RU2658129C1 - METHOD OF ESTIMATION OF WEAR-RESISTANCE OF CERAMIC MATERIALS BY ROUGHNESS PARAMETER CHANGE Rt - Google Patents
METHOD OF ESTIMATION OF WEAR-RESISTANCE OF CERAMIC MATERIALS BY ROUGHNESS PARAMETER CHANGE Rt Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658129C1 RU2658129C1 RU2017107699A RU2017107699A RU2658129C1 RU 2658129 C1 RU2658129 C1 RU 2658129C1 RU 2017107699 A RU2017107699 A RU 2017107699A RU 2017107699 A RU2017107699 A RU 2017107699A RU 2658129 C1 RU2658129 C1 RU 2658129C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- friction
- ceramic
- roughness
- profilogram
- roughness parameter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/56—Investigating resistance to wear or abrasion
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области трибологии, в частности к экспресс-оценке износостойкости конструкционных высокотвердых керамических материалов, работающих в паре с металлом.The invention relates to the field of tribology, in particular to the rapid assessment of the wear resistance of structural high-hard ceramic materials, paired with metal.
При конструировании узлов трения современных машин и механизмов часто для эксплуатации рассматриваются разнообразные износостойкие материалы. К числу таких материалов относятся тугоплавкие неорганические материалы, керамики и композиты на их основе. Оценка износостойкости высокотвердых материалов требует особого подхода.When designing friction units of modern machines and mechanisms, various wear-resistant materials are often considered for operation. Such materials include refractory inorganic materials, ceramics and composites based on them. Assessment of the wear resistance of high hard materials requires a special approach.
При испытании керамик на износостойкость в парах трения с конструкционными сталями на стандартных машинах трения при реальных нагрузках и скоростях за приемлемое экспериментальное время (часы, сутки) не наблюдаются какие-либо результаты изменения размеров или массы материала, так как часто величина изменений лежит за пределами возможностей стандартных измерительных приборов.When testing ceramics for wear resistance in friction pairs with structural steels on standard friction machines at real loads and speeds for an acceptable experimental time (hours, days), no results of changes in the size or weight of the material are observed, since often the magnitude of the changes lies outside the scope standard measuring instruments.
В большинстве случаев при сравнении износостойкости керамических материалов, для того чтобы получить измеряемый результат износа, стальное контртело заменяют на абразивный материал. Например, известен способ RU 2373520 определения относительной износостойкости материала упрочненного слоя. Согласно способу, изготавливают образец путем приработки обеих его торцевых поверхностей и формируют на одной из поверхностей упрочненный слой. Образец изнашивают путем истирания по абразивной поверхности на величину, не превышающую толщину упрочненного слоя. Измеряют линейные размеры образца после приработки и после изнашивания. Поворачивают образец на 180° и изнашивают эталонный материал. Определяют остаточный линейный размер образца и рассчитывают относительную износостойкость. Однако данный способ длительный, трудоемкий и не дает возможности достаточно быстро получить действительные значения износа керамических материалов.In most cases, when comparing the wear resistance of ceramic materials, in order to obtain a measurable wear result, the steel counterbody is replaced with an abrasive material. For example, the known method RU 2373520 for determining the relative wear resistance of the material of the hardened layer. According to the method, a sample is made by running-in both of its end surfaces and form a hardened layer on one of the surfaces. The sample is worn by abrasion on an abrasive surface by an amount not exceeding the thickness of the hardened layer. The linear dimensions of the sample are measured after running-in and after wear. Turn the sample 180 ° and wear the reference material. The residual linear size of the sample is determined and the relative wear resistance is calculated. However, this method is long, laborious and does not provide the ability to quickly obtain the actual values of the wear of ceramic materials.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ RU 2433384 С2, G01N 3/56, выбранный в качестве прототипа. Согласно способу, образец конической, пирамидальной или призматической формы осуществляет трение о плоскую поверхность при постоянной нормальной нагрузке и скорости скольжения. Износостойкость определяется на основании временной зависимости линейного износа и номинального нормального давления, на основании которых вычисляют эмпирическую зависимость интенсивности изнашивания как функции номинального нормального давления в виде I=K⋅qp, где I - интенсивность линейного изнашивания, q - номинальное нормальное давление, K, p - постоянные, зависящие от материала пары трения и условий контактного взаимодействия. Недостатком указанного способа является требование к определенному размеру и форме керамик, что значительно усложняет изготовление испытательных образцов, так как современные износостойкие материалы плохо обрабатываются, хрупки, имеют высокую стоимость. Износ высокотвердого керамического материала также может занимать продолжительное время.Closest to the proposed method according to the technical nature and the achieved result is the method RU 2433384 C2, G01N 3/56, selected as a prototype. According to the method, a conical, pyramidal, or prismatic specimen carries out friction against a flat surface at constant normal load and sliding speed. Wear resistance is determined on the basis of the time dependence of linear wear and nominal normal pressure, on the basis of which the empirical dependence of the wear rate is calculated as a function of the nominal normal pressure in the form I = K⋅q p , where I is the linear wear rate, q is the nominal normal pressure, K, p - constants, depending on the material of the friction pair and the conditions of contact interaction. The disadvantage of this method is the requirement for a certain size and shape of ceramics, which greatly complicates the manufacture of test samples, since modern wear-resistant materials are poorly processed, brittle, have a high cost. Wearing a high hard ceramic material can also take a long time.
