ГОСТ 23.219-84
Группа Т51
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Обеспечение износостойкости изделий
Метод испытаний на износостойкость материалов и деталей
при гидроэрозионном изнашивании дисперсными частицами
Products wear resistance assurance.
Test method for wear resistance of materials and details with hydroerosion
wearing by dispersed particles
МКС | 03.120.10 |
19.060 |
ОКСТУ 0023
Дата введения 1986-01-01
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 29 апреля 1984 г. N 1540 дата введения установлена 01.01.86
ПЕРЕИЗДАНИЕ
Настоящий стандарт распространяется на металлические, керамические, полимерные и композиционные материалы, а также покрытия и элементы деталей и устанавливает метод испытаний их стойкости к гидроэрозионному изнашиванию при соударении с жидкими частицами без учета химического и температурного воздействия жидкости.
Сущность метода заключается в изнашивании вращающихся образцов в результате соударения с потоком жидких частиц, создаваемых генератором частиц, на роторной установке при фиксированных режимах испытаний и получении характеристик износостойкости образцов для оценки и прогнозирования износостойкости изделий.
Диаметры капель назначают в соответствии с условиями эксплуатации изделия и возможностями установки или при среднем диаметре
1. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
1.1. Установка для проведения испытаний (черт.1) состоит из вакуумной камеры 1, ротора 2, с образцами 5, генератора частиц 3 и бака с рабочей жидкостью 4. Схемы установки и генератора частиц (капель) даны в приложениях 1 и 2.
Черт.1
Примечание. Допускается конструктивное оформление ротора в виде диска или коромысла и установка привода с нижней стороны камеры.
1.2. Установка должна обеспечивать поддержание с требуемой точностью параметров указанных в пп.1.2.1-1.2.9.
1.2.1. Значения линейной скорости
где
Линейную скорость соударения устанавливают с погрешностью не более 1% измеряемой величины. Частоту вращения контролируют по НТД.
1.2.2. Давление рабочей среды в камере регулируют по диаграмме состояния в диапазоне от 1 до 3 кПа с погрешностью не более 2% измеряемой величины в соответствии с температурой жидкости для сохранения ее фазового состояния (приложение 3). Давление рабочей среды в камере и баке с рабочей жидкостью измеряют вакуумметрами класса не хуже 0,4 по ГОСТ 2405-88.
1.2.3. Температуру рабочей среды в камере измеряют с погрешностью не более ±1 К термоэлектрическим преобразователем и потенциометром класса не хуже 0,5 по ГОСТ 9245-79 у внутренней стенки камеры (в зоне вращения коромысла на расстоянии не более 0,1 м).
1.2.4. Температуру рабочей жидкости измеряют термометром по ГОСТ 28498-90 с погрешностью не более 1 К.
1.2.5. Диаметр жидких частиц (капель) контролируют объемным методом с погрешностью не более 0,02
1.2.6. Расстояние между центрами капель по вертикали на уровне образца устанавливают до испытаний не менее 4
1.2.7. Ширину изнашиваемой части рабочей поверхности образца выбирают не менее 5
1.2.8. Высота
1.2.9. Угол соударения
1.3. Ротор установки должен быть сбалансирован в соответствии с ГОСТ 22061-76 для класса 4; допустимый дисбаланс для рекомендуемой установки (см. приложение 1) не более 10 г·см.
1.4. Перед сдачей установки в эксплуатацию, а также после замены деталей, определяющих режим ее работы, должны быть сняты кривые, характеризующие изнашивание образца из эталонного материала при среднем диаметре капель (см. приложение 5). Для контроля работы установки рекомендуются следующие эталонные материалы:
при
при
при
Примечание. Разброс по
.
1.5. Эталонные образцы изготовляют в виде пластин шириной (15±0,1) мм, высотой (10±0,1) мм и толщиной не менее 5 мм с допуском в пределах одной партии ±0,1 мм. Рабочие поверхности металлов подготавливают по технологии изготовления микрошлифов. С исходной рабочей поверхности металлов снимают слой не более 100 мкм для удаления следов механической обработки, затем последовательно шкуркой по ГОСТ 13344-79 сначала с зернистостью N 25, а затем шкуркой с зернистостью N 12 доводят рабочую поверхность до шероховатости
Окончательно поверхность доводят на круге с суконным покрытием с применением хромовой полировочной пасты по ГОСТ 82-70 до шероховатости
1.6. Образцы из исследуемых материалов изготовляют в виде пластин или цилиндров толщиной не менее 5
Примечание. Для предотвращения изнашивания верхнюю кромку испытуемых образцов рекомендуется закрывать защитными накладками (см. приложение 1).
1.7. Образцы элементов деталей должны соответствовать по толщине натурному изделию и сохранять геометрию и свойства рабочей (подвергающейся износу) поверхности изделия (пример см. в приложении 1).
