RU2564827C1

RU2564827C1 - Plant for testing of materials on abrasion wear

Info

Publication number: RU2564827C1
Application number: RU2014124088/28A
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Антонов; Александр Алексеевич Артемьев; Геннадий Николаевич Соколов; Владимир Ильич Лысак
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2015-10-10

Abstract

FIELD: testing equipment.

SUBSTANCE: plant comprises a base on which a rotary drive, a vertical shaft, a counterbody in the form of a flat ring with an abrasive mass on its surface, a sample holder mounted on the loading mechanism, and loads are mounted. The sample holder consists of two copper current-conducting plates electrically isolated from each other, connected to a power source. The ring is fixed on the drum with the ability of their rotation around the vertical shaft fixedly mounted on the base. Under the ring there is an electric heater in the form of a band of material with high electrical resistance, the ends of which are connected to the two copper ring buses arranged on the surface of the drum and electrically insulated from it. The ring buses are in sliding contact with the fixed current-conducting units connected to the current source, and the ring and the electric heater are located in the heat-insulating casing.

EFFECT: expanding the technological capabilities and improvement of reliability of the test results.

3 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания металлов и сплавов, а также композиционных материалов и покрытий на стойкость к абразивному изнашиванию при нормальной и повышенных температурах.The present invention relates to testing equipment, in particular to devices for testing metals and alloys, as well as composite materials and coatings for resistance to abrasive wear at normal and elevated temperatures.

Известно устройство (см. Çelik H. Effects of silicon on the wear behaviour of cobalt-based alloys at elevated temperature / H. Çelik, M. Kaplan // Wear. - 2004. - 257. - C. 606-607) для испытаний материалов на абразивное изнашивание при температуре до 800°C. Устройство состоит из вращающегося диска с закрепленной на нем шлифовальной бумагой, а также держателя и привода перемещения образца, обеспечивающих прижатие образца к диску перпендикулярно его истирающей поверхности и радиальное перемещение относительно оси диска. В процессе испытаний вращающий момент с электродвигателя через редуктор передается на патрон с зажатым в него диском, приводя его во вращение, синхронизированное с поступательным движением каретки с держателем образца. Нагрев образца производится с помощью электрического нагревателя. Путь трения образца по диску представляет собой спираль Архимеда.A device is known (see Çelik H. Effects of silicon on the wear behavior of cobalt-based alloys at elevated temperature / H. Çelik, M. Kaplan // Wear. - 2004. - 257. - C. 606-607) for testing abrasive materials at temperatures up to 800 ° C. The device consists of a rotating disk with sanding paper attached to it, as well as a holder and a drive for moving the sample, ensuring that the sample is pressed against the disk perpendicular to its abrasive surface and radial movement relative to the axis of the disk. During testing, the torque from the electric motor through the gearbox is transmitted to the cartridge with the disk clamped into it, bringing it into rotation, synchronized with the translational movement of the carriage with the sample holder. The sample is heated using an electric heater. The friction path of the sample along the disk is a spiral of Archimedes.

Недостатком данного устройства является нагрев только образца, при этом абразивный материал имеет комнатную температуру и соответствующие ей механические свойства, что приводит к недостоверным результатам испытаний, поскольку условия их проведения не соответствуют реальным условиям изнашивания деталей машин и инструмента. Конструкция устройства не позволяет проводить испытания на изнашивание через абразивную прослойку между образцом и контртелом, а также обеспечивает нагрев образца за счет теплопередачи от электрического нагревателя, контактирующего с ним, только до 800°C, что ограничивает технологические возможности устройства.The disadvantage of this device is the heating of only the sample, while the abrasive material has room temperature and the corresponding mechanical properties, which leads to unreliable test results, since their conditions do not correspond to the actual conditions of wear of machine parts and tools. The design of the device does not allow wear tests through the abrasive layer between the sample and the counterbody, and also provides heating of the sample due to heat transfer from the electric heater in contact with it, only to 800 ° C, which limits the technological capabilities of the device.

