ASTM G76-18 Standardprüfverfahren für Festpartikel-Aufprallerosionstests mit Gasstrahlen

Die von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Norm ASTM G76-18 Standard Test Method for Erosion Testing by Impact of Solid Particles Using Gas Jets beschreibt ein Prüfverfahren zur Bestimmung des Materialverlusts durch Aufprallerosion von mit Gas transportierten Feststoffpartikeln unter Verwendung von Strahldüsen-Erosionsgeräten.

Mit dieser Testmethode kann die Feststoffpartikelerosion verschiedener Materialien im Labor gemessen und die Feststoffpartikelerosionsrate von Materialien in simulierten Betriebsumgebungen als Screening-Test eingestuft werden. Der tatsächliche Erosionseinsatz erfordert eine große Bandbreite an Partikelgrößen, Geschwindigkeiten, Angriffswinkeln, Medien und ähnlichen Bedingungen. Daher ist ein einzelner Labortest möglicherweise nicht ausreichend, um die erwartete Serviceleistung zu bewerten. Diese Prüfmethode umfasst ein gut charakterisiertes Verfahren zur Messung der Aufprallerosion fester Partikel, für das Ergebnisse von Ringversuchen vorliegen.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Begriffe und Definitionen:

• Unter Erosion versteht man den allmählichen Verlust von Ausgangsmaterial durch mechanische Wechselwirkung zwischen einer festen Oberfläche und einer Flüssigkeit, einer Mehrkomponentenflüssigkeit oder auftreffenden Flüssigkeits- oder Feststoffpartikeln.
• Unter Impaktion versteht man einen Prozess, der zu einer kontinuierlichen Abfolge von Stößen zwischen flüssigen oder festen Partikeln und einer festen Oberfläche führt.
• Der Erosionswert ist der Wert, der sich aus der Division des Volumenverlusts des Probenmaterials durch die Gesamtmasse der auf die Probe treffenden Schleifpartikel ergibt.
• Die normalisierte Erosionsrate ist der Wert, der durch Division des Erosionswerts des Probenmaterials durch den Erosionswert des Referenzmaterials erhalten wird.

Bei dieser Testmethode kommt ein Ansatz mit wiederholter Aufprallerosion zum Einsatz, bei dem eine kleine Düse einen Gasstrom mit Schleifpartikeln abgibt und auf die Oberfläche einer Testprobe auftrifft. Es wird ein Standardsatz von Testbedingungen beschrieben. Allerdings sind gewisse Abweichungen von den Standardbedingungen zulässig, sofern sie im Einzelnen erläutert werden. Dies ermöglicht Erosionsmessungen im Labormaßstab unter verschiedenen Bedingungen. Diese Norm beschreibt Testmethoden zur Probenvorbereitung, zur Durchführung von Erosionsprüfungen und zur Ergebnisberichterstattung.

Die Bedeutung dieser Prüfmethode in jedem Gesamtmessprogramm zur Bewertung des Verschleißverhaltens von Materialien hängt von vielen Faktoren ab, die mit den Bedingungen der Betriebsanwendung zusammenhängen. Benutzer dieser Testmethode müssen feststellen, inwieweit die erzielten Ergebnisse mit Ergebnissen korrelieren, die bei der Durchführung im Feld oder bei der Verwendung anderer Testsysteme und -methoden erzielt wurden. Mit diesem Prüfverfahren lässt sich die Abriebfestigkeit von Materialien unter festgelegten Prüfbedingungen einstufen.

Das bei diesen Tests verwendete Gerät ist in der Lage, unter gut kontrollierten Belichtungsbedingungen Material aus einer Testprobe zu ätzen. Die schematische Darstellung der Auslassdüse und des Partikel-Gas-Zufuhrsystems ist in der Abbildung der Norm dargestellt. Abweichungen von diesem Entwurf sind zulässig, jedoch sind eine angemessene Systemcharakterisierung und Kontrolle kritischer Parameter erforderlich. Abweichungen in der Düsenkonstruktion und den Abmessungen sollten dokumentiert werden. Um eine akzeptable Partikelgeschwindigkeitsverteilung im Strom zu erreichen, sollte das Verhältnis von Düsenlänge zu Düsendurchmesser 25:1 oder mehr betragen. Die empfohlene Düse besteht aus einem 1,5 mm langen Rohr mit einem Innendurchmesser von ca. 50 mm, das aus einem abriebfesten Material hergestellt ist. Der Düsenverschleiß muss während der Wartung überwacht werden und sollte eine Zunahme von 10 Prozent gegenüber dem ursprünglichen Durchmesser nicht überschreiten.

