tieu-chuan-viet-nam-tcvn-11107-2015-bo-khoa-hoc-va-cong-nghe

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 11107:2015 ISO 14628:2012 GỐM MỊN (GỐM CAO CẤP, GỐM KỸ THUẬT CAO CẤP) - XÁC ĐỊNH ĐỘ MỎI TIẾP XÚC LĂN CỦA GỐM SILIC NITRUA TẠI NHIỆT ĐỘ PHÒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LĂN BI TRÊN MẶT PHẲNG Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) - Test method for rolling contact fatigue of silicon nitride ceramics at room temperature by balls-on-flat method Lời nói đầu TCVN 11107:2015 hoàn toàn tương đương với ISO 14628:2012 TCVN 11106:2015 Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC206 Gốm cao cấp biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học Công nghệ cơng bố Lời giới thiệu Tính độ mỏi tiếp xúc lăn (RCF) cần thiết để dự đoán tuổi thọ chi tiết lăn Nói chung, tính RCF đánh giá từ tuổi thọ xác suất phá hủy cụ thể nhận phép phân tích liệu thử nghiệm Weibull điều kiện gia tải không đổi Tiêu chuẩn quy định phương pháp nhanh tin cậy để so sánh tính RCF gia tải bước cách để định lượng xác phép thử RCF tải trọng không đổi Các vật liệu thử nghiệm xếp hạng, số phép so sánh tính khác, giá trị để lựa chọn vật liệu có tính yêu cầu cho ổ đỡ Ngoài ra, nhà cung cấp vật liệu nhận phản hồi từ kết thử nghiệm, cho phép họ đạt mức độ tính RCF cao GỐM MỊN (GỐM CAO CẤP, GỐM KỸ THUẬT CAO CẤP) - XÁC ĐỊNH ĐỘ MỎI TIẾP XÚC LĂN CỦA GỐM SILIC NITRUA TẠI NHIỆT ĐỘ PHÒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LĂN BI TRÊN MẶT PHẲNG Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) - Test method for rolling contact fatigue of silicon nitride ceramics at room temperature by balls-on-flat method Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn quy định phương pháp xác định độ mỏi tiếp xúc lăn gốm silic nitrua gia tải theo bước thực nhiệt độ phòng Thử nghiệm sử dụng sau: so sánh tương đối tính mỏi tiếp xúc lăn, thử nghiệm đạt/không đạt chất lượng vật liệu chi tiết lăn chọn mức tải trọng phù hợp thử nghiệm RCF tải trọng không đổi Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn Đối với tài liệu viện dẫn ghi năm cơng bố áp dụng nêu Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố áp dụng phiên nhất, bao gồm sửa đổi, bổ sung (nếu có) TCVN ISO/IEC 17025:2007 (ISO/IEC 17025:2005), Yêu cầu chung lực phòng thử nghiệm hiệu chuẩn ISO 3290-1:2008, Rolling bearings - Balls - Part 1: Steel balls (Ổ lăn - Bi - Phần 1: Bi thép) ISO 3290-2:2008, Rolling bearings - Balls - Part 2: Ceramic balls (Ổ lăn - Bi - Phần 2: Bi gốm) ISO 3611:2010, Geometrical product specifications (GPS) - Dimensional measuring equipment: Micrometers for external measurements - Design and metrological characteristics [Đặc tính hình học sản phẩm (GPS) - Thiết bị đo kích thước: Micrometer dùng cho phép đo bên - Thiết kế đặc tính đo lường] ISO 4287:1997, Geometrical Products specifications (GPS) - Surface texture: Profile method - Term, definitions and surface texture parameters (Đặc tính kỹ thuật sản phẩm hình học (GPS) - Nứt gãy bề mặt: phương pháp mặt cắt (profile) - thuật ngữ, định nghĩa thông số kết cấu bề mặt) Thuật ngữ định nghĩa Tiêu chuẩn áp dụng thuật ngữ định nghĩa sau 3.1 Tiếp xúc lăn (rolling contact) Tiếp xúc chi tiết lăn CHÚ THÍCH: Dưới điều kiện tiếp xúc lăn túy, vận tốc tương đối điểm tiếp xúc không Tuy nhiên, vận tốc tương đối chi tiết lăn thực tế không không hầu hết trường hợp 3.2 Phá hủy bề mặt (surface failure) Tróc bề mặt mẫu thử 3.3 Độ mỏi tiếp xúc lăn (rolling contact fatigue) Sự phá hủy bề mặt hình thành ứng suất tiếp xúc lăn tuần hoàn ứng suất phá hủy bề mặt xảy tải trọng 3.4 Thử nghiệm độ mỏi tiếp xúc lăn (rolling contact fatigue test) Thử nghiệm mà ứng suất tiếp xúc lăn lặp lại áp dụng mẫu thử số chu kỳ phá hủy bề mặt đo 3.5 Tải trọng theo bước (stepwise loading) Phương pháp gia tải mà theo tải trọng gia tăng theo bước khoảng thời gian lần phá hủy cuối mẫu thử 3.6 Dấu tiếp xúc (contact track) Vệt trịn hình thành mẫu thử cách tiếp xúc lăn lặp lại viên bi 3.7 Tải trọng hiệu dụng trung bình (mean effective load) Tải trọng không đổi tương ứng với tải trọng theo bước 3.8 Ứng suất Hertzian tối đa (maximum Hertzian stress) Ứng suất tiếp xúc tối đa hai thân sử dụng ứng suất đàn hồi phân tích lý thuyết theo Hertz 3.9 Silic nitrua cấp độ ổ đỡ (bearing grade silicon nitride) Gốm silic nitrua thiết kế đặc biệt cho chi tiết lăn Nguyên tắc Độ bền phẳng ứng suất tiếp xúc lăn tuần hoàn, áp dụng viên bi lăn đơn hướng đó, xác định cách đo số vòng ứng suất đến lần phá hủy bề mặt cuối Máy thử nghiệm 5.1 Cấu trúc máy thử nghiệm Máy thử nghiệm phải cấu tạo cho ứng suất tiếp xúc lăn áp vào bề mặt mẫu thử phẳng viên bi có khoảng cách kẹp (xem Hình 1) Những viên bi lăn theo hình trịn chuyển động quay vịng đệm trục có ổ bi chặn góc tiếp xúc 90° có đường kính lỗ khoan xác định Vịng đệm trục phải quay đơn hướng Máy thử nghiệm thể dạng biểu đồ Hình Tải trọng áp dụng trọng tải không đổi phần cuối tay đòn Máy thử nghiệm phải trang bị cầu đóng tự động có thiết bị phát phá hủy bề mặt, thiết bị có khả đạt số vịng quay ngừng thử nghiệm, có cấu ngăn ngừa tái kích hoạt tự động máy thử nghiệm bị dừng lý điện lý khác CHÚ THÍCH 1: Vịng đệm trục phải chọn sở đường kính viên bi trục máy thử nghiệm CHÚ THÍCH 2: Kích thước phận kẹp phụ thuộc vào kích thước vịng đệm trục, đường kính bi số lượng bi 5.2 Độ chụm tải trọng Dao động tải trọng thử nghiệm phải