专利名称：一种确定摩擦副合理硬度配对的磨损测试方法
技术领域：
本发明涉及相对耐磨性的测试方法，具体是指一种确定摩擦副合理硬度配对的磨
损测试方法。
背景技术：
相对耐磨性是用来表示不同材料在相同磨损条件下的耐磨性，其定义为标准材料
的磨损量和被测材料磨损量的比值，可以表示为
「， 标准试样磨损量
f =
实验试样磨损量 相对耐磨性是一个无量纲参数。用它评定材料或表层的耐磨性时，在一定程度上 可以避免因磨损过程中参数变化及测量误差造成的系统误差，可以比较方便而精确地评定 材料的耐磨性能，因此该参数被广泛应用。 现有相对耐磨性的测试方法如图1所示，评价实验试样B相对于标准试样A的相 对耐磨性，分别用A试样和B试样与较硬的C试样(如刚玉、陶瓷、GCrl5、模具钢等)组成 摩擦副在相同条件下进行磨损实验，实验后测量出A试样和B试样的磨损量，再按照上述公 式进行计算得到试样B相对于试样A的相对耐磨性 如果计算得到的e > 1，说明在实验条件下，实验材料B的耐磨性比材料A好；
如果计算得到的e < l，说明在实验条件下，实验材料B的耐磨性比材料A差；
如果计算得到的e = l，说明在实验条件下，实验材料B的耐磨性与材料A相当。
利用该方法虽然可以比较不同材料之间的耐磨性，即可以用于耐磨性材料的筛 选，但是，由于该方法测试过程中的材料配对并不是实际使用中零件的材料配对，且该方法 也没有考虑材料硬度配对摩擦磨损的影响，所以不能直接将该实验方法应用于摩擦副合理 硬度配对的确定。要确定摩擦副的合理硬度配对，要求在同等条件下测量出摩擦副双方的 磨损量，然后相互比较确定。同等条件主要包括材料配对、硬度配对、接触形式、运动形式、 速度、接触应力、润滑状态、运行环境等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种确定摩擦副合理硬度配对
的磨损测试方法。本发明的目的通过下述技术方案实现 —种确定摩擦副合理硬度配对的磨损测试方法，其特征在于，该磨损测试方法包 括先确定组成摩擦副的合理硬度配对的材料A与材料B，再对上试样A与下试样B、上试样 B与下试样A分别进行测试得出磨损量，然后比较磨损量，并计算相对耐磨性，最后确定摩 擦副的合理硬度配对。 为了更好的实现本发明。所述B材料是指利用热处理工艺调整得到不同硬度的试 样B^B2、 Bn;分别对上试样B^B2、 Bn与下试样A，上试样A与下试样B^B2、 Bn进行磨损实验，磨损实验后测出下试样A和下试样BpB^……Bn的磨损量作为材料A与 材料B配对时的磨损量。
巳 所述相对耐磨性计算方法为按公式 ^^7"计算A和Bn的相对耐磨性，做图法确
定摩擦副的合理硬度配对，公式中e n为A和Bn组成摩擦副时的相对耐磨性，VA为材料A做 为下试样时的磨损体积，VBn为对应试样Bn的磨损体积。 所述做图法是指以材料B的硬度为横坐标，相对耐磨性、为纵坐标做图，然后 从相对耐磨性e n= 1的点做与X轴平行的直线交相对耐磨性曲线相交一点，从该点做平行 与Y轴的直线与相对耐磨性曲线相交的点，就是材料A与材料B耐磨性相当的硬度配对。
本发明与现有技术相比，具有以下优点 1、本发明测试方法考虑了摩擦副的材料配对、硬度配对、接触形式、运动形式、速
度、接触应力、润滑状态、运行环境等因素，克服了现有测试方法未考虑材料配对和材料硬
度配对的缺陷，能直接将该测试方法应用于摩擦副合理硬度配对的研究与选择。 2、本发明测试方法操作方便，计算方法简捷、确定材料合理硬度配对的方法可行
有效，实施例测试方法表明，按本发明所推荐的硬度配对进行设计制造的钢蜗轮副比原来
使用的钢蜗轮副具有更高的使用寿命。 3、本发明测试方法为不宜采用模拟台架试验和现场试验方法试验的场合提供了 一种实验方法。 4、本发明测试方法可以在各种摩擦磨损实验机上进行，容易实现，不需另外设计 摩擦磨损设备。
