測定潤滑劑極壓性能的方法 （四 球 法）

潤滑劑極壓性能測定法

(四 球 法)

Standard test method for measurement of extreme-

pressure properties of lubricating fluids

(four- ball method)

1范圍

1.1本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測定潤滑劑極壓性能的方法,可做下列三種試驗(yàn)。

1.1.1 負(fù)荷-磨損指數(shù)LWI。

1.1.2 燒結(jié)點(diǎn)P_D。

1.1.3 最大無卡咬負(fù)荷P_B。

1.2本標(biāo)準(zhǔn)適用于潤滑劑。

1.3本標(biāo)準(zhǔn)涉及某些有危險(xiǎn)性的材料、操作和設(shè)備,但是無意對與此有關(guān)的所有安全問題都提出建議。因此,用戶在使用本標(biāo)準(zhǔn)之前應(yīng)建立適當(dāng)?shù)陌踩头雷o(hù)措施并確定有適用性的管理制度。

1.4 本標(biāo)準(zhǔn)采用法定計(jì)量單位,括號內(nèi)給出習(xí)慣用的非法定計(jì)量單位。

2引用標(biāo)準(zhǔn)

下列標(biāo)準(zhǔn)包括的條文,通過引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的一部分。除非在標(biāo)準(zhǔn)中另有明確規(guī)定，下述引用標(biāo)準(zhǔn)都是現(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)。

GB 1922溶劑油

3術(shù)語

本標(biāo)準(zhǔn)采用下列術(shù)語。

3.1 負(fù)荷-磨損指數(shù)load-wear index(LWI)

在所加負(fù)荷下潤滑劑使磨損減少到最小的極壓能力指數(shù)。在本試驗(yàn)條件下,它等于在燒結(jié)點(diǎn)以前按0.1對數(shù)單位負(fù)荷加到三個(gè)靜止球上,做十次試驗(yàn)所測得的校正負(fù)荷的平均值。

3.2 燒結(jié)點(diǎn)weld point(P_D)

本試驗(yàn)條件下,轉(zhuǎn)動(dòng)球同下面三個(gè)靜止球燒結(jié)在一起的最小負(fù)荷。它表示e超過潤滑劑的極限工作能力。

注:某些試樣在試驗(yàn)時(shí)四個(gè)鋼球并不發(fā)生真正的燒結(jié),面是出現(xiàn)嚴(yán)重的攘傷。在這種情況下,以產(chǎn)生4 mm麅痕直徑所加的負(fù)樹為燒結(jié)點(diǎn)。

3.3 校正負(fù)荷corrected load(P_J)

每次試驗(yàn)所加負(fù)荷和在該負(fù)荷下的赫茲直徑與磨痕直徑之比相乘所得到的負(fù)荷值。

3.4赫茲直徑

Hertz scar diameter(D_H)

在靜負(fù)荷下,由鋼球彈性變形所引起的壓痕平均直徑。它可由式(1)或式(2)計(jì)算:

D_H = 4.08  X 10^-2P^1/3................( 1 )

式中: P---靜負(fù)荷,N;

D_H -----赫茲直徑,mm。

如果靜負(fù)荷單位取(kgf),則式(1)應(yīng)寫成:

D_H = 8.73 x 10^-2P^1/3--------------(2)

3.5補(bǔ)償直徑compensation scar diameter(D_b)

在有潤滑劑存在,但不引起卡咬或燒結(jié)的試驗(yàn)負(fù)荷下,轉(zhuǎn)動(dòng)球?qū)o止球所產(chǎn)生的平均磨痕直徑。

注:所測得的磨痕直徑不超過表1的第4欄內(nèi)所列數(shù)值的5%。

3.6赫茲線Hertz line

它是雙對數(shù)坐標(biāo)紙上的一條直線，縱坐標(biāo)為在靜負(fù)荷下所得到的壓痕直徑，橫坐標(biāo)為所加負(fù)荷。如圖1所示。

3.7補(bǔ)償線compensation line

它是雙對數(shù)坐標(biāo)紙上所做的一-條直線,縱坐標(biāo)為在動(dòng)負(fù)荷下所得到的磨痕直徑,橫坐標(biāo)為所加負(fù)荷,如圖1所示。

1 補(bǔ)償線坐標(biāo)值列于表1的第2欄和第4欄內(nèi)。

2某些潤滑劑的無卡咬磨痕直徑在補(bǔ)償線以上,如甲ji苯基硅袖、氧化甲ji苯基硅油、硅苯撐、苯基醚以及某些石油和氯化石蠟的混合物.

