DE497521C

DE497521C - Procedure for carrying out wear and tear tests on materials rubbing against one another

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Publication number: DE497521C
Application number: DEF66483D
Authority: DE
Original assignee: MAX FINK DIPL ING
Current assignee: MAX FINK DIPL ING
Priority date: 1928-07-18
Filing date: 1928-07-19
Publication date: 1930-05-12

Description

Verfahren zur Vornahme von Verschleiß- oder Abnutzungsversuchen aufeinander reibender Werkstoffe Die bisherigen Untersuchungen über Abnutzung oder Verschleiß von Werkstoffen, speziell Metallen, :haben das Wesen des Verschleißes nicht restlos zu klären vermocht. Die mannigfachen Arten, unter denen Verschleiß in Praxis auftritt, haben zunächst zu tastenden Versuchen geführt, wie man, um die Werkstoffe widerstandsfähig gegen Abnutzung zu gestalten, Prüfungen auf Verschleißwiderstand durchführen könnte. Man hat nun im allgemeinen- zwei verschiedene Arten von Prüfverfahren ersonnen, die teils in Anlehnung an die Verhältnisse der Praxis, teils auf Theorien und Beobachtungen der Erbauer der Prüfmaschinen beruhen. Bei -der ersten Art werden zwei aus dem zu untersuchenden Werkstoff bestehende Prüfscheiben verwendet, die aufeinander mit oder ohne Schlupf unter Druck abrollen, oder man läßt eine aus dem zu untersuchenden Stoff bestehende Scheibe gegen eine sehr harte Gegenscheibe laufen und bestimmt so den relativen Verschleißwiderstand dieser Scheibe gegenüber. Der Gedanke, der diesen Prüfungsarten zugrunde liegt, ist die möglichst getreue Nachahmung der Verhältnisse der Praxis, wie sie z. B. bei Schiene und Rad der Eisenbahn vorliegt. Die andere Art der Prüfverfahren auf Verschleißwiderstand beruht darauf, daß eine umlaufende Schleifscheibe in das zu untersuchende Material unter Druck einschleift, wobei die Widerstandsfähigkeit dadurch gemessen wird, daß man den Schleifweg mißt oder die Zeit bestimmt, innerhalb welcher die Schleifscheibe in eine gewisse Tiefe in den Werkstoff eingedrungen ist. Die Ergebnisse, @äie man nun mit diesen beiden Arten von Prüfungen erhielt, waren teils übereinstimmend, teils aber auch widersprechend. Ebenso war das Verhalten der Werkstoffe in der Praxis teils übereinstimmend, teils aber auch direktentgegengesetzt mit den Ergebnissen der Verschleißprüfung. Diese Zeichen deuteten jedenfalls darauf hin, daß das eigentliche Wesen des Verschleißes noch nicht geklärt war.Procedure for making wear or tear tests on one another rubbing materials The previous investigations into wear and tear of materials, especially metals: do not have the essence of wear and tear able to clarify. The manifold ways in which wear occurs in practice have initially led to tentative experiments on how to make the materials more resistant to design against wear, tests for wear resistance could be carried out. In general, two different types of test methods have now been devised, which partly based on the conditions in practice, partly based on theories and observations the builder of the testing machines are based. The first type becomes two from the to material to be examined uses existing test disks that are mutually exclusive or unroll under pressure without slippage, or let one out of the one to be examined Fabric existing disc run against a very hard counter disc and determined so compared to the relative wear resistance of this disk. The thought that These types of examinations are based on the most faithful imitation of the circumstances the practice, as it z. B. is present with rail and wheel of the railway. The other Type of test method for wear resistance is based on having a circumferential Grinding wheel into the material to be examined under pressure, whereby the Resistance is measured by measuring the grinding path or the Time determines within which the grinding wheel to a certain depth in the Material has penetrated. The results can now be obtained with these two types received from exams were partly in agreement, but partly also contradicting. Likewise, the behavior of the materials in practice was partly consistent, partly but also directly opposed to the results of the wear test. These In any case, signs indicated that the real essence of wear and tear was not yet clarified.