nằm ± 1% giá trị chọn CHÚ THÍCH: Tải trọng thử nghiệm áp dụng trọng tải khơng đổi có độ xác Thơng thường tải trọng theo trọng tải không đổi gia tăng cán theo hệ số xác định 6 Mẫu thử 6.1 Dạng hình học mẫu thử Mẫu thử phải phẳng Dung sai tương đương bề mặt đối diện 0,015 mm Không sử dụng mẫu thử xoắn cong mẫu dẫn đến rung động thiết bị thử nghiệm Mẫu thử phải có đủ mép ngồi vết tiếp xúc cố định để ngăn tác động cạnh mẫu thử phân bổ ứng suất quanh điểm tiếp xúc mà gây sứt mẻ vật liệu Mặt cắt A-O-A CHÚ DẪN: bi có đường kính D mẫu thử trục máy thử nghiệm vịng đệm trục ổ bi chặn góc tiếp xúc 90° kẹp Hình - Hình viên bi mặt phẳng CHÚ DẪN: Bồn dầu (hình bi mặt phẳng bên trong) Bi điểm chốt xoay để đỡ bồn dầu Tay đòn Trọng tải khơng đổi Động Hình - Sơ đồ máy thử nghiệm 6.2 Cố định mẫu thử Mẫu thử phải cố định đáy bồn dầu cố định tránh rung lắc Cần đặc biệt ý đến việc hoàn thiện bề mặt độ phẳng đáy bồn dầu để cố định mẫu thử chắn 6.3 Độ dày mẫu thử Mẫu thử phải có đủ độ dày để ngăn khơng cho phẳng rung lắc Độ dày phải đo micrometer mô tả ISO 3611 dụng cụ đo kích cỡ khác có độ phân giải 0,002 mm tốt Nếu mẫu thử đo trước thử nghiệm, đo độ dày phần gần trung tâm để tránh tiếp xúc không cần thiết với vết tiếp xúc sau 6.4 Hoàn thiện bề mặt Mẫu thử phải có bề mặt mài bóng Độ nhám 0,1 μm Ra nhỏ quy định ISO 4187 Hư hại bề mặt trình mài phải loại bỏ cách đánh bóng tiếp để loại bỏ ảnh hưởng đến kết thử nghiệm Hệ số lệch Rsk, xác định ISO 4287, mẫu thử phải đo CHÚ THÍCH: Khi Rsk thể giá trị dương lớn, cho biết bề mặt đo có nhiều khu vực lồi khu vực lõm Rsk có giá trị dương lớn không khuyến nghị cho thử nghiệm RCF kết thử nghiệm bị tác động tính tồn bề mặt mẫu thử 6.5 Số mẫu thử Số mẫu thử phải sở thỏa thuận người thử nghiệm người yêu cầu Nếu giá trị ngưỡng thử nghiệm đạt/không đạt thiết lập, phải chuẩn bị năm mẫu thử Phương pháp thử 7.1 Bi Bi làm từ silic nitrua cấp ổ đỡ sử dụng cho thử nghiệm vật liệu cho ứng dụng ổ đỡ Cấp bi phải G5 G3 quy định ISO 3290-2 Nếu mục đích thử nghiệm thử nghiệm đạt/không đạt chất lượng vật liệu chi tiết lăn, viên bi ổ đỡ chế tạo từ thép quy định ISO 3290-1 sử dụng Bi phải kẹp để giữ khoảng cách cố định Đường kính bi số lượng bi phải theo thỏa thuận người thử nghiệm người u cầu CHÚ THÍCH: Thơng thường ba sáu bi sử dụng kết cấu bi mặt phẳng 7.2 Phương pháp gia tải Tải trọng thử nghiệm phải áp dụng điều kiện gia tải theo bước mà tải trọng tăng theo bước khoảng thời gian phá hủy cuối thể Hình Tải trọng bắt đầu nấc tải trọng khoảng tải trọng phải theo thỏa thuận người thử nghiệm người yêu cầu CHÚ THÍCH 1: Một số loại gốm silic nitrua thể tính nhạy trình tải trọng Tải trọng bắt đầu thấp dẫn đến việc đánh giá cao tính