(高清版)GBT 42539-2023 滾動(dòng)軸承 軸承用陶瓷球 強(qiáng)度測(cè)定（缺口球試驗(yàn)）

滾動(dòng)軸承軸承用陶瓷球強(qiáng)度測(cè)定(缺口球試驗(yàn))國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IⅡGB/T42539—2023/ISa)材料具有線性彈性(應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)b)材料均勻且具有各向同性。1本文件規(guī)定了球徑為3mm～50mm的軸承用成品陶瓷球強(qiáng)度測(cè)定方法。陶瓷球優(yōu)先采用氮化硅泊松比對(duì)強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果有輕微影響，因此在計(jì)算時(shí)，包括用做軸承滾動(dòng)體的典型氮化硅陶瓷在下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文ISO463產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)尺寸測(cè)量設(shè)備機(jī)械指示表的設(shè)計(jì)和計(jì)量特性[Geometricalproductspecificationsicalcharacteristicsofmechanicaldialgauge]ISO3290-2滾動(dòng)軸承球第2部分：陶瓷球(Rollingbearings—Balls—Part2:Ceramicballs)ISO3611產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)尺寸測(cè)量設(shè)備：外徑千分尺設(shè)計(jì)和計(jì)量學(xué)特性[Geomet-ricalproductspecifications(GPS)—Dimensionalmeasuringequipment:Micnalmeasurements—DesignandmetISO6106磨料超硬磨料粒度檢驗(yàn)(Abrasiveproducts—Checkingthegrainsizeofsuperabrasives)ISO7500-1:2018金屬材料靜力單軸試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)第1部分：拉力和(或)壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)力machines—Part1:Tension/compressiontestingmachines—CalibratISO20501精細(xì)陶瓷(先進(jìn)陶瓷、先進(jìn)技術(shù)陶瓷)強(qiáng)度數(shù)據(jù)的韋布爾統(tǒng)計(jì)分析方法[Fine2Fh3Rm2l注1:l=D.-h。4缺口根部notchroot缺口寬度notchwidthw極點(diǎn)pole預(yù)載荷preloadF。5λp5w符號(hào)見表1。陶瓷球直徑FN斷裂載荷Nf-hlm同一批次陶瓷球的韋布爾模數(shù)nSVW6表1符號(hào)(續(xù))25λv泊松比pW施加載荷。缺口兩側(cè)面受到擠壓而接觸，缺口根部相對(duì)的陶瓷球表面(被測(cè)表面)產(chǎn)生拉應(yīng)力。勻速增6設(shè)備和試驗(yàn)裝置砧板的接觸區(qū)域應(yīng)由厚度不小于10mm的硬質(zhì)金屬或氮化硅圓盤制成。砧板表面不應(yīng)有發(fā)生塑性變形的壓痕。兩砧板表面應(yīng)與載荷方向垂直(見圖la)中2]。載荷方向應(yīng)與試驗(yàn)機(jī)十字頭的運(yùn)動(dòng)方砧板結(jié)構(gòu)不應(yīng)影響試樣定位，砧板結(jié)構(gòu)示例見附錄D。載荷加載點(diǎn)B和B′應(yīng)位于砧板的軸線試驗(yàn)機(jī)十字頭應(yīng)能勻速進(jìn)給加載。試驗(yàn)機(jī)應(yīng)配備能隨時(shí)記錄載荷值的裝置。