Известно устройство (см. патент US №6412330 В1, МПК G01N 3/56, опубл. 02.07.2002) для испытаний материалов на абразивное изнашивание при различных температурах. Устройство содержит вращающийся барабан с абразивной поверхностью, двигатель с переменной скоростью вращения, держатель образца, обеспечивающий его вращения вокруг своей оси, привод перемещения образца вдоль оси барабана, а также связанный с держателем образца датчик усилия для измерения энергии, затрачиваемой на перемещение образца, находящегося в контакте с барабаном. Изнашивание испытуемого образца осуществляется по винтовой траектории при его продольном перемещении вдоль вращающегося барабана. Устройство содержит камеру искусственного климата, охватывающую барабан и держатель с образцом, для проведения испытаний в различных атмосферах при температурах от -100°C до 200°C.A device is known (see US patent No. 6412330 B1, IPC G01N 3/56, publ. 02.07.2002) for testing materials for abrasive wear at different temperatures. The device comprises a rotating drum with an abrasive surface, a variable speed rotational motor, a sample holder providing its rotation around its axis, a sample displacement drive along the drum axis, and a force sensor associated with the sample holder to measure the energy spent on moving the sample located in contact with the drum. Wear of the test specimen is carried out along a helical path during its longitudinal movement along the rotating drum. The device contains an artificial climate chamber, covering the drum and the holder with the sample, for testing in various atmospheres at temperatures from -100 ° C to 200 ° C.

Недостатком устройства является невозможность проведения высокотемпературных испытаний, так как сложные движущиеся элементы установки расположены внутри камеры и могут функционировать при температуре не выше 200°C, а также в качестве абразивного материала используется шлифовальная бумага, разрушающаяся при повышенной температуре.The disadvantage of this device is the impossibility of carrying out high-temperature tests, since complex moving elements of the installation are located inside the chamber and can operate at a temperature not exceeding 200 ° C, and sanding paper that breaks at elevated temperature is used as an abrasive material.

В качестве прототипа выбрана установка НК (см. Хрущев M.М. Износостойкость и структура твердых наплавок / M.М. Хрущев, М.А. Бабичев, Е.С. Беркович и др. - М.: Машиностроение, 1971. - С. 14-16) для испытания материалов на изнашивание путем трения об абразивную прослойку, находящуюся между испытуемым образцом и контртелом. Конструкция установки предусматривает закрепление образца и эталона в независимых держателях, связанных с механизмами нагружения и грузами, и их вращение вокруг центральной оси установки, при котором они скользят по плоскому неподвижному кольцу из меди, расположенному на дне сосуда с абразивной массой в виде смеси песка и воды.The NK installation was chosen as a prototype (see Khrushchev M.M. Wear resistance and structure of hard surfacing / M.M. Khrushchev, M.A. Babichev, E.S. Berkovich and others - M .: Mechanical Engineering, 1971. - С . 14-16) for testing materials for wear by friction against the abrasive layer located between the test sample and the counterbody. The design of the installation provides for fixing the sample and standard in independent holders associated with loading mechanisms and loads, and their rotation around the central axis of the installation, in which they slide along a flat fixed ring of copper located at the bottom of the vessel with an abrasive mass in the form of a mixture of sand and water .

Недостатком данной установки, ограничивающим ее технологические возможности, является невозможность испытания материалов на изнашивание при высоких температурах, поскольку ее конструкция рассчитана на функционирование при комнатной температуре и не предусматривает нагрев образца, контртела и абразивной массы. Выполнение контртела в виде монолитного кольца из меди не позволяет имитировать условия изнашивания деталей машин и инструмента металлургического, прокатного и других производств, находящихся в контакте с изделиями из низкоуглеродистых, низколегированных, коррозионностойких и других сталей и сплавов, что снижает достоверность результатов испытаний.The disadvantage of this installation, limiting its technological capabilities, is the impossibility of testing materials for wear at high temperatures, since its design is designed to operate at room temperature and does not include heating of the sample, counterbody and abrasive mass. The implementation of the counterbody in the form of a monolithic ring of copper does not allow simulating the wear conditions of machine parts and tools of metallurgical, rolling and other industries in contact with products from low-carbon, low alloy, corrosion-resistant and other steels and alloys, which reduces the reliability of the test results.

Технический результат заключается в создании устройства, обеспечивающего расширение его технологических возможностей и повышение достоверности результатов испытаний за счет реализации нагрева образца проходящим через него током до температур 1100°C, нагрева контртела и абразивной массы с помощью электрического нагревателя до температур 600°C, а также возможности использования составного контртела в виде кольца, верхняя часть которого выполнена сменной и изготовлена из различных сталей, сплавов, цветных металлов.The technical result consists in the creation of a device that ensures the expansion of its technological capabilities and increase the reliability of test results due to the implementation of heating the sample by passing current through it to temperatures of 1100 ° C, heating the counterbody and abrasive mass with an electric heater to temperatures of 600 ° C, as well as the possibility the use of a composite counterbody in the form of a ring, the upper part of which is removable and made of various steels, alloys, non-ferrous metals.

