ГОСТ 23.225-99

ГОСТ 23.225-99

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ИЗДЕЛИЙ

МЕТОДЫ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ
ИЗНОСОСТОЙКОСТИ

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ
ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

МИНСК

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Российской Федерацией

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 15 от 28 мая 1999 г.)

За принятие проголосовали:

Наименование государства	Наименование национального органа по стандартизации
Азербайджанская Республика	Азгосстандарт
Грузия	Грузстандарт
Республика Беларусь	Госстандарт Беларуси
Киргизская Республика	Киргизстандарт
Республика Молдова	Молдовастандарт
Российская Федерация	Госстандарт России
Республика Таджикистан	Таджикгосстандарт
Республика Узбекистан	Узгосстандарт
Украина	Госстандарт Украины

3 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 27 декабря 1999 г. № 713-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 23.225-99 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 2000 г.

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5 ПЕРЕИЗДАНИЕ

ГОСТ 23.225-99

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Обеспечение износостойкости изделий МЕТОДЫ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ Общие требования Ensuring of wear resistance of products. Principles of provision. General requirements

Дата введения 2000-07-01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на изделия и их составные части (далее - изделия), работающие в условиях трения и износа.

 

Стандарт устанавливает требования к методам подтверждения износостойкости изделий на различных стадиях их жизненного цикла, в том числе при сертификации.

Установленные настоящим стандартом требования обязательны для разработчиков, изготовителей и эксплуатирующих организаций в части изделий, безопасность которых зависит от характеристик износостойкости его составных частей.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 27674-88 Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения

ГОСТ 30479-97 Обеспечение износостойкости изделий. Методы установления предельного износа, обеспечивающего требуемый уровень безопасности. Общие требования

ГОСТ 30480-97 Обеспечение износостойкости изделий. Методы испытаний на износостойкость. Общие требования

3 Определения

Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их определения - по ГОСТ 27674.

4 Общие положения

4.1 Подтверждение износостойкости проводится на различных стадиях жизненного цикла изделий и включает в себя, в общем случае, операции по определению износостойкости составных частей изделия при их разработке и изготовлении; по контролю износостойкости изготовленных, изготовляемых и отремонтированных изделий; по оценке состояния изнашиваемых элементов при эксплуатации, проверке соответствия показателей износостойкости нормативным требованиям независимыми организациями, в том числе при сертификации.

4.2 Объектом подтверждения износостойкости являются элементы изделий, функционирующие в условиях трения. При этом каждый объект рассматривают как триботехническую систему, включающую:

деталь, контактирующую с внешней средой;

контактирующие детали, которые могут быть разделены слоем смазочного материала;

смазочный материал;

окружающую среду.

4.3 Для подтверждения износостойкости применяют следующие методы:

расчет показателей износостойкости;

оценку износостойкости по экспериментальным данным;

сравнительную альтернативную оценку износостойкости рассматриваемого объекта и изделия-аналога или априорных данных и получение оценок «Соответствует», «Не соответствует» установленным требованиям;

определение параметров и характеристик триботехнической системы, достаточно полно характеризующих скорости и (или) интенсивности изнашивания с достаточной точностью.

4.4 Для подтверждения износостойкости определяют показатели износостойкости по ГОСТ 27674 и предельного износа по ГОСТ 30479.

4.5 Подтверждение износостойкости допускается проводить в рамках работ по подтверждению надежности или безопасности изделия.

4.6 Подтверждение износостойкости на стадиях научно-исследовательских работ, технического предложения, опытно-конструкторских работ (эскизный проект, технический проект и рабочая конструкторская документация) проводится с целью:

определения возможности обеспечения требуемых значений показателей износостойкости при выбранном варианте конструкторского и (или) технического решения, условий эксплуатации и установленных ограничений на массу, размеры и стоимость изделий;

обоснования оптимального (в части износостойкости) варианта конструкторского и (или) технического исполнения изделия, выбранного варианта смазки и смазочных материалов;

прогнозирования показателей износостойкости;

установления предельных величин износа;

установления требований к достоверности подтверждения износостойкости;

установления требований к износостойкости взаимосвязанных составных частей изделия и определения возможности применения серийно выпускаемых составных частей и материалов;

определения задач экспериментальной отработки износостойкости изделия.

4.7 На стадии проектирования, кроме показателей износостойкости, определяют следующие показатели:

несущую способность при трении;

антифрикционность;

фрикционную термостойкость;

прирабатываемость;

геометрические, технические и физико-химические характеристики приповерхностного слоя;

совместимость при трении;

энергетические потери в трибосопряжении.

