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本標準規定了測定潤滑劑極壓性能的方法,可做下列三種試驗。

1.1.1 負荷-磨損指數LWI。

1.1.2 燒結點(diǎn)P_D。

1.1.3 最大無(wú)卡咬負荷P_B。

1.2本標準適用于潤滑劑。

1.3本標準涉及某些有危險性的材料、操作和設備,但是無(wú)意對與此有關(guān)的所有安全問(wèn)題都提出建議。因此,用戶(hù)在使用本標準之前應建立適當的安全和防護措施并確定有適用性的管理制度。

1.4 本標準采用法定計量單位,括號內給出習慣用的非法定計量單位。

2引用標準

下列標準包括的條文,通過(guò)引用而構成為本標準的一部分。除非在標準中另有明確規定，下述引用標準都是現行有效標準。

GB 1922溶劑油

3術(shù)語(yǔ)

本標準采用下列術(shù)語(yǔ)。

3.1 負荷-磨損指數load-wear index(LWI)

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

3.2 燒結點(diǎn)weld point(P_D)

本試驗條件下,轉動(dòng)球同下面三個(gè)靜止球燒結在一起的最小負荷。它表示e超過(guò)潤滑劑的極限工作能力。

注:某些試樣在試驗時(shí)四個(gè)鋼球并不發(fā)生真正的燒結,面是出現嚴重的攘傷。在這種情況下,以產(chǎn)生4 mm麅痕直徑所加的負樹(shù)為燒結點(diǎn)。

3.3 校正負荷corrected load(P_J)

每次試驗所加負荷和在該負荷下的赫茲直徑與磨痕直徑之比相乘所得到的負荷值。

3.4赫茲直徑

Hertz scar diameter(D_H)

在靜負荷下,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)計算:

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

式中: P---靜負荷,N;

D_H -----赫茲直徑,mm。

如果靜負荷單位取(kgf),則式(1)應寫(xiě)成:

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

3.5補償直徑compensation scar diameter(D_b)

在有潤滑劑存在,但不引起卡咬或燒結的試驗負荷下,轉動(dòng)球對靜止球所產(chǎn)生的平均磨痕直徑。

注:所測得的磨痕直徑不超過(guò)表1的第4欄內所列數值的5%。

3.6赫茲線(xiàn)Hertz line

它是雙對數坐標紙上的一條直線(xiàn)，縱坐標為在靜負荷下所得到的壓痕直徑，橫坐標為所加負荷。如圖1所示。

3.7補償線(xiàn)compensation line

它是雙對數坐標紙上所做的一-條直線(xiàn),縱坐標為在動(dòng)負荷下所得到的磨痕直徑,橫坐標為所加負荷,如圖1所示。

1 補償線(xiàn)坐標值列于表1的第2欄和第4欄內。

2某些潤滑劑的無(wú)卡咬磨痕直徑在補償線(xiàn)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(wú)卡咬負荷， last nonseizure load(Px)

在試驗條件下不發(fā)生卡咬的最大負荷,在該負荷下所測得的磨痕直徑不超過(guò)相應補償線(xiàn)以上數值的5%。

3.9初期卡咬區incipient seizure or initial seizure region

引起潤滑劑油膜瞬時(shí)破壞的負荷區域。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immediate seizure region

在磨損負荷曲線(xiàn)上，該區域的特征是出現卡咬、燒結或大的磨痕。

4方法概要

四球機的一個(gè)頂球，在施加負荷的條件下對著(zhù)油盒內的三個(gè)靜止球旋轉。油盒內的試樣浸沒(méi)三個(gè)試驗鋼球。主軸轉速為1 760 r/min士40 r/min。試樣溫度為18~35C。按本標準的規定逐級加負荷,做一系列的108試驗直至發(fā)生燒結。燒結點(diǎn)以前做十次試驗。如果最大無(wú)卡咬負荷和燒結點(diǎn)之間的試驗不足十次,且最大無(wú)卡咬負荷之前的磨痕直徑是在不大于相應補償線(xiàn)上磨痕直徑的5%范圍內(圖1AB部分),則這部分的試驗不必去做,其校正負荷可查表3得到,這時(shí)可假定最大無(wú)卡咬負荷及其以前

所產(chǎn)生的磨痕直徑與補償直徑相等,總的推測到卜次試驗即可.上述假定的磨痕直徑見(jiàn)表1,最大無(wú)卡 咬負荷和燒結點(diǎn)的曲線(xiàn)見(jiàn)圖1.