Технический результат достигается за счет того, что в установке для испытаний материалов на абразивное изнашивание, содержащей основание, на котором установлены привод вращения, вертикальный вал, контртело в виде плоского кольца с абразивной массой на его поверхности, держатель образца, закрепленный на механизме нагружения, и грузы, держатель образца состоит из двух электрически изолированных друг от друга медных токоподводящих пластин, соединенных одной парой электрических кабелей с источником тока для обеспечения нагрева образца проходящим через него током, а кольцо закреплено на барабане с возможностью их вращения вокруг вертикального вала, жестко закрепленного на основании, при этом под кольцом расположен электрический нагреватель в виде ленты из материала с высоким электрическим сопротивлением, концы которой подключены с помощью другой пары электрических кабелей к двум медным кольцевым шинам, расположенным на поверхности барабана и электрически изолированным от него, причем кольцевые шины находятся в скользящем контакте с неподвижными токоподводящими узлами, подключенными к источнику тока, а кольцо и электрический нагреватель расположены в теплоизоляционном кожухе.The technical result is achieved due to the fact that in the installation for testing materials for abrasive wear, containing a base on which a rotation drive is mounted, a vertical shaft, a counterbody in the form of a flat ring with abrasive mass on its surface, a sample holder mounted on a loading mechanism, and cargo, the sample holder consists of two copper current-conducting plates electrically isolated from each other, connected by one pair of electric cables to a current source to ensure heating of the sample current flowing through it, and the ring is mounted on the drum with the possibility of rotation around a vertical shaft rigidly fixed to the base, while under the ring there is an electric heater in the form of a tape made of a material with high electrical resistance, the ends of which are connected using another pair of electric cables to two copper ring tires located on the surface of the drum and electrically isolated from it, and the ring tires are in sliding contact with the fixed current-carrying node and it connected to a current source, and the ring, and an electric heater disposed in the heat-insulating casing.

При этом кольцо выполнено составным из двух частей, скрепленных винтами, причем нижняя часть изготовлена из жаростойкой стали, а верхняя часть изготовлена из любой стали, сплава или цветного металла.In this case, the ring is made up of two parts fastened with screws, the lower part being made of heat-resistant steel, and the upper part made of any steel, alloy or non-ferrous metal.

При этом механизм нагружения выполнен в виде консоли, соединенной с подвижной кареткой, перемещающейся по направляющей, причем консоль имеет возможность вращения относительно горизонтальной оси каретки.The loading mechanism is made in the form of a console connected to a movable carriage moving along the guide, and the console has the ability to rotate relative to the horizontal axis of the carriage.

Использование нагретого до высоких температур контртела в виде кольца с абразивной массой на его поверхности, находящегося в контакте с нагретым образцом, позволяет имитировать условия изнашивания деталей машин и инструмента металлургического и прокатного производств, что расширяет технологические возможности устройства. Выполнение кольца составным с верхней частью из различных сталей, сплавов и цветных металлов позволяет моделировать износ испытуемого образца при контакте с конкретным материалом, что повышает достоверность испытаний, а выполнение нижней части кольца из жаростойкой стали позволяет избежать образования окалины и разрушения кольца при многократных циклах высокотемпературных испытаний. Абразивная масса может состоять из железной окалины, кварцевого песка или любого другого абразива.The use of a counterbody heated to high temperatures in the form of a ring with an abrasive mass on its surface in contact with a heated sample allows us to simulate the wear conditions of machine parts and tools of metallurgical and rolling industries, which expands the technological capabilities of the device. The execution of the ring composite with the upper part of various steels, alloys and non-ferrous metals allows you to simulate the wear of the test sample in contact with a specific material, which increases the reliability of the tests, and the execution of the lower part of the ring of heat-resistant steel avoids the formation of scale and fracture of the ring during multiple cycles of high temperature tests . The abrasive mass may consist of iron oxide, silica sand or any other abrasive.