Технический результат изобретения заключается в определении изношенного микрообъема керамики при непродолжительном трении по изменению параметра шероховатости Rt, что можно использовать при оценке износостойкости выборок керамик на уровне «лучше-хуже» для пар трения.The technical result of the invention is to determine the worn microvolume of ceramics with short friction by changing the roughness parameter R t , which can be used to assess the wear resistance of ceramic samples at the level of "better-worse" for friction pairs.
Технический результат достигается следующим образом. Известно, что взаимодействие и износ двух шероховатых тел происходит на пятнах фактического контакта - выступающих шероховатостях обоих контртел. Шероховатость поверхности определяют по профилограмме.The technical result is achieved as follows. It is known that the interaction and wear of two rough bodies occurs on the spots of actual contact - the protruding roughness of both counter bodies. The surface roughness is determined by profilogram.
При плоском трении пары «стальной вращающийся торец стержня - керамический материал» поверхность керамики изнашивается и, одновременно, покрывается тонким слоем металла. Поэтому для оценки износа подходят далеко не все параметры шероховатости. Параметр Rt, определяемый как сумма величин максимального выступа профиля и максимальной впадины, отсчитанных от средней линии профиля, является экстремальным, единственным на профилограмме. При этом параметр Rt не зависит от положений средней линии. Другие параметры профилограммы Ra и Rz зависят от положения средней линии и подсчитываются на основе определенной статистики.During plane friction of the pair “steel rotating rod end - ceramic material”, the ceramic surface wears out and, at the same time, is covered with a thin layer of metal. Therefore, not all roughness parameters are suitable for assessing wear. The parameter R t , defined as the sum of the values of the maximum protrusion of the profile and the maximum depression, counted from the midline of the profile, is extreme, the only one on the profilogram. In this case, the parameter R t is independent of the positions of the midline. Other profilogram parameters R a and R z depend on the position of the middle line and are calculated based on certain statistics.
Тонкая пленка металла существенно уменьшает значения параметров Ra и Rz, замазывая мелкие впадины, в то время как параметр Rt меняется незначительно, так как глубокая шероховатость меняет конфигурацию, но не глубину. Схема возможного изменения профиля поверхности керамики показана на рисунке 1.A thin metal film significantly reduces the values of the parameters R a and R z , glossing over the shallow depressions, while the parameter R t varies slightly, since the deep roughness changes the configuration, but not the depth. A diagram of a possible change in the surface profile of ceramics is shown in Figure 1.
Трение проводится в течение 10-30 секунд, при линейной скорости скольжения стального стержня по керамике 0,2-1 м/с и небольшой нагрузке на керамику в диапазоне 5-20 Н. Износ может быть определен как разница ΔRt между величинами Rt на профилограммах до и после трения. Чтобы исключить возможность истирания глубокой шероховатости при непродолжительном трении, до осуществления взаимодействия в зоне контакта на поверхности керамики перпендикулярно линии профиля, определяемой профилометром, тонкой иглой проводится прямолинейная риска («засечка»), рисунок 2. Образующаяся в зоне пересечения линии профиля и «засечки» глубокая шероховатость выступает как нулевая точка отсчета.Friction is carried out for 10-30 seconds, with a linear sliding speed of the steel rod over ceramics of 0.2-1 m / s and a small load on the ceramics in the range of 5-20 N. Wear can be defined as the difference ΔR t between the values of R t on profilograms before and after friction. To exclude the possibility of abrasion of deep roughness with short friction, before the interaction in the contact zone on the ceramic surface perpendicular to the profile line determined by the profilometer, a straight needle carries out a straight line risk (“notch”), Figure 2. Formed in the zone of intersection of the profile line and “notch” deep roughness acts as a zero reference point.
