一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法与流程

本发明涉及测量方法，尤其涉及一种使用热力模拟实验机测量固态及液态润滑剂的高温摩擦系数的方法，采用本方法可以快速有效地获取不同润滑剂在高温变形条件下的摩擦系数。

背景技术：

目前，在钢铁制造领域中经常需要对固态及液态润滑剂的摩擦系数进行精确测量，现有技术下对固态及液态润滑剂的摩擦系数的测量有多种方法，如：四球法、圆环镦粗法，但这些方法都存在一些局限性，具体如下：

1.四球法-该四球法是按我国石油化工行业标准《润滑油摩擦系数测定法(四球法)》(在astmd5183基础上制定)给出的一种摩擦系数的测量方法，四球法顾名思义通过在四球之间加入润滑液进行摩擦实验，然后测量磨斑来计算摩擦系数。

上述的四球法存在有两个问题：一是它只能测定温度条件在75℃以下的摩擦系数，这样的话对于玻璃粉这种必须在熔融状态才能进行润滑的润滑剂就无法进行摩擦系数的测量；二是四球法测量摩擦系数所使用设备属于专用昂贵设备，而且使用过程复杂。

2.圆环镦粗法-该圆环镦粗法是按我国机械行业标准《金属热变形用保护润滑剂技术条件》在附录b中给出的一种摩擦系数的测量方法，圆环镦粗法是通过将满足一定形状尺寸要求的圆环试样在润滑条件下使用压力机压缩，然后测量压缩后形成的圆环的尺寸，对照理论校正曲线找出相应的摩擦系数。

上述的圆环镦粗法也存在有两个问题：一是它只能进行常温摩擦系数的，二是它没有考虑到变形行为和圆环试样的材料本身对尺寸的影响，而且所有的变形行为和圆圆环试样都只用一张理论校正曲线进行测定，因此圆环镦粗法测量的精确性存在问题。

技术实现要素：

综上所述，为了解决现有技术下对固态及液态润滑剂的摩擦系数进行精确测量所存在的测量温度只能在75℃以下或常温、测量范围小，测量精确性差的问题，本发明提供了一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，通过将特定压缩试样，在待测润滑材料的润滑条件下，使用热力模拟实验机进行精确的压缩变形后，测量变形后压缩试样中部直径的尺寸，将中部直径与理论计算得到的摩擦系数-中部直径尺寸的曲线进行比较，从而获得该润滑材料的摩擦系数，采用本发明可以快速有效地获取不同润滑剂在高温变形条件下的摩擦系数。

本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，其具体步骤如下所述：

一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，其具体步骤如下所述：

1)选择压缩试样：

该步骤中对压缩试样的选择必须满足以下条件：

1a)试样材料本身变形行为必须稳定，有较高的重复性；

1b)试样材料在润滑剂摩擦系数测量温度下有良好的塑性；

1c)试样材料在变形后端部和中部直径尺寸随着摩擦系数的不同应有有较大的变化；

2)变形条件的选择以及确定：

选择并设定试样变形的温度、变形量、变形速率，该步骤中必须确保在本次摩擦系数测量实验中，所有的压缩试验参数都必须与上述选择实验参数保持一致。

3)理论摩擦系数与中部直径对应关系的基准曲线计算：

确认步骤1)选择的压缩试样和步骤2)变形条件的选择以及确定中所确认的实验参数条件后，使用数值仿真软件建立数值仿真模型，计算不同的理论摩擦系数μt条件下变形后试样中部直径尺寸at，建立μt与at的一一对应关系的基准曲线，μt选择0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7，at则为对应μt的试样中部直径尺寸；

4)进行热模拟压缩实验以及对变形后试样尺寸的测量：

加入待测的润滑材料，在其润滑条件下，采用上述步骤1)选择的压缩试样和步骤2)变形条件的选择以及确定中所确认的实验参数条件下，使用热力模拟实验机进行压缩变形实验，测得加入待测的润滑材料后进行压缩变形后的试样的中部直径尺寸a值；