Изготовление держателя образца в виде двух медных токоподводящих пластин, между которыми зажимается образец, позволяет при подключении их к источнику тока обеспечить быстрый и эффективный нагрев образца проходящим через него током до температуры 1100°C, расширяя возможности устройства. Применение электрического нагревателя, расположенного под кольцом и подключенного через скользящий контакт к независимому источнику тока, позволяет поддерживать температуру абразивной массы и контртела при его вращении в процессе испытаний, что обеспечивает стабильность температурного режима испытаний и достоверность их результатов.The manufacture of the sample holder in the form of two copper current-carrying plates, between which the sample is clamped, allows, when connected to a current source, to ensure fast and efficient heating of the sample by passing current through it to a temperature of 1100 ° C, expanding the capabilities of the device. The use of an electric heater located under the ring and connected through a sliding contact to an independent current source allows maintaining the temperature of the abrasive mass and counterbody during its rotation during testing, which ensures the stability of the temperature regime of the tests and the reliability of their results.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг. 1 показан главный вид устройства, на фиг. 2 - вид устройства сверху на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Α-A держателя образца на фиг. 2, на фиг. 4 - образец для испытаний.The invention is illustrated in the drawing. In FIG. 1 shows a main view of the device, FIG. 2 is a top view of the device of FIG. 1, in FIG. 3 is a section Α-A of the sample holder in FIG. 2, in FIG. 4 - sample for testing.

Установка для испытания материалов на абразивное изнашивание состоит из основания 1, размещенного на нем привода вращения, соединенного с барабаном 2, который имеет возможность вращения вокруг жестко закрепленного на основании вертикального вала 3 (фиг.1 и 2). Привод вращения состоит из электродвигателя 4, редуктора 5 и карданной передачи 6, соединенной с винтом червячной передачи 7, установленным в подшипниковых опорах 8, который в свою очередь соединен с зубчатым колесом 9, жестко связанным с барабаном 2. На барабане 2 в распорных пластинах 10 закреплено контртело в виде составного скрепленного винтами кольца, нижняя часть 11 которого изготовлена из жаростойкой стали, а верхняя рабочая часть 12, на поверхность которой насыпана абразивная масса, изготовлена из любой стали, сплава или цветного металла. Для удержания абразивной массы по периметру боковых поверхностей кольца расположены бортики 13. Под кольцом располагается электрический нагреватель 14 в виде ленты из материала с высоким электрическим сопротивлением, например из фехраля или нихрома, намотанной через диэлектрический материал на стальную ленту, приваренную в виде спирали к нижней части 11 кольца, промежутки между которой заполнены диэлектрическим огнеупорным материалом. Концы ленты из материала с высоким электрическим сопротивлением подключены посредством пары электрических кабелей 15 с керамической оболочкой к медным кольцевым шинам 16, расположенным на барабане 2 и изолированным от него диэлектрическим материалом. В скользящем контакте с кольцевыми шинами находятся запитанные от независимого источника тока неподвижные токоподводящие узлы, состоящие из медных башмаков 17 и пружин 18, расположенных в корпусах 19.Installation for testing materials for abrasive wear consists of a base 1, placed on it a rotation drive connected to a drum 2, which has the ability to rotate around a vertical shaft 3 rigidly fixed on the base (Figs. 1 and 2). The rotation drive consists of an electric motor 4, a gearbox 5 and a cardan gear 6 connected to a screw of a worm gear 7 mounted in bearing bearings 8, which in turn is connected to a gear wheel 9, rigidly connected to the drum 2. On the drum 2 in the spacer plates 10 a counterbody is fixed in the form of a composite ring fastened with screws, the lower part 11 of which is made of heat-resistant steel, and the upper working part 12, on the surface of which an abrasive mass is poured, is made of any steel, alloy or non-ferrous metal. To maintain the abrasive mass along the perimeter of the side surfaces of the ring, there are beads 13. Under the ring there is an electric heater 14 in the form of a tape made of a material with high electrical resistance, for example, from fechral or nichrome, wound through a dielectric material onto a steel strip welded in a spiral to the bottom 11 rings, the gaps between which are filled with dielectric refractory material. The ends of the tape of a material with high electrical resistance are connected through a pair of electric cables 15 with a ceramic sheath to the copper ring buses 16 located on the drum 2 and insulated from it by a dielectric material. In sliding contact with the ring buses are stationary power supply units powered from an independent current source, consisting of copper shoes 17 and springs 18 located in the housings 19.