3.8 最大無卡咬負(fù)荷， last nonseizure load(Px)

在試驗(yàn)條件下不發(fā)生卡咬的最大負(fù)荷,在該負(fù)荷下所測得的磨痕直徑不超過相應(yīng)補(bǔ)償線以上數(shù)值的5%。

3.9初期卡咬區(qū)incipient seizure or initial seizure region

引起潤滑劑油膜瞬時(shí)破壞的負(fù)荷區(qū)域。油膜瞬時(shí)破壞可由磨損直徑增大和摩擦力測量值瞬時(shí)增大看出。

3. 10立 即卡咬區(qū)immediate seizure region

在磨損負(fù)荷曲線上，該區(qū)域的特征是出現(xiàn)卡咬、燒結(jié)或大的磨痕。

4方法概要

四球機(jī)的一個(gè)頂球，在施加負(fù)荷的條件下對著油盒內(nèi)的三個(gè)靜止球旋轉(zhuǎn)。油盒內(nèi)的試樣浸沒三個(gè)試驗(yàn)鋼球。主軸轉(zhuǎn)速為1 760 r/min士40 r/min。試樣溫度為18~35C。按本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定逐級加負(fù)荷,做一系列的108試驗(yàn)直至發(fā)生燒結(jié)。燒結(jié)點(diǎn)以前做十次試驗(yàn)。如果最大無卡咬負(fù)荷和燒結(jié)點(diǎn)之間的試驗(yàn)不足十次,且最大無卡咬負(fù)荷之前的磨痕直徑是在不大于相應(yīng)補(bǔ)償線上磨痕直徑的5%范圍內(nèi)(圖1AB部分),則這部分的試驗(yàn)不必去做,其校正負(fù)荷可查表3得到,這時(shí)可假定最大無卡咬負(fù)荷及其以前

所產(chǎn)生的磨痕直徑與補(bǔ)償直徑相等,總的推測到卜次試驗(yàn)即可.上述假定的磨痕直徑見表1,最大無卡 咬負(fù)荷和燒結(jié)點(diǎn)的曲線見圖1.

5意義和應(yīng)用

本標(biāo)準(zhǔn)用于區(qū)分潤滑劑的低、中、高極壓性能。使用本標(biāo)準(zhǔn)時(shí)•僅根據(jù)其試臉結(jié)果確定澗滑劑的極壓 性能,無需考慮與實(shí)際使用及其他模擬試驗(yàn)機(jī)有無相關(guān)性。

6設(shè)備

6.1四球極壓試臉機(jī)

網(wǎng)球極壓試驗(yàn)機(jī)可以是液壓式也可以是杠桿式，主軸轉(zhuǎn)速需滿足試驗(yàn)條件的上限要求，負(fù)荷不低于 7 845 N(800 kgf).四球機(jī)油盒裝置如圖2所示。

注

1把四球極壓試驗(yàn)機(jī)和網(wǎng)球磨頂試驗(yàn)機(jī)分開使用是重要的.四球極壓式齡機(jī)適用于做極壓性能試的，但精確度較 差.不適于做磨損試驗(yàn)。

2四球極壓試驗(yàn)機(jī)應(yīng)每年用參考油標(biāo)定,并檢驗(yàn)其補(bǔ)償線的可靠性。

6.2顯微鏡:裝有 測微儀的直讀式顯微鏡或自動(dòng)精密測量儀器。讀數(shù)值精確到0. 01 mm。

6.3 計(jì)時(shí)器:精確至0.1 s。

6.4摩擦力記錄儀。

7材料

7.1石油醚:60~90C，符合GB 1922中的NY-90要求。

7.2 溶劑油:符合GB 1922中的NY-190要求。

7.3試驗(yàn)鋼球:四球機(jī)專用試驗(yàn)鋼球。優(yōu)質(zhì)鉻合金軸承鋼GCr15A.鋼球直徑12.7mm,硬度HRC64~66.

