ASTM G133 Standardtestverfahren für linearen Gleitverschleiß zwischen gegenüberliegenden Kugeln und flachen Oberflächen

Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Standard „ASTM G133 Standard Test Method for Sliding Wear of Linear Reciprocating Ball-Flat Surface“ beschreibt ein Testverfahren zur Bestimmung des Gleitverschleißes von Keramik, Metallen und anderen verschleißfesten Kandidatenmaterialien unter Verwendung einer linearen, hin- und hergehenden Kugel-Flach-Oberflächengeometrie.

Die Relativbewegung der Gleitflächen erfolgt periodisch in umgekehrter Richtung, sodass die Gleitbewegung geradlinig hin und her erfolgt. Die wichtigsten Größen sind das Verschleißvolumen der sich berührenden Kugel- und Flachprobenmaterialien. Mit der beschriebenen Methode kann jedoch auch der Gleitreibungskoeffizient gemessen werden. Diese Prüfmethode deckt sowohl ungeschmierte als auch geschmierte Prüfverfahren ab. Prüfungen in korrosiven oder chemisch aggressiven Umgebungen sind von dieser Prüfmethode jedoch nicht abgedeckt.

Dieses Prüfverfahren simuliert die Geometrie und Bewegungen vieler Reibungskomponenten, deren normaler Betrieb zu periodischen Umkehrungen der relativen Gleitrichtung führt. Der aus diesem Bewegungsmuster resultierende Verschleiß kann sich von dem Verschleiß unterscheiden, der auftritt, wenn dieselben Materialien kontinuierlich in nur eine Richtung gleiten (unidirektionales Gleiten), selbst bei vergleichbaren Kontaktzeiten. Prüflasten und -geschwindigkeiten sollten sich nach der Schwere der geplanten Anwendung oder dem Prüfzweck richten. Für diese Prüfungen kann einer von zwei Prüfbedingungen (Verfahren A und B) verwendet werden.

Dieses Prüfverfahren simuliert den Verschleiß von Komponenten, die periodischen Umkehrungen der Gleitbewegung ausgesetzt sind, wie sie in realen tribologischen Systemen wie Motorkomponenten, Bremsen und Kupplungen üblich sind. Der ASTM G133-Standard wird in Branchen wie der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und der Fertigung häufig verwendet, um die Materialbeständigkeit unter bestimmten Verschleißbedingungen zu bewerten.

ASTM G133 beschreibt eine kontrollierte Methode zur Messung von Gleitverschleiß bei linearer Hin- und Herbewegung. Bei diesem Test wird eine kugelförmige obere Probe an einer flachen unteren Probe gerieben, wobei die Bewegungsrichtung periodisch umgekehrt wird. Die wichtigsten Messgrößen sind das Verschleißvolumen der Kugel- und Flachproben, aber auch der kinetische Reibungskoeffizient kann gemessen werden. Diese Norm unterstützt sowohl geschmierte als auch ungeschmierte Testbedingungen und ist daher vielseitig einsetzbar.

Dieses Prüfverfahren simuliert die Geometrie und Bewegung von Komponenten, die hin- und hergleiten. Dies unterscheidet es von Gleitprüfungen in eine Richtung, wie beispielsweise der ASTM G99-Norm. Diese Unterscheidung ist entscheidend, da sich das Verschleißverhalten bei geschmierten Prüfungen aufgrund von Spannungsumkehrungen und Übergängen zur Nulldriftgeschwindigkeit erheblich unterscheiden kann. Diese Norm eignet sich besonders für die Bewertung des Verschleißes in Systemen mit häufigen Bewegungsumkehrungen, wie z. B. Lagern, Dichtungen oder Kolbenringen. Prüfbedingungen wie Belastung und Geschwindigkeit werden auf die Anforderungen der vorgesehenen Anwendung abgestimmt.