Образец 20 для испытаний (фиг. 4) выполнен в виде параллепипеда с выступом в средней части и на торцах имеет параллельные друг другу контактные площадки площадью не менее 20 мм², что позволяет обеспечить надежный токоподвод к нему от держателя 21. Также на передней части выступа выполнен скос под углом 15…35° к длинной стороне образца, который позволяет абразивным частицам свободно проникать под него, создавая между ним и поверхностью кольца абразивную прослойку, истирающую образец. Выполнение скоса под углом менее 15° приводит к значительному изменению площади контакта образца с контртелом в процессе испытаний, более 35° - к перемещению абразивной массы передней кромкой образца и нестабильности результатов испытаний. Угол скоса выбирают в зависимости от дисперсности абразивной массы и нагрузки на образец.Sample 20 for testing (Fig. 4) is made in the form of a parallelepiped with a protrusion in the middle part and at the ends it has parallel contact pads with an area of at least 20 mm ² , which allows for reliable current supply to it from the holder 21. Also on the front of the protrusion bevelled at an angle of 15 ... 35 ° to the long side of the sample, which allows abrasive particles to freely penetrate under it, creating an abrasive layer between it and the ring surface, abrasing the sample. Performing a bevel at an angle of less than 15 ° leads to a significant change in the contact area of the sample with the counterbody during testing, more than 35 ° to the displacement of the abrasive mass by the front edge of the sample and the instability of the test results. The bevel angle is selected depending on the dispersion of the abrasive mass and the load on the sample.

Образец 20 закреплен в держателе 21 (фиг.1, 2 и 3), состоящем из двух медных пластин 22, между которыми с помощью винтовых стяжек, электрически изолированных от одной из пластин, зажат образец 20, и упора 23, служащего для обеспечения равномерного прижатия образца 20 к пластинам 22. К пластинам 22 подключена другая пара электрических кабелей 24, соединенных с источником тока. Держатель 21 образца соединен с механизмом нагружения (фиг. 2 и 3) в виде консоли 25, связанной с подвижной кареткой 26 с возможностью вращения относительно горизонтальной оси каретки, и штифта 27 со сменными грузами 28. Каретка с помощью винтовой пары связана с направляющей 29, жестко закрепленной на основании 1.Sample 20 is fixed in the holder 21 (Figs. 1, 2 and 3), consisting of two copper plates 22, between which, using screw ties, electrically isolated from one of the plates, the sample 20 is clamped, and a stop 23, which serves to ensure uniform pressing sample 20 to the plates 22. To the plates 22 is connected to another pair of electrical cables 24 connected to a current source. The sample holder 21 is connected to the loading mechanism (Figs. 2 and 3) in the form of a console 25 connected to the movable carriage 26 with the possibility of rotation about the horizontal axis of the carriage, and a pin 27 with interchangeable weights 28. The carriage is connected with a guide pair with a guide 29, rigidly fixed on the base 1.

Для предотвращения потерь тепла и поддержания постоянной температуры во время испытаний кольцо вместе с электрическим нагревателем помещено в разъемный теплозащитный кожух 30, закрепленный на вертикальном валу 3. В кожухе выполнены отверстия для размещения держателя 21 и пирометра 31 для измерения температуры кольца.To prevent heat loss and maintain a constant temperature during testing, the ring together with an electric heater is placed in a detachable heat-shielding casing 30, mounted on a vertical shaft 3. Holes are made in the casing for holding the holder 21 and pyrometer 31 for measuring the ring temperature.