4.8 Подтверждение износостойкости на стадии изготовления проводят с целью оценки соответствия характеристик и показателей износостойкости элементов изделий установленным требованиям в соответствии с документацией на методы испытаний рассматриваемого изделия или по результатам контроля технологических факторов, влияющих на износостойкость рассматриваемой составной части.

4.9 Метод подтверждения износостойкости при разработке и изготовлении устанавливает разработчик или изготовитель, если иное не предусмотрено нормативно-технической документацией.

4.10 Обязательному подтверждению изготовителем соответствия показателей или характеристик износостойкости подлежат элементы изделий, преждевременный износ которых может приводить к риску нанесения ущерба здоровью и жизни человека или окружающей среде.

4.11 В процессе эксплуатации подтверждение износостойкости элементов изделий проводит эксплуатирующая организация (потребитель) или изготовитель.

4.12 Эксплуатирующая организация (потребитель) контролирует износостойкость основных элементов изделий, состав которых указан в эксплуатационной документации с целью недопущения предельного износа в промежутках между очередными плановыми ремонтами, а при системе технического обслуживания и ремонта по состоянию - с целью установления времени проведения замены или восстановления изнашиваемых элементов.

4.13 Для подтверждения износостойкости потребитель определяет фактическую величину износа или иные параметры и показатели износостойкости в определенные моменты эксплуатации и сопоставляет их с нормативными требованиями. Износ или иные характеристики износостойкости определяют встроенными методами технического диагностирования, а при их отсутствии - иными методами, указанными в эксплуатационной документации. Допускается подтверждать износостойкость по параметрам изделия, определяющим с достаточной степенью точности износ контролируемых элементов.

4.14 В зависимости от вида изделия, тяжести последствий от преждевременного износа подтверждение параметров и показателей износостойкости проводят непрерывно или дискретно. Методы контроля должны быть указаны в нормативной или технической документации.

4.15 Подтверждение износостойкости при эксплуатации изготовителем должно проводиться в рамках авторского надзора за производимыми изделиями с целью подтверждения соответствия фактических характеристик износостойкости требованиям и нормам нормативной и технической документации.

4.16 При проведении ремонтов с полной или частичной разборкой потенциально опасных изделий необходимо:

проверять износ элементов изделий, лимитирующих их безопасность;

сравнивать его с предельно допустимым износом и оценивать возможность их использования без замены и восстановления до последующего ремонта.

4.17 Подтверждение износостойкости третьей стороной (независимой организацией) проводят методами, установленными в нормативной документации, или путем анализа данных по подтверждению износостойкости, представляемых изготовителем.

4.18 При подтверждении износостойкости следует учитывать свойства отдельных деталей и свойства сопряженных элементов, смазочных материалов и окружающей среды.

4.18.1 Отдельные детали характеризуют геометрические параметры и свойства материалов.

К геометрическим параметрам относят:

макропараметры - форма детали, номинальные размеры (длина, ширина, диаметр, радиус кривизны), отклонения формы, отклонения размеров;

микропараметры - шероховатость поверхности (распределение неровностей, форма неровностей, радиус закругления, вершина неровности, высота неровности), волнистость поверхности (высота волнистости, средний шаг волнистости), направление следов обработки, геометрические дефекты поверхности (царапины, трещины, вмятины и т.п.).

К свойствам относят:

макросвойства - физические и химические (химический состав, плотность, металлофизическая структура), тепловые (удельная теплоемкость, теплота плавления фаз, теплопроводность, температуропроводность, тепловая расширяемость, свободная энергия поверхности), механические (временное сопротивление на растяжение, предел пластичности, предел упругости, сопротивление срезу, усталостная прочность, ударная вязкость, модуль продольной упругости, модуль поперечной упругости, коэффициент Пуассона, твердость, остаточные напряжения, упрочнение);

микросвойства - кристаллическая структура, параметры кристаллической решетки, плотность упаковки, энергия связей.

4.18.2 К свойствам сопрягаемых объектов относят:

геометрические свойства: номинальная поверхность контакта, фактическая поверхность контакта, эквивалентный радиус кривизны, посадка;

свойства материалов: эквивалентный модуль продольной упругости, прочность адгезионных соединений на сдвиг, прочность адгезионных соединений на разрыв, химическое сродство металлов, взаимная растворимость и свойства твердых растворов, межфазная энергия соединения металлов, диффузность.

4.18.3 К свойствам смазочного материала относят, например:

реологические (вязкость, индекс вязкости, пьезокоэффициент вязкости, время релаксин);

электрические (удельное сопротивление, диэлектрическая проницаемость, коэффициент диэлектрических потерь) и др.