試驗(yàn)機(jī)的不確定度應(yīng)符合ISO7500-1:2018中1級(jí)(載荷示值的1%)的要求，載荷記錄裝置的靈敏度應(yīng)高于最大載荷的76.3測(cè)量裝置參數(shù)的測(cè)定需要下列測(cè)量設(shè)備：——光學(xué)顯微鏡(見6.3.4);——韌帶厚度量規(guī)(見6.3.5)。6.3.2外徑千分尺外徑千分尺用于測(cè)量試樣的尺寸，其準(zhǔn)確度為±2μm或更高，其他要求應(yīng)符合ISO3611的規(guī)定。千分尺的測(cè)量面應(yīng)平滑，不應(yīng)使用尖頭千分尺，以避免損傷樣品。其他長(zhǎng)度量?jī)x裝置也應(yīng)符合類似的規(guī)定。6.3.3機(jī)械千分表機(jī)械千分表用于測(cè)量缺口中心度，其準(zhǔn)確度為±10μm,其他要求應(yīng)符合ISO463的規(guī)定。6.3.4光學(xué)顯微鏡應(yīng)使用顯微鏡(見圖C.1c)]記錄校準(zhǔn)顯微圖片，以確定缺口參數(shù)。6.3.5韌帶厚度量規(guī)可使用帶底座(見圖3)的特殊量具(量規(guī)或量刀)能測(cè)定出足夠準(zhǔn)確的韌帶厚度。量刀的刀口刃為“鈍刀刃”形，可帶有圓形或小平頂形的量刃。為避免缺口底部半徑和缺口球過度傾斜對(duì)測(cè)量造成影響，量刀應(yīng)符合公式(1)和公式(2)給出的幾何條件：Rs≤w/10 (1)0.7w≤ws≤0.9w (2)韌帶厚度的測(cè)量步驟見圖4。X—圖3帶底座韌帶厚度量規(guī)8烘干機(jī)干燥箱的溫度應(yīng)能保持在110℃±5℃。7.1試樣數(shù)量n為確保反映材料的特性和質(zhì)量，至少應(yīng)取得10個(gè)有效試驗(yàn)結(jié)果。試樣數(shù)量最少為30個(gè)，以便于強(qiáng)7.2直徑試驗(yàn)用陶瓷球的直徑應(yīng)由制造廠規(guī)定或按ISO32加工缺口時(shí)不應(yīng)損傷被測(cè)表面。切削加工缺口通常需要較大的力，在接觸點(diǎn)產(chǎn)生很高的接觸應(yīng)通常推薦聚合物結(jié)合金剛石砂輪。寬度小于1mm砂輪的金剛石涂層常為電鍍涂覆，電鍍涂層會(huì)裂紋試樣的拒收標(biāo)準(zhǔn)按照附錄F的規(guī)定。對(duì)有剝落和/或局部裂紋(超出附錄F規(guī)定的拒收范圍)的試建議進(jìn)給速率(切削深度)為5μm/r～10μm/r。標(biāo)準(zhǔn)缺口球的相對(duì)尺寸見表2。表中尺寸數(shù)值(幾何形狀)為缺口制備時(shí)的目標(biāo)值。在缺口球強(qiáng)度9標(biāo)準(zhǔn)缺口接收范圍λwP50一組試驗(yàn)(例如，樣本數(shù)為30)韋布爾參數(shù)的確定應(yīng)符合ISO20501的規(guī)定，所有試樣缺口參數(shù)之間的變動(dòng)量不應(yīng)超過表3的規(guī)定。最大允許偏差△(用于確定韋布爾參數(shù))試驗(yàn)時(shí)試樣應(yīng)無灰塵和油脂。各個(gè)工序之后，試樣應(yīng)在清水或合適的溶劑中清洗。若加工過程中清洗后試樣應(yīng)在溫度為110℃±5℃的干燥箱中烘干至少2h。8試驗(yàn)步驟韌帶厚度(h)和缺口中心度z的測(cè)量方法見圖4,應(yīng)使用圖3中所示量規(guī)進(jìn)行測(cè)量。將陶瓷球缺口放在水平放置的量規(guī)上，測(cè)量高度(p?)。取下陶缺口根部半徑和缺口寬度應(yīng)在與平面A-B-B'平行的平面中測(cè)定(見圖1)。為便于操作，允許在材料特性相近的相似試樣(例如，通過相同切削工序制成的矩形棒)上進(jìn)行測(cè)量，或在缺口球垂直于平面A-B-B'的中心截面上進(jìn)行測(cè)量。缺口根部半徑R?和R?的測(cè)量方法示意圖見圖5。圖C.1c)展示了一測(cè)得的輔助距離r?和r?為各底角與缺口輪廓和底角平分線交點(diǎn)之間的距離。缺口根部平均半徑(Rm)可由公式(4)和公式(5)計(jì)算得出： GB/T42539—2023/IRm=(R?+R?)