Установка функционирует следующим образом: предварительно взвешенный образец 20 закрепляют в держателе 21 между пластинами 22, насыпают на верхнюю часть 12 кольца слой абразивной массы и включают источник тока, питающий электрический нагреватель 14. После достижения необходимой температуры нагрева верхней части 12 кольца, контролируемой пирометром 31, ее стабилизируют, изменяя значение тока, протекающего через электрический нагреватель. Включают сварочный источник тока с крутопадающей вольтамперной характеристикой, подключенный с помощью пары электрических кабелей 15 к держателю 21 образца, и достигают требуемой температуры нагрева образца 20, контролируемой термопарой 32. Нагрев образца 20 осуществляется за счет тепла, выделяющегося в нем при прохождении электрического тока. Затем, вращая консоль 25 (в направлении А на фиг. 3), опускают держатель 21 в отверстие теплоизоляционного кожуха 30 до соприкосновения образца с поверхностью верхней части 12 кольца и позиционируют образец 20 по его ширине с помощью подвижной каретки 26 (по направлению Б на фиг. 3). Нагружают образец 20 сменными грузами 28 и включают питание электродвигателя 4, который приводит барабан 2 и кольцо во вращение в сторону, противоположную месту крепления направляющей 29, что обеспечивает натяжение консоли 25 и равномерность движения образца 20 по поверхности верхней части 12 кольца. При этом частицы абразивной массы поступают в зазор между верхней частью 12 кольца и образцом 20, приводя к изнашиванию последнего. По истечении времени испытания вращение кольца прекращают, поднимают держатель 21 и извлекают из него образец 20 для взвешивания и вычисления потери массы.The installation operates as follows: a pre-weighed sample 20 is fixed in the holder 21 between the plates 22, a layer of abrasive mass is poured onto the upper part 12 of the ring and the current source supplying the electric heater 14 is turned on. After reaching the required heating temperature of the upper part 12 of the ring controlled by the pyrometer 31, it is stabilized by changing the value of the current flowing through an electric heater. A welding current source with a steeply falling current-voltage characteristic is connected, connected by means of a pair of electric cables 15 to the sample holder 21, and the required heating temperature of the sample 20 is controlled by thermocouple 32. The heating of the sample 20 is carried out due to the heat released in it during the passage of electric current. Then, rotating the console 25 (in the direction A in FIG. 3), lower the holder 21 into the hole of the heat-insulating casing 30 until the sample touches the surface of the upper part 12 of the ring and position the sample 20 along its width using the movable carriage 26 (in the direction B in FIG. . 3). Load the sample 20 with removable weights 28 and turn on the power of the electric motor 4, which drives the drum 2 and the ring in rotation in the direction opposite to the fastening point of the guide 29, which provides tension to the console 25 and uniform movement of the sample 20 on the surface of the upper part 12 of the ring. While the particles of abrasive mass enter the gap between the upper part 12 of the ring and the sample 20, leading to wear of the latter. After the test time, the rotation of the ring is stopped, the holder 21 is lifted and a sample 20 is removed from it for weighing and calculating the weight loss.

Перед каждым новым испытанием абразивная масса заменяется новой. При износе поверхности верхней части 12 кольца после ряда испытаний образец 20 позиционируют на новую дорожку трения, располагающуюся рядом с предыдущей, а при значительном износе производят шлифовку всей поверхности верхней части 12 кольца.Before each new test, the abrasive mass is replaced by a new one. When the surface of the upper part 12 of the ring is worn after a series of tests, the sample 20 is positioned on a new friction track located next to the previous one, and with significant wear, the entire surface of the upper part 12 of the ring is polished.

Пример 1Example 1

Практический пример применения установки реализован при исследовании стойкости наплавленного дуговым способом металла к абразивному изнашиванию при высоких температурах. Образцы, вырезанные из наплавленного металла 30Х16МГСФР, имели форму, показанную на фиг. 4. Угол скоса передней кромки образца составлял 20°, площадь контактирующих с держателем площадок - 20 мм². Держатель образца и электрический нагреватель подключали к сварочным источникам тока ВДУ-504. Наружный диаметр кольца составлял 220 мм, причем верхняя часть изготавливалась из низкоуглеродистой стали 08Г2С, а нижняя - из стали 08Х18Н9Т. В качестве абразивной массы использовали порошок железной окалины. Кольцо с абразивной массой и образец нагревали до одинаковой температуры 600°C. При этом температуру образца определяли по показаниям потенциометра, соединенного с термопарой, а температуру кольца измеряли с помощью инфракрасного пирометра. После достижения заданной температуры позиционировали испытуемый образец на поверхности кольца, обеспечивая с помощью набора грузов давление на образец 936 кПа, и осуществляли вращение кольца со скоростью 12 об/мин. После проведения испытания производили съем образца и его взвешивание для определения потери массы, которая являлась критерием износостойкости испытуемого сплава. Потеря массы составила 0,0388 г.A practical example of the installation is implemented in the study of the resistance of metal deposited by an arc method to abrasive wear at high temperatures. Samples cut from 30Kh16MGSFR weld metal had the shape shown in FIG. 4. The bevel angle of the leading edge of the sample was 20 °, the area of the areas in contact with the holder was 20 mm ² . The sample holder and electric heater were connected to the VDU-504 welding current sources. The outer diameter of the ring was 220 mm, and the upper part was made of low-carbon steel 08G2S, and the lower part was made of steel 08Kh18N9T. As an abrasive mass, iron oxide powder was used. The abrasive ring and the sample were heated to the same temperature of 600 ° C. The temperature of the sample was determined by the readings of a potentiometer connected to a thermocouple, and the temperature of the ring was measured using an infrared pyrometer. After reaching the set temperature, the test sample was positioned on the surface of the ring, using a set of weights, the pressure on the sample was 936 kPa, and the ring was rotated at a speed of 12 rpm. After the test, the sample was removed and weighed to determine the mass loss, which was a criterion for the wear resistance of the test alloy. The weight loss was 0.0388 g.

