Metoda testowa zgodna ze standardem ASTM G133 do badania zużycia ślizgowego liniowej powierzchni przeciwległej kuli i płaskiej powierzchni

Norma „ASTM G133 Standardowa metoda badania zużycia ślizgowego liniowej, posuwisto-zwrotnej powierzchni kulistej” opracowana przez Amerykańskie Stowarzyszenie Badań i Materiałów (ASTM) opisuje metodę badania służącą do określania zużycia ślizgowego ceramiki, metali i innych materiałów odpornych na zużycie przy użyciu liniowej, posuwisto-zwrotnej geometrii powierzchni kulistej.

Kierunek ruchu względnego między powierzchniami ślizgowymi okresowo się odwraca, tak że poślizg odbywa się tam i z powrotem po linii prostej. Kluczowymi wartościami, które należy wziąć pod uwagę, są zużycie materiałów stykających się kulek i płaskich próbek. Opisaną metodą można również zmierzyć współczynnik tarcia kinetycznego. Niniejsza metoda badawcza obejmuje zarówno procedury testowe bez smarowania, jak i ze smarowaniem. Nie obejmuje ona jednak testów przeprowadzanych w środowiskach korozyjnych lub agresywnych chemicznie.

Niniejsza metoda badawcza ma na celu symulację geometrii i ruchów występujących w wielu elementach ciernych, których normalna praca powoduje okresowe zmiany kierunku względnego poślizgu. Zużycie wynikające z tego wzorca ruchu może różnić się od zużycia występującego, gdy te same materiały ślizgają się w sposób ciągły tylko w jednym kierunku (poślizg jednokierunkowy), nawet przy porównywalnych czasach kontaktu. Obciążenia i prędkości testowe powinny być określone w zależności od stopnia skomplikowania proponowanego zastosowania lub celu badania. W tych testach można zastosować jeden z dwóch zestawów warunków testowych (procedury A i B).

Ta metoda badawcza symuluje zużycie elementów poddawanych okresowym zmianom kierunku ruchu ślizgowego, które są powszechne w rzeczywistych układach tribologicznych, takich jak elementy silników, hamulce i sprzęgła. Norma ASTM G133 jest szeroko stosowana w branżach takich jak motoryzacja, lotnictwo i produkcja, do oceny trwałości materiałów w określonych warunkach zużycia.

Norma ASTM G133 opisuje kontrolowaną metodę pomiaru zużycia ślizgowego w ruchu liniowym, posuwisto-zwrotnym. Test polega na pocieraniu kulistej próbki górnej o płaską próbkę dolną, z okresową zmianą kierunku ruchu. Głównymi parametrami pomiarowymi są objętości zużycia kulistej i płaskiej próbki, ale można również zmierzyć współczynnik tarcia kinetycznego. Norma ta obsługuje zarówno warunki testowe smarowane, jak i niesmarowane, co czyni ją wszechstronną w różnych zastosowaniach.

Ta metoda badawcza została opracowana w celu naśladowania geometrii i ruchu elementów poddawanych ruchowi posuwisto-zwrotnemu. To odróżnia ją od testów poślizgu jednokierunkowego, takich jak norma ASTM G99. To rozróżnienie jest kluczowe, ponieważ zużycie może się znacznie różnić ze względu na zmiany kierunku naprężeń i przejścia do prędkości zerowego dryftu w testach smarowanych. Norma ta jest szczególnie cenna do oceny zużycia w układach, w których często występują zmiany kierunku ruchu, takich jak łożyska, uszczelnienia czy pierścienie tłokowe. Warunki badania, takie jak obciążenie i prędkość, są dostosowane do stopnia trudności zamierzonego zastosowania.