1.8. Защитные покрытия испытывают вместе с материалом или элементом детали, на которые они нанесены.
Примечание. Отбраковку образцов с покрытиями рекомендуется осуществлять по толщине покрытия, разброс которой не должен превышать ±1% среднего значения.
1.9. Способ изготовления образцов, место и направление их вырезки должны соответствовать требованиям технической документации на материал, защитное покрытие или элемент изделия.
1.10. Промывочные материалы для металлов: бензин по ГОСТ 3134-78, ацетон по ГОСТ 2603-79; для неметаллических материалов: спирт по ГОСТ 17299-78 или другие растворители, указанные в технической документации на материал.
1.11. Для испытания используют не менее 4 образцов при каждом режиме изнашивания. При необходимости статистической оценки результатов испытаний количество испытуемых образцов устанавливают в соответствии с рекомендациями ГОСТ 14359-69.
2. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ
2.1. Отобранные для испытаний образцы маркируют в нерабочей части.
2.2. Измеряют ширину, высоту, толщину образцов в трех местах (по краям и в середине): образцов размером до 20 мм - микрометром с погрешностью не более 0,01 мм; свыше 20 мм - микрометром или штангенциркулем по ГОСТ 166-89 с погрешностью не более 0,05 мм. Вычисляют среднеарифметическое значение этих размеров.
2.3. Образцы протирают промывочным материалом, указанным в п.1.10, просушивают на воздухе. Режим сушки образцов регламентируется в технической документации на материал, покрытие или изделие. Просушивание заканчивают после того, как взвешивание образца на аналитических весах с погрешностью до 10
2.4. По результатам определения массы и линейных размеров образцов материалов (пп.2.2 и 2.3) вычисляют их плотность (или кажущуюся плотность для пористых материалов) по ГОСТ 15130-86. Отклонение плотности материала образцов не должно превышать 5%.
Примечание. Плотность материалов с защитными покрытиями и элементов деталей не определяют.
2.5. Готовят дистиллят воды по ГОСТ 6709-72, который затем дегазируют путем выдерживания под давлением не более 2 кПа при температуре (288±5) К не менее 3 ч.
3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
3.1. Испытуемые образцы устанавливают на роторе и закрепляют в держателях так, чтобы рабочие поверхности образцов лежали в плоскости, проходящей через ось вращения ротора, а центр масс располагался возможно ближе к продольной центральной оси коромысла.
3.2. Герметизируют рабочую камеру установки и создают в ней давление по п.1.2.2. Температуру подаваемой воды поддерживают в диапазоне (288±5) К.
3.3. Устанавливают режим работы генератора жидких частиц (капель) в соответствии с пп.1.2.5 и 1.2.6. Контроль диаметра капель
3.4. После настройки режима работы генератора перекрывают подачу капель в рабочую камеру заслонкой или другим устройством, исключающим попадание капель на испытуемые образцы при вращении.
3.5. Включают привод вращения ротора и устанавливают расчетное значение частоты вращения с погрешностью не более 1% заданной частоты, которую рассчитывают в зависимости от требуемой линейной скорости соударения по формуле
где
3.6. Линейная скорость соударения регламентируется технической документацией на изделие и материал. При отсутствии таких рекомендаций максимальную линейную скорость соударения выбирают таким образом, чтобы инерционная сила
где
Примечание. Линейные скорости соударения рекомендуется устанавливать кратными 50, если в технической документации на материал и изделие нет других рекомендаций.
3.7. После достижения заданной частоты вращения ротора включают подачу (открывают заслонку генератора) капель и отсчитывают время изнашивания образцов секундомером по НТД с точностью ±1% с момента открытия и до закрытия генератора капель.
Примечание. В рекомендуемой конструкции генератора капель время изнашивания рассчитывают по числу проходов качалки генератора капель, фиксируемому счетчиком.
3.8. Температуру рабочей жидкости и температуру в камере измеряют за время изнашивания не менее 2 раз по пп.1.2.3 и 1.2.4.
3.9. По окончании испытаний останавливают привод ротора, отключают подачу воды в генератор, отключают вакуум-насос, разгерметизируют рабочую камеру и вынимают испытуемые образцы для контроля.
3.10. Образцы после изнашивания протирают, высушивают и взвешивают по п.2.3. Результаты заносят в протокол.
