均匀固定在多头台钻卡槽；
d)启动对磨材料与多头台钻，按预设的转速旋转；调整两者旋转速度与接触压力，试验样块与对磨材料之间形成比压在0.25-0.35MPa压力下，两者相对速度在1.6-2.0m/s，保持上述反应状态，均匀研磨持续时间5-8分钟；
e)取出被磨损实验样块，去污、吹干之后称重，计算求得材料的磨损量和磨损率。
2.如权利要求1所述的一种钢材耐磨性能测试方法，其特征在于：步骤a)中，所述对磨材料采用的石英砂轮机，多头台钻为多轴自动控制台钻。
3.如权利要求1所述的一种钢材耐磨性能测试方法，其特征在于：步骤a)中，所述每套夹具分别由两块外部尺寸与台钻卡槽匹配、内部尺寸与样块尺寸匹配的夹板组成。
4.如权利要求3所述的一种钢材耐磨性能测试方法，其特征在于：所述两块夹板的尺寸对称，与试验样块接触的两端面圆弧过渡，且倒角不大于0.8mm。
5.如权利要求1所述的一种钢材耐磨性能测试方法，其特征在于：步骤b)中，所述耐磨钢试样为NM360-NM600。
6.如权利要求1所述的一种钢材耐磨性能测试方法，其特征在于：步骤b)中，所述打磨步骤使用800目的砂纸做最后打磨，然后抛光处理，抛光后表面的粗糙度为Ra0.05μm，放入超声波清洗仪中清洗20分钟。
7.如权利要求1所述的一种钢材耐磨性能测试方法，其特征在于：步骤c)中，所述将试样固定好后，需在试样表面添加足量的润滑油，之后使用橡胶刮水板将试样表面多余的润滑油刮除，以保证试样表面仅剩余一层极薄的油膜。
8.如权利要求1所述的一种钢材耐磨性能测试方法，其特征在于：步骤e)中，所述被磨损试样的去污、吹干步骤，仍将其浸入到盛有丙酮的烧杯中，放入超声波清洗仪中清洗，冷风吹干。
9.一种钢材耐磨性能测试方法，其特征在于：为了减小试验误差，每组试验均需重复进行至少三次。
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