mỏi tiếp xúc lăn CHÚ THÍCH 2: Nếu mục tiêu thử nghiệm so sánh tương số liệu có thử nghiệm theo tải trọng khơng đổi, thử nghiệm tiến hành theo tải trọng không đổi cách thay CHÚ DẪN: X vòng quay Y tải trọng (kN) tải trọng bắt đầu tải trọng khoảng thời gian phá hủy cuối mẫu thử Hình - Tải trọng theo bước 7.3 Sự bôi trơn Mẫu thử viên bi phải ngâm dầu bôi trơn trình thử nghiệm Độ nhớt động học dầu phải chọn để trì tiếp xúc bơi trơn đàn hồi thủy động lực phần toàn CHÚ THÍCH: Để trì tiếp xúc bơi trơn đàn hồi thủy động lực phần toàn bộ, dầu parafin có độ nhớt động lực cao hơn, 68 mm2/s, chọn 7.4 Phát phá hủy bề mặt Phá hủy bề mặt mẫu thử phát gia tăng gia tốc rung viên bi Máy đo gia tốc phải gắn phận mà độ rung khuếch đại ca học, phía cấp tải cán tải trọng (xem Hình 2) Nếu gia tốc vượt ngưỡng cài đặt, máy thử nghiệm phải tự động ngừng CHÚ THÍCH: Để tránh tự động ngắt dừng máy theo tiếng ồn, ngưỡng cài đặt phạm vi từ đến lần mức tín hiệu gia tốc rung sau bắt đầu thử nghiệm cấp tải trọng Xử lý kết thử nghiệm 8.1 Tải trọng hiệu dụng trung bình Tính tải trọng hiệu dụng trung bình Pm theo cơng thức sau từ điều kiện gia tải số vòng quay bước gia tải ngừng thử nghiệm  k p Pk N k   k 1 Pm   k  Nk  k     p       (1) Pk tải trọng bi bước gia tải lần thứ k (N); Nk số vòng quay bước gia tải lần thứ k; p số mũ phương trình lý thuyết Lundberg Palmgren thể đây: C  L   P p (2) L độ bền tỷ lệ bản; C tỷ lệ tải trọng động lực (N); P tải trọng tương ứng động lực (N) CHÚ THÍCH 1: Số mũ p cần phải xác định qua thực nghiệm ổ đỡ chế tạo từ vật liệu thử nghiệm Xem xét phạm vi tiêu chuẩn chọn giá trị xác định p giải pháp thực tế, nghĩa so sánh tương đối tính mỏi tiếp xúc lăn CHÚ THÍCH 2: Giá trị p lấy Giá trị chấp nhận rộng rãi làm giá trị viên bi ổ đỡ thép sử dụng bạc đạn hybrid có sẵn thị trường 8.2 Cơng suất học hiệu dụng trung bình Tinh ứng suất Hertzian tối đa bi mẫu thử tải trọng Q = Pm theo công thức sau  pmax  m  3Q 2a  3Pm (3) 2a Q tải trọng bi (N); a bán kính vịng tiếp xúc (m) Đối với tiếp xúc bi phẳng, a biểu thị theo công thức sau 3    12   22 a  QD   E 8 E2   3    D đường kính bi (m); E1 mô đun đàn hồi bi (Pa); E2 mô đun đàn hồi phẳng (Pa); 1 tỷ lệ Poisson bi; 2 tỷ lệ Poisson phẳng Nhân ứng suất Hertzian tối đa với số vòng ứng suất Nc thu cơng suất học hiệu dụng trung bình M in  m NC  pmax  m Trong Nc nửa tích tổng số vịng quay phá hỏng số lượng bi CHÚ THÍCH: Phương trình cơng suất học hiệu dụng trung bình biểu thị vật liệu có giá trị cao (Min)m chịu tải trọng cao vòng dài với giả định toàn (Min)m sử dụng độ mỏi tiếp xúc lăn 8.3 Tróc bề mặt bi Tróc bề mặt bi gây nên việc ngừng tự động máy thử nghiệm Nếu tổn hại bề mặt bị xước quan sát vết tiếp