3.11. Измеряют ширину и высоту изношенной поверхности образцов материалов в соответствии с п.2.2 и рассчитывают площадь зоны эрозии
Примечание. Площадь зоны эрозии определяют экспериментально до начала испытаний на образцах, обеспечивающих четкую визуализацию границ изнашиваемой зоны (согласно приложению 5). Для повышения точности площадь зоны эрозии может определяться путем планиметрирования по фотографии, выполненной с увеличением не менее 10
4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ
4.1. Результаты первичных испытаний образцов материалов представляют в координатах "потеря массы
где
Зависимость потери массы испытуемого образца от продолжительности его изнашивания
Черт.2
4.2. Рассчитывают удельный расход жидкости
где
При произвольных значениях
4.3. Рассчитывают количество жидкости
Примечание. В том случае, когда размеры образца недостаточны для полного улавливания на рабочую поверхность всех капель, подаваемых генератором (т.е. глубина проникновения капель превышает высоту образца), расчет количества жидкости
4.4. Рассчитывают удельную потерю массы
где
Представляют результаты испытаний графически в виде зависимостей
4.5. Разбивают построенные кривые износа материала на
Строят по результатам расчетов зависимости в координатах
4.6. Определяют по построенным зависимостям
При малых значениях инкубационного периода или его отсутствии допускается определять в первом приближении средние значения скорости и интенсивности изнашивания испытуемого материала для заданного значения продолжительности изнашивания, которое необходимо приводить совместно с полученными характеристиками материала. Средние значения скорости
4.7. Вычисляют относительную стойкость материала
где
.
4.8. Для защитных покрытий и элементов деталей определяют время до начала видимых визуально разрушений (отслоений) поверхностного слоя
4.9. При записи результатов испытаний образцов по пп.4.1-4.8 необходимо указывать режимы испытаний, перечисленные в п.4.1, к которым относится данное значение износостойкости.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемое
ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Схема установки приведена на черт.1. Цилиндрическая вакуумная камера 1 снабжена монтажно-смотровым люком 2, через который на коромысло 3 устанавливаются образцы 4. В камере создают вакуум насосом 5 через фильтр-отстойник 6. Штуцер 7 обеспечивает заполнение камеры воздухом, через штуцер 8 производят слив воды из камеры по окончании эксперимента.
Черт.1
Масло, поступающее в корпус подшипников 9 и к уплотняющим манжетам 10 из бака 11, отсасывается в бак 12 благодаря создаваемому в нем вакууму и возвращается в бак 11 насосом. На валу 13 установлена звездочка счетчика оборотов ротора, связанная с частотомером 14. Температура и давление в камере измеряются термопарой 15 и вакуумметром 16. Генератор капель 17 (рекомендуемое приложение 2) закреплен независимо от камеры и его полость соединена с полостью камеры сильфоном 18. Вода для генератора капель подается из бака 19, давление в котором измеряется мановакуумметром 20.
Держатели образцов представлены на черт.2. Образец 1 устанавливается в гнездо державки 2 и закрывается защитной накладкой 3, которая фиксируется на державке винтом. Полученный блок устанавливается на коромысло 5 и закрепляется винтом 4 за хвостовик.
Черт.2
На черт.3 показан образец элемента детали - часть пера рабочей лопатки турбины. Образец элемента детали вырезается так, чтобы сохранить форму и качество испытуемой поверхности.
Черт.3
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое
ГЕНЕРАТОР КАПЕЛЬ
Механизм генератора капель помещен в герметичный цилиндрический корпус с прозрачной обечайкой 1 из оргстекла, что позволяет наблюдать капли и работу генератора капель при его регулировании. Последнее производится в условиях принятого разряжения рабочей камеры при работающем двигателе установки, что позволяет в ходе опытов обнаружить и установить влияние случайных факторов. Дистиллят воды под определенным давлением подается через фильтры в патрубок 2 и далее по гибкому шлангу к капилляру (медицинской игле) 3. Консоль иглы соединена тягой с мембраной вибратора 4, (вибратором служит электромагнитный телефон типа ТК-47), по государственному стандарту. Вибратор приводится от генератора тока звуковой частоты типа ТЗ-34 по государственному стандарту. Варьируя сечение иглы 3, давление воды и частоту колебаний вибратора устанавливают размер капель и частоту их преобразования. Освещение синхронно настроенным стробоскопом (типа СШ-2) позволяет "остановить" цепочку капель, измерить диаметр частиц и расстояние между ними с использованием микроскопа 5 (тип МПБ-2) с ценой деления шкалы 0,05 мм.
Частицы через дефлектор 6 поступают на образец 7. Заданное время изнашивания образца обеспечивается перемещением заслонки 8, которая переводится в крайние положения, где удерживается ярмом электромагнита 9 через капроновый шнур 10. При закрытой заслонке капли, отразившись от нее, попадают в чашку 11, дренированную в вакуумную камеру 12, срез которой отведен от образца.