8試驗(yàn)的準(zhǔn)備

8.1在通風(fēng)柜內(nèi)用溶劑油清洗試驗(yàn)鋼球、油盒、夾頭及其他在試驗(yàn)過程中與試樣接觸的零件，再用石油醚洗兩次，然后吹干備用。清洗后的試驗(yàn)鋼球應(yīng)光潔無銹斑。

注:不要用四氯化碳或其他具有承載能力的溶劑清洗，以免影響試驗(yàn)結(jié)果。

8.2液壓式四球機(jī):打開電 源,調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速到1760 r/min士40 r/min,空轉(zhuǎn)2~3 min。調(diào)整好計(jì)時(shí)器。

杠桿式四球機(jī):提升杠桿臂,并由鎖緊裝置把杠桿臂固定在提升的位置,打開電源,空轉(zhuǎn)2~3 min。調(diào)整好計(jì)時(shí)器。

9試驗(yàn)步驟

9.1 把三個(gè)試驗(yàn)鋼球放在油盒內(nèi).并把壓緊環(huán)放在試驗(yàn)鋼球上面,用螺母上緊。把試樣倒人油盒內(nèi),使試樣浸沒鋼球。

法:研究表明,當(dāng)扭力報(bào)手對螺母施加的扭矩為68N .m士7N●m(6.93kgf . m土0.71 kgf●m)時(shí)可提高重復(fù)性:當(dāng)施加的扭矩近似于136N. m(13. 87 kgf. m)時(shí).燒結(jié)點(diǎn)會(huì)明顯偏低。

9.2 將一個(gè)試驗(yàn)鋼球裝到夾頭中,并把夾頭裝到主軸上。

注:由于夾頭不斷地經(jīng)受磨損和卡咬,因此每次試驗(yàn)前應(yīng)仔細(xì)檢查夾頭。如果發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)鋼球與夾頭不能緊密結(jié)合或夾頭有咬傷痕跡,應(yīng)及時(shí)更換。

9.3把組裝好的試驗(yàn)油盒裝在試驗(yàn)座上。

9.4試樣溫度控制在18~35C.

9.5液壓式四球機(jī):啟動(dòng)液壓油泵,油盒上升,使下面三個(gè)試驗(yàn)鋼球與頂上試驗(yàn)鋼球接觸，緩緩地加負(fù)荷。

杠桿式四球機(jī):把隔板置于油盒和止推軸承之間,松開杠桿臂鎖緊裝置,使杠桿臂處于水平位置。把砝碼盤放在杠桿臂刻槽內(nèi),緩緩加砝碼。如果使用摩擦力測量裝置,應(yīng)接好連線。

注:加負(fù)荷時(shí)應(yīng)避免沖擊負(fù)荷,它會(huì)引起試驗(yàn)鋼球水久變形。

9.6啟動(dòng)電機(jī) ,運(yùn)轉(zhuǎn)10s士0.2s。

注:四球機(jī)主軸的制動(dòng)時(shí)間不計(jì)算在內(nèi)。

9.7取下油盒和夾頭,并卸下夾頭中的試驗(yàn)鋼球。

9.8按下列方法測量試驗(yàn)鋼球的磨痕直徑。

9.8.1方法 A

從油盒中取出試驗(yàn)鋼球,擦拭并清洗后,把試驗(yàn)鋼球放在適當(dāng)?shù)那蜃?用直讀式顯微鏡或其他自動(dòng)精密測量儀器,在磨痕的水平方向和垂直方向測量三個(gè)試驗(yàn)鋼球中任意一個(gè)試驗(yàn)鋼球的磨痕直徑,取算術(shù)平均值,精確到0.01 mm.

9.8.2方法 B

倒掉油盒中的試樣,不取出試驗(yàn)鋼球,用直讀式顯微鏡或其他自動(dòng)精密測量儀器,在磨痕的水平和垂直方向測量三個(gè)試驗(yàn)鋼球中任意- -個(gè)試驗(yàn)鋼球的磨痕直徑,取算術(shù)平均值，精確到0.01 mm。

9.8.3操作者也可以按方法A或方法B測量三個(gè)試驗(yàn)鋼球的磨痕直徑,取算術(shù)平均值。精確到0.01 mm。

注:在用方法A或方法B前.操作者應(yīng)仔細(xì)觀察油盒內(nèi)的三個(gè)試驗(yàn)鋼璩，如果三個(gè)試驗(yàn)制球的磨痕直徑有明顯的差異,那么就必須測量三個(gè)試驗(yàn)鋼球的磨痕直徑。

9.8.4

每次試驗(yàn)后,把磨痕直徑記錄在表1中,并與補(bǔ)償線磨痕直徑進(jìn)行比較。

9.9 最大無卡咬負(fù)荷P_B的測定'

