摩擦磨损试验方法综述

日期：2023-08-09 浏览：2076

摩擦磨损试验方法综述

摩擦磨损是指物体在相对运动的接触面上发生的材料损失现象，它会影响物体的性能、寿命和可靠性。因此，研究和评价材料的摩擦磨损性能是一项重要的工作，它需要采用合适的试验方法和设备。本文将总结摩擦磨损的类型和对应的试验方法，以及介绍ASTM标准和技术发展方向。

摩擦磨损的类型

根据磨损机理的不同，摩擦磨损可以分为以下几种类型：

粘着磨损：指由于接触面之间的固相焊合，导致材料从一个表面转移到另一个表面的现象。粘着磨损常发生在无润滑或润滑不良的条件下，严重时会导致摩擦副卡死或焊接。
磨料磨损：指由于硬质物体或颗粒的切削或刮擦作用，引起表面材料脱落的现象。磨料磨损可以分为凿削式、高应力碾碎式和低应力擦伤式三种形式。磨料磨损是最常见的一种磨损形式，它会造成表面沟槽、划痕和粗糙度增加。
表面疲劳磨损：指两接触面作滚动或滚动滑动复合摩擦时，在交变接触压应力作用下使材料表面疲劳而产生物质损失的现象。表面疲劳磨损常发生在齿轮、凸轮、滚动轴承等部件上，它会导致表面裂纹、颗粒脱落和麻点形成。
腐蚀磨损：指在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学或电化学反应，产生物质损失的现象。腐蚀磨损的形式和程度取决于介质的性质、作用状态以及材料的性能。腐蚀磨损会造成表面冲蚀坑、沟槽和裂纹等。
微动磨损：指在两个相互接触的金属表面间伴有小振幅的振动作用，由于零件的振动和周期性变形，使表面的氧化膜破裂，材料发生粘着；进而氧化物的脱落和粘着结点剪切，产生物质损失的现象。微动磨损常发生在机器零件间隙处，它会导致红褐色微粉积聚、相对滑动甚至焊接。

除了上述五种基本类型外，还有一些特殊类型的摩擦磨损，如空蚀、电弧、辐射等。

摩擦磨损试验方法

为了评价材料或部件在不同工况下的摩擦磨损性能，需要采用适当的试验方法和设备。一般来说，摩擦磨损试验方法可以分为两类：实际工况试验和模拟工况试验。

实际工况试验是指在真实的使用环境中对材料或部件进行摩擦磨损测试，它可以反映出最真实的摩擦磨损情况，但也存在一些缺点，如试验时间长、成本高、难以控制和重复等。

模拟工况试验是指在实验室中用特定的设备和参数对材料或部件进行摩擦磨损测试，它可以模拟出不同的摩擦磨损机理和类型，但也存在一些局限性，如难以完全模拟真实的工况、难以考虑多种因素的综合作用等。

根据不同的摩擦磨损类型和机理，有多种模拟工况试验方法可供选择，如：

滑动摩擦磨损试验：用于评价材料或部件在滑动摩擦条件下的粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损等性能。常用的设备有球盘式、环盘式、柱盘式、四球式、针盘式等。
滚动摩擦磨损试验：用于评价材料或部件在滚动摩擦条件下的表面疲劳磨损、腐蚀磨损等性能。常用的设备有滚动轴承式、滚子式、鼓轮式等。
滚动滑动复合摩擦磨损试验：用于评价材料或部件在滚动滑动复合摩擦条件下的表面疲劳磨损、腐蚀磨损等性能。常用的设备有齿轮式、凸轮式、圆锥滚子式等。
微动摩擦磨损试验：用于评价材料或部件在微动条件下的微动磨损性能。常用的设备有往复式、振动式、旋转式等。
纳米摩擦磨损试验：用于评价纳米尺度下材料或部件的摩擦力和纳米划痕等性能。常用的设备有原子力显微镜（AFM）、纳米压痕仪（NIM）、纳米划痕仪（NSM）等。

ASTM标准简介

ASTM（美国材料与试验学会：American Society of Testing Materials）是一个国际标准组织，致力于开发和发布针对各种材料，产品，系统和服务的自愿性共识技术标准。全球大约有12,575个ASTM自愿性共识标准。

ASTM标准分以下六种类型:

标准试验方法（Standard Test Method）：它是为鉴定、检测和评估材料、产品、系统或服务的质量、特性及参数等指标而采用的规定程序。
标准规范（Standard Specification）：它是为规定材料、产品、系统或服务应具备的质量要求而制定的强制性标准。
标准实施规程（Standard Practice）：它是为指导操作者按一定程序执行

操作或使用材料、产品、系统或服务的一种规定程序。

标准指南（Standard Guide）：它是为提供一些可供选择的建议或建议性信息而制定的一种标准。
标准分类（Standard Classification）：它是为将材料、系统或服务按照一定的逻辑顺序或分组而制定的一种标准。
标准术语（Standard Terminology）：它是为定义和解释与某一特定领域相关的术语而制定的一种标准。

在摩擦磨损试验领域，ASTM制定了多个标准试验方法，规范和指南，以规范和指导摩擦磨损试验的设备、参数、程序、结果和报告等。以下是一些常用的ASTM标准：

ASTM G99-04：使用针对磨盘设备进行磨损测试的标准测试方法Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus
ASTM D5707-11：润滑脂摩擦磨损性能测量 (高频线性振动试验机法)标准试验方法
ASTM D7594-11：使用高频线性震荡 (SRV)试验机测定润滑脂在高赫兹接触压力下的摩擦磨损耐受性的标准试验方法
ASTM D6425-11：用SRV试验机测量极压 (EP)润滑油摩擦和磨损特性的标准试验方法
ASTM G40：Standard Terminology Relating to Wear and Erosion 摩擦磨损和侵蚀术语标准
ASTM G133：Standard Test Method for Linearly Reciprocating Ball-on-Flat Sliding Wear 球盘式滑动摩擦磨损试验方法标准
ASTM G65：Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber Wheel Apparatus 干砂橡胶轮法磨料磨损试验方法标准
ASTM G77：Standard Test Method for Ranking Resistance of Materials to Sliding Wear Using Block-on-Ring Wear Test 环块法磨料磨损试验方法标准
ASTM G105：Standard Test Method for Conducting Wet Sand/Rubber Wheel Abrasion Tests 湿砂橡胶轮法磨料磨损试验方法标准
ASTM G119：Standard Guide for Determining Synergism Between Wear and Corrosion 摩擦和腐蚀协同作用的测定指南标准
ASTM G137：Standard Test Method for Ranking Resistance of Plastics to Sliding Wear Using a Block-On-Ring Configuration 环块式滑动摩擦磨损试验方法标准
ASTM G176：Standard Test Method for Ranking Resistance of Plastics to Sliding Wear Using Block-on-Ring Wear Test—Cumulative Wear Method 环块式滑动摩擦磨损试验方法（累积磨损法）标准
ASTM G181：Standard Practice for Conducting Friction Tests of Piston Ring and Cylinder Liner Materials Under Lubricated Conditions 活塞环和缸套材料在润滑条件下的摩擦试验实施规程标准
ASTM G190：Standard Guide for Developing and Selecting Wear Tests 制定和选择磨损试验的指南标准
ASTM G204：Standard Test Method for Damage to Contacting Solid Surfaces under Fretting Conditions 微动条件下接触固体表面损伤的试验方法标准
ASTM G206：Standard Guide for Measuring the Wear Volumes of Piston Ring Segments Run against Flat Coupons in Reciprocating Wear Tests 往复式摩擦试验中活塞环片对平板的磨损量测量指南标准