Способ исследования трения материалов

(19) (1 01 М 19/02/И 3/5 51) МИТЕТТКРЫТИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ЕНИ ки кв ИЯ ПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзный научно-исследователи проектный институт по креплениюжин и буровым растворам(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 1014095, кл. 6 01 И 3/56, 1983,(54).СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРМАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к трению и смазке, а именно к методам исследования трения материалов, и может быть использовано для исследования трения, например, воды, водных растворов срганических и неорганических веществ (глицерин, этиленгликоль, перекись водорода и др.).Известен способ исследования трения, заключающийся в том, что определяют количество теплоты, выделившейся при трении пары путем регистрации термоэлектродвижущей силы (ЭДС), величина которой пропорциональна количеству теплоты, а о фрикционных свойствах пары трения судят по величине ЭДС.Известен способ исследования трения твердых материалов, заключающийся в том, что определяют количество теплоты, выделяющейся при трении исследуемой пары, по которому судят о фрикционных свойствах пары, а исследуемую пару размещают в теплоп роводную замкнутую камеру. 1711041 А(57) Изобретение относится к испытаниям материалов на трение, Целью изобретения является повышение достоверности результатов. Образец материала изготавливают, при температуре ниже точки плавления. Измеряют его массу до испытания. При температуре плавления и нормальной нагрузке осуществляют трение образца по контробраэцу, В ходе испытания определяют массу расплавленного материала и путь трения, по которым находят коэффициент сопротивления скольжению. Однако известный способ характери эуется сложностью и низкой точностью, обусловленной тем, что количество выделившейся теплоты определяют измеряя перепадтемператур между камерой из меди и термостатом с помощью термопары. В зависимости от расположения привода исследуемой пары трения вне или.в камере, происходит либо утечка, либо дополнительный приток тепла, что снижает точность измерений. Кроме того, определение количества теплоты по измерению перепада температур требует соответствующую измерительную оснащенность способа, что усложняет его и также снижает точность измерений.Целью изобретения является повышение достоверности исследования трения материалов.Поставленная цель достигается тем, что в способе исследования трения материалов, заключающемся в том, что в процессе трения образца по контртелу при постоянной температуре и нормальной нагрузке определяют параметр, по которому оценивают фрикционные свойства материалов, трение образца по контробразцу осуществляют при температуре плавления образца, определяют массу Ь в расплавленного материала как разность масс образца до и после трения, а в качестве параметра определяют коэффициент т сопротивления скольжению по ФормулеА ЛгпР где Р - нормальная нагрузка;- путь трения;А - удельная теплота плавления.Выполнение предлагаемого способапозволяет повысить достоверность измерения за счет проведения исследований смазочной способности материала при температуре его плавления, в результате чего достигается стабильность Факторов, влияющих на процесс трения. В предлагаемом способе поверхность образца исследуемого материала лишена слоев, образованных в результате физико-химических взаимодействий, и представляет собой ювенильную поверхность, В известных способах для достижения ювенильной поверхности необходимо произвести тщательную обработку поверхности соприкосновения, а сами исследования проводить в вакууме, Кроме того, во время трения исследуемый расплавленный материал распределяется по поверхности соприкосновения равномерным слоем.1 олщина смазывающего слоя остается все время постоянной, так как происходит самоудаление жидкого материала из зоны контакта. Процесс притирания образцов происходит при постоянной температуре, т.е, в зоне соприкосновения поверхностей температура всегда соответствует темпера. туре плавления материала.Способ осуществляют следующим образом.Изготавливают образец исследуемогоматериала при температуре ниже его точки плавления. Измеряют массу образца в 1 и укрепляют его в держателе пары трения, размещенной в термостате, температура в котором соответствует температуре плавления исследуемого материала. Затем притирают образец исследуемого материала с образцом, температура плавления материала которого не ниже исследуемого. В процессе внешнего трения происходит трансформация механической работы в энергию внутренних процессов, что приводит к расплавлению исследуемого материала в зоне контакта образцов, Так как образцы соприкасаются в постояннойнормальной нагрузкой, то излишек жидко 5 го расплавленного материала, смазывающего поверхность образцов, удаляется.