Для того чтобы воспользоваться предложенным изобретением, необходимо иметь не очень гладкую исходную поверхность, иначе исходное значение Rt будет очень мало и поверхностный слой сотрется очень быстро. Поэтому взаимодействующие поверхности пары трения «керамика-металл» должны соответствовать 7-9 классу шероховатости.In order to take advantage of the proposed invention, it is necessary to have a not very smooth initial surface, otherwise the initial value of R t will be very small and the surface layer will be erased very quickly. Therefore, the interacting surfaces of the ceramic-metal friction pair must correspond to the
Профилограмма может быть перестроена как амплитудная зависимость выступов, отсчитанных от дна самой глубокой впадины. Эта зависимость носит в отечественной литературе название «опорной кривой», а в зарубежной - кривой Аббота-Файрстоуна. На рисунке 3 показана условная профилограмма поверхности керамического материала и ее перестроение в «опорную кривую».The profilogram can be rearranged as the amplitude dependence of the protrusions counted from the bottom of the deepest cavity. This dependence is called the “reference curve” in Russian literature, and the Abbott-Firestone curve in foreign literature. Figure 3 shows a conventional profilogram of the surface of a ceramic material and its transformation into a “reference curve”.
В настоящей работе начальный участок опорной кривой аппроксимируется двумя прямыми 1 и 2, как показано на рисунке 3. Точка пересечения этих прямых дает оценку доли самых выступающих шероховатостей α в линейном масштабе профиля. Соответственно, в масштабе поверхности, относительная фактическая поверхность контакта будет составлять α2.In this paper, the initial portion of the reference curve is approximated by two
Таким образом, с учетом площади поверхности S, на которой происходил контакт с металлом, объем изношенного керамического материала может быть определен по следующей формуле:Thus, taking into account the surface area S on which contact with the metal occurred, the volume of the worn ceramic material can be determined by the following formula:
ПримерExample
Произведена оценка износостойкости алюмооксидных керамик по изменению параметра шероховатости Rt, изготовленных по различным технологическим режимам 1, 2, 3. Способ оценки включал контактное взаимодействие плоского торца вращающегося стержня диаметром 2 мм из стали по плоским неподвижно закрепленным алюмооксидным керамическим материалам. Взаимодействующие плоские поверхности соответствовали 7-9 классу шероховатости. Непродолжительное сухое трение осуществлялось в течение 10 секунд под нагрузкой 9 Н и линейной скоростью скольжения стального контртела 0,5 м/с. До осуществления трения на поверхности керамик в зоне контакта на длине 2 мм определялся профиль, строились профилограммы и диаграммы Аббота-Файрстоуна, по которым рассчитывался вклад в трение доли наиболее выступающих шероховатостей α, относительно линейного профиля. После трения строились аналогичные профилограммы и рассчитывалось изменение параметра шероховатости ΔRt. Определялась площадь фактического пятна контакта S. Затем по формуле (1) рассчитывался изношенный микрообъем Vm керамического материала.The wear resistance of alumina ceramics was estimated by changing the roughness parameter R t made according to various
Для сравнения, проводились более «жесткие» трибологические испытания алюмооксидных керамических материалов, изготовленных по различным технологическим режимам 1, 2, 3 по методу измерения массового износа. В испытаниях использовалась трибологическая схема неподвижный «палец» (исследуемая керамика) - подвижный диск (абразив). Способ заключался в следующем: вертикальная нагрузка исследуемых образцов керамик на абразив составляла 18 Н. Трение проводилось в течение одного и того же интервала времени для всех керамик - 30 с. Путь трения в каждом опыте составлял 270 м. Для каждого материала проведено по 10 испытаний, результаты усреднены. Трение проводилось по абразивному диску на основе корунда, средний размер зерна абразива - 500 мкм. Вращение диска осуществлялось со скоростью 3000 оборотов в минуту. Массовый износ (Δm) определялся на аналитических весах. Полученные результаты определения изношенного микрообъема по изменению параметра шероховатости от пути трения (ΔVm/L) совпадают с данными по массовому износу от пути трения (Δm/L), таблица 1.For comparison, more “rigorous” tribological tests of alumina ceramic materials made according to various