測定最大無卡咬負(fù)荷時(shí)要求在該負(fù)荷下的磨痕直徑不得大于相應(yīng)補(bǔ)償線上磨痕直徑(即補(bǔ)償直徑)的5%。如果測得某負(fù)荷下的磨痕直徑大于相應(yīng)補(bǔ)償線上磨痕直徑的5%,則下次試驗(yàn)就在較低一級的負(fù)荷下進(jìn)行,直到確定最大無卡咬負(fù)荷為止。

本標(biāo)準(zhǔn)提供了用以判斷PE點(diǎn)的P~D.(1+5%)數(shù)值表,見表2。例如某試樣在784 N(80 kgf)負(fù)荷下測量的磨痕直徑為0.47 mm,查表2得知在784 N(80 kgf)負(fù)荷下D.(1+5%)為0. 45 mm,則可斷定該試樣的PB值小于784 N(80 kgf)。再在低一級負(fù)荷下做試驗(yàn),直到測得的磨痕直徑等于或小于D6(1+5%),則該負(fù)荷即為Pa點(diǎn)。

注

1 測定Pg點(diǎn)的級別見表2。Po點(diǎn)在392 N(10 kgf)以下精確至20 N(2 kgf);402N(41 kgf)~784 N(80 kgf)精確至29 N(3 kgf);794 N(81 kgf)~1 177 N(120 ksgf)精確至49 N(5 kg!);l 187 N(121 kgf)~1 569 N(160 kgf)精確至69 N(7 kgf);1 569 N(160 kgf)以上精確至98 N(10 kgf),

2當(dāng)用摩擦力測量儀時(shí),最大無卡咬負(fù)荷可由記錄筆逐漸橫向移動(dòng)看出。

表2判斷Pb點(diǎn)的P?Ob(l + 5%)

9.10燒結(jié)點(diǎn)Pd的測定

按表1的負(fù)荷級別，--般從784 N(8O kgf)開始.逐級加負(fù)荷進(jìn)行一系列的10 s試驗(yàn),記錄所測得 的磨痕直徑•直到發(fā)生燒結(jié)。在發(fā)生燒結(jié)的負(fù)荷下進(jìn)行一次重復(fù)試的。如果兩次試驗(yàn)均燒結(jié),則此試駿 負(fù)荷即為燒結(jié)點(diǎn)。如不發(fā)生燒結(jié)則在較高一級負(fù)荷下進(jìn)行新的試驗(yàn),并重復(fù)進(jìn)行直至確定燒結(jié)點(diǎn)。

注

1當(dāng)由于金屬的轉(zhuǎn)移影響了試驗(yàn)鋼球所形成的磨痕我面時(shí).其磨痕直徑的測量是困難的.此時(shí)應(yīng)將金屬轉(zhuǎn)移物去 播再測定。如果磨痕邊緣模剜或不規(guī)則不好利定時(shí)，購用估算法確定磨痕直徑.

2發(fā)生燒結(jié)時(shí).應(yīng)立即關(guān)閉電機(jī)，否則會(huì)損壞機(jī)器，試驗(yàn)銅球和夾頭之間也會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)1：擦傷,可用下列方法列陸是 否燒結(jié)：

a)摩擦力記錄儀指示堇劇烈地振動(dòng)?

b)電機(jī)噪音增加；

c)油盒冒煙；

d)負(fù)荷杠桿突然下降.

9.11負(fù)荷磨損指數(shù)/，W1的測定

按9.9測定最大無卡咬負(fù)荷Fb,并按表1確定區(qū)屬于哪一級負(fù)荷.然后從Pb點(diǎn)高一級的負(fù) 荷做起•逐級加大負(fù)荷做一系列的10 s試驗(yàn).宜到發(fā)生燒結(jié)。查補(bǔ)償線上校正負(fù)荷總表，見表3,并按式 (3)計(jì)算出負(fù)荷磨損指數(shù)LWI。在大量篩選試驗(yàn)時(shí)可用附錄A的負(fù)荷-磨損指數(shù)LW/快速計(jì)算法進(jìn)行估算。

注：式表3時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn)的狂撥,如果測得的幾點(diǎn)在表1的兩個(gè)負(fù)荷之間,應(yīng)先將凡眼低一級負(fù)荷,如Pe"667 N(170 kgf).Mft P&=1 569 N(16O kE).然后再查補(bǔ)償線上校正負(fù)荷總表.