/28.2力學(xué)試驗(yàn)試樣應(yīng)在試驗(yàn)前存放在試驗(yàn)氣氛中至少2h以適應(yīng)試驗(yàn)環(huán)境，并記錄環(huán)境溫度和相對(duì)濕度。試驗(yàn)溫度應(yīng)在15℃~30℃內(nèi)，在整個(gè)試驗(yàn)過程中，溫度變化不應(yīng)超過3℃,相對(duì)濕度變化不超過10%。每個(gè)試樣應(yīng)放置在砧板中心(即施加載荷的點(diǎn)位于加載方向的軸線上)。中在試樣上施加預(yù)載，使試樣固定在砧板中心，預(yù)載荷不應(yīng)超過預(yù)期斷裂載荷的10%。預(yù)載荷的加選擇載荷范圍時(shí)，宜使預(yù)期平均斷裂載荷大致位于載荷測(cè)量量程的中間。載荷勻速增大并應(yīng)保證斷裂發(fā)生在5s～15s內(nèi)。推薦的初始試驗(yàn)速度見附錄G,圖6給出了載荷-時(shí)間函數(shù)簡(jiǎn)圖。應(yīng)記錄斷裂載荷(F)(斷裂時(shí)施加的載荷)。所有斷裂部分應(yīng)儲(chǔ)存并標(biāo)記，以便以后調(diào)查。 (6)基于相對(duì)缺口參數(shù)(λ、w和p)的系數(shù)f的函數(shù)表和擬合函數(shù)應(yīng)符合附錄A的規(guī)定。使用函數(shù)表@fwf表A.3p=0.2時(shí)f表A.4p=0.3時(shí)wf表A.5p=0.4時(shí)wfwff(λ,w,p)=1.7471+λ(-0.39458—0.97299p-4.9012p2)(0.78727+0.83336λ2(3.7791-0.86171p-4.7871p2)(-2.3118-1.5151w+6.819λ3(2.8217-0.43376p-2.3646p2)(3.2139+4.0741w-15.2GB/T42539—2023/ISO(規(guī)范性)缺口球強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可比性相對(duì)幾何參數(shù)不同的缺口球，承載區(qū)(體積)的大小不同，根據(jù)韋布爾理論計(jì)算得出的特征強(qiáng)度值也不同。為了比較兩個(gè)批次(直徑相同，缺口幾何參數(shù)不同)缺口球的特征強(qiáng)度，可運(yùn)用公式(B.1)將兩個(gè)特征強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為參考值，即相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)幾何參數(shù)的基準(zhǔn)強(qiáng)度(oRa)。修正系數(shù)f.(w,m)和fx(λ,m)分別需要各個(gè)批次缺口球缺口參數(shù)λ和w的平均值來確定。韋布爾參數(shù)(特征強(qiáng)度和韋布爾模數(shù))的確定符合ISO20501的規(guī)定且每個(gè)批次最小試樣數(shù)量(樣本數(shù))為30個(gè)時(shí)，則可按照公式(B.1)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。表B.1計(jì)算基準(zhǔn)強(qiáng)度的公式(B.1)中，不同相對(duì)缺口寬度(o)和韋布爾模數(shù)(m)時(shí)的修正系數(shù)(f。)m56789mm56789m不同尺寸試樣和(或)不同應(yīng)力區(qū)域的特征強(qiáng)度，可根據(jù)有效體積(V)(適用于缺陷為體積型分布的試樣)或有效面積(Sa)(適用于缺陷僅分布于表面的試樣)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換步驟見參考文獻(xiàn)[8]或[11]。這一轉(zhuǎn)換通常是為了對(duì)比彎曲梁或應(yīng)用部件試樣的特征強(qiáng)度。由于缺口球試樣幾何形狀復(fù)雜，未推導(dǎo)出Vaf和S的解釋表達(dá)式。公式(B.2)和公式(B.3)中分別給出了V.和S的近似值。當(dāng)缺口幾何參數(shù)符合表2的規(guī)定且泊松比在0.15<v<0.35時(shí)，公式(B.2)和公式(B.3)的擬合誤差在4<m<20和4<m<50時(shí)的擬合誤差分別小于8.5%和18%。