Zu den erforderlichen Merkmalen des Instruments sollten Mittel zur Steuerung und Einstellung der Partikelaufprallgeschwindigkeit, des Partikelflusses sowie der Position und Ausrichtung der Probe im Verhältnis zum auftreffenden Strahl (Aufprallwinkel) gehören.

Zum Einbringen der Partikel in den Gasstrom stehen verschiedene Mittel zur Verfügung, darunter ein vibrationsgesteuerter Trichter oder ein Schneckenfördersystem. Das System muss eine gleichmäßige Partikelzufuhr gewährleisten und auf die gewünschten Partikelflusswerte einstellbar sein.

Für den Einsatz mit Schleifgeräten muss eine Methode zur Messung der Partikelgeschwindigkeit verfügbar sein. Beispiele für anerkannte Methoden sind Hochgeschwindigkeitsfotografie, Dual-Disk-Spinning und Laserbeschleunigungsmesser. Die Partikelgeschwindigkeit sollte an der Position gemessen werden, an der sich die Probe befindet, und unter Testbedingungen.

Dieses Testverfahren kann für eine Vielzahl von Probengrößen und -konfigurationen verwendet werden. Eine geeignete Beispielkonfiguration ist ein rechteckiger Streifen mit einer Dicke von etwa 10 mm x 30 mm x 2 mm. Größere Proben und andere Formen können bei Bedarf verwendet werden, müssen aber dokumentiert werden. Das zu verwendende Schleifmittel, die Partikelgröße, die Feuchtigkeit, die chemische Zusammensetzung usw. sollten in ihren Grundzügen einheitlich sein. Die Entnahme von Materialproben zum Zwecke der Gewinnung repräsentativer Testproben sollte gemäß anerkannter statistischer Verfahren erfolgen. Gültig ist hierbei die Norm ASTM E122.

Dieses Testverfahren definiert die folgenden Standardbedingungen.

• Das Düsenrohr muss mindestens 50 mm lang sein und einen Innendurchmesser von 1,5 mm plus/minus 0,075 mm haben.
• Das Testgas sollte nominell trockene Luft sein. Im Prüfbericht ist anzugeben, wie viel Wasser im Prüfgas vorhanden war, bei welchem ​​Druck und wie die Messung durchgeführt wurde. Bei den Ringversuchen wurde Druckluft aus Flaschen verwendet, deren Wassergehalt mit einem Taupunkt von minus 50 Grad definiert war. Unabhängig davon, welche Gasquelle im Test verwendet wird, wird ein ähnlicher Trockenheitsgrad empfohlen.
• Die Schleifpartikel sollten eine Nenngröße von 50 µm haben, was den in Laborvergleichstests verwendeten Partikeln entspricht. Das Schleifmittel sollte nur einmal verwendet werden. Typische Größenverteilung (bestimmt durch Sedimentation): 20 Prozent von 83 bis 100 µm, 42 Prozent von 57 bis 50 µm, 48 Prozent gröber als 50 µm.
•  Gemessene Schleifpartikelgeschwindigkeit am Probenort: 30 plus/minus 2 m s^-1 sollte sein. Bei dieser Geschwindigkeit beträgt die Gasdurchflussrate etwa 0,13 l/s und der Systemdruck etwa 140 kPa, der Druck hängt jedoch von der jeweiligen Systemkonstruktion ab.
• Die Testdauer sollte 600 Sekunden betragen, um stationäre Bedingungen zu erreichen. Längere Zeiten können zulässig sein, solange der endgültige Verschleißkrater nicht tiefer als 1 mm ist.
• Der Winkel zwischen der Düsenachse und der Probenoberfläche sollte 90 Grad plus/minus 2 Grad betragen.
• Die Testtemperatur sollte der normalen Umgebungstemperatur entsprechen (normalerweise zwischen 18 und 28 Grad).
• Die Partikelzufuhrrate sollte 0,033 plus/minus 0,008 g/s betragen. Dies entspricht etwa 2 mg mm auf der Probenoberfläche unter Standardbedingungen.^-2· S.^-1Entspricht einem Partikelfluss von . Zur Bestimmung des Partikelflusses ist die Messung der erodierten Fläche auf der Probe erforderlich, was mit erheblichen Fehlern behaftet ist. Das gemessene Breiten- und Tiefenprofil eines unter den angegebenen Bedingungen entstandenen Erosionskraters ist in der Abbildung dargestellt und zeigt ein typisches Verhältnis zwischen Erosionsbreite und -tiefe.
• Der Abstand von der Probenoberfläche zur Düsenspitze sollte 10 mm plus/minus 1 mm betragen.

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