图1为现有相对耐磨性的测试方法示意图。 图2为本发明合理硬度配对的磨损测试方法示意图。 图3为本发明实施例滑动磨损工况下相对耐磨性随40CrNiMoA钢硬度的变化曲 线。 图4为本发明实施例微动磨损工况下相对耐磨性随40CrNiMoA钢硬度的变化曲 线。 图5为本发明实施例滑动磨损工况和微动磨损工况材料合理硬度配对区间图。
具体实施例方式
下面接合实施例及附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。履带式车辆使用的机械式履带调整器中的钢制直廓环面蜗杆副，其蜗杆和蜗轮材料 均采用合金钢制造。该副钢蜗轮副调节履带松紧时，处于低速重载转动工况；不需要调节履 带松紧时齿面存在微动状态。在实际使用过程中，往往由于钢蜗轮副一方的磨损过大而导 致整副钢蜗轮副达不到预期的使用寿命，故选择合理的硬度配对是延长该副蜗杆副寿命的 方法之一。 下面是钢蜗轮副合理硬度配对的磨损测试方法具体步骤 1.选材选择蜗杆材料A为18Cr2Ni4WA钢，蜗轮材料B为40CrNiMoA合金钢。
2.制样一般蜗杆硬度较高，蜗轮硬度较低，故可以固定蜗杆材料A的硬度，通过 热处理的硬度为HRC59，采用不同的热处理工艺使蜗轮材料B得到了4种不同硬度的试样， 其硬度分别为= 33HRC， B2 = 41HRC， B3 = 50HRC和B4 = 59HRC，具体的热处理工艺如表 l所示。 3.磨损测试如图2所示，每一部分测试又由两组测试组成，第一组测试，材料A 为18Cr2Ni4WA钢做上试样，试样配对有A-B^ A_B2、 A_B3和A_B4 ;第二组测试，材料B为 40CrNiMoA合金钢做上试样，试样配对有B「A、 B2_A、 B3_A和B4_A，进行磨损实验，具体的测 试参数如表2所示。 4.磨损量测量磨损实验后测出下试样A和下试样Bp B2、 B3和B4的磨损量作为 材料A与材料B配对时的磨损量。
5.相对耐磨性的计算按公式 ="^一计算材料八和材料8的相对耐磨性。做图
、
法确定摩擦副的合理硬度配对，公式中￡ n为A和Bn组成摩擦副时的相对耐磨性，VA为材料
A做为下试样时的磨损体积，VBn为对应试样Bn的磨损体积。
6.确定合理硬度配对 (a)滑动磨损工况下相对耐磨性随40CrNiMoA钢硬度的变化曲线如图3所示，通 过相对耐磨性e n = 1的点做与X轴平行的虚线交相对耐磨性曲线于E点，从E点做平行Y 轴的虚线与相对耐磨性曲线相交于F点，交点F所对应的硬度约为HRC43。从而得到滑动磨 损工况下，由40CrNiMoA钢和18Cr2Ni4WA钢配对组成钢蜗轮副时的合理硬度配对为在滑 动磨损工况下，蜗杆和蜗轮材料硬度分别为59HRC与43HRC时，蜗杆材料和钢蜗轮材料具有 相近的使用寿命。 (b)微动磨损工况下相对耐磨性随40CrNiMoA钢硬度的变化曲线如图4所示，通 过相对耐磨性e n = 1的点做与X轴平行的虚线交相对耐磨性曲线于M点，从N点做平行Y 轴的虚线与相对耐磨性曲线相交于N点，交点N的硬度约为HRC49。从而得到微动磨损工况 下，由40CrNiMoA钢和18Cr2Ni4WA钢配对组成钢蜗轮副时的合理硬度配对蜗杆材料和蜗 轮材料硬度分别为59HRC与49HRC时，摩擦副双方的微动磨损体积相近，即蜗杆和钢蜗轮具 有相近的使用寿命。 (c)履带调整器钢蜗轮副材料合理硬度配对的确定履带式车辆使用的机械式履 带调整器中的钢蜗轮副的工况在平时不需要调节履带时，其处于锁定状态，但由于履带式 车辆的振动以及履带随路况时松时紧而引起的动载荷作用，使本来取于静止状态的蜗轮蜗 杆副间产生微动；当手动调节履带时，钢蜗轮副处于低速重载工况。