РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Одной из основных задач, которые необходимо решить для достижения цели работы,
является определение зависимостей износостойкости железоуглеродистых сплавов от
их состава и структуры. Трудность определения этих зависимостей заключается в
выборе метода определения износостойкости, который должна позволять
воспроизводить абразивное изнашивание в «чистом» виде при исключении возможно
большего числа незначимых факторов. Кроме того, результаты испытаний должны
быть легко интерпретируемы и сопоставимы с уже известными данными различных
авторов.
2.1. Методы определения износостойкости
В отечественной и зарубежной исследовательской практике используют стандартные
методы проведения испытаний – ГОСТы или международные стандарты, стандарты
разных стран и профессиональных обществ (ISO, DIN, ASTM и т.д.), несмотря на
то, что применение стандартных методик не является обязательным при проведении
исследовательских работ. Использование стандартных методов испытаний
значительно повышает ценность получаемых результатов и выводов, сделанных на
основании анализа экспериментальных данных.
В связи с этим для проведения испытаний железоуглеродистых сплавов необходимо
было использовать какой-либо из стандартных методов определения износостойкости
металлических материалов при абразивном изнашивании.
Со времен СССР существуют два ГОСТа на проведение испытаний металлических
материалов на абразивное изнашивание. Оба стандарта в настоящее время действуют
в Украине.
ГОСТ 23.208-79 [239] регламентирует испытания на изнашивание незакрепленным
абразивом. Установка для проведения этих испытаний аналогична машине
Бринелля-Хаворта (см. рис. 1.6). Аналогом данного стандарта является
американский стандарт ASTM G65 [240]. Суть метода заключается в изнашивании
плоского образца прижатым к нему резиновым колесом. При этом свободный абразив
определенного гранулометрического состава подается между образцом и колесом.
Интенсивность разрушения материала при таком режиме испытаний не является
максимальной, т.к. большинство абразивных частиц лишь пластически деформируют
изнашиваемую поверхность. Удаление микрообъемов происходит только после
многократного взаимодействия участка поверхности с абразивными зернами. Кроме
того, существует вероятность шаржирования образцов малой твердости, что вообще
исключает возможность проведения испытаний.
ГОСТ 17367-71 [219] регламентирует испытания металлических материалов на
изнашивание закрепленным абразивом. Аналогом этого стандарта является
американский стандарт ASTM G132 [241]. Суть метода заключается в истирании
цилиндрического образца об абразивное полотно. Образец с определенным усилием
прижимается торцом к абразивной поверхности и движется относительно нее.
Образец проходит строго постоянный путь, и об интенсивности изнашивания
материала образца судят по изменению его массы или линейных размеров.
Данная испытательная методика воспроизводит наиболее жесткий режим абразивного
изнашивания – одноцикловое разрушение поверхности трения. При одноцикловом
разрушении напряжения в контактах твердых частиц с материалом поверхности
превышают предел прочности материала, микрообъемы которого удаляются при
однократном взаимодействии с абразивными зернами или, переходя в
предразрушенное состояние, могут быть легко отделены при следующем контакте с
абразивом. В этом случае изнашивание наиболее интенсивно, поэтому именно
одноцикловый режим определяет скорость разрушения в большинстве случаев
взаимодействия материала и абразива. В связи с этим для целей настоящей работы
наиболее приемлемой испытательной методикой следует считать ГОСТ 17367-71.
В основу ГОСТ 17367-71 положен разработанный М.М.Хрущовым и М.А.Бабичевым метод
испытаний на машине Х4-Б [22], который заключается в следующем.
Цилиндрический образец 2 испытуемого материала диаметром 2 мм (рис. 2.1) трется
торцом об абразивную поверхность (абразивное полотно). Полотно закреплено на
металлическом диске 1 с вертикальной осью вращения. Образец при помощи
цангового зажима закреплен в державке 3, совмещенной с грузом определенной
массы 4. Масса державки с грузом составляет 300 г, что обеспечивает заданную
постоянную нормальную нагрузку на образец в течение всего времени испытаний.
Рис. 2.1. Схема машины Х4-Б [7]:
1 – диск; 2 – образец; 3 – державка; 4 – груз.
Вертикальное положение державки с образцом обеспечивается специальным
кронштейном с отверстием, при этом посадка державки в отверстии кронштейна
выполняется с минимальным зазором. Это позволяет державке свободно перемещаться
относительно кронштейна при изнашивании образца, благодаря чему сохраняется
постоянная нагрузка на образец в процессе испытания. В то же время, зазор
достаточно мал, чтобы поддерживать ось державки и образца в вертикальном
положении.
Кронштейн соединен с приводом машины таким образом, что совершает радиальное
перемещение на 1 мм на каждый оборот диска. Поэтому траектория движения образца
по абразивной поверхности представляет собой спираль Архимеда.
Радиальное перемещение образца обеспечивает постоянное трение по свежей
поверхности абразива, несмотря на то, что при диаметре образца 2 мм смещение
происходит только на 1 мм. При разработке метода испытаний на машине Х4-Б
показано [22], что однократное прохождение образца по абразивной поверхности
практически не изменяет ее свойства. В то же время подача на 1 мм вместо 2 мм
позволяет вдвое увеличить длину пути трения, доступную для испытания на одном
листе абразивного полотна.
Внешний вид машины Х4-Б, использованной при проведении наших исследований,
показ
- Київ+380960830922