CSTM-金屬材料 銷-盤摩擦磨損試驗(yàn) 第1部分-室溫摩擦磨損試驗(yàn)方法編制說明

《金屬材料銷-盤摩擦磨損試驗(yàn)第1部分：室溫摩擦磨損試驗(yàn)方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說明（征求意見稿）《金屬材料銷-盤摩擦磨損試驗(yàn)第1部分：室溫摩擦磨損試驗(yàn)方法》項(xiàng)目工作組2021年4月《金屬材料銷-盤摩擦磨損試驗(yàn)第1部分：室溫摩擦磨損試驗(yàn)方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）一、目的意義機(jī)械系統(tǒng)中的摩擦磨損是不可避免的現(xiàn)象，是機(jī)械設(shè)備最常見也是最大量的失效形式，要達(dá)到控制和減少磨損的目的，產(chǎn)生磨損的機(jī)理研究極其重要，通過科學(xué)運(yùn)用摩擦磨損理論開發(fā)高性能耐磨材料，可防止或減輕摩擦磨損帶來的損失，進(jìn)而提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能源。銷盤式磨損試驗(yàn)是最普遍使用的磨損試驗(yàn)之一，主要用于評價面接觸材料的磨損性能。當(dāng)前已有多類銷盤式磨損試驗(yàn)機(jī)投入市場使用，國際上部分國家建立了銷-盤摩擦磨損試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，例如ASTMG99-05標(biāo)準(zhǔn)，但目前我國的摩擦磨損標(biāo)準(zhǔn)還缺乏對銷盤式磨損試驗(yàn)的有關(guān)要求和方法，也沒有現(xiàn)行有效的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，這將不利于我國摩擦磨損系統(tǒng)體系學(xué)科研究和耐磨材料開發(fā)及產(chǎn)業(yè)的長足發(fā)展。因此，標(biāo)準(zhǔn)工作組以耐磨材料研發(fā)的技術(shù)需求出發(fā)，起草制定了測定金屬材料及其復(fù)合材料在銷-盤滑動摩擦條件下磨損量及摩擦系數(shù)的室溫摩擦磨損試驗(yàn)方法的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，通過測定銷磨損直徑與盤磨痕寬度，根據(jù)相關(guān)幾何關(guān)系計算銷與盤試樣的體積磨損、質(zhì)量磨損和摩擦系數(shù)，并規(guī)定基于銷與盤試樣的磨損情況分類進(jìn)行評價。該標(biāo)準(zhǔn)的制定將有利于推動我國金屬材料摩擦磨損性能評價學(xué)科的發(fā)展和耐磨材料科研領(lǐng)域的進(jìn)步，完善金屬材料摩擦磨損性能的評價標(biāo)準(zhǔn)和體系，有助于為相關(guān)耐磨材料及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展節(jié)省資源、提升效率。二、預(yù)期的社會經(jīng)濟(jì)效益本團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)從試驗(yàn)原理、試樣、試驗(yàn)設(shè)備及儀器、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)結(jié)果處理等全方面明確規(guī)范銷盤式磨損試驗(yàn)方法的測試技術(shù)，有效規(guī)避因無統(tǒng)一評價方法標(biāo)準(zhǔn)所造成的面接觸材料磨損性能難以合理對比的問題。本標(biāo)準(zhǔn)的制定可以規(guī)范企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)，有效地進(jìn)行質(zhì)量管理，保證企業(yè)自身不斷提高，為市場提供高質(zhì)量的產(chǎn)品。此外，本標(biāo)準(zhǔn)的制定對改進(jìn)耐磨材料制造工藝和評價水平，以及新材料新產(chǎn)品的科研和開發(fā)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義，進(jìn)而促進(jìn)我國耐磨材料行業(yè)的健康快速發(fā)展。通過本團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施，將有助于規(guī)范利用銷盤式磨損試驗(yàn)機(jī)評價面接觸材料磨損性能的試驗(yàn)方法，可以實(shí)現(xiàn)材料摩擦磨損性能評價標(biāo)準(zhǔn)制定水準(zhǔn)的提升，讓行業(yè)內(nèi)科研技術(shù)人員有據(jù)可依，同時提高產(chǎn)品的國際競爭力。