5)待测润滑材料摩擦系数的计算：

将步骤4)中获得的“加入待测的润滑材料后进行压缩变形后的试样的中部直径尺寸a值”与步骤3)中所得的μt与at的一一对应关系的基准曲线进行对比，待测润滑材料的摩擦系数μ位于理论摩擦系数μt与对应μt的试样中部直径尺寸at的数值中最接近的两个，即与at和at-1值所对应的理论摩擦系数μt和μt-1之间，待测润滑材料的摩擦系数μ可采用以下线性插值的方式进行计算：

式中：μ-待测润滑材料的摩擦系数；

a-加入待测的润滑材料后进行压缩变形后的试样的中部直径尺寸，单位：mm；

μt-理论摩擦系数；

at-对应μt的试样中部直径尺寸，单位：mm。

根据本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，其特征在于，所述的步骤3)中理论的摩擦系数与中部直径对应关系的基准曲线计算，该摩擦系数μ可根据测试需要扩展至更大的范围和更小的间隔。

根据本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，其特征在于，所述的步骤4)中的热力模拟实验机，该热力模拟实验机为压缩试验用热力模拟实验机，其通过感应或电阻加热使材料达到预定温度，并进行拉伸、压缩、扭转等变形，以此考察材料的变形行为。

本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，其原理在于：

通过研究发现，在不同摩擦系数条件下，压缩试样变形后中部的直径尺寸不同，随着摩擦系数的增加变形后试样中部直径尺寸逐渐增加。因此在选定的压缩试样和实验条件下，可通过理论计算获得一系列摩擦系数与试样压缩后中部直径尺寸的对应关系(基准曲线)。如果使用待测的润滑材料进行润滑，并采用相同的压缩试样和实验条件进行热模拟实验，就可获得该润滑材料对应的摩擦系数条件下的压缩后试样中部直径的尺寸，通过将该值与基准曲线比较，即可获得待测润滑材料的摩擦系数。

本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法利用上述原理，使用一定的压缩试样，在待测润滑材料(润滑剂)润滑下，测量变形后压缩试样的中部直径尺寸，并将该比值与理论的摩擦系数-中部直径尺寸对应关系(基准曲线)进行比较，从而得到待测润滑材料的摩擦系数。

使用本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法获得了如下有益效果：

1.本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，可现实材料高温条件下润滑材料摩擦系数的测量，尤其是润滑材料在高温时改变形态的条件下；

2.本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，在测量过程中使用了理论计算获得的基准曲线，排除了其他因素的干扰，提高了测量的精度；

3.本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，对于变形速率、变形温度、变形量进行了严格设定，避免了由于上述条件的任意选择产生了不必要的误差，而且在不同的变形速率、变形温度、变形量以及使用不同的变形材料时，都必须重新进行理论计算获得相对应的基准曲线，避免了由于实验条件和外部环境变化所引起的误差，进一步的提高了测量精度。

附图说明

图1为本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法的热力模拟机将试样压缩后的中部直径示意图；

图2为本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法的一定变形条件和压缩试样条件下，不同摩擦系数与中部直径比值的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法做进一步的描述。

如图1和图2所示，一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，其具体步骤如下所述：

1.一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，其具体步骤如下所述：

1)选择压缩试样：

该步骤中对压缩试样的选择必须满足以下条件：

1a)试样材料本身变形行为必须稳定，有较高的重复性；

1b)试样材料在润滑剂摩擦系数测量温度下有良好的塑性；

1c)试样材料在变形后端部和中部直径尺寸随着摩擦系数的不同应有有较大的变化；

2)变形条件的选择以及确定：

选择并设定试样变形的温度、变形量、变形速率，该步骤中必须确保在本次摩擦系数测量实验中，所有的压缩试验参数都必须与上述选择实验参数保持一致。

3)理论摩擦系数与中部直径对应关系的基准曲线计算：

确认步骤1)选择的压缩试样和步骤2)变形条件的选择以及确定中所确认的实验参数条件后，使用数值仿真软件建立数值仿真模型，计算不同的理论摩擦系数μt条件下变形后试样中部直径尺寸at，建立μt与at的一一对应关系的基准曲线，μt选择0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7，at则为对应μt的试样中部直径尺寸；

