Коэффициент износа

Коэффициент износа — это физический коэффициент, используемый для измерения, характеристики и корреляции износа материалов.

Фон

Традиционно износ материалов характеризовался потерей веса и скоростью износа. Однако исследования показали, что коэффициент износа является более подходящим. Причина в том, что он учитывает скорость износа, приложенную нагрузку и твердость штифта износа. Хотя наблюдались отклонения измерений порядка 10-1, отклонения можно свести к минимуму, если принять соответствующие меры предосторожности.

Кривую зависимости объема износа от расстояния можно разделить по крайней мере на два режима: переходный режим износа и установившийся режим износа. Потеря объема или веса изначально криволинейна. Скорость износа на единицу расстояния скольжения в переходном режиме износа уменьшается до тех пор, пока не достигнет постоянного значения в установившемся режиме износа. Следовательно, стандартное значение коэффициента износа, полученное из кривой потери объема от расстояния, является функцией расстояния скольжения.

Измерение

Уравнение стационарного износа было предложено следующим образом:

${\displaystyle V=K{\frac {PL}{3H}}}$

где ${\displaystyle H}$ — твердость по Бринеллю, выраженная в Паскалях, ${\displaystyle V}$ — объемные потери, ${\displaystyle P}$ — это нормальная нагрузка, а ${\displaystyle L}$ — расстояние скольжения.
${\displaystyle K}$ — безразмерный стандартный коэффициент износа.

Следовательно, коэффициент износа ${\displaystyle K}$ в абразивной модели определяется как:

${\displaystyle K={\frac {3HV}{PL}}}$

Как ${\displaystyle V}$ можно оценить по потере веса ${\displaystyle W}$ и плотность ${\displaystyle \rho }$, коэффициент износа также можно выразить как:

${\displaystyle K={\frac {3HW}{PL\rho }}}$

Поскольку стандартный метод использует общую потерю объема и общее расстояние скольжения, необходимо определить чистый коэффициент износа в установившемся режиме:

${\displaystyle K_{N}={\frac {3HV_{s}}{PL_{s}}}}$

где ${\displaystyle L_{s}}$ — это расстояние скольжения в установившемся режиме, а ${\displaystyle V_{s}}$ — объем износа в установившемся состоянии.

Применительно к износу скольжения модель К можно выразить как:

${\displaystyle K={\frac {V}{A_{p}L}}}$

где ${\displaystyle A_{p}}$ — пластически деформированная зона.

Если коэффициент трения определить как:

${\displaystyle \mu ={\frac {F_{t}}{P}}}$

где ${\displaystyle F_{t}}$ — тангенциальная сила.
Тогда K можно определить для абразивного износа как работу, проделанную для создания частиц абразивного износа путем резки ${\displaystyle Vu}$ до выполнена внешняя работа ${\displaystyle FL}$:

${\displaystyle K={\frac {3\mu HV}{\mu PL}}=3\mu {\frac {Vu}{FL}}\approx {\frac {Vu}{FL}}}$

В экспериментальной ситуации твердость самого верхнего слоя материала в контакте может быть неизвестна с какой-либо определенностью, следовательно, соотношение ${\displaystyle {\frac {K}{H}}}$ более полезен; он известен как коэффициент размерного износа или удельная скорость износа. Обычно он указывается в единицах мм3 Н−1 м−1.

Композитный материал

Поскольку металломатричные композиционные материалы (ММК) стали использоваться все чаще из-за их лучших физических, механических и трибологических свойств по сравнению с матричными материалами, необходимо скорректировать уравнение.

Предлагаемое уравнение:

${\displaystyle K={\frac {3g_{1}d(1-f_{v})}{g_{3}f_{v}L}}\left[1-exp\left({\frac {-g_{3}f_{v}L}{d(1-f_{v})}}\right)\right]}$

где ${\displaystyle g_{3}}$ — функция среднего диаметра частицы ${\displaystyle d}$, ${\displaystyle f_{v}}$ — объемная доля частиц.
${\displaystyle g_{1}}$ является функцией приложенной нагрузки ${\displaystyle P}$, твердость штифта ${\displaystyle H}$ и градиент ${\displaystyle m_{A}}$ ${\displaystyle V_{c}}$ кривая на ${\displaystyle L=0}$.

${\displaystyle g_{1}={\frac {Hm_{A}}{P}}}$

Таким образом, можно продемонстрировать влияние нагрузки и твердости штифта:

${\displaystyle K={\frac {3Hm_{A}d(1-f_{v})}{PLg_{3}f_{v}L}}\left[1-exp\left({\frac {-g_{3}f_{v}L}{d(1-f_{v})}}\right)\right]}$

Поскольку испытания на износ — это трудоемкий процесс, было показано, что можно сэкономить время, используя предсказуемый метод.

Материаловедение