Bisher hatte man angenommen, daß der Verschleiß auf zwei Komponenten beruhe: i. der mechanischen Wegnahme von Teilchen und z. der Kaltverformung des Werkstoffes an der beanspruchten Stelle, die teils zu einem Wegquetschen, teils zu einer solchen Kaltverfestigung führen sollte, daß der Werkstoff durch die damit eintretende Sprödigkeit abblättert.Previously it was assumed that wear and tear was due to two components rest: i. the mechanical removal of particles and z. the cold deformation of the Material at the stressed point, which partly results in a squeezing away, partly should lead to such a strain hardening that the material through it emerging brittleness flakes off.

Es ist nun weiterhin bekannt, daß bei' manchen Verscbleißprüfmaschinen, insbesondere denen, die mit zwei mit rollender oder zusätzlich gleitender Reibung aufeinander laufenden Scheiben arbeiten, bei Eisen und Stahl als Werkstoff, ein Verschleißstaub anfiel, der oxydiert war. Auch der von den Schienen auf der Strecke anfallende Abnutzungsstaub stellte sich als oxydiert heraus. Man führte das darauf zurück, daß beim Verschleißvorgang sieh. Teilchen des Metalls ablösen (Komponente i) und durch die bei der Ablösung auftretende Verformung bzw. durch die bei dem Trennungsvorgang auftretende Wärme leicht oxydieren. Man hatte auch die Beobachtung gemacht, daß beim Bremsen der Eisenbahnräder, beim Schleifen der Räder auf den Schienen oder bim Schleudern der Lokomotivräder das Wegreißen der Werkstoffteilchen mit einer derartigen Erwärmung vor sich geht, daß die einzelnen Werkstoffteilchen unter direkter Verbrennung von dem betreffenden Werkstoff abgerisseri- - wurden. Man betrachtete daher das Auftreten des oxydierten Staubes gewissermaßen als Nebenerscheinung bei der Komponente i, :der mechanischen Ablösung von Teilchen.It is now also known that in some wear testing machines especially those with two with rolling or additional sliding friction Discs running on top of each other work in, in the case of iron and steel as the material There was wear dust that was oxidized. Even the one from the rails on the line Accruing wear dust turned out to be oxidized. It was led to it back that see the wear process. Remove particles of the metal (component i) and by the deformation occurring during the detachment or by the Separation process occurring heat easily oxidize. One also had made the observation that when braking the railway wheels, when grinding the Wheels on the rails or when the locomotive wheels spin, the tearing away Material particles with such a heating is going on that the individual Particles of material torn off from the material in question with direct combustion. - became. The occurrence of the oxidized dust was therefore observed to a certain extent as a by-product of component i: the mechanical detachment of particles.