5意義和應用

本標準用于區分潤滑劑的低、中、高極壓性能。使用本標準時(shí)•僅根據其試臉結果確定澗滑劑的極壓 性能,無(wú)需考慮與實(shí)際使用及其他模擬試驗機有無(wú)相關(guān)性。

6設備

6.1四球極壓試臉機

網(wǎng)球極壓試驗機可以是液壓式也可以是杠桿式，主軸轉速需滿(mǎn)足試驗條件的上限要求，負荷不低于 7 845 N(800 kgf).四球機油盒裝置如圖2所示。

注

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

2四球極壓試驗機應每年用參考油標定,并檢驗其補償線(xiàn)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?jì)x器。讀數值精確到0. 01 mm。

6.3 計時(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試驗鋼球:四球機專(zhuān)用試驗鋼球。優(yōu)質(zhì)鉻合金軸承鋼GCr15A.鋼球直徑12.7mm,硬度HRC64~66.

8試驗的準備

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

注:不要用四氯化碳或其他具有承載能力的溶劑清洗，以免影響試驗結果。

8.2液壓式四球機:打開(kāi)電 源,調整主軸轉速到1760 r/min士40 r/min,空轉2~3 min。調整好計時(shí)器。

杠桿式四球機: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(kāi)電源,空轉2~3 min。調整好計時(shí)器。

9試驗步驟

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

法:研究表明,當扭力報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)可提高重復性:當施加的扭矩近似于136N. m(13. 87 kgf. m)時(shí).燒結點(diǎn)會(huì )明顯偏低。

9.2 將一個(gè)試驗鋼球裝到夾頭中,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,因此每次試驗前應仔細檢查夾頭。如果發(fā)現試驗鋼球與夾頭不能緊密結合或夾頭有咬傷痕跡,應及時(shí)更換。

9.3把組裝好的試驗油盒裝在試驗座上。

9.4試樣溫度控制在18~35C.

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

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

注:加負荷時(shí)應避免沖擊負荷,它會(huì )引起試驗鋼球水久變形。

9.6啟動(dòng)電機 ,運轉10s士0.2s。

注:四球機主軸的制動(dòng)時(shí)間不計算在內。

9.7取下油盒和夾頭,并卸下夾頭中的試驗鋼球。

9.8按下列方法測量試驗鋼球的磨痕直徑。

9.8.1方法 A

從油盒中取出試驗鋼球,擦拭并清洗后,把試驗鋼球放在適當的球座上,用直讀式顯微鏡或其他自動(dòng)精密測量?jì)x器,在磨痕的水平方向和垂直方向測量三個(gè)試驗鋼球中任意一個(gè)試驗鋼球的磨痕直徑,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,不取出試驗鋼球,用直讀式顯微鏡或其他自動(dòng)精密測量?jì)x器,在磨痕的水平和垂直方向測量三個(gè)試驗鋼球中任意- -個(gè)試驗鋼球的磨痕直徑,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.操作者應仔細觀(guān)察油盒內的三個(gè)試驗鋼璩，如果三個(gè)試驗制球的磨痕直徑有明顯的差異,那么就必須測量三個(gè)試驗鋼球的磨痕直徑。

9.8.4

每次試驗后,把磨痕直徑記錄在表1中,并與補償線(xiàn)磨痕直徑進(jìn)行比較。

9.9 最大無(wú)卡咬負荷P_B的測定'

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

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

注

1 測定Pg點(diǎn)的級別見(jiàn)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當用摩擦力測量?jì)x時(shí),最大無(wú)卡咬負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燒結點(diǎn)Pd的測定

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

注

1當由于金屬的轉移影響了試驗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)應將金屬轉移物去 播再測定。如果磨痕邊緣模剜或不規則不好利定時(shí)，購用估算法確定磨痕直徑.

