润滑剂极压性能测定法

(四 球 法)

Standard test method for measurement of extreme-

pressure properties of lubricating fluids

(four- ball method)

1范围

1.1本标准规定了测定润滑剂极压性能的方法,可做下列三种试验。

1.1.1 负荷-磨损指数LWI。

1.1.2 烧结点P_D。

1.1.3 最大无卡咬负荷P_B。

1.2本标准适用于润滑剂。

1.3本标准涉及某些有危险性的材料、操作和设备,但是无意对与此有关的所有安全问题都提出建议。因此,用户在使用本标准之前应建立适当的安全和防护措施并确定有适用性的管理制度。

1.4 本标准采用法定计量单位,括号内给出习惯用的非法定计量单位。

2引用标准

下列标准包括的条文,通过引用而构成为本标准的一部分。除非在标准中另有明确规定，下述引用标准都是现行有效标准。

GB 1922溶剂油

3术语

本标准采用下列术语。

3.1 负荷-磨损指数load-wear index(LWI)

在所加负荷下润滑剂使磨损减少到最小的极压能力指数。在本试验条件下,它等于在烧结点以前按0.1对数单位负荷加到三个静止球上,做十次试验所测得的校正负荷的平均值。

3.2 烧结点weld point(P_D)

本试验条件下,转动球同下面三个静止球烧结在一起的最小负荷。它表示e超过润滑剂的极限工作能力。

注:某些试样在试验时四个钢球并不发生真正的烧结,面是出现严重的攘伤。在这种情况下,以产生4 mm麅痕直径所加的负樹为烧结点。

3.3 校正负荷corrected load(P_J)

每次试验所加负荷和在该负荷下的赫兹直径与磨痕直径之比相乘所得到的负荷值。

3.4赫兹直径

Hertz scar diameter(D_H)

在静负荷下,由钢球弹性变形所引起的压痕平均直径。它可由式(1)或式(2)计算:

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

式中: P---静负荷,N;

D_H -----赫兹直径,mm。

如果静负荷单位取(kgf),则式(1)应写成:

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

3.5补偿直径compensation scar diameter(D_b)

在有润滑剂存在,但不引起卡咬或烧结的试验负荷下,转动球对静止球所产生的平均磨痕直径。

注:所测得的磨痕直径不超过表1的第4栏内所列数值的5%。

3.6赫兹线Hertz line

它是双对数坐标纸上的一条直线，纵坐标为在静负荷下所得到的压痕直径，横坐标为所加负荷。如图1所示。

3.7补偿线compensation line

它是双对数坐标纸上所做的一-条直线,纵坐标为在动负荷下所得到的磨痕直径,横坐标为所加负荷,如图1所示。

1 补偿线坐标值列于表1的第2栏和第4栏内。

2某些润滑剂的无卡咬磨痕直径在补偿线以上,如甲ji苯基硅袖、氧化甲ji苯基硅油、硅苯撑、苯基醚以及某些石油和氯化石蜡的混合物.

3.8 最大无卡咬负荷， last nonseizure load(Px)

在试验条件下不发生卡咬的最大负荷,在该负荷下所测得的磨痕直径不超过相应补偿线以上数值的5%。

3.9初期卡咬区incipient seizure or initial seizure region

引起润滑剂油膜瞬时破坏的负荷区域。油膜瞬时破坏可由磨损直径增大和摩擦力测量值瞬时增大看出。

3. 10立 即卡咬区immediate seizure region

在磨损负荷曲线上，该区域的特征是出现卡咬、烧结或大的磨痕。

4方法概要

四球机的一个顶球，在施加负荷的条件下对着油盒内的三个静止球旋转。油盒内的试样浸没三个试验钢球。主轴转速为1 760 r/min士40 r/min。试样温度为18~35C。按本标准的规定逐级加负荷,做一系列的108试验直至发生烧结。烧结点以前做十次试验。如果最大无卡咬负荷和烧结点之间的试验不足十次,且最大无卡咬负荷之前的磨痕直径是在不大于相应补偿线上磨痕直径的5%范围内(图1AB部分),则这部分的试验不必去做,其校正负荷可查表3得到,这时可假定最大无卡咬负荷及其以前

所产生的磨痕直径与补偿直径相等,总的推测到卜次试验即可.上述假定的磨痕直径见表1,最大无卡 咬负荷和烧结点的曲线见图1.

5意义和应用

本标准用于区分润滑剂的低、中、高极压性能。使用本标准时•仅根据其试脸结果确定涧滑剂的极压 性能,无需考虑与实际使用及其他模拟试验机有无相关性。

6设备

6.1四球极压试脸机

网球极压试验机可以是液压式也可以是杠杆式，主轴转速需满足试验条件的上限要求，负荷不低于 7 845 N(800 kgf).四球机油盒装置如图2所示。

注

1把四球极压试验机和网球磨顶试验机分开使用是重要的.四球极压式龄机适用于做极压性能试的，但精确度较 差.不适于做磨损试验。

2四球极压试验机应每年用参考油标定,并检验其补偿线的可靠性。

6.2显微镜:装有 测微仪的直读式显微镜或自动精密测量仪器。读数值精确到0. 01 mm。

6.3 计时器:精确至0.1 s。

6.4摩擦力记录仪。

7材料

7.1石油醚:60~90C，符合GB 1922中的NY-90要求。

7.2 溶剂油:符合GB 1922中的NY-190要求。

7.3试验钢球:四球机专用试验钢球。优质铬合金轴承钢GCr15A.钢球直径12.7mm,硬度HRC64~66.

