ГОСТ 23.201-78
Группа Т51
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Обеспечение износостойкости изделий
Метод испытания материалов и покрытий на газоабразивное изнашивание
с помощью центробежного ускорителя
Products wear resistance assurance.
Gas abrasive wear testing of materials and coatings with centrifugal accelerator
МКС 19.060
Дата введения 1979-01-01
Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 7 февраля 1978 г. N 382 дата введения установлена 01.01.79
ПЕРЕИЗДАНИЕ
Настоящий стандарт распространяется на металлические материалы и покрытия и устанавливает метод их испытания на абразивное изнашивание в потоке твердых частиц.
Стандарт не распространяется на материалы и покрытия твердостью менее 20 HV, на пористые материалы со средним размером пор более 0,02 мм, а также на покрытия толщиной менее 0,3 мм.
Метод основан на одновременном воздействии на испытуемые и эталонные образцы потока твердых частиц, создаваемого центробежным ускорителем со стандартными размерами рабочих органов при фиксированных режимах испытаний, и измерении величины износа исследуемого и эталонного образцов, а износостойкость материала оценивают путем сравнения его износа с износом эталонного образца.
1. ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ
1. ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ
Центробежный ускоритель твердых частиц содержит вращающийся вокруг вертикальной оси ротор с четырьмя радиально расположенными каналами прямоугольного сечения. В радиальные каналы ротора из бункера поступает абразивный материал, который под действием центробежных сил выбрасывается из ротора и ударяется о поверхность закрепленных вокруг него испытуемых образцов со скоростью, определяемой скоростью вращения ротора, и под углом атаки, определяемым установкой образцов.
Схема установки образцов приведена на черт.1 приложения 1. Основными параметрами центробежного ускорителя, определяющими режим истечения и удара по образцу абразивных частиц, являются: расстояние от выходного окна канала до оси ротора, составляющее (100±0,5) мм, размеры сечения канала, составляющие 37 мм; длина канала, составляющая (82±0,4) мм, а также диаметр выходного канала бункера, составляющий (6±0,2) мм, и угол конусности бункера =90°. Испытательная установка должна отвечать требованиям пп.3.1-3.4.
Абразивный материал - кварцевый песок Приволжского месторождения по ГОСТ 6139-2003 с размером зерен 0,5-0,9 мм и с относительным содержанием влаги не более 0,15% используют при общей сравнительной оценке износостойкости.
При оценке износостойкости применительно к конкретным условиям изнашивания допускается использовать абразивный материал, соответствующий материалу, воздействующему при эксплуатации, но с размером зерен не более 1,2 мм. В этом случае характеристики абразивного материала приводят в протоколах испытаний. При применении стандартного абразивного материала указывают номер соответствующего стандарта. При применении нестандартного абразивного материала в протоколе испытаний указывают вид абразивного материала, месторождение, максимальный и минимальный размер зерен абразива, их твердость, среднюю удельную поверхность частиц в квадратных сантиметрах на грамм и другие данные, необходимые для идентификации абразивного материала, устанавливаемые по согласованному перечню. При частоте вращения ротора 3000 об/мин допускается при приработке повторно использовать абразивный материал, но не более двух раз.
Исследуемые и эталонные образцы изготовляют в виде пластин размером 20х15х4 мм с допусками на размеры по 7-му классу точности и шероховатостью рабочей поверхности (поверхность 20х15 мм) =0,16-0,32 мкм, без острых кромок.
Примечание. При необходимости проведения испытаний образцов толщиной менее 4 мм допускается применять прокладки, обеспечивающие суммарную толщину пакета 4 мм. При испытании пористых материалов, как исключение, допускается шероховатость поверхностей более 0,32 мкм.
Эталонные образцы изготовляют из стали марки 45 по ГОСТ 1050-88 в отожженном состоянии твердостью 185-195 НV. Износ испытуемых и эталонных образцов определяют путем взвешивания с погрешностью не более 0,1 мг до и после испытаний.
Потеря массы образца вследствие износа при испытании должна составлять не менее 5 мг.
Промывочные материалы: бензин по НТД, ацетон по ГОСТ 2603-79.
2. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ
2.1. Перед испытаниями определяют твердость образцов по ГОСТ 2999-75. Отобранные образцы маркируют.
2.2. Проверяют влажность абразивного материала по ГОСТ 5382-91 и при необходимости доводят ее до соответствия требованиям разд.1.
2.3. Образцы последовательно промывают растворителями, указанными в разд.1, и просушивают на воздухе.
2.4. Эталонные и испытуемые образцы устанавливают на центробежном ускорителе и производят приработку перед каждым испытанием. Установка образца в держателе должна обеспечивать ширину участка рабочей поверхности образца, открытую воздействию абразивного материала, (12±0,1) мм. При приработке угол установки образцов, частота вращения ротора, количество засыпаемого в бункер абразива назначаются такими же, как при проведении основного испытания (пп.3.1-3.4).