9.11.2如果某些試樣所測得的磨痕直徑全部在仄U+5%)以上，則在燒結(jié)點(diǎn)以前應(yīng)按負(fù)荷級別做I- 次試驗(yàn)，按式(3)計(jì)算負(fù)荷-磨損指數(shù)LWIa

10計(jì)算和報(bào)告

10.1最大無卡咬負(fù)荷Pu：按9. 9測定并報(bào)告最大無卡咬負(fù)荷^.NfkgO,

10.2燒結(jié)點(diǎn)Pd：按9. 10測定并報(bào)告燒結(jié)點(diǎn)PD,N(kgf)o

10.3負(fù)荷磨損指數(shù)

10. 3.1按式(3)計(jì)算和報(bào)告負(fù)荷磨損指數(shù)/,W/.N(kgf)：

式中:A-----燒結(jié)點(diǎn)qian10次試驗(yàn)的校正負(fù)荷總和,N(kgf);

A1-----補(bǔ)償線上的校正負(fù)荷之和,N(kgf);

A2----最大無卡咬負(fù)荷之后的校正負(fù)荷之和,N(kgf)。

注:如果該試驗(yàn)結(jié)果符合補(bǔ)償線，則A可定義為:燒結(jié)點(diǎn)前補(bǔ)償線上校正負(fù)荷之和A和非補(bǔ)償線上校正負(fù)街之和A:相加之和，總共十次試驗(yàn)負(fù)荷級。

10.3.2校正負(fù)荷P

最大無卡咬負(fù)荷之后和燒結(jié)點(diǎn)之間每次試驗(yàn)的校正負(fù)荷P,N(kgf),按式(4)計(jì)算:

式中:L--試驗(yàn)負(fù)荷。如果用杠桿式四球機(jī),則L為砝碼和砝碼盤總重力乘杠桿臂之比,N(kgf);

Dh-----赫茲直徑,mm;

x----由試驗(yàn)所測得的平均磨痕直徑.mm。

如果最大無卡咬負(fù)荷及其低于最大無卡咬負(fù)荷的磨痕直徑在不高于補(bǔ)償線的5%范圍內(nèi),可假定其磨痕直徑與補(bǔ)償直徑相當(dāng)。因此,這部分試驗(yàn)不必進(jìn)行,其校正負(fù)荷可從表3最大無卡咬負(fù)荷和燒結(jié)點(diǎn)的交叉點(diǎn)查得。例如，試樣的最大無卡咬負(fù)荷為510N(52 kgf), 接著做618,784,981,1 236和1 569 N (63.80,100,126和160 kgf)負(fù)荷的試驗(yàn)，燒結(jié)點(diǎn)是1 961 N(200 kgf)。從表3可以查得Pb490 N和P'rl 961 N(50kgf和200 kgf)的交叉點(diǎn)為1457 N(148.6kgf)。此值為補(bǔ)償線上的校正負(fù)荷總和。它是利用補(bǔ)償線分別求出490,392 ,314,235和196 N(50,40.32,24和20 kgf)負(fù)荷的磨痕直徑，而得到的各級校正負(fù)荷之和。非補(bǔ)償線部分的校正負(fù)荷按式(4)逐級計(jì)算。

11 精密度和偏差

如果試驗(yàn)結(jié)果符合補(bǔ)償線,則按下列規(guī)定判斷試驗(yàn)結(jié)果的可靠性(95%的置信水平)。

11.1 重復(fù)性

同一操作者,用同一臺(tái)設(shè)備,同一樣品,在規(guī)定的條件下.連續(xù)兩次試驗(yàn)結(jié)果之差不得超過下列數(shù)值:

最大無卡咬負(fù)荷:平均值的15%;

燒結(jié)點(diǎn):一級負(fù)荷增量;

負(fù)荷-磨攢指數(shù):平均值的17%。

11.2再現(xiàn)性

不同的操作者,在不同的實(shí)驗(yàn)室,用同-一樣品，在規(guī)定的條件下,兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的獨(dú)立試驗(yàn)結(jié)果之差不得超過下列數(shù)值:

最大無卡咬負(fù)荷:平均值的30%;

燒結(jié)點(diǎn):一級負(fù)荷增量;

負(fù)荷-磨損指數(shù):平均值的44%。

11.3本標(biāo)準(zhǔn)沒有建立燒結(jié)點(diǎn)大于3922N(400kgf)和試驗(yàn)結(jié)果不符合補(bǔ)償線的樣品的精密度。

11.4 偏差

因?yàn)闆]有合適的數(shù)據(jù)用于本標(biāo)準(zhǔn)，所以沒有確定其偏差。