[發(fā)明專利]金屬材料小滑差率滾動(dòng)接觸疲勞加速試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310309981.3
• 申請(qǐng)日: 2013-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN103424307A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李正陽(yáng);楊兵;吳惠忠;蔡寶春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N3/00
• 分類號(hào): G01N3/00
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 王藝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)方法，特別是金屬材料小滑差率滾動(dòng)接觸疲勞加速試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)行的《金屬材料滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)方法》是YB/T5345-2006，原GB/T10622-1989《金屬材料滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)方法》已作廢。從方法和文字?jǐn)⑹錾峡?，兩者沒(méi)有實(shí)質(zhì)性區(qū)別。

上述方法在實(shí)際操作中的主要問(wèn)題是：1.滑差率與垂向載荷的設(shè)置要求不匹配。標(biāo)準(zhǔn)要求一對(duì)滾動(dòng)試樣之間的滑差率在10%及其以上，在這個(gè)要求下，垂向載荷較大，很容易造成試樣的磨損性失效，如擦傷、犁溝，而不易出現(xiàn)典型的接觸疲勞失效，即點(diǎn)蝕、剝落；如果使垂向載荷比較小，則無(wú)法模擬某些重載接觸疲勞的情況，例如列車輪軌接觸，其接觸應(yīng)力約1000MPa。2.未規(guī)定小滑差率的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)滑差率小于10%，上述標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有作出規(guī)定，而對(duì)于列車輪軌接觸，在直線段，車輪踏面與軌面的滑差率（在鐵路專業(yè)術(shù)語(yǔ)中，又稱為蠕滑率）通常小于2%。實(shí)際上，對(duì)于大多數(shù)通用的滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)，由于采用固定的齒輪減速比，很難從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)小滑差率接觸疲勞試驗(yàn)。3.試驗(yàn)周期過(guò)長(zhǎng)。目前，絕大多數(shù)金屬材料的服役性能已大幅提高，接觸疲勞壽命多數(shù)都在10⁶以上，為取得一定數(shù)量的試驗(yàn)樣本，并確保被測(cè)試樣出現(xiàn)接觸疲勞失效，試驗(yàn)工作量變得很大。

實(shí)際上，對(duì)于工藝的改變，并非都要重新測(cè)試新產(chǎn)品或新材料的接觸疲勞壽命，往往只需與原工藝產(chǎn)品或材料進(jìn)行相同條件下的接觸疲勞試驗(yàn)對(duì)比，而盡快獲得對(duì)比結(jié)果的有效方法之一是進(jìn)行疲勞壽命加速試驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種金屬材料小滑差率滾動(dòng)接觸疲勞加速試驗(yàn)方法，以在實(shí)驗(yàn)室模擬小滑差率滾動(dòng)接觸疲勞，如重載輪軌接觸，以及對(duì)改進(jìn)工藝的產(chǎn)品或材料進(jìn)行接觸疲勞加速試驗(yàn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種金屬材料小滑差率滾動(dòng)接觸疲勞加速試驗(yàn)方法，其包括如下步驟：

（1）選擇硬度不低于被測(cè)金屬材料的陪試材料，將被測(cè)金屬材料和陪試材料加工成彼此具有滾動(dòng)接觸圓柱面的被測(cè)試樣和陪試樣；

（2）使被測(cè)試樣和陪試樣進(jìn)行滾動(dòng)接觸，在不大于2%的滑差率下，進(jìn)行固定摩擦系數(shù)的無(wú)潤(rùn)滑磨損試驗(yàn)，使被測(cè)試樣表面產(chǎn)生剪切短裂紋；

（3）在被測(cè)試樣和陪試樣間加入液體潤(rùn)滑劑，并在與無(wú)潤(rùn)滑磨損試驗(yàn)相同的滑差率條件下，接著進(jìn)行液體潤(rùn)滑接觸疲勞試驗(yàn)；

（4）觀察被測(cè)試樣表面，并在被測(cè)試樣失效時(shí)停止試驗(yàn)。

優(yōu)選地，所述步驟（1）還包括對(duì)被測(cè)試樣和陪試樣表面的預(yù)處理，以使二者滾動(dòng)接觸表面清潔、光滑。

優(yōu)選地，所述步驟（2）和（3）在滑差率連續(xù)可調(diào)的滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

所述步驟（4）中，被測(cè)試樣表面出現(xiàn)1個(gè)3mm²的剝落，或在10mm²內(nèi)，肉眼可見的點(diǎn)蝕坑超過(guò)10個(gè)，或點(diǎn)蝕坑總面積率大于15%，即判定被測(cè)試樣失效。

應(yīng)用本發(fā)明可以在實(shí)驗(yàn)室模擬小滑差率滾動(dòng)接觸疲勞，如輪軌接觸，通過(guò)在液體潤(rùn)滑接觸疲勞試驗(yàn)前進(jìn)行無(wú)潤(rùn)滑磨損試驗(yàn)，可以對(duì)改進(jìn)工藝的產(chǎn)品或材料進(jìn)行接觸疲勞加速試驗(yàn)，且試驗(yàn)結(jié)果更貼近實(shí)際。

具體實(shí)施方式

下文將通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。

本實(shí)施例的具體內(nèi)容為：選硬度值不低于被測(cè)材料的材料作為陪試材料，將被測(cè)材料和陪試材料加工成一對(duì)圓環(huán)試樣，即圓環(huán)狀的被測(cè)試樣和陪試樣，具體尺寸為：外徑45.4mm，內(nèi)徑16mm，厚度10mm，接觸寬度5mm。對(duì)被測(cè)試樣和陪試樣表面進(jìn)行預(yù)處理，使二者滾動(dòng)接觸表面清潔、光滑，用滑差率精確可控、連續(xù)可調(diào)的滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，如授權(quán)公告號(hào)為CN102419291B、名稱為‘一種在線可控摩擦系數(shù)與滑差的滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)’的發(fā)明專利所公開的試驗(yàn)機(jī)，將被測(cè)試樣和陪試樣安裝在試驗(yàn)機(jī)的試樣安裝位置，從純滾動(dòng)開始，兩試樣的轉(zhuǎn)速均為400轉(zhuǎn)/分，摩擦系數(shù)μ=0.018，逐步調(diào)節(jié)伺服電機(jī)，使被測(cè)試樣減速，并與陪試樣保持約0.5%的滑差率，摩擦系數(shù)逐漸增加，最終穩(wěn)定在μ=0.25。30分鐘后加入U(xiǎn)B3潤(rùn)滑油，每30分鐘停機(jī)一次，觀察被測(cè)試樣表面，直至表面出現(xiàn)1個(gè)3mm²的剝落，或在10mm²內(nèi)，肉眼可見的點(diǎn)蝕坑超過(guò)10個(gè)，或點(diǎn)蝕坑總面積率大于15%，即判定為試樣失效。