Nun zeigt der Abnutzungsversuchmit Scheiben mit nur rollender Reibung, daß auch hier der Verschleißstaub oxydiert war. Es drängte sich daher die Frage auf, ob hier tatsächlich der oxydierte Staub nur als Nebenerscheinung zu bewerten sei. Denn an und für sich sind bei rollender Reibung die - Kräfte, die eine mechanische Wegnahme der Teilchen bewer#kstelligen, gering. Die -hierüber ausgeführten Versuche an verschiedenen Werkstoffen haben nun zunächst zur Entdeckung -einer neuen Verschleißkomponente geführt, für die der Name Walzoxydation als entsprechend gewählt wurde. Rollen zwei Körper, z. B. zwei zylindrische Scheiben, mit oder ohne Schlupf unter Druck aufeinander ab, sö bildet sich an der Berülhrungsstelle eine kleine von den Untersuchungen von Hertz her bekannte Druckfläche aus. Nun wird -die an der Oberfläche der Scheiben haftende Luft, ebenso die durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheiben mitgerissene Luft in die kleine Druckfläche mit hineingezogen. Da dort die Oberflächen unter Verformung aneinander gepreßt werden, wird die Luft einen sehr geringen Raum. zur Verfügung haben, sie wird also verdichtet, und zwar, da der Rollvorgang meistens sehr rasch vor sich geht, mit einer fast adiabatischen Wirkung.. Die Temperatur der Luft in der kleinen Druckfläche wird also ansteigen, und der gleichzeitig herrschende Druck wird die zwar geringen Luftmengen in innige Berührungg mit dem Metall bringen und so eine Oxydation des Metalls bewerkstelligen. Die Oxydation wird der geringen Luftmengen wegen, die in Wirksamkeit treten, zwar langsam, aber durch den sich in der Praxis immer wxeider wiederholenden Vorgang doch "endlich sieht- und meßbar werden. . .The wear test with disks with only rolling friction shows that the wear dust was also oxidized here. The question therefore arose as to whether the oxidized dust was really only to be assessed as a by-product. Because in and of itself, with rolling friction, the forces that bring about a mechanical removal of the particles are low. The tests carried out on various materials have now led to the discovery of a new wear component, for which the name roller oxidation was chosen as the appropriate one. Roll two bodies, e.g. B. two cylindrical disks, with or without slippage under pressure from each other, so a small pressure area known from Hertz's investigations forms at the point of contact. Now the air adhering to the surface of the disks, as well as the air entrained by the speed of rotation of the disks, is drawn into the small pressure surface. Since there the surfaces are pressed against one another under deformation, the air becomes a very small space. available, so it is compressed, since the rolling process usually takes place very quickly, with an almost adiabatic effect .. The temperature of the air in the small pressure area will therefore rise, and the pressure that prevails at the same time will be the low one Bring quantities of air into intimate contact with the metal and thus bring about an oxidation of the metal. Because of the small amount of air that takes effect, the oxidation will be slow, but due to the process that is repeated over and over again in practice, it will "finally become visible and measurable."

Wir haben es hier also mit einer neuen Komponente des Verschleißes zu tun, die wohl von der als Nebenerscheinung auftretenden Oxydation bei der Materialzerstörung zu unterscheiden ist.So here we have a new component of wear and tear to do, probably from the oxidation occurring as a side effect in the destruction of the material is to be distinguished.

Angestellte Versuche haben zur Feststellung der Tatsache geführt, daß bei. Werkstoffen, die mehrere Oxydationsstufen besitzen, sich zunächst die niederen Oxydationsstufen bilden. Sind diese nun bedeutend spröder als das Ausgangsmaterial, wie es z. B. bei Eisen und Stahl der Fall ist, so blättert die durch diese Oxydationsstufe gebildete Schicht ab. Verbleibt jedoch aus irgendwelchen Gründen .die der niederen Oxydationsstufe- zugehörige Schicht auf dem Ausgangswerkstoff, so- wandelt sie .sich im Verlauf des weiteren Verschleißvorganges in eine Schicht der nächsthöheren Oxydationsstufe um, die dann abblättert, falls ihre Festigkeitseigenschaften schlechter sind als das Ausgangsmaterial. Dies kann man z. B. bei Kupfer beobachten. Es bildet sich zunächst das rötliche Kupferoxydul, dann das schwarze Kupferoxyd, das dann von den Prüfrollen abblättert. .Employed tests have led to the establishment of the fact that at. Materials that have several levels of oxidation should first choose the lower ones Form oxidation stages. If these are now significantly more brittle than the starting material, how it z. B. is the case with iron and steel, the leaves through this oxidation level formed layer. However, for whatever reason, that of the lower ones remains Oxidation level-associated layer on the starting material, so it changes .sich in the course of the further wear process in a layer of the next higher oxidation level um, which then flakes off if its strength properties are worse than the source material. This can be done e.g. B. observe with copper. It forms first the reddish copper oxide, then the black copper oxide, which is then used by the Test rolls peeling off. .

