典型黑色金属磨损性能测试实验
史秋月
实验学时 2h 实验分组 班人数/4 实验性质 综合性 实验要求 必做 所属课程 材料性能学
一、实验目的
1. 了解M-2000型摩擦磨损试验机的结构，及材料进行耐磨性测试的意义； 2. 掌握滑动摩擦、滚动摩擦及其在不同条件下（干式、湿式、磨粒等）的
实验方法；
3. 掌握摩擦磨损性能指标的评估方法；
4. 了解典型黑色金属灰铁和球铁在滑动摩擦条件下（干式）的耐磨情况。
二、 实验设备
M-2000型摩擦磨损试验机，如图2-1
图 2-1
三、实验材料
1.灰铁滑动摩擦试样一对，试样尺寸如附图（a） 2.球铁滑动摩擦试样一对，试样尺寸如附图（a） 四.实验原理与方法
将试样分别装在上下试样轴上，接通电源，双速电动机○1通过三角皮带○3齿轮○4带动下试样轴○12使下试样轴以200转/分（或400转/分）的速度转动；通过蜗杆轴○44，滑动齿轮○47和齿轮○48的传递。使上试样轴○14以180转/分（或360转/分）的速度转动。当做滑动摩擦试验时，为使上试样轴不转动，应将滑动齿轮○47移至中间位置，齿轮○48必须用销子○22固定在摇摆头○46上。试验时，两试样间的压力负荷在弹簧○19的作用下获得（弹簧中间是一重力传感器），负荷的增大或减少可用螺帽○25进行调整；负荷的数值从标尺○21上即可读出。也可将复合传感器接入电脑，从显示屏上读出，本实验载荷直接从显示屏上读出。试验的终止条件可由时间或总转速控制。试验结束之后根据不同的方法评估材料的耐磨情况。
五、实验内容
将加工好的滑动摩擦试样装在实验机上，在给定的条件下（干式、滑动摩擦、压力：200N、时间60min）进行试验，试验结束后将试样取下，评估耐磨性能。
根据所选取磨损试验方法的不同以及材料本质的差异，可以选择不同的耐磨性能评定方法，以期获得精确的试验数据，现简单例举下述几种方法以供参考。 1、称重法：采用试样在试验前后重量之差，本表示耐磨性能的方法，由于两试样之间的摩擦所引起的磨损量，可以采用精度达万分之一的分析天平称量出试样试验前后重量之差非凡获得。试样在磨损前后必须严格进行去油污，烘干后再进行称量否则因残余的没污会影响试验数据的准确性。 计算可按下式进行：
W=W0－W1
式中：W—试样的磨损量。
W0—试样在试验前的重量。 W1—试样在试验后的重量。
2、测量直径法：采用试样在试验前后直径的变化大小来表示耐磨性能的方法。
（1） 用测微计（或其它测量仪器）测量试样试验前后的直径变化而获得。
（2） 本试验机所带小滚轮○6可用来精确测量试样直径试验前后的变化。 测量方法：使用时首先将装有小滚轮○6的支架拆下来装在下试样轴轴承座的小轴（附图）上，在试验前后把试验机各开一分钟或下试样试验前后运转同样转数可得小滚轮转数N1和N2，由此通过下列计算可得到磨损量“S”
如果：D1—试样试验前的直径。
D2—试样试验后的直径。
D0小滚轮○6的直径。
N1—磨损前一分钟内小滚轮○6的转数。
N2—磨损后一分钟内小滚轮○6的转数。 N0—试样每分钟的转数。 S—磨损量（毫米为单位）。
此时：
πD0N1=πD1N0----------------------------（1） πD2N0=πD0N2----------------------------（2）
式中：D2=D1－S
所以 （D1－S）/D1=N2/N1 由此 1－S/D1=N2/N1 所以：
S=D1（1—N2/N1）
通过这个方法可以测出以长度为单位的磨损值，如果再加以计算便得出以重量为单位的磨损量。
（3） 切入法：采用磨痕宽度或磨损体积的大小来表示耐磨性能的方法，在
滑动摩擦情况下，上试样固定不动可采用方形试样或圆形试样，当圆形试样对其进行滑动摩擦时，可产生不同宽度的磨痕，通过测量和计算，可得出不同大小的磨痕宽度或磨损体积，由此比较材料的耐磨性能。
3、摩擦功及摩擦系数的评估的方法
在试样初始条件和试验条件相同的情况下，平均摩擦系数大、摩擦功大的摩擦性能较差。
（1）摩擦功的测定：
根据齿轮的传动比关系，下试样轴○12转动一转时，摩擦盘○5的转数为：
11003535???=0.0162转 723035100当下试样轴○12转100转时，则摩擦盘○5转1.62转，摩擦盘○5的有效半径为80毫米，小滚轮○6的直径为41.3毫米。
摩擦盘○5转一转，小滚轮○6转：
2?80??3.874转。所以下试样轴转10041.3?转时，小滚轮○6则转：1.62×3.874=6.82=2π转
当力矩为最大值M，且下试样轴转N转时，小滚轮○6应转：
2?80?N2?N?1.62?转 41.3?100100如果实际力矩为m，那么当下试样轴的转数为N时，小滚轮○6的转数n为：
n=2π
mN? M100下试样轴转N转时，摩擦功Q为：
Q=2πNRF
R——试样半径（米）
F——摩擦力（牛顿）
RF=m，即按刻度尺上所测的数值，以牛顿·米为单位，因此摩擦功为：
Q=2πNm焦耳
而N=（100NM）/（2πm），所以：
Q=n×M焦耳
式中：n为小滚轮转数，既摩擦功计数器示值的百分之一（计数器通过机械机构放大了100倍，既转数可精确到0.01）。
结果说明：在下试样轴转N转的某一段时间的摩擦功，等于小滚轮○6在这一段时间内的转数n与最大力矩M的乘积。
（2）摩擦系数的测定：
①线接触试验（即作滚动摩擦，滚动滑动复合摩擦试验）：
QT???
PR?Pμ—摩擦系数，
T—摩擦力矩（在标尺上实际指示出的力矩值，牛顿·米） Q—摩擦力（牛顿）
P—试样所承受垂直负荷（标尺上实际指示出的负荷，牛顿）。 R—下试样的半径（米）。
②2α角接触试验（GB 12444.1-90《MM型磨损试验》）
??μ—摩擦系数。
T??sin?cos?? R?P2sin?α—上下试样之接触角
T—摩擦力矩（在标尺上实际指示出的摩擦力矩值，牛顿·米）
P—试样所承受垂直负荷（标尺上实际指示出的负荷，牛顿）。 R—下试样的半径（米）。
③用摩擦功求平均摩擦系数
??W
2?RNPμ—摩擦系数
W—测量的实际摩擦功（焦耳） R—下试样半径（米） N—下试样的实际转数
P—试样所承受的垂直负荷（标尺上实际指示出的负荷，牛顿）。 六、实验步骤
1.根据试验条件按附图试样尺寸加工试样；
2.用酒精或丙酮清洗试样，称重或测量试样尺寸，并记录数据； 3.安装试样，上试样装上试样轴、下试样装下试样轴；