2.5. После приработки образцы вновь промывают в соответствии с п.2.3 и определяют начальную массу образцов взвешиванием в соответствии с разд.1.
3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
3.1. Образцы устанавливают на испытательной установке в положении, соответствующем выбранному углу атаки (см. п.3.2). Допускается одновременно устанавливать 15 образцов с различными углами атаки. При этом одновременно устанавливают с одинаковыми углами атаки не менее трех испытуемых и трех эталонных образцов. Размещение этих образцов вокруг ротора должно быть равномерным.
При испытаниях пористых неоднородных сплавов, спеченных металлокерамических материалов и неоднородных наплавок одновременно устанавливают пять образцов исследуемого материала и три образца эталонного материала. Образцы должны быть установлены таким образом, чтобы центр рабочей поверхности образца лежал в горизонтальной плоскости осей рабочих каналов ротора, а расстояние от центра рабочей поверхности образца до оси ротора должно составлять (118±1) мм. Угол в плане между осью, направленной вдоль большей стороны образца, и нормалью к цилиндрической поверхности ротора в точке пересечения оси образца с поверхностью ротора должен составлять 55°±20' (черт.1).
3.2. Испытания проводят при углах атаки 15; 30; 60 и 90°. Необходимый угол атаки обеспечивается наклоном рабочей поверхности образца относительно горизонтальной плоскости.
3.3. Устанавливают частоту вращения ротора 3000 или 6000 об/мин, обеспечивающую скорость потока частиц абразива 38 или 76 м/с.
Примечание. При использовании абразивного материала, соответствующего ГОСТ 6139-2003, частота вращения ротора () в об/мин может быть вычислена по формуле
где - средняя скорость частиц, м/с.
При использовании абразивного материала, не отвечающего ГОСТ 6139-2003, частоту вращения ротора, обеспечивающего необходимую скорость удара частиц, подбирают опытным путем. Частоту вращения ротора поддерживают в процессе испытаний постоянной в пределах ±2,5% расчетной.
3.4. Количество расходуемого абразивного материала при испытаниях должно соответствовать указанному в табл.1.
Таблица 1
Твердость испытуемого материала или покрытия HV | Количество используемого абразива, кг, при частоте вращения ротора, об/мин | |
3000 | 6000 | |
Не более 1000 | 30±1,0 | 5±0,2 |
Не менее 1000 | 60±2,0 | 10±0,5 |
При несоблюдении требования разд.1 (при испытаниях накоплен слишком малый износ) для испытания берут удвоенное количество абразивного материала.
При испытаниях необходимо обеспечивать непрерывную подачу абразивного материала в ротор. Если масса абразивного материала, необходимая для испытаний, превышает вместимость бункера, то допускается подсыпать абразивный материал в бункер в процессе испытаний.
3.5. Включают привод вращения ротора и после достижения им расчетной частоты вращения открывают заслонку бункера для подачи абразивного материала в ротор.
3.6. После израсходования абразивного материала, засыпанного в бункер и предназначенного для данной серии испытаний, ротор останавливают, образцы снимают, промывают по п.2.3 и взвешивают в соответствии с разд.1. При установке и съеме образцов не допускается повреждение их поверхностей.
3.7. Результаты взвешивания образцов до и после испытаний заносят в протокол. Образец протокола приведен в приложении 2.
3.8. Проводят испытания при других углах установки образцов и частотах вращения ротора, подбираемых в соответствии с пп.3.2 и 3.3.
3.9. Если при испытании с определенной скоростью частиц и определенным углом атаки отклонение значения потери массы (износа) отдельных образцов превышает 15% средней потери массы всех испытанных образцов, то испытание повторяют в соответствии с пп.3.1-3.7.
3.10. Средние потери массы эталонных образцов по результатам испытаний должны находиться в пределах, указанных в табл.2.
Таблица 2
Частота вращения ротора, об/мин | Значение потери массы эталонных образцов, кг, при угле атаки , град | |||
15 | 30 | 60 | 90 | |
3000 | 4,8±1,5 | 8,5±1,5 | 13,5±1,5 | 11,1±1,5 |
6000 | 8,1±1,5 | 16,0±1,6 | 21,1±2,0 | 14,6±1,5 |
Если потери массы эталонных образцов отличаются от значений, указанных в табл.2, то следует проверить правильность выполнения условий испытаний по разд.1 и после приведения условий испытаний в соответствии с указанными пунктами повторить испытания.
4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ
4.1. По результатам взвешивания образцов до и после испытаний с определенным углом атаки и скоростью частиц определяют среднюю потерю массы эталонных образцов и среднюю потерю массы испытуемых образцов.