根据工况分析可得齿面 磨损主要是由于滑动磨损和微动磨损导致，且在整个钢蜗轮副的生命周期中，绝大部分时 间处于微动磨损状态。根据滑动磨损条件下和微动磨损条件下的合理硬度配对的结论和工 况分析，滑动磨损工况和微动磨损工况材料合理硬度配对区间图如图5所示，最后推荐的 合理硬度配对为当蜗杆硬度为59HRC时，钢蜗轮材料的硬度选择43HRC-49HRC之间比较合 理。 制造好以后的直廓环面蜗杆传动按照要求进行检查和装车检查，使用后的钢蜗轮 齿面有少量磨损，未出现失效现象，装车检查显示按本发明测试方法推荐的硬度配对进行 设计制造的钢蜗轮副比原来使用的钢蜗轮副具有更高的使用寿命。
表1试样的热处理条件和硬度
序号針ii热处理条件硬度
仍科淬火工艺回火参数B丄40CrNiMoA630。Cx2h33HRC
B240CrNiMoA85(TCxlh油冷55(T02h41HRC
B340CrNiMoA350。Cx2h50HRC
B440CrNiMoA180。Cx2h59HRC
A18Cr2Ni4WA91(TC渗碳x6h+850。C渗碳xl.5h风冷 —850。Cx50min油淬180。Cx2h59HRC表2实验参数
磨损实验频率(Hz)振幅(mm)载荷(N)时间(h)温度rc)润滑剂
滑动磨损 401 50 1室温无
微动磨损 800.2100 4室温无
权利要求
一种确定摩擦副合理硬度配对的磨损测试方法，其特征在于，该磨损测试方法包括先确定组成摩擦副的合理硬度配对的材料A与材料B，再对上试样A与下试样B、上试样B与下试样A分别进行测试得出磨损量，然后比较磨损量，并计算相对耐磨性，最后确定摩擦副的合理硬度配对。
2. 根据权利要求1所述的一种确定摩擦副合理硬度配对的磨损测试方法，其特征在于，所述B材料是指利用热处理工艺调整得到不同硬度的试样Bp B2、……Bn ;分别对上试样BpB^……Bn与下试样A，上试样A与下试样BpB2、……Bn进行磨损实验，磨损测试后测出下试样A和下试样Bp B2、……Bn的磨损量作为材料A与材料B配对时的磨损量。
3. 根据权利要求1或2所述的一种确定摩擦副合理硬度配对的磨损测试方法，其特征在于，所述相对耐磨性计算方法为按公式^ = ^T"计算A和Bn的相对耐磨性，做图法确定 "摩擦副的合理硬度配对，公式中e n为A和Bn组成摩擦副时的相对耐磨性，vA为材料A做为下试样时的磨损体积，vBn为对应试样Bn的磨损体积。
4. 根据权利要求3所述的一种确定摩擦副合理硬度配对的磨损测试方法，其特征在于，所述做图法是指以材料B的硬度为横坐标，相对耐磨性e n为纵坐标做图，然后从相对耐磨性en= l的点做与X轴平行的直线交相对耐磨性曲线相交一点，从该点做平行与Y轴的直线与相对耐磨性曲线相交的点，就是材料A与材料B耐磨性相当的硬度配对。
全文摘要
本发明公开一种确定摩擦副合理硬度配对的磨损测试方法。该磨损测试方法包括先确定组成摩擦副的合理硬度配对的材料A与材料B，再对上试样A与下试样B、上试样B与下试样A分别进行测试得出磨损量，然后比较磨损量，并计算相对耐磨性，最后确定摩擦副的合理硬度配对。本发明测试方法考虑了摩擦副的材料配对、硬度配对、接触形式、运动形式、速度、接触应力、润滑状态、运行环境等因素，克服了现有测试方法未考虑材料配对和材料硬度配对的缺陷，能直接将该测试方法应用于摩擦副合理硬度配对的研究与选择；操作方便，计算方法简捷、确定材料硬度合理配对的方法可行有效。
文档编号G01N3/56GK101701890SQ200910193339
公开日2010年5月5日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者周黎明, 姚巍, 张大童, 李助军, 邵明 申请人:华南理工大学