xúc, thử nghiệm phải kết thúc Nếu không kết thúc, phải thay bi tróc dầu bơi trơn tiếp tục thử nghiệm Báo cáo thử nghiệm Báo cáo thử nghiệm phải phù hợp với TCVN ISO/IEC 17025, trừ có lý đáng khơng tn theo Báo cáo kết thử nghiệm độ mỏi tiếp xúc lăn phải bao gồm thông tin sau: a) Tên địa phòng thử nghiệm; b) Ngày thử nghiệm, xác nhận nhận dạng báo cáo trang, tên khách hàng địa chỉ, chữ ký báo cáo; c) Viện dẫn tiêu chuẩn này, nghĩa xác định phù hợp với TCVN 11107 (ISO 14628); d) Mô tả vật liệu thử nghiệm, mô đun đàn hồi, mã mẻ, ngày sản xuất, thích hợp; e) Dạng hình học kích cỡ mẫu thử; f) Độ nhám bề mặt mẫu thử; g) Mơ tả viên bi, đường kính, loại bi, tên vật liệu, mô đun đàn hồi, v.v ; h) Các điều kiện tải trọng (tải trọng khoảng thời gian bước tải trọng); i) Mô tả dầu bôi trơn (tên nhà sản xuất, mã sản phẩm, độ nhớt động lực, v.v ); j) Danh mục kết thử nghiệm (số vịng ứng suất, cơng suất học hiệu trung bình, v.v ) Báo cáo kết thử nghiệm độ mỏi tiếp xúc lăn bao gồm thông tin sau: k) Tên máy thử nghiệm chủng loại máy; I) Loại phụ gia phương pháp thiêu kết vật liệu thử nghiệm; m) Điều kiện lấy mẫu mẫu thử từ vật liệu điều kiện gia cơng khí (khi mẫu thử xử lý nhiệt, phải bao gồm điều kiện); n) Các đặc tính học mẫu thử, độ bền uốn, giá trị độ cứng rạn nứt, v.v Phụ lục A (Tham khảo) Thông tin chung A.1 Giá trị p silic nitrua để tính tốn tải trọng hiệu dụng trung bình Số mũ p xác định lý thuyết tiếng Lundberg and Palmgren xác định qua thực nghiệm Giá trị p số nghịch đảo hệ số góc thực nghiệm mối quan hệ tải trọng với vịng ứng suất (xem Hình A.1) Đối với silic nitrua, khơng có giá trị chấp thuận chung p, giá trị công nhận giá trị p viên bi ổ đỡ thép Tuy nhiên, số thí nghiệm thực để xác định tham biến giá trị trung bình p silic nitrua báo cáo nằm dãy từ 5,0 đến 5,5; Tài liệu tham khảo [1,2] CHÚ DẪN: X độ bền (vòng ứng suất) Y tải trọng (kN) A vật liệu A B vật liệu B Hình A.1 - Ví dụ biểu đồ tải trọng so với vòng ứng suất để xác định p A.2 Chất bôi trơn Trong kết cấu bi mặt phẳng, chuyển động bi bao gồm chuyển động trượt Hoạt động ăn mòn bi mẫu thử bị ảnh hưởng mạnh điều kiện bôi trơn Trong tiêu chuẩn này, bôi trơn bồn dầu chấp thuận Mẫu thử bi ngâm loại dầu bơi trơn suốt q trình thử nghiệm Để tránh ăn mòn phần thứ ba, bi vòng đệm trục phải thay kẹp thử nghiệm phải làm siêu âm axeton trước lần thử nghiệm A.3 Xử lý mẫu thử bi Mẫu thử bi phải xử lý cẩn thận chúng đưa vào thiết lập thử nghiệm để giảm nguy tổn hại bề mặt tiếp xúc vật cứng gây Sử dụng bi, giống bi sử dụng ổ đỡ hybrid có sẵn thị trường, khuyến nghị chúng chế tạo tỉ mỉ nhằm giảm tối thiểu khuyết tật gia công mà khuyết tật gây phá hủy bi trình thử nghiệm độ mỏi tiếp xúc lăn