где - количество испытуемых образцов в соответствии с п.3.1;
, - потери массы -го эталонного и испытуемого образцов.
4.2. Относительную износостойкость () исследуемого материала вычисляют по формуле
где ; - плотности эталонного и испытуемого материала соответственно, г/см.
Результаты расчетов заносят в протокол. Указанные вычисления производят с погрешностью не более 0,0001 г.
4.3. При записи результатов испытаний необходимо указывать режимы испытаний образцов (угол атаки, скорость частиц), к которым относится данное значение износостойкости.
4.4. В стандартах, технических условиях и другой нормативно-технической документации, устанавливающей требования на износостойкость испытуемых материалов, значения относительной износостойкости должны приводиться со ссылкой на настоящий стандарт, с указанием угла атаки и скорости абразивных частиц. Например: "Износостойкость при изнашивании по ГОСТ 23.201-78 при =90° и =3000 об/мин не менее 5,2".
Если при испытаниях применяют абразивный материал, отличный от указанного в ГОСТ 6139-2003, то должны приводиться также данные в соответствии с разд.1 по использованному абразивному материалу.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (рекомендуемое). ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемое
Схема машины ЦУК приведена на черт.1. Испытуемые образцы 1 закрепляют симметрично относительно оси вращения ротора 4. Из бункера 2 абразивные частицы при открытой заслонке 3 поступают в центральное отверстие ротора 4, откуда под действием центробежных сил поступают через четыре радиальные канала на образцы 1. Ротор крепят непосредственно к валу электродвигателя 5, а с нижней частью вала двигателя связан датчик частоты вращения вала. Обеспечивается возможность плавного регулирования скорости вращения ротора с автоматическим поддержанием установленной частоты вращения.
1 - образец; 2 - бункер; 3 - заслонка; 4 - ротор; 5 - двигатель; 6 - датчик частоты вращения;
7 - радиальные каналы ротора
Черт.1
После соударения с образцами абразивные частицы и их осколки падают в нижний бункер, откуда удаляются с помощью пылесоса.
Комплект установки ЦУК состоит из самой испытательной машины и пульта управления.
Крепление образцов на испытательной установке осуществляется в специальных держателях с помощью клиньев, что обеспечивает быстрый съем и установку образцов. Схематически держатели представлены на черт.2.
1 - прижимная скоба; 2 - образец; 3 - держатель; 4 - опорное кольцо; 5 - клин
Черт.2
Установка держателей, обеспечивающих фиксацию образцов под заданным углом атаки, производится с помощью специального приспособления, центрируемого по оси ротора.
При изготовлении и периодически в процессе эксплуатации испытательной машины (например, после смены чрезмерно изношенных направляющих радиальных каналов ротора) производится статическое балансирование ротора. При этом в качестве противовесов применяют специальные винты, ввинчиваемые в отверстие на радиальной поверхности ротора.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (рекомендуемое). ПРОТОКОЛ испытаний на абразивное изнашивание по ГОСТ 23.201-78
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое
Дата 25.IV.1970 г. Исполнитель ВОЛКОВ В.А.
Характеристики материалов
Материал | Наименование | ГОСТ, ТУ | Термообработка | Твердость HV | Плотность р, г/см |
Материал эталона | Сталь 45 | ГОСТ 1050-88 | Отожженный | 186 | 7,8 |
Исследуемый материал | Сплав титана ВТ1-1 | АМТУ 388-57 | В состоянии поставки | 207 | 4,5 |
Материал | Наименование | ГОСТ, ТУ, источник | Размер | Твердость | Удельная поверхность, см/г | |
min | max | |||||
Абразивный материал | Песок Приволжского месторождения | ГОСТ 6139-2003 | 0,5 | 0,9 |
Режим испытаний
Частота вращения ротора, об/мин | Угол атаки , град | Скорость частиц , м/с | Масса абразива, кг |
6000 | 90 | 76 | 5 |
Результаты испытаний
Материал | Номер образца | Начальная масса, г | Масса после | Потеря массы , г | Средняя потеря массы, г |
Материал эталона | 1 | 10,1889 | 10,1765 | 0,0124 | 0,0124 |
2 | 10,1269 | 10,1147 | 0,0122 | ||
3 | 10,2012 | 10,1887 | 0,0125 | ||
(4) | |||||
(5) | |||||
Исследуемый материал | 1 | 5,9032 | 5,8947 | 0,0085 | 0,0086 |
2 | 5,8972 | 5,8884 | 0,0088 | ||
3 | 6,1030 | 6,0944 | 0,0086 | ||
(4) | |||||
(5) |
Относительная износостойкость:
Подпись ______________