8试验的准备

8.1在通风柜内用溶剂油清洗试验钢球、油盒、夹头及其他在试验过程中与试样接触的零件，再用石油醚洗两次，然后吹干备用。清洗后的试验钢球应光洁无锈斑。

注:不要用四氯化碳或其他具有承载能力的溶剂清洗，以免影响试验结果。

8.2液压式四球机:打开电 源,调整主轴转速到1760 r/min士40 r/min,空转2~3 min。调整好计时器。

杠杆式四球机:提升杠杆臂,并由锁紧装置把杠杆臂固定在提升的位置,打开电源,空转2~3 min。调整好计时器。

9试验步骤

9.1 把三个试验钢球放在油盒内.并把压紧环放在试验钢球上面,用螺母上紧。把试样倒人油盒内,使试样浸没钢球。

法:研究表明,当扭力报手对螺母施加的扭矩为68N .m士7N●m(6.93kgf . m土0.71 kgf●m)时可提高重复性:当施加的扭矩近似于136N. m(13. 87 kgf. m)时.烧结点会明显偏低。

9.2 将一个试验钢球装到夹头中,并把夹头装到主轴上。

注:由于夹头不断地经受磨损和卡咬,因此每次试验前应仔细检查夹头。如果发现试验钢球与夹头不能紧密结合或夹头有咬伤痕迹,应及时更换。

9.3把组装好的试验油盒装在试验座上。

9.4试样温度控制在18~35C.

9.5液压式四球机:启动液压油泵,油盒上升,使下面三个试验钢球与顶上试验钢球接触，缓缓地加负荷。

杠杆式四球机:把隔板置于油盒和止推轴承之间,松开杠杆臂锁紧装置,使杠杆臂处于水平位置。把砝码盘放在杠杆臂刻槽内,缓缓加砝码。如果使用摩擦力测量装置,应接好连线。

注:加负荷时应避免冲击负荷,它会引起试验钢球水久变形。

9.6启动电机 ,运转10s士0.2s。

注:四球机主轴的制动时间不计算在内。

9.7取下油盒和夹头,并卸下夹头中的试验钢球。

9.8按下列方法测量试验钢球的磨痕直径。

9.8.1方法 A

从油盒中取出试验钢球,擦拭并清洗后,把试验钢球放在适当的球座上,用直读式显微镜或其他自动精密测量仪器,在磨痕的水平方向和垂直方向测量三个试验钢球中任意一个试验钢球的磨痕直径,取算术平均值,精确到0.01 mm.

9.8.2方法 B

倒掉油盒中的试样,不取出试验钢球,用直读式显微镜或其他自动精密测量仪器,在磨痕的水平和垂直方向测量三个试验钢球中任意- -个试验钢球的磨痕直径,取算术平均值，精确到0.01 mm。

9.8.3操作者也可以按方法A或方法B测量三个试验钢球的磨痕直径,取算术平均值。精确到0.01 mm。

注:在用方法A或方法B前.操作者应仔细观察油盒内的三个试验钢璩，如果三个试验制球的磨痕直径有明显的差异,那么就必须测量三个试验钢球的磨痕直径。

9.8.4

每次试验后,把磨痕直径记录在表1中,并与补偿线磨痕直径进行比较。

9.9 最大无卡咬负荷P_B的测定'

测定最大无卡咬负荷时要求在该负荷下的磨痕直径不得大于相应补偿线上磨痕直径(即补偿直径)的5%。如果测得某负荷下的磨痕直径大于相应补偿线上磨痕直径的5%,则下次试验就在较低一级的负荷下进行,直到确定最大无卡咬负荷为止。

本标准提供了用以判断PE点的P~D.(1+5%)数值表,见表2。例如某试样在784 N(80 kgf)负荷下测量的磨痕直径为0.47 mm,查表2得知在784 N(80 kgf)负荷下D.(1+5%)为0. 45 mm,则可断定该试样的PB值小于784 N(80 kgf)。再在低一级负荷下做试验,直到测得的磨痕直径等于或小于D6(1+5%),则该负荷即为Pa点。

注

1 测定Pg点的级别见表2。Po点在392 N(10 kgf)以下精确至20 N(2 kgf);402N(41 kgf)~784 N(80 kgf)精确至29 N(3 kgf);794 N(81 kgf)~1 177 N(120 ksgf)精确至49 N(5 kg!);l 187 N(121 kgf)~1 569 N(160 kgf)精确至69 N(7 kgf);1 569 N(160 kgf)以上精确至98 N(10 kgf),