После истечения заданного времени притирание заканчивают, с исследуемого образцаудаляют жидкий материал и проводят изме 10 рение массы исследуемого образца в 2. Затем вычисляют массу расплавленногоматериала исследуемого образца Л гп, какразницу значения массы образца до и послепритирания15 Л гп = щ 1- п 2,где щ 1 - масса исследуемого образца допритирания, кг;щ 2 - масса исследуемого образца послепритирания, кг,20 Энергия внутренних процессов определяется как количество теплоты, затрачиваемое на плавление исследуемого образца.Зная массу расплавленного материаларассчитывают количество теплоты О по из 25 вестной формулеО= 1 Лгп,где 1 - удельная теплота плавления материала, Дж/кг,Определение смазочных свойств мате 30 риала основывается на установлении энергетических соотношений. Для этогонеобходимо найти механическую работупары трения, которая может рассчитываться как произведение нормальной нагрузки35 образцов на путь трения:А=Р 1,где А - механическая работа пары трения;Р - нормальная нагрузка, Н;1 - пугь трения, м,40 В результате количественной оценкиэнеогии, затрачиваемой на процесс (механическая работа А) и энергии внутреннихпроцессов О, приводящей к плавлению материала, можно рассчитывать коэффициент45 сопротивления скольжению (интегральный коэффициент трения), Коэффициентсопротивления скольжению определяют,как отношение количества теплоты 0 к механической работе А:50О А ЛгпА Р 1 и по нему оценивают смазочные свойства 55 материала.Необходимо отметить, что выведеннаяФормула применима только для рассматриваемого случая и при расчете коэффициента сопротивления скольжению т исходят из1711041 Составитель О, ДемиховТехред М.Моргентал Корректор Т,Малец Редактор Н. Гулько Заказ 334 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 энергетических соотношений в системе, т.е. учитывается суммарное (интегральное) воздействие действующих сил за исследуемый промежуток времени.П р и м е р. Проводят исследования по определению смазочных свойств воды в паре трения лед-сталь. Заполняют форму водой и охлаждают до образования льда. Затем образец льда вынимают из формы, измеряют его массу гп 1 = 9,3 10 з кг и укрепляют в держателе пары трения, размещенной в термостате, в котором поддерживается температура 0 С. После того, как образец льда введут в соприкосновение со стальным образцом, с постоянной нормальной нагрузкой Р - 40 Н, образец из стали начинают вращать с постоянной скоростью Ч - 1,76 10 м/с. Через время Т - 100 мин притирание заканчивают. С образца льда с помощью фильтрационной бумаги удаляют воду и измеряют массу этого образца щ 2- =9,52 10 кг. Затем вычисляют массу водыгп = гп 1 - в 2 = 0,3110 з кг.Расчетным путем определяют коэффициент сопротивления скольжению:Л Л т 332400 0,31 103 Р 1056 40=0,024где Л = 332400 Дж/кг - теплота плавления воды;1= Ч Т -1,76 10 2 6000 = 105,6 м - путь трения.Для исследования закономерности проводят эксперименты, при которых изменяют давление Р и путь трения 1. Так, при тех же параметрах в первом эксперименте создают нормальную нагрузку Р = 400 Н, а во втором, вернувшись к первоначальной нагрузке, Р -40 Н, увеличивают путь трения 1- 1760 нм. В результате чего получают соответствующие значения: Лгпи = =2,99 10 кг и пц - 4,81 10 кг, что подтверждает правильность расчетной формулы.Таким образом, исследование тренияматериалов по предлагаемому способу по 5 зволяет отказаться от способа измеренияиспользованного в прототипе с применением термопаоы или батареи термопар и вторичного измерительного прибора, чтоповышает достоверность способа,10 Использование предлагаемого способаисследования трения материалов обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества: притираетсяювенильная поверхность, толщина смазоч 15 ного слоя постоянна, в зоне контактирования образца температура не изменяется иравна температуре плавления материала,Вышеперечисленные преимуществаобеспечивают чистоту, стабильность и одно 20 значность исследований, повышают достоверность результатов.Формула изобретенияСпособ исследования трения материалов, заключающийся в том, что в процессе25 трения образца по контртелу при постоянной температуре и нормальной нагрузкеопределяют параметр, по которому оценивают фрикционные свойства материала, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыше 30 ния достоверности результатов, трение образца по контробразцу осуществляют притемпературе плавления образца, определяют массу Ь а расплавленного материалакак разность масс образца до и после тре 35 ния, а в качестве параметра определяют коэффициент 1 сопротивления скольжения поформуле 40где Р - нормальная нагрузка;1 - путь трения;Л - удельная теплота плавления материала,