Zum Zwecke der Theorie betreffs der Walzoxydationskomponente wurde eine Gaszelle an der Verschleißprüfmaschine angebracht, die es ermöglichte, _dien Verschleißvorgang in einem beliebigen Gas sich abspielen zu lassen. Beschickt man nämlich diese Gaszelle mit beisptiels!weise luft- oder sauerstofffreier Kohlensäure oder einem anderen luft- oder sauerstofffreien Gas, so zeigt sich die überraschende Tatsache, daß bei rein rollender Reibung .oder bei rollender Reibung mit geringem Schlupf, also praktisch -bei Ausschaltung der Komponente des mechanischen Wegnehmens von Teilchen des Werkstoffes bei Verwendung von beispielsweise Eisen und Stahl als Prüfrollen, ein Abfallen von Verschleißstaub und damit ein stetig fortlaufender Gewichtsverlust ider beiden Prüfrollen, wie dies unter gleichen Bedingungen beim Verschleißvorgang in Luft der Fall ist, nunmehr nicht auftritt. Die Rollen werden vielmehr durch die Einidür-`kung der nunmehr praktisch allein -wirkenden Verformungskomponente an der Oberrdäche spiegelblank. Damit ist gezeigt, daß nicht die kaltgehärteten Schichten des Werkstoffes abblättern, denn dann hätte beispielsweise unter Kohlensäure ein rein metallischer Staub anfallen -müssen, sondern es ist dadurch bewiesen, daß wir beim allgemeinen Verschleißvorgang in Luft mit einer bisher nicht erkannten Komponente, der Walzoxydation, rechnen müssen.For the purpose of theory as to the roll oxidation component a gas cell attached to the wear testing machine, which made it possible to _dien To let the wear process take place in any gas. One sends namely this gas cell with, for example, air- or oxygen-free carbonic acid or another gas that is free of air or oxygen, this is how the surprising one appears The fact that with pure rolling friction. Or with rolling friction with little Slip, so practically - when switching off the component of mechanical removal of particles of the material when using, for example, iron and steel as Test rollers, a drop of wear dust and thus a steadily continuous one Weight loss in the two test roles, as in the case of the same conditions Wear process in air is the case, now does not occur. The roles are rather, through the unity of the deformation component, which is now practically the only one mirror-like on the surface. This shows that not the cold-hardened Layers of the material peel off, because then it would, for example, be carbonated a purely metallic dust must arise, but it is proven by the fact that we in the general wear process in air with a previously unrecognized Component, the rolling oxidation, must be expected.