4.18.4 При анализе влияния окружающей среды следует отличать окружающую среду от микросреды, в которой происходит контактирование детали узла трения. Микросреду следует включить в трибологическую систему. Окружающая среда охватывает систему, но не принадлежит к ней. Она включает совокупность полей механических и электрохимических сил, химических реакций и тепловых полей. Обязательному учету при подтверждении износостойкости подлежат следующие виды воздействий:

кинетическое - скорость скольжения, скорость качения, гидродинамическая скорость;

динамическое - механическая сила, давление, напряженность;

тепловое - температура, тепловой поток, градиент температур.

4.18.5 Взаимодействие деталей трибологической системы характеризует статическое или динамическое состояние системы.

При статическом состоянии следует учитывать влияние на характеристики износостойкости процессов старения, адгезии, адсорбции, хемосорбции, окисления, коррозии, диффузии.

При динамическом состоянии учитывают процессы, происходящие при трении. К ним относят, кроме названных, процессы упругой и пластической деформации, микрорезания, рифления, царапания, отрывания, разрушения поверхностной пленки, структурные и фазовые превращения.

5 Расчетные, экспериментальные и расчетно-экспериментальные методы подтверждения износостойкости

5.1 Расчетные методы следует применять в основном на стадии проектирования для решения задач, определенных в 4.6.

5.2 Расчетные методы должны быть основаны на данных о видах износа, свойствах материалов и смазочных веществ, режимах и условиях трения; данных об износостойкости изделий-аналогов; результатах предыдущих испытаний и другой информации, имеющейся к моменту проведения работ по подтверждению износостойкости.

5.3 В результатах расчета износостойкости должны быть указаны:

принятая методика расчета и ее обоснование;

расчетные и заданные характеристики износостойкости;

выводы о принципиальной возможности достижения требуемого уровня износостойкости для принятого варианта конструкторского решения;

выводы о возможности перехода к следующему этапу разработки;

задачи отработки изделия на износостойкость на следующем этапе разработки.

5.4 Результаты расчета оформляют в виде самостоятельного документа или разделов пояснительных записок к техническому предложению (аванпроекту), эскизному и техническому проектам изделий.

5.5 Расчет износостойкости на основе концепции фрикционной усталости приведен в приложении А.

5.6 Экспериментальные методы подтверждения износостойкости должны быть основаны на использовании данных, получаемых при испытании изделий, или данных опытной или подконтрольной эксплуатации.

Требования к методам испытаний на износостойкость и рациональным циклам испытаний - по ГОСТ 30480.

5.7 Расчетно-экспериментальные методы должны быть основаны на вычислении показателей износостойкости по исходным данным, определяемым экспериментальными методами. Исходными данными для использования расчетно-экспериментального метода являются:

информация об износостойкости изделий, полученная в ходе предшествующих испытаний или эксплуатации;

эксплуатационные данные о триботехнических характеристиках материалов или составных частей изделия, оказывающих влияние на износостойкость других элементов изделия;

экспериментальные данные о характеристиках случайного процесса изнашивания.

5.8 Подтверждение износостойкости методом экстраполяции и определение вида кривой изнашивания приведены в приложении Б.

5.9 Сравнительная оценка износостойкости при абразивном изнашивании приведена в приложении В.

5.10 Экспериментальные методы являются основным способом для подтверждения износостойкости элементов изделий, связанных с параметрами безопасности.

5.11 Расчетно-экспериментальные методы подтверждения износостойкости применяют, если по техническим, экономическим или организационным причинам невозможно или нецелесообразно применять для этой цели экспериментальные методы.

5.12 Расчетно-экспериментальные методы следует применять также во всех случаях, когда это позволяет существенно сократить необходимый объем испытаний и их сроки.

5.13 В качестве дополнительной информации при подтверждении износостойкости должна использоваться информация, накапливаемая в процессе разработки, производства, испытаний и эксплуатации изделий.

5.14 Условия применения ускоренных методов испытаний и подтверждения износостойкости - по ГОСТ 30480.

5.15 При подтверждении износостойкости расчетным или расчетно-экспериментальным методом должны выполняться следующие виды работ:

установление состава элементов изделий, подвергаемых износу. Примерный состав таких элементов автомобилей приведен в приложении Г;

сбор и анализ данных о триботехнических характеристиках используемого материала и смазочных материалов на основе результатов предыдущих испытаний и справочных материалов;

выявление для каждого элемента основного вида изнашивания, исходя из условий его эксплуатации, эксплуатационной нагруженности, вида материала, вида и условий смазывания, технологии изготовления;

виды изнашивания - по ГОСТ 27674;

анализ информации об износостойкости изделий-аналогов;

установление конструктивных технологических факторов и факторов внешней среды, влияющих на износостойкость;

построение модели расчета с учетом имеющейся информации.