Sa(λ,w,p,v,m)=(Dm2π)(m+1)-0.9380.0206(1-0.(資料性)缺口制備的V型槽滑塊系統(tǒng)圖C.1給出了用于制備陶瓷球缺口的V型槽滑塊系統(tǒng)。圖中一組陶瓷球膠粘在導(dǎo)軌的V型槽中，隨后使用金剛石切刀對(duì)陶瓷球開槽。多個(gè)試樣通過同一工序制備，缺口幾何參數(shù)相同。a)帶V型槽的導(dǎo)軌(90°棱柱)示意圖見圖C.1a)的說明4。這種支撐方式可使陶瓷球被測(cè)表一致且無灰塵和油脂。導(dǎo)軌中的V型槽可為如圖C.1b)所示的梯形，以減少所需的膠水量(需保證陶瓷球底部的被測(cè)表面不與導(dǎo)軌接觸)。可使用輔助導(dǎo)軌(說明1)形成附加定位點(diǎn)以b)端板可攔截、固定陶瓷球(見圖C.1b)中的箭頭],在同一制備工序中，與陶瓷球同時(shí)被切削。建議使用相應(yīng)裝置(例如，導(dǎo)軌端部垂直于V型槽的缺口)來定位端板。若端板與切削方c)在缺口制備過程中，使用膠水將陶瓷球固定在V型槽上。陶瓷球、導(dǎo)軌和端板上的膠水需足圖C.1制備缺口的V型槽滑塊系統(tǒng)(資料性)使用一個(gè)直徑為10D。厚度為0.9w的圓盤，將三個(gè)缺口球等距卡在圓盤邊緣，并使被測(cè)陶瓷球位于載荷中心(見圖D.1),使圓盤和陶瓷球缺口組合并平行于參考平面(例如，下沖頭平面或輔助沖壓平加工得到的。在此之前，需要對(duì)陶瓷球和圓盤進(jìn)行清洗。輔助陶瓷球可固定在圓盤上。定位輔助也可修改為定心輔助，以便使被測(cè)陶瓷球位于加載裝置中心。試驗(yàn)(資料性)表E.1給出了一個(gè)缺口球強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)報(bào)告示例?！d荷-位移特性為線性(與圖6相似); 缺口幾何形狀在可接受范圍之內(nèi)(按表2的規(guī)定):表E.1缺口球強(qiáng)度測(cè)定試樣報(bào)告示例往復(fù)切削(磨料粒度D15)內(nèi)部報(bào)告，編號(hào)001訂單編號(hào)操作人員試驗(yàn)開始時(shí)間預(yù)載荷F。球等級(jí)(ISO3290-2)1泊松比無平均斷裂時(shí)間斷裂厚度缺口寬度部平均缺口中心度強(qiáng)度否有效斷裂起f1是無2是無3是無4是無5是無6是無斷裂厚度缺口寬度部平均缺口中心度強(qiáng)度否有效斷裂起f7是無8是無9是無是無直徑的5%。GB/T42539—2023/ISO(資料性)十字頭初始速度建議值對(duì)第一組試驗(yàn)中的第一個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，斷裂所需時(shí)間通常未知。通常建議以較低速度開始試驗(yàn)，15s后停止試驗(yàn)，然后十字頭再以兩倍的速度開始試驗(yàn)。然而，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，十字頭初始速度可使用公式(G.1)計(jì)算，其斷裂時(shí)間宜約為10s。對(duì)于直徑為12.7mm由典型氮化硅材料制成的陶瓷球，計(jì)算出的十字頭初始速度為1mm/min。v——十字頭速度估計(jì)值，單位為毫米每分(mm/min);E——楊氏模量，單位為吉帕(GPa);Dw——陶瓷球直徑，單位為毫米(mm);[1]ISO6104Superabrasiveproducts—Rotatinggronnitride—Generalsurvey,designationandmultilingualnom[2]ISO14253-2Geometricalproductspecifications(GPS)—Insworkpiecesandmeasuringequipment—Part2:GuidancefortGPSmeasurement,incalibrationofmeasuringequipmentandinproductverification[4]ISO26602Fineceramics(advancedceramics,advancedtechnicalceramictridematerialsforrollingbeari