2当用摩擦力测量仪时,最大无卡咬负荷可由记录笔逐渐横向移动看出。

表2判断Pb点的P?Ob(l + 5%)

9.10烧结点Pd的测定

按表1的负荷级别，--般从784 N(8O kgf)开始.逐级加负荷进行一系列的10 s试验,记录所测得 的磨痕直径•直到发生烧结。在发生烧结的负荷下进行一次重复试的。如果两次试验均烧结,则此试骏 负荷即为烧结点。如不发生烧结则在较高一级负荷下进行新的试验,并重复进行直至确定烧结点。

注

1当由于金属的转移影响了试验钢球所形成的磨痕我面时.其磨痕直径的测量是困难的.此时应将金属转移物去 播再测定。如果磨痕边缘模剜或不规则不好利定时，购用估算法确定磨痕直径.

2发生烧结时.应立即关闭电机，否则会损坏机器，试验铜球和夹头之间也会产生产1：擦伤,可用下列方法列陆是 否烧结：

a)摩擦力记录仪指示堇剧烈地振动?

b)电机噪音增加；

c)油盒冒烟；

d)负荷杠杆突然下降.

9.11负荷磨损指数/，W1的测定

按9.9测定最大无卡咬负荷Fb,并按表1确定区属于哪一级负荷.然后从Pb点高一级的负 荷做起•逐级加大负荷做一系列的10 s试验.宜到发生烧结。查补偿线上校正负荷总表，见表3,并按式 (3)计算出负荷磨损指数LWI。在大量筛选试验时可用附录A的负荷-磨损指数LW/快速计算法进行估算。

注：式表3时应注意几点的狂拨,如果测得的几点在表1的两个负荷之间,应先将凡眼低一级负荷,如Pe"667 N(170 kgf).Mft P&=1 569 N(16O kE).然后再查补偿线上校正负荷总表.

9.11.2如果某些试样所测得的磨痕直径全部在仄U+5%)以上，则在烧结点以前应按负荷级别做I- 次试验，按式(3)计算负荷-磨损指数LWIa

10计算和报告

10.1最大无卡咬负荷Pu：按9. 9测定并报告最大无卡咬负荷^.NfkgO,

10.2烧结点Pd：按9. 10测定并报告烧结点PD,N(kgf)o

10.3负荷磨损指数

10. 3.1按式(3)计算和报告负荷磨损指数/,W/.N(kgf)：

式中:A-----烧结点qian10次试验的校正负荷总和,N(kgf);

A1-----补偿线上的校正负荷之和,N(kgf);

A2----最大无卡咬负荷之后的校正负荷之和,N(kgf)。

注:如果该试验结果符合补偿线，则A可定义为:烧结点前补偿线上校正负荷之和A和非补偿线上校正负街之和A:相加之和，总共十次试验负荷级。

10.3.2校正负荷P

最大无卡咬负荷之后和烧结点之间每次试验的校正负荷P,N(kgf),按式(4)计算:

式中:L--试验负荷。如果用杠杆式四球机,则L为砝码和砝码盘总重力乘杠杆臂之比,N(kgf);

Dh-----赫兹直径,mm;

x----由试验所测得的平均磨痕直径.mm。

如果最大无卡咬负荷及其低于最大无卡咬负荷的磨痕直径在不高于补偿线的5%范围内,可假定其磨痕直径与补偿直径相当。因此,这部分试验不必进行,其校正负荷可从表3最大无卡咬负荷和烧结点的交叉点查得。例如，试样的最大无卡咬负荷为510N(52 kgf), 接着做618,784,981,1 236和1 569 N (63.80,100,126和160 kgf)负荷的试验，烧结点是1 961 N(200 kgf)。从表3可以查得Pb490 N和P'rl 961 N(50kgf和200 kgf)的交叉点为1457 N(148.6kgf)。此值为补偿线上的校正负荷总和。它是利用补偿线分别求出490,392 ,314,235和196 N(50,40.32,24和20 kgf)负荷的磨痕直径，而得到的各级校正负荷之和。非补偿线部分的校正负荷按式(4)逐级计算。

11 精密度和偏差

如果试验结果符合补偿线,则按下列规定判断试验结果的可靠性(95%的置信水平)。

11.1 重复性

同一操作者,用同一台设备,同一样品,在规定的条件下.连续两次试验结果之差不得超过下列数值:

最大无卡咬负荷:平均值的15%;

烧结点:一级负荷增量;

负荷-磨攒指数:平均值的17%。

11.2再现性

不同的操作者,在不同的实验室,用同-一样品，在规定的条件下,两个实验室的独立试验结果之差不得超过下列数值:

最大无卡咬负荷:平均值的30%;

烧结点:一级负荷增量;

负荷-磨损指数:平均值的44%。

11.3本标准没有建立烧结点大于3922N(400kgf)和试验结果不符合补偿线的样品的精密度。

11.4 偏差

因为没有合适的数据用于本标准，所以没有确定其偏差。