5.16 В механизмах, имеющих несколько функционально или конструктивно связанных сопряжений, за триботехническую систему принимают механизм в целом. Подтверждение износостойкости таких механизмов должно проводиться по каждому сопряжению и механизму в целом с учетом совместного влияния износа таких сопряжений на эксплуатационные характеристики механизма.

5.17 В машинах и механизмах, в которых имеются компенсаторы износа, подтверждение износостойкости должно проводиться с учетом действия таких компенсаторов, которые должны включаться в триботехническую систему.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(рекомендуемое)

Расчет износостойкости на основе концепции фрикционной усталости

1 Основная расчетная схема исходит из следующих предпосылок:

рассматривается изнашивание двух номинально плоских тел в стационарном (установившемся) режиме сухого или граничного трения;

изнашиваемое тело - гладкое и деформируемое, истирающее (контртело) - жесткое и шероховатое;

номинальное давление, скорость скольжения и температура трения постоянны во времени и равномерно распределены по поверхности контакта.

2 Интенсивность изнашивания вычисляют по формуле

(А.1)

где R_max - максимальная неровность поверхности, мкм;

e = p/R_max - относительное сближение контактирующих тел под нагрузкой;

р - абсолютное сближение, мкм;

n - число циклов фрикционного взаимодействия;

h_c = А_c/А_a;

А_с - контурная площадь контакта, м²;

А_а - номинальная площадь контакта, м²;

x - коэффициент, учитывающий отличие геометрической характеристики поверхности - опорной кривой t_p(e) - от относительной площади фактического контакта h_r = А_r/А_c = ?t_p(e), возникающее из-за деформации неровностей под нагрузкой 0,5 ? x < 1 (? = 0,5 при упругом контакте x = 1 при пластическом контакте);

b, v - параметры степенной аппроксимации начального участка опорной кривой;

l - средний диаметр элементарной зоны фактического контакта, мкм.

3 Относительное сближение e_у и средний диаметр элементарной зоны фактического контакта для упругого взаимодействия l_у определяют по выражениям:

 

(A.2)

 

(A.3)

где q_a - номинальное давление, МПа;

J = (1 - ?²)/Е - постоянная упругости истираемого материала, МПа^-1;

R - средний радиус кривизны вершин микронеровностей, мкм.

 

 

(A.4)

где Г - гамма-функция для пластического взаимодействия.

4 Относительное сближение e_п и средний диаметр элементарной зоны фактического контакта для пластического взаимодействия l_п вычисляют по формулам:

(A.5)

 

(А.6)

5 Число циклов фрикционного взаимодействия, приводящее к разрушению, вычисляют по формулам:

 

(A.7)

 

(А.8)

где s, t_у, l, t_п - константы фрикционной усталости истираемого материала, приведенные в таблице А.1;

s_e, l_e - амплитудные значения соответственно действующего напряжения и деформации на контакте.

Таблица А.1 - Усталостные параметры для узлов трения

№	Материал узла трения	s, МПа	tу	l	tп
1	Медь	-	-		2
2	Алюминий	-	-		2
3	Армко - железо	-	-		2
4	Латунь	-	-		2
5	Сталь 45	1050	7,9		1,3
6	Сталь 55	-	-		1,3
7	Сталь 40Х	-	-		1,3
8	Сталь 50Г	-	-		1,3
9	ФМК-11 (металлокерамика)	-	-		2
10	Чугун ЧНМХ	660	4 - 7		2 - 3
11	Электрографит	250	6 - 7
12	Протекторная резина БСК	160 - 270	3 - 4
13	Уплотнительная резина	22	4
14	Поликарбонат	840	2,9
15	Полиформальдегид	147	1,3
16	К-82 (прессматериал)	1420	3,1		5,1
17	Фторопласт 4	63	4,4	1,3	1,58
18	Ретинак ФК-24А	365	12,6	1,0	2 - 3
19	Капролон	630	2,6
20	Сталь 3	650	8 - 14
21	Сталь 5	535	10 - 11
22	Сталь 6	600	11 - 12
23	Сталь 10	400 - 490	10 - 14
24	Сталь 15	400 - 700	9 - 14
25	Сталь 20	500 - 650	10 - 12
26	Сталь 30	700	13 - 14
27	Сталь 35	650	15
28	Сталь 40	620 - 740	9 - 13
29	Сталь 45 (при 10 HRC)	1700	10 - 11
30	Сталь 45 (при 20 HRC)	3000	8 - 9
31	Сталь 45 (при 35 HRC)	3700	5 - 6
32	Сталь 45 (при 50 HRC)	3500	5 - 6