4)进行热模拟压缩实验以及对变形后试样尺寸的测量：

加入待测的润滑材料，在其润滑条件下，采用上述步骤1)选择的压缩试样和步骤2)变形条件的选择以及确定中所确认的实验参数条件下，使用热力模拟实验机进行压缩变形实验，测得加入待测的润滑材料后进行压缩变形后的试样的中部直径尺寸a值；

5)待测润滑材料摩擦系数的计算：

将步骤4)中获得的“加入待测的润滑材料后进行压缩变形后的试样的中部直径尺寸a值”与步骤3)中所得的μt与at的一一对应关系的基准曲线进行对比，待测润滑材料的摩擦系数μ位于理论摩擦系数μt与对应μt的试样中部直径尺寸at的数值中最接近的两个，即与at和at-1值所对应的理论摩擦系数μt和μt-1之间，待测润滑材料的摩擦系数μ可采用以下线性插值的方式进行计算：

式中：μ-待测润滑材料的摩擦系数；

a-加入待测的润滑材料后进行压缩变形后的试样的中部直径尺寸，单位：mm；

μt-理论摩擦系数；

at-对应μt的试样中部直径尺寸，单位：mm。

步骤3)中理论的摩擦系数与中部直径对应关系的基准曲线计算，该摩擦系数μ可根据测试需要扩展至更大的范围和更小的间隔。

步骤4)中的热力模拟实验机，该热力模拟实验机为压缩试验用热力模拟实验机，其通过感应或电阻加热使材料达到预定温度，并进行拉伸、压缩、扭转等变形，以此考察材料的变形行为。

实施例

1)选择压缩试样：

选取jis-suj2，试样尺寸为φ8*12mm。

2)变形条件的选择以及确定：

变形温度：1000℃；

应变速率：0.1/s；

真应变量：0.5。

3)理论摩擦系数与中部直径对应关系的基准曲线计算：

使用数值仿真软件，计算理论摩擦系数为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、

0.7时对应的中部直径尺寸如下表1：

表1理论摩擦系数对应的式样中部直径尺寸

4)进行热模拟压缩实验以及对变形后试样尺寸的测量：

加入待测的润滑材料，在其润滑条件下，采用上述步骤1)选择的压缩试样和步骤2)变形条件的选择以及确定中所确认的实验参数条件下，使用热力模拟实验机进行压缩变形实验，测得加入待测的润滑材料后进行压缩变形后的试样的中部直径尺寸为10.51mm。

5)待测润滑材料摩擦系数的计算：

10.51mm位于表1中理论摩擦系数0.2所对应的10.49mm和0.3所对应的10.55mm之间，因此带入公式：

待测润滑材料的摩擦系数为：

最终获得该待测润滑材料的摩擦系数为0.23。

本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，可现实材料高温条件下润滑材料摩擦系数的测量，尤其是润滑材料在高温时改变形态的条件下；本发明在测量过程中使用了理论计算获得的基准曲线，排除了其他因素的干扰，提高了测量的精度；本发明对于变形速率、变形温度、变形量进行了严格设定，避免了由于上述条件的任意选择产生了不必要的误差，而且在不同的变形速率、变形温度、变形量以及使用不同的变形材料时，都必须重新进行理论计算获得相对应的基准曲线，避免了由于实验条件和外部环境变化所引起的误差，进一步的提高了测量精度。

本发明的一种使用热力模拟机测量摩擦系数的方法，适用于各种使用热力模拟机测量摩擦系数领域。