Metoda badawcza ASTM G133 obejmuje następujące podstawowe kroki:

• Przygotowanie próbki: Przygotowuje się próbkę z płaskim dnem i kulistą górną próbkę (kulkę). Płaska próbka musi mieć wystarczającą powierzchnię, aby umożliwić ruch posuwisto-zwrotny.
• Konfiguracja testowa: Próbki są montowane na liniowym, posuwisto-zwrotnym tribometrze. Taka konfiguracja umożliwia precyzyjną kontrolę obciążenia, prędkości i warunków środowiskowych (np. temperatury, wilgotności lub smarowania).
• Warunki testu: Norma ta obejmuje dwie procedury (A i B) z różnymi ustawieniami obciążenia i prędkości, dostosowane do różnych zastosowań. Testy można przeprowadzać ze smarowaniem lub bez.
• Pomiar: Objętości zużycia są zazwyczaj obliczane poprzez pomiar śladu zużycia na próbkach kulistych i płaskich, przy użyciu technik takich jak profilometria optyczna lub topografia 3D. Współczynnik tarcia można również rejestrować za pomocą odpowiednich czujników.
• Raportowanie danych: Wyniki obejmują objętość zużycia, współczynniki tarcia i warunki testowe. Norma kładzie nacisk na przejrzyste raportowanie w celu zapewnienia powtarzalności.

Norma ASTM G133 jest stosowana w przemyśle do:

• Ocena odporności na zużycie materiałów takich jak ceramika, metale i powłoki.
• Porównanie skuteczności działania środków smarnych w przeciwległych punktach styku ślizgowego.
• Symulowanie warunków rzeczywistych w takich komponentach, jak części silnika, łożyska i implanty biomedyczne.
• Wspieranie prac badawczo-rozwojowych nad nowymi materiałami odpornymi na zużycie lub metodami obróbki powierzchni.

Norma ta ma jednak pewne ograniczenia:

• Dokładność pomiaru zużycia: Norma ta wskazuje, że obliczenia objętości zużycia mogą być podatne na błędy, szczególnie w przypadku nieregularnych śladów zużycia. W celu zwiększenia dokładności zaleca się udoskonalenie technik pomiarowych, takich jak profilometria 3D.
• Specyfika: Test dotyczy wyłącznie liniowego ruchu posuwisto-zwrotnego i może nie być w pełni reprezentatywny dla innych mechanizmów zużycia (np. zużycia ściernego lub erozyjnego).
• Kontrola środowiska: Zmiany wilgotności lub temperatury mogą mieć wpływ na wyniki i wymagają starannej kontroli podczas testów.

Badania uwypukliły trudności związane z obliczaniem objętości zużycia w metodzie pomiarowej ASTM G133, szczególnie w przypadku nieregularnych śladów zużycia. W jednym z badań zaproponowano udoskonalenia mające na celu zmniejszenie błędów w określaniu objętości zużycia ze 106% do 17% poprzez udoskonalenie metod pomiaru, takich jak zastosowanie topografii 3D zamiast tradycyjnej profilometrii.

W rezultacie norma ASTM G133 zapewnia solidne ramy do oceny zużycia ślizgowego w układach posuwisto-zwrotnych, dostarczając cennych informacji na temat właściwości materiałów w rzeczywistych warunkach. Jej wszechstronność, umożliwiająca zarówno badania smarowane, jak i niesmarowane, czyni tę normę kluczowym narzędziem dla naukowców i inżynierów materiałowych. Użytkownicy muszą jednak zadbać o precyzyjne techniki pomiarowe i kontrolę warunków środowiskowych, aby zmaksymalizować dokładność.

Nasza organizacja, działająca od wielu lat i skrupulatnie śledząca globalny rozwój nauki i technologii, przeprowadza testy, pomiary i analizy w szerokim zakresie dziedzin dla firm z każdej branży, dysponując wykwalifikowanym zespołem i rozbudowaną infrastrukturą. W tym kontekście świadczymy również usługi testowe zgodnie z „Standardową metodą testowania zużycia ślizgowego liniowej powierzchni kulkowej i płaskiej” ASTM G133.