2發(fā)生燒結時(shí).應立即關(guān)閉電機，否則會(huì )損壞機器，試驗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：

a)摩擦力記錄儀指示堇劇烈地振動(dòng)?

b)電機噪音增加；

c)油盒冒煙；

d)負荷杠桿突然下降.

9.11負荷磨損指數/，W1的測定

按9.9測定最大無(wú)卡咬負荷Fb,并按表1確定區屬于哪一級負荷.然后從Pb點(diǎn)高一級的負 荷做起•逐級加大負荷做一系列的10 s試驗.宜到發(fā)生燒結。查補償線(xiàn)上校正負荷總表，見(jiàn)表3,并按式 (3)計算出負荷磨損指數LWI。在大量篩選試驗時(shí)可用附錄A的負荷-磨損指數LW/快速計算法進(jìn)行估算。

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

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，則在燒結點(diǎn)以前應按負荷級別做I- 次試驗，按式(3)計算負荷-磨損指數LWIa

10計算和報告

10.1最大無(wú)卡咬負荷Pu：按9. 9測定并報告最大無(wú)卡咬負荷^.NfkgO,

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

10.3負荷磨損指數

10. 3.1按式(3)計算和報告負荷磨損指數/,W/.N(kgf)：

式中:A-----燒結點(diǎn)qian10次試驗的校正負荷總和,N(kgf);

A1-----補償線(xiàn)上的校正負荷之和,N(kgf);

A2----最大無(wú)卡咬負荷之后的校正負荷之和,N(kgf)。

注:如果該試驗結果符合補償線(xiàn)，則A可定義為:燒結點(diǎn)前補償線(xiàn)上校正負荷之和A和非補償線(xiàn)上校正負街之和A:相加之和，總共十次試驗負荷級。

10.3.2校正負荷P

最大無(wú)卡咬負荷之后和燒結點(diǎn)之間每次試驗的校正負荷P,N(kgf),按式(4)計算:

式中:L--試驗負荷。如果用杠桿式四球機,則L為砝碼和砝碼盤(pán)總重力乘杠桿臂之比,N(kgf);

Dh-----赫茲直徑,mm;

x----由試驗所測得的平均磨痕直徑.mm。

如果最大無(wú)卡咬負荷及其低于最大無(wú)卡咬負荷的磨痕直徑在不高于補償線(xiàn)的5%范圍內,可假定其磨痕直徑與補償直徑相當。因此,這部分試驗不必進(jìn)行,其校正負荷可從表3最大無(wú)卡咬負荷和燒結點(diǎn)的交叉點(diǎn)查得。例如，試樣的最大無(wú)卡咬負荷為510N(52 kgf), 接著(zhù)做618,784,981,1 236和1 569 N (63.80,100,126和160 kgf)負荷的試驗，燒結點(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)。此值為補償線(xiàn)上的校正負荷總和。它是利用補償線(xiàn)分別求出490,392 ,314,235和196 N(50,40.32,24和20 kgf)負荷的磨痕直徑，而得到的各級校正負荷之和。非補償線(xiàn)部分的校正負荷按式(4)逐級計算。

11 精密度和偏差

如果試驗結果符合補償線(xiàn),則按下列規定判斷試驗結果的可靠性(95%的置信水平)。

11.1 重復性

同一操作者,用同一臺設備,同一樣品,在規定的條件下.連續兩次試驗結果之差不得超過(guò)下列數值:

最大無(wú)卡咬負荷:平均值的15%;

燒結點(diǎn):一級負荷增量;

負荷-磨攢指數:平均值的17%。

11.2再現性

不同的操作者,在不同的實(shí)驗室,用同-一樣品，在規定的條件下,兩個(gè)實(shí)驗室的獨立試驗結果之差不得超過(guò)下列數值:

最大無(wú)卡咬負荷:平均值的30%;

燒結點(diǎn):一級負荷增量;

負荷-磨損指數:平均值的44%。

11.3本標準沒(méi)有建立燒結點(diǎn)大于3922N(400kgf)和試驗結果不符合補償線(xiàn)的樣品的精密度。

11.4 偏差

因為沒(méi)有合適的數據用于本標準，所以沒(méi)有確定其偏差。