高温三体磨料磨损试验机的研制

　　在高温三体磨料磨损工况服役的零部件一方面受到磨料的磨损损伤,另一方面又受到环境气体的腐蚀.两者的交互作用使材料的损伤更为剧烈.目前已有的高温磨损试验机均采用强化磨损的方法,可在较短的时间内测得材料的抗磨性[1～3],但难以测得腐蚀作用对材料的损伤及反映磨损和磨蚀的交互作用效果.从已发表的文献看,尚无既能模拟三体磨料磨损又能反映腐蚀作用的高温磨料磨损试验机及其试验方法.因此,建立一台这样的试验机,对深入研究高温三体磨料磨损机理及在高温环境中高温气体腐蚀与磨料磨损的交互作用具有非常重要的作用.为此,研制了一台高温三体磨料磨损试验机,并探讨了可揭示高温腐蚀与磨料磨损交互作用的试验方法.

　　1　试验机的结构及功能

　　图1为试验机的系统构成.试验机通过7个服务与控制子系统对高温三体磨料磨损系统进行服务及控制.

　　三体磨料磨损试验系统安装在碳硅管加热炉内.图2是三体磨料磨损主体系统.图3为上下试样设计图,上试样为带矩形槽的圆环,下试样为圆盘.在载荷作用下上试样压紧在下试样上,磨料通过中空试样杆从上试样中心漏下,从矩形槽进入上下试样间产生磨料磨损.磨损试验时的环境气氛通过如下方法控制:首先把密闭的加热炉抽成真空,然后向上下试样接触面上连续吹入气氛所需气体,并在整个磨损试验过程中保持气体流量恒定.对于大气环境下的磨损试验,可以不启动气氛控制系统.试验机主要性能参数为:磨料流量在2～60 g/min范围内连续可调;名义载荷为0～0.72 MPa;温度为700～900℃;上下试样相对转速分别为30,60,90 r/min.采用经一定程度磨损后上试样的磨损体积损失来表示材料的高温抗磨性能.

　　2　试验机的重现性评价

　　评价重现性准则为:①以8次相同磨损条件下(即相同的温度、载荷、磨程及转速)的重复试验测得的磨损体积损失为基础,用数理统计方法推算出理想磨损体积损失的95%置信区间宽度ΔB/X-.该宽度越窄,说明试验数据分散度越小,即重现性越好;②以上述置信区间宽度为基础,用试算法求出为把磨损体积损失的相对偏差控制在5%范围内所需进行的重复试验次数N,该次数越小,重现性越好[4].

　　表1及表2列出了上下试样均为1Cr18Ni9Ti不锈钢,磨料流量为7.2 g/min,下试样转速为90 r/min,磨程为65 m(1 800 r),在不同载荷下的重现性测试结果.可见,在高温试验条件下,置信区间宽度ΔB/X-均小于8%.通常当磨损试验数据的置信区间宽度小于10%时即可认为其重现性良好[5].由表1给出的N值可以看出,在高温条件下,重复试验次数最多为5次即可达到精度要求.而在试验室条件下这一重复次数并不高.因此,试验机在高温磨损条件下具有良好的数据重现性.