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107699A RU2658129C1 (en) | 2017-03-07 | 2017-03-07 | METHOD OF ESTIMATION OF WEAR-RESISTANCE OF CERAMIC MATERIALS BY ROUGHNESS PARAMETER CHANGE Rt |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107699A RU2658129C1 (en) | 2017-03-07 | 2017-03-07 | METHOD OF ESTIMATION OF WEAR-RESISTANCE OF CERAMIC MATERIALS BY ROUGHNESS PARAMETER CHANGE Rt |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2658129C1 true RU2658129C1 (en) | 2018-06-19 |
Family
ID=62620436
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017107699A RU2658129C1 (en) | 2017-03-07 | 2017-03-07 | METHOD OF ESTIMATION OF WEAR-RESISTANCE OF CERAMIC MATERIALS BY ROUGHNESS PARAMETER CHANGE Rt |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2658129C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU158440A1 (en) * | ||||
JP2001091436A (en) * | 1999-09-22 | 2001-04-06 | Takachiho Seiki Kk | Friction testing machine and method thereof |
RU2373520C1 (en) * | 2008-08-11 | 2009-11-20 | Институт прикладной механики Уральского отделения Российской Академии Наук | Method of evaluation of relative wear resistance of materials |
RU2433384C2 (en) * | 2009-04-21 | 2011-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") | Method of determining wear resistance |
-
2017
- 2017-03-07 RU RU2017107699A patent/RU2658129C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU158440A1 (en) * | ||||
JP2001091436A (en) * | 1999-09-22 | 2001-04-06 | Takachiho Seiki Kk | Friction testing machine and method thereof |
RU2373520C1 (en) * | 2008-08-11 | 2009-11-20 | Институт прикладной механики Уральского отделения Российской Академии Наук | Method of evaluation of relative wear resistance of materials |
RU2433384C2 (en) * | 2009-04-21 | 2011-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") | Method of determining wear resistance |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gee et al. | Progress towards standardisation of ball cratering | |
Kalin et al. | Use of equations for wear volume determination in fretting experiments | |
RU2644440C1 (en) | Method for determination of coating wear resistance | |
Yeo et al. | Micromechanical properties of polymeric coatings | |
Fildes et al. | Improved ball crater micro-abrasion test based on a ball on three disk configuration | |
Shipway et al. | Wear of bulk ceramics in micro-scale abrasion—The role of abrasive shape and hardness and its relevance to testing of ceramic coatings | |
RU2658129C1 (en) | METHOD OF ESTIMATION OF WEAR-RESISTANCE OF CERAMIC MATERIALS BY ROUGHNESS PARAMETER CHANGE Rt | |
JP4956834B2 (en) | Hardness test method | |
Pawlus et al. | Profilometric measurements of wear scars: A review | |
Rovani et al. | On the use of microscale abrasion test for determining the particle abrasivity | |
Shipway | The role of test conditions on the microabrasive wear behaviour of soda-lime glass | |
Priyan et al. | Abrasive wear modes in ball-cratering test conducted on Fe73Si15 Ni10Cr2 alloy deposited specimen | |
Fadin et al. | Acoustic emission and surface roughness of brittle materials | |
de Payrebrune | Relation of kinematics and contact forces in three-body systems with a limited number of particles | |
Ismailov et al. | Problematics of friction in a high-speed rubber-wheel wear test system: A case study of irregularly rough steel in water lubricated contact | |
Kukareko et al. | Evaluation of tribological properties of hard coatings obtained on steel C45 by electro-spark alloying | |
RU2315284C1 (en) | Mode of evaluation of relative durability of material | |
Kim et al. | Characterisation of friction behaviour of flake, spheroidal, and compacted vermicular graphite cast irons | |
Markov et al. | Development of a Method for Evaluating Alumina Ceramic Material the Wear Resistance | |
Zivic et al. | A comparison of reciprocating sliding at low loads and scratch testing for evaluation of TiN (PVD) coating | |
Hagarová | Experimental methods of assessment of PVD coatings properties | |
Rajan et al. | Sliding friction and wear characteristics of grade 410 martensitic stainless steel | |
Gee et al. | Ball cratering or micro-abrasion wear testing of coatings. | |
Sulima et al. | Effect of test conditions on wear properties of steel-matrix composites | |
RU2751459C1 (en) | Method for assessing the wear resistance of thin-layer ceramic coatings using the acoustic emission method |