Die Vornahme der Verschleißversuche in einer luft-oder sauerstofffreien Gasatmosphäre mit Hilfe der Gaszelle bietet nun ein Mittel dar, bei der Prüfung von Werkstoffen diese Walzoxydationskamponente von den anderen Komponenten, zu trennen, wodurch es gelingt, bei geeigneter Einstellung der Versuchsbedingungen -den Einfluß der einzelnen Verschleißkomponenten zu untersuchen,-]Dies ist für die Praxis .von außerordentlicher Wichtigkeit. Die sich in den letzten Jahren immer mehr geltend machenden Bestrebungen, bei Schienenverkehrsfahrzeugen immer größere. Geschwindigkeiten anzuwenden, stellt an die insbesondere Schienen und Radstreifen, die größten Ansprüche in bezug auf Verschleißfestigkelt. Es gelang trotz der eingehenden Forschungen, die gerade auf dem Gebiet des Verschleißes in den letzten Jahren ausgeführt wurden, nicht, hier durch Prüfverfahren das Verhalten eines im Betrieb dem Verschleiß unterworfenen Werkstoffes einwandfrei zahlenmäßig festzulegen. Hier wird nun durch die Ausrüstung der Verschleißprüfmaschinen mit der Gaszelle Wandel geschaffen. Es gelingthiermit nicht nur, die der einzelnen Verschleißkomponenten .auf einen bestimmten Werkstoff zu studieren und ihn von. vornherein als geeignet für, einen bestimmten Verwendungszweck in der Praxis zu erklären, sondern die Gaszelle bietet uns auch ein Mittel, Stoffe, die als verschleißmindernde Zusätze in Frage kommen, bezüglich ihrer Wirkung auf die einzelnen Komponenten, insbesondere die Walzoxydation hin zu prüfen. Auch wird man Stoffe, die der Abnutzung unter erschwerten Bedingungenunterworfen sind, z. B. Maschinenteile o. dgl. in Säuredämpfe enthaltenden Räumen oder Schienen in Tunnels, die durch die Rauchgase der Maschinen in erhöhtem Maße angegriffen werden, durch. Einleiten der in Frage kommenden Gase oder Dämpfe in die Gaszelle auf ihr Verhalten, insbesondere aber auch zur Feststellung etwaiger Schutzstoffe und ihrer Wirkung untersuchen können.Carrying out the wear tests in an air- or oxygen-free Gas atmosphere with the help of the gas cell now offers a means in the test of materials to separate this roller oxidation component from the other components, whereby it is possible, with a suitable setting of the test conditions, the influence to examine the individual wear components, -] This is for practice .von extraordinary Importance. Which has always been in recent years more assertive endeavors, in the case of rail vehicles ever greater. Applying speeds is particularly important for the rails and cycle lanes, the greatest demands in terms of wear resistance. It succeeded despite the incoming Research carried out in recent years in the field of wear and tear were, not, here by test procedures the behavior of a wear during operation subject material to be correctly numerically determined. Here is now through the equipment of the wear testing machines with the change gas cell was created. It This not only makes it possible to manage the individual wear components on a specific one Study material and get it from. from the outset as suitable for, a certain Explain intended use in practice, but the gas cell also offers us a means for substances that can be used as wear-reducing additives their effect on the individual components, especially roller oxidation to consider. You will also find fabrics that are subject to wear and tear under severe conditions are e.g. B. machine parts o. The like. In rooms or rails containing acid vapors in tunnels that are attacked to a greater extent by the smoke gases from the machines, by. Introducing the gases or vapors in question into the gas cell on it Behavior, but in particular also to determine any protective substances and their Examine the effect.