Die Testmethode ASTM G133 umfasst die folgenden grundlegenden Schritte:

• Probenvorbereitung: Es werden eine Probe mit flacher Unterseite und eine Probe mit kugelförmiger Oberseite (Kugel) vorbereitet. Die flache Probe muss eine ausreichend große Oberfläche haben, um die Hin- und Herbewegung zu ermöglichen.
• Prüfaufbau: Die Prüflinge werden auf einem linearen, reziproken Tribometer montiert. Dieser Aufbau ermöglicht eine präzise Kontrolle von Belastung, Geschwindigkeit und Umgebungsbedingungen (z. B. Temperatur, Feuchtigkeit oder Schmierung).
• Prüfbedingungen: Diese Norm umfasst zwei Verfahren (A und B) mit unterschiedlichen Last- und Geschwindigkeitseinstellungen für verschiedene Anwendungen. Die Prüfungen können mit oder ohne Schmierung durchgeführt werden.
• Messung: Das Verschleißvolumen wird typischerweise durch Messung der Verschleißnarbe an Kugel- und Flachproben berechnet. Hierzu werden Techniken wie optische Profilometrie oder 3D-Topographie eingesetzt. Der Reibungskoeffizient kann ebenfalls mit entsprechenden Sensoren erfasst werden.
• Datenberichterstattung: Die Ergebnisse umfassen Verschleißvolumen, Reibungskoeffizienten und Testbedingungen. Dieser Standard legt Wert auf eine klare Berichterstattung, um die Wiederholbarkeit zu gewährleisten.

Der ASTM G133-Standard wird in der Industrie verwendet, um:

• Zur Bewertung der Verschleißfestigkeit von Materialien wie Keramik, Metallen und Beschichtungen.
• Vergleich der Leistung von Schmiermitteln an gegenüberliegenden Gleitkontaktpunkten.
• Simulation realer Bedingungen in Komponenten wie Motorteilen, Lagern und biomedizinischen Implantaten.
• Unterstützung der Forschung und Entwicklung neuer verschleißfester Materialien oder Oberflächenbehandlungen.

Dieser Standard weist jedoch einige Einschränkungen auf:

• Genauigkeit der Verschleißmessung: Diese Norm weist darauf hin, dass die Berechnung des Verschleißvolumens fehleranfällig sein kann, insbesondere bei unregelmäßigen Verschleißnarben. Zur Verbesserung der Genauigkeit werden Verbesserungen der Messtechniken wie der 3D-Profilometrie empfohlen.
• Spezifität: Der Test ist spezifisch für lineare Hin- und Herbewegungen und ist möglicherweise nicht vollständig repräsentativ für andere Verschleißmechanismen (z. B. abrasiven oder erosiven Verschleiß).
• Umweltkontrolle: Änderungen der Luftfeuchtigkeit oder Temperatur können die Ergebnisse beeinflussen und erfordern eine sorgfältige Kontrolle während des Tests.

Untersuchungen haben die Herausforderungen bei der Berechnung des Verschleißvolumens im Prüfverfahren ASTM G133 aufgezeigt, insbesondere bei unregelmäßigen Verschleißnarben. Eine Studie schlug Verbesserungen vor, um die Fehler bei der Verschleißvolumenbestimmung durch verbesserte Messmethoden, beispielsweise durch die Verwendung von 3D-Topografie anstelle der herkömmlichen Profilometrie, von 106 Prozent auf 17 Prozent zu reduzieren.

Die Norm ASTM G133 bietet somit einen robusten Rahmen für die Bewertung von Gleitverschleiß in Hubkolbensystemen und liefert wertvolle Informationen zur Materialleistung unter realistischen Bedingungen. Die Vielseitigkeit, sowohl Tests mit als auch ohne Schmierung zu ermöglichen, macht diese Norm zu einem wichtigen Werkzeug für Materialwissenschaftler und -ingenieure. Um die Genauigkeit zu maximieren, müssen Anwender jedoch präzise Messtechniken und Umweltkontrollen sicherstellen.

Unser Unternehmen ist seit vielen Jahren im Einsatz und verfolgt die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam. Mit einem qualifizierten Team und einer umfassenden Infrastruktur führt es für Unternehmen aller Branchen Tests, Messungen und Analysen in einer Vielzahl von Bereichen durch. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der „ASTM G133 Standardtestmethode für linearen reziproken Gleitverschleiß zwischen Kugeln und flachen Oberflächen“ an.