本標(biāo)準(zhǔn)的制定為金屬材料摩擦磨損性能評價標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和完善奠定基礎(chǔ)，有益于完善和健全我國摩擦磨損試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，促進(jìn)材料研究的發(fā)展，提高可靠性評價水平，具有重要的社會效益。三、工作簡況3.1任務(wù)來源本項(xiàng)目是由中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會提出，根據(jù)中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會金屬磨損控制與成型技術(shù)委員會的通知，由廣東省科學(xué)院材料與加工研究所負(fù)責(zé)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料銷-盤摩擦磨損試驗(yàn)第1部分：室溫摩擦磨損試驗(yàn)方法》的起草與制定工作。3.2主要工作過程（1）立項(xiàng)階段立項(xiàng)之前，標(biāo)準(zhǔn)起草單位對國內(nèi)的大專院校、科研院所、復(fù)合材料企業(yè)等單位進(jìn)行了大量調(diào)研，對標(biāo)準(zhǔn)的檢測理論、方法及設(shè)備進(jìn)行了廣泛研究。2020年5月，按照中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會金屬磨損控制與成型技術(shù)委員會的通知，針對《金屬材料銷-盤摩擦磨損試驗(yàn)第1部分：室溫摩擦磨損試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)制定任務(wù)，廣東省科學(xué)院材料與加工研究所成立了標(biāo)準(zhǔn)起草組，確定了參編單位和人員分工，制定了標(biāo)準(zhǔn)編制計劃，標(biāo)準(zhǔn)制定正式開始。（2）起草階段2020年5月，廣東省科學(xué)院材料與加工研究所標(biāo)準(zhǔn)編制起草小組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)情況調(diào)研和任務(wù)落實(shí)，完成標(biāo)準(zhǔn)草案的初步修改，并且對外征集參加標(biāo)準(zhǔn)制定意向的單位。2020年7月，廣東省科學(xué)院材料與加工研究所標(biāo)準(zhǔn)編制小組討論了標(biāo)準(zhǔn)文本內(nèi)容，討論了術(shù)語及定義、磨損量測定等技術(shù)參數(shù)、設(shè)備描述、應(yīng)用領(lǐng)域等問題，并做了修改。2020年9月，編制起草小組經(jīng)過前期技術(shù)驗(yàn)證與理論推導(dǎo)，完善修改標(biāo)準(zhǔn)中的部分參數(shù)，同時，積極與行業(yè)協(xié)會和團(tuán)體成員單位進(jìn)行研討，明確了各家單位的任務(wù)分工，由廣東省科學(xué)院材料與加工研究所負(fù)責(zé)整個標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的統(tǒng)籌策劃，標(biāo)準(zhǔn)草案撰寫等，其他幾家單位提供測試樣品，提出修改意見，共同修改完善標(biāo)準(zhǔn)。2021年1月，編制起草小組重點(diǎn)對標(biāo)準(zhǔn)名稱、范圍、術(shù)語及定義、試驗(yàn)原理、試樣、試驗(yàn)設(shè)備及儀器、試驗(yàn)方法及步驟、試驗(yàn)結(jié)果處理等部分進(jìn)行了逐句修改。2021年4月，編制起草小組仔細(xì)研討本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，檢查了計算公式、修正語句表達(dá)、修改完善圖表等，最終確定標(biāo)準(zhǔn)的全部內(nèi)容，形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。四、標(biāo)準(zhǔn)編制的原則本標(biāo)準(zhǔn)本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進(jìn)行制定，按照GB/T1.1—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》給出的規(guī)則起草，參照用戶的需求，規(guī)定了金屬材料在室溫條件下銷-盤摩擦磨損試驗(yàn)關(guān)于術(shù)語及定義、試驗(yàn)原理、試樣、試驗(yàn)設(shè)備及儀器、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)結(jié)果處理及試驗(yàn)報告的技術(shù)要求，適用于金屬及其復(fù)合材料在室溫條件下銷-盤滑動摩擦條件下磨損量及摩擦系數(shù)的測定。