Damit geht Hand in Hand auch dieErhöhung der Betriebssicherheit durch die Möglichkeit des genauen Erfassens dies Einflusses der einzelnen Verschleißkomponenten und deren wirksamen Bekämpfung, denn Abnutzung wird immer Minderung der Betriebssicherheit sein, und je besser es gelingt, die Abnutzung hintanzuhalten, um so betriebssicherer wird eine volkswirtschaftlichen oder wirtschaftlichen Zwecken dienende Einrichtung sein. Hier muß nun die Ausgestaltung der Prüfverfahren in der Weise einsetzen, daß man imstande ist, die Stoffe vor ihrer Verwendung zu prüfen, ob sie den später an sie gestellten Anforderungen im Betrieb auch Genüge leisten können oder ob durch Zusätze von Stoffen oder irgendwelchen Verfahren die Werkstoffe auf einen möglichst hohen Stand betreffs Verschleißwiderstanid gebracht werden können.This also goes hand in hand with increasing operational safety the possibility of precisely recording the influence of the individual wear components and their effective control, because wear and tear will always reduce operational safety and the better it is possible to prevent wear and tear, the more reliable it is becomes an institution serving economic or economic purposes be. Here, the design of the test procedure must begin in such a way that one is able to check the substances before they are used, whether they will be used later they can meet the requirements set in the company or whether through Additions of substances or any process reduce the materials as much as possible high level of wear resistance can be brought.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen Querschnitt, Abb. 2 eine Seitenansicht. Es ist angenommen, daß die Verschleißprüfung durch eine Prüfmaschine erfolgt, bei der zwei Prüfscheiben i und a, die auf den umlaufenden Wellen 6 und 7 befestigt sind, mit oder ohne Schlupf aufeinanderrollien, jedoch kann jede beliebige Abnutzungsprüfmaschine mit der Gaszelle ausgerüstet werden. In der vorliegenden gezeichneten Ausführung ist die Gaszelle @durch. einen zylkidrischen Körper 3 und seitliche Scheiben q. und 5 gebildet. Die seitlichen Scheiben haben für den Durchtritt der Wellen 6 und 7 öffnungen, deren Ränder entweder passend auf den Wellen aufliegen können oder durch besondere Dichtungsvorrichtungen gasdicht auf den Wellen aufliegen. Durch das Gaszuleitungsrohr 8 wird das Gas in die Zelle geleitet, bei 9 kann das Gas, wenn es in einem fortlaufenden Strome durch die Gaszelle geleitet wird, abgeleitet werden. Anstatt das Gas durch das Ableitungsrohr 9 abzuführen, kann man aber auch auf einen gasdichten Abschluß an den Wellen verzichten und das Gas dort entweichen lassen. Die laufende Durchleitung des Gases durch die Zelle bietet die Möglichkeit, in der Zelle einen höheren Druck zu halten, so daß ein Eindringen von Luft ausgeschlossen ist. Die Gaszelle kann entweder durch die auf den Wellen aufruhenden Scheiben ¢ und 5 getragen werden oder aber sonst irgendwie an der Maschine befestigt sein. Der in. der Zeichnung beispielsweise zylindrisch idargestellte Tei13 kann aus Glas oder sonst -einem durchsichtigen Stoff ausgeführt sein, damit der Verschleißvorgang beobachtet werden kann. Auch können die beiden Scheiben 4. und 5 aus elastischem und biegsamem Material sein. Die Gaszuleitung kann auch in anderer Weise bewerkstelligt werden, indem z. B. das Gas durch. eine Bohrung in der einen Welle zugeleitet, durch eine entsprechende Bohrung in der anderen Welle abgelassen werden kann.In the drawing, an embodiment of the invention is shown, namely Fig. 1 shows a cross section, Fig. 2 shows a side view. It is believed that the wear test is carried out by a testing machine with two test disks i and a, which are mounted on the rotating shafts 6 and 7, with or without slip roll on top of each other, but any wear testing machine with the gas cell can be equipped. In the present embodiment drawn, the gas cell is @by. a cylindrical body 3 and side disks q. and 5 formed. the Lateral disks have openings for the shafts 6 and 7 to pass through Edges can either rest properly on the shafts or through special sealing devices rest gas-tight on the shafts. Through the gas supply pipe 8, the gas is in The cell passed, at 9, the gas can if it is in a continuous stream through the gas cell is conducted, can be derived. Instead of the gas through the drainage pipe 9, but you can also do without a gas-tight seal on the shafts and let the gas escape there. The ongoing passage of the gas through the Cell offers the possibility of maintaining a higher pressure in the cell, so that ingress of air is excluded. The gas cell can either be through the disks ¢ and 5 resting on the waves or in some other way attached to the machine. In the drawing, for example, cylindrical The parts shown can be made of glass or some other transparent material so that the wear process can be observed. Both of them can Washers 4. and 5 be made of elastic and flexible material. The gas supply line can also be accomplished in other ways, e.g. B. the gas through. one Hole in one shaft fed through a corresponding hole in the other Shaft can be drained.

Es sind auch. noch andere Ausführungsarten möglich, so kann man z. B. die beiden `Seitenteile q und 5 mit dem Teil 3 aus einem Stück herstellen und so ausbilden, daß die Gaszelle mit Hilfe von Scharnieren aufklappbar gemacht werden kann.There are too. still other types of execution possible, so you can z. B. the two `side parts q and 5 with part 3 from one piece and train so that the gas cell can be opened with the help of hinges can.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Procedure for making wear or tear tests active substances rubbing against one another, characterized in that for the purpose of insulating the wear components the test substances subject to wear in a gas cell are subjected to the wear test.

2. The method according to claim i, characterized marked, that the gas cell with one which does not maintain combustion or oxidation Gas or steam is filled.

3. The method according to claim i, characterized in that that the gas cell is filled with gases or vapors, which with those of the wear and tear subject test substances can form chemical compounds.

4. Procedure according to Claim i, characterized in that the gases in the gas cell under one of the pressure exceeding the respective atmospheric pressure.