Использование для испытания сплава 30Х16МГСФР верхней части кольца из стали 08Г2С и порошка железной окалины на его поверхности, нагретых до температуры 600°C, позволило с достаточной достоверностью смоделировать условия изнашивания прокатных валков, роликов машин непрерывного литья заготовок из низкоуглеродистой низколегированной стали и других деталей. Аналогичные испытания были проведены при использовании верхней части кольца, изготовленной из меди. Потеря массы образца в этом случае составила 0,0315 г, т.е. значение износостойкости сплава оказалось завышенным по сравнению с предыдущим испытанием, а значит использование контртела из меди не обеспечивает достоверности результатов для заданных условий.The use of the upper part of the 08G2S steel ring and the powder of iron oxide on its surface heated to a temperature of 600 ° C for testing the 30Kh16MGSFR alloy for testing, allowed us to model the wear conditions of the rolling rolls, rollers of continuous casting machines from low-carbon low-alloy steel and other parts with sufficient reliability. Similar tests were carried out using the top of a ring made of copper. The weight loss of the sample in this case was 0.0315 g, i.e. the wear resistance value of the alloy was overestimated in comparison with the previous test, which means that the use of a copper counterbody does not provide reliable results for given conditions.

Пример 2Example 2

Аналогично примеру 1 был испытан образец из сплава 20Х4Н75В3М3Ю11Ц. Температура кольца и абразивной массы составляла 600°C, а образец был нагрет до температуры 1100°C. Потеря массы образца составила 0,0576 г. Температуры 1100…1200°C являются предельными температурами эксплуатации данного сплава, что обусловливает сравнительно низкие показатели его износостойкости.Analogously to example 1 was tested a sample of alloy 20X4H75V3M3U11TS. The temperature of the ring and abrasive mass was 600 ° C, and the sample was heated to a temperature of 1100 ° C. The weight loss of the sample was 0.0576 g. Temperatures of 1100 ... 1200 ° C are the limiting operating temperatures of this alloy, which leads to relatively low indices of its wear resistance.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает расширение технологических возможностей установки для испытания материалов на изнашивание и повышение достоверности результатов испытаний. Результаты контроля температуры образца и контртела в процессе испытаний, а также многочисленные испытания идентичных образцов металла показали, что конструкция установки также обеспечивает стабильный температурный режим испытаний и хорошую воспроизводимость результатов.Thus, the proposed technical solution provides the expansion of the technological capabilities of the installation for testing materials for wear and increasing the reliability of the test results. The results of monitoring the temperature of the sample and counterbody during the test process, as well as numerous tests of identical metal samples showed that the design of the installation also provides a stable temperature test and good reproducibility of the results.

Claims

1. Installation for testing materials for abrasive wear, containing a base on which a rotation drive is mounted, a vertical shaft, a counterbody in the form of a flat ring with abrasive mass on its surface, a sample holder mounted on a loading mechanism, and loads, characterized in that the holder of the sample consists of two copper current-conducting plates electrically isolated from each other, connected by one pair of electric cables to a current source to ensure heating of the sample by the current passing through it, and the ring is mounted on the drum with the possibility of rotation around a vertical shaft rigidly fixed to the base, while under the ring there is an electric heater in the form of a tape made of a material with high electrical resistance, the ends of which are connected using two different pairs of electric cables to two copper ring buses located on the surface of the drum and electrically isolated from it, and the annular tires are in sliding contact with fixed current-supplying nodes connected to the source t OK, and the ring and electric heater are located in a heat-insulating casing.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the ring is made up of two parts fastened with screws, the lower part being made of heat-resistant steel and the upper part made of any steel, alloy or non-ferrous metal.

3. Installation according to claim 1, characterized in that the loading mechanism is made in the form of a console connected to a movable carriage moving along the guide, and the console has the ability to rotate relative to the horizontal axis of the carriage.