Ширина зоны определяется диапазоном возвратно-поступательного движения каретки 13 по направляющим 14, ее равномерное движение обеспечивается пружиной 15 и кулачком 16, неподвижно закрепленным на валу привода 17 и спрофилированным по двойной архимедовой спирали. Выходная частота вращения двигателя 17
Необходимое положение каретки по отношению к образцу обеспечивается установкой упора 18 с помощью винта 19. Концевые выключатели 20 позволяют синхронизировать момент начала изнашивания (открытия заслонки) с краями зоны эрозии.
Механизм генератора капель для удобства обслуживания смонтирован на крышке 21. В рабочем состоянии крышка прижимается к цилиндрическому корпусу генератора капель перепадом давления между атмосферой и рабочей камерой. Уплотнение его разъемов обеспечивается прокладками из вакуумной резины. Резьбы уплотнены вакуумной замазкой. Детали генератора капель изготовляют из нержавеющих сталей и пластмасс. Материалы сочленяемых деталей подбирают так, чтобы в местах контакта не возникало активных электрохимических пар.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Справочное
ЗАВИСИМОСТЬ ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОДЫ
ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Рекомендуемое
Характеристики режимов работы генератора капель
Внутренний диаметр иглы, мм | Перепад давлений между баком с водой и камерой, кПа | Диапазон частот колебаний иглы, кГц | Средний диаметр капель, мм |
0,65 | 22 | 0,470 | 1,1 |
1,0 | 20 | 0,5 | 1,5 |
1,0 | 29 | 0,54 | 1,6 |
0,45 | 20 | 0,72 | 0,9 |
0,45 | 20 | 0,96 | 0,8 |
0,2 | 70 | 1,4 | 0,5 |
1,6-1,8 | 20 | 1,0 | 2,3 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Справочное
РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
Определение глубины проникновения капель по высоте образца.
В том случае, когда размеры образца недостаточны для полного улавливания на рабочую поверхность всех капель, подаваемых генератором, удельное количество жидкости
где
По результатам опытов (по известным значениям
На черт.1 представлены экспериментальные зависимости
Зависимость глубины проникновения капель по высоте образца от скорости соударения
1 -
1 мм;
1 кПа;
480 Гц;
2 -
Черт.1
Кривые износа образцов из эталонных материалов при воздействии капель воды
эталонного диаметра
Зависимость удельной потери массы стали 20Х13 по НТД от количества жидкости
при скоростях соударения 300 и 350 мс
Черт.2
Зависимость удельной потери массы дуралюмина Д16Т по ГОСТ 21631-76
от количества жидкости при скоростях соударения 200 и 250 м·с
Черт.3
Зависимость удельной потери массы оргстекла марки СО-120 по ГОСТ 10667-90
от количества жидкости при скорости соударения 100 м·с
Черт.4
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Рекомендуемое
ФОРМА ЗАПИСИ ПАРАМЕТРОВ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ
НА ГИДРОЭРОЗИОННОЕ ИЗНАШИВАНИЕ
I. Материал и защитное покрытие
1. Наименование и марка, ГОСТ или ТУ.
2. Дата изготовления материала и защитного покрытия.
3. Дата и место проведения испытаний образцов.
4. Условия хранения материала с защитным покрытием до испытания на эрозию.
5. Режим обработки материала перед испытанием на эрозию.
6. Плотность материала
7. Разрушающее напряжение материала при одноосном растяжении материалов
8. Толщина защитного покрытия
II. Элемент детали
1. Состав детали.
2. Схема или эскиз детали.
III. Аппаратура и параметры испытаний
1. Тип испытательной машины.
2. Диаметр капель
3. Частота каплеобразования
4. Режим подготовки рабочей жидкости (тип рабочей жидкости по ГОСТ, ТУ).
5. Температура воды
6. Давление в камере
7. Перепад давления между баком с рабочей жидкостью и камерой
8. Температура в камере
а) в начале эксперимента;
б) в конце эксперимента.
9. Частота вращения ротора
10. Скорость соударения
11. Угол соударения
12. Геометрические размеры испытуемых образцов.
13. Площадь зоны изнашивания
IV. Результаты испытаний материалов
Продол- жительность изнаши- вания | Удельное количество жидкости | Начальная масса образца | Масса образца после изнаши- вания | Потеря массы | Удельная потеря массы | Условная глубина эрозии | Интен- сивность изнаши- вания | Относительная стойкость к гидроэрозионному изнашиванию |
V. Результаты испытаний защитных покрытий
Время эродирования, с | Время до начала изнашивания покрытия, с | Время до появления в покрытии первых сквозных разрушений, с | Время до полного изнашивания покрытия на рабочей поверхности, с | Удельное количество жидкости, соответствующее полному изнашиванию покрытия, г·см |
VI. Графическое изображение результатов испытаний материалов
Текст документа сверен по:
Механические испытания.
Обеспечение износостойкости изделий:
Сб. стандартов. - , 2005