此外，積極采用國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)，本著促進(jìn)耐磨材料行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，提高產(chǎn)品質(zhì)量，合理利用資源，提高經(jīng)濟(jì)效益，滿足用戶要求，促進(jìn)對外貿(mào)易的原則編寫。五、標(biāo)準(zhǔn)編制內(nèi)容說明（1）關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“范圍”。結(jié)合理論推導(dǎo)和試驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)過討論，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬材料在室溫條件下銷-盤摩擦磨損試驗(yàn)的術(shù)語及定義、試驗(yàn)原理、試樣、試驗(yàn)設(shè)備及儀器、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)結(jié)果處理及試驗(yàn)報告。（2）“規(guī)范性引用文件”。經(jīng)過討論，引用現(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了該部分的描述，與最新的標(biāo)準(zhǔn)制定要求一致。（3）關(guān)于“術(shù)語和定義”。3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、3.10、3.11、3.12根據(jù)現(xiàn)行有效的標(biāo)準(zhǔn)分別給出了“摩擦”、“摩擦副”、“摩擦[表]面”、“摩擦力”、“法向力”、“摩擦系數(shù)”、“磨損”、“滑動磨損”、“磨損量”、“體積磨損”、“質(zhì)量磨損”、“磨痕”的定義。在3.13、3.14分別給出了“盤磨痕寬度”和“銷磨損直徑”的定義和示意圖。（4）關(guān)于“試驗(yàn)原理”。概述了銷-盤摩擦磨損試驗(yàn)的特點(diǎn)與過程，并給出了試驗(yàn)示意圖。（5）關(guān)于“試樣”。5.1、5.2、5.3分別明確了銷和盤試樣的制備、非磁性、熱加工后處理的要求。5.4明確了銷和盤試樣的尺寸要求。5.5明確了磨痕半徑與銷半徑的匹配要求。5.6明確了銷和盤試樣在試驗(yàn)過程中施加應(yīng)力不得出現(xiàn)破壞或過度彎曲的要求。（6）關(guān)于“試驗(yàn)設(shè)備及儀器”。6.1、6.2、6.3、6.4分別明確了銷-盤摩擦磨損試驗(yàn)設(shè)備的“測力系統(tǒng)”、“試樣夾持”、“測速系統(tǒng)”、“測量裝置”的規(guī)格和要求。（7）關(guān)于“試驗(yàn)方法”。根據(jù)試驗(yàn)過程，7.1明確了試樣的清洗與干燥。7.2明確了試驗(yàn)的環(huán)境溫度。7.3明確了試驗(yàn)在無振動、無腐蝕氣體和無粉塵的環(huán)境中進(jìn)行。7.4明確了銷和盤的夾持位置要求。7.5明確了試驗(yàn)前銷和盤的預(yù)磨需求，以保證良好面接觸。7.6明確了試驗(yàn)啟動階段轉(zhuǎn)速和試驗(yàn)力施加方式。7.7明確了試驗(yàn)由轉(zhuǎn)數(shù)是否達(dá)到來確定試驗(yàn)停止。7.8明確了試驗(yàn)轉(zhuǎn)數(shù)的制定根據(jù)。7.9明確了按需要記錄摩擦力。7.10明確了試樣清除松動碎屑的需要。7.11明確了試驗(yàn)后試樣的清洗和處理步驟。（8）關(guān)于“試驗(yàn)結(jié)果處理”。8.1明確了磨損量的測定內(nèi)容。8.2規(guī)定了銷磨損直徑與盤磨痕寬度的測定方法。8.3規(guī)定了當(dāng)盤試樣無明顯磨損時，銷試樣的體積磨損計算公式。8.4規(guī)定了當(dāng)銷試樣無明顯磨損時，盤試樣的體積磨損計算公式。8.5規(guī)定了當(dāng)銷前端為非球形的其他幾何形狀，銷和盤的體積磨損的計算方式。8.6規(guī)定了當(dāng)銷和盤均磨損嚴(yán)重時，銷和盤的體積磨損的確定方式。8.7規(guī)定了銷和盤試樣的質(zhì)量磨損的計算公式。8.8明確了試驗(yàn)結(jié)果數(shù)值至少保留兩位有效數(shù)字。（9）關(guān)于“試驗(yàn)報告”。9中規(guī)定了試驗(yàn)報告中應(yīng)該明確給出的信息。六、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）結(jié)果說明本標(biāo)準(zhǔn)為新標(biāo)準(zhǔn)制定，統(tǒng)計分析了相關(guān)科技學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，并對標(biāo)準(zhǔn)中所涉及的性能指標(biāo)都進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，在試驗(yàn)樣品的選擇上，盡量做到數(shù)量充分，具有代表性。本標(biāo)準(zhǔn)的銷-盤摩擦磨損試驗(yàn)的試驗(yàn)原理是由銷和盤組成摩擦副，在于預(yù)測銷、盤材料組合的相對磨損嚴(yán)重程度。將銷、盤安裝至試驗(yàn)機(jī)，通常為上銷下盤的安裝方式，銷前端通常為球面，也可為圓弧面，盤通常為圓形，也可選擇方形。銷和盤相接觸，試驗(yàn)機(jī)使盤或銷以一定轉(zhuǎn)速繞盤中心主軸旋轉(zhuǎn)，并承受一定試驗(yàn)力，其磨損軌跡在盤表面為圓，是在同一軌跡上的多次磨損。見圖1。經(jīng)規(guī)定轉(zhuǎn)數(shù)或滑動距離后，利用盤磨痕寬度和銷磨損直徑分別計算盤和銷的體積磨損，用稱重法測定盤和銷的質(zhì)量磨損。試驗(yàn)中連續(xù)測量盤上的摩擦力和法向力，計算摩擦系數(shù)。試驗(yàn)示意圖注：1——銷；2——盤；N——荷載于銷上的法向力；r——銷半徑；R——磨痕半徑；W——盤或銷轉(zhuǎn)速。七、與國際、國外標(biāo)準(zhǔn)對比情況材料的摩擦磨損特性與材料的強(qiáng)度和硬度等性能不同，它不是材料的固有的特性，而是條件與材料的力學(xué)、物理和化學(xué)等特性的綜合體現(xiàn)，利用已標(biāo)準(zhǔn)化的通用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行性能評價已被摩擦學(xué)界廣泛應(yīng)用，其中銷盤式磨損試驗(yàn)是最普遍使用的材料摩擦磨損性能評價手段之一，主要用于評定工程材料、合金軸承等的使用性能，研究工況參數(shù)對材料磨損性能和磨損機(jī)理的研究。美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會在2005年即對銷盤式磨損試驗(yàn)方法進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范（ASTMG99-05銷盤裝置上磨損試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法），并于2016年作了進(jìn)一步的修訂，但是，該標(biāo)準(zhǔn)整體的定義和范圍較為寬泛，銷和盤試樣的尺寸與匹配要求無明確規(guī)定，在關(guān)于試樣結(jié)果處理，尤其是銷和盤試樣都較為嚴(yán)重的情況下的體積磨損測定尚未完善，容易引入人為誤差。當(dāng)前我國關(guān)于摩擦磨損試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)尚不完善。在國家標(biāo)準(zhǔn)方面，唯有GB/T34501（硬質(zhì)合金-耐磨試驗(yàn)方法）和GB/T12444（金屬材料磨損試驗(yàn)方法試環(huán)-試塊滑動磨損試驗(yàn)）描述摩擦磨損試驗(yàn)方法的范圍與規(guī)范，主要采用的是干砂/橡膠輪磨粒磨損裝置或試環(huán)-試塊滑動磨損試驗(yàn)機(jī)，尚無涉及銷盤式磨損試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)；在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，有JBT7506（固定磨粒磨料磨損試驗(yàn)銷-砂紙盤滑動磨損法），在團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)方面，有T-CFA010604-3（鋼鐵材料沖擊磨料磨損試驗(yàn)方法），T-CFA010604.05（鋼鐵材料沖擊腐蝕磨料磨損試驗(yàn)方法），T-CFA010604.06（金屬材料三體磨料磨損試驗(yàn)方法），其主要針對鋼鐵材料或金屬材料在外界環(huán)境的磨損評價，相應(yīng)的試驗(yàn)原理與銷盤式磨損機(jī)制有異；另外，也有針對產(chǎn)品磨損評價的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括有SY/T5415（鉆頭使用基本規(guī)則和磨損評定方法）、HG/T3221（搪玻璃層耐磨損性試驗(yàn)方法）和JB/T9758（氣缸套、活塞環(huán)快速模擬磨損試驗(yàn)方法）等，然而其磨損摩擦試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)普適性欠佳，其中應(yīng)用的磨損性能評定方法也未對銷盤式磨損試驗(yàn)方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范?，F(xiàn)階段現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中涉及