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Categoria: Tribologia delle alte temperature

 

High temperature hardness testing for materials exposed to extreme thermal conditions in aerospace and defense applications

High Temperature Brinell Hardness Testing

Application Note | High Temperature Mechanical Testing

High Temperature Hardness Testing of Steel Using Brinell Indentation

Mapping Steel Hardness Loss from Room Temperature to 925°C with NANOVEA T2000 Tribometer

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Material performance testing under extreme temperature conditions for aerospace and defense applications

Research & Experimental Testing

Frank Liu

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Introduzione

High temperature hardness testing provides insight into how the mechanical behavior of metals changes as temperature increases. Materials that exhibit high hardness at room temperature can soften significantly when exposed to elevated temperatures, making temperature-dependent hardness an important consideration when selecting materials for applications such as jet engines, high-temperature processing equipment, and other thermally demanding environments.

In this study, a steel sample was evaluated using Brinell indentation with the NANOVEA T2000 Tribometer. Hardness measurements were performed at 25, 200, 400, 600, 800, and 925°C to map the change in steel hardness with temperature. The results show a gradual reduction in hardness through approximately 600°C, followed by a much sharper decline at higher temperatures, resulting in an 84% decrease in hardness between room temperature and 925°C.

Why High Temperature Hardness Testing Matters

Hardness is a mechanical property that describes a material’s resistance to localized deformation. Higher hardness generally corresponds to greater resistance to indentation and permanent surface deformation.

Temperature can significantly alter this behavior. A material that remains hard at room temperature may soften as temperature increases, changing its mechanical response under elevated-temperature conditions. For materials intended for high-temperature applications, understanding these changes is important when evaluating their mechanical limits.

High temperature hardness testing makes it possible to measure these changes directly as temperature increases rather than relying only on room-temperature properties. In this study, the steel sample provides a clear example of how hardness can remain relatively stable over part of the temperature range before declining rapidly at higher temperatures.

Obiettivo di misurazione

The objective of this study was to evaluate how the Brinell hardness of steel changes as temperature increases from room temperature to 925°C.

Using a 10 mm tungsten carbide (WC) ball, a load of 1000 N (~100 kgf) was applied to the steel sample at 25, 200, 400, 600, 800, and 925°C. The resulting indentations were measured using NANOVEA’s 3D Line Sensor to determine their diameter for Brinell hardness calculation.

NANOVEA T2000 Carico elevato

Tribometro pneumatico

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NANOVEA T2000 high load pneumatic tribometer for friction and wear testing

Procedura di prova

High temperature Brinell hardness testing was performed with the steel sample mounted inside the NANOVEA T2000 heated chamber. The sample was tested at six temperatures from 25°C to 925°C using a 10 mm tungsten carbide (WC) ball with an applied test force of 1000 N (~100 kgf).

The test parameters used throughout the study are summarized below.

Steel sample mounted inside the NANOVEA T2000 high temperature chamber for Brinell hardness testing

Steel sample mounted in the NANOVEA T2000 high temperature chamber for Brinell hardness testing from 25°C to 925°C.

Parametri del test

Test Parameter High Temperature Brinell Hardness Setup
Temperatura 25, 200, 400, 600, 800, 925°C
Test force 1000 N (~100 kgf)
Force-diameter ratio 1
Ball material Tungsten carbide (WC)
Ball diameter 10 mm
Steel samples used for high temperature Brinell hardness testing from 25°C to 925°C

Steel samples used in the high temperature Brinell hardness study from room temperature to 925°C.

Risultati e discussione

Brinell hardness was calculated from the applied force, ball diameter, and measured indentation diameter using the equation below:

Brinell hardness equation using applied force, ball diameter, and measured indentation diameter

Where F (kgf) is the applied force expressed in kilogram-force, D is the ball diameter, and d is the measured indentation diameter. Two diameter measurements were taken for each indent and averaged to determine the value of d used in the hardness calculation.

Load versus time curve showing the 1000 N indentation load used during high temperature Brinell hardness testing of steel

Load vs. time profile for the 1000 N Brinell indentations performed during high temperature hardness testing.

The loading curve shows the applied load profile used during indentation. A consistent 1000 N (~100 kgf) test force was used throughout the temperature series so that the resulting indentation dimensions and calculated hardness values could be compared across each test condition.

Brinell indentation on steel measured at 800°C with diameters of 1.807 mm and 1.830 mm
Distanza Unit A B
HDist mm 1.807 1.830

Brinell indentation measured at 800°C. Two diameter measurements of 1.807 mm and 1.830 mm were averaged to determine the indentation diameter used for hardness calculation.

At 800°C, the measured indentation diameters were 1.807 mm and 1.830 mm, producing an average diameter of approximately 1.819 mm. The indentation diameter increased substantially at the higher test temperatures as the steel became softer under the same applied load.

The measured indentation diameters were then used to calculate Brinell hardness at each temperature. The results show a relatively gradual decrease from 96.12 HBW at 25°C to 79.69 HBW at 600°C, followed by a much sharper decrease to 38.18 HBW at 800°C and 15.40 HBW at 925°C.

Brinell Hardness Results

High Temperature Brinell Hardness Results
Temperature (°C) Diameter 1 (mm) Diameter 2 (mm) Average Diameter (mm) HBW (10/100)
25 1.153 1.145 1.149 96.12
200 1.150 1.201 1.176 91.82
400 1.165 1.261 1.213 86.21
600 1.265 1.258 1.262 79.69
800 1.807 1.830 1.819 38.18
925 2.858 2.833 2.846 15.40
Graph showing Brinell hardness of steel decreasing from 96.12 HBW at 25°C to 15.40 HBW at 925°C

The temperature-dependent trend is clear. Steel hardness decreased moderately between room temperature and 600°C, then declined rapidly at higher temperatures. Between 25°C and 925°C, the measured Brinell hardness decreased from 96.12 to 15.40 HBW, representing an overall hardness loss of approximately 84%.

These results demonstrate why hardness measured at room temperature alone may not fully represent material behavior in high-temperature applications. For this steel sample, the most substantial loss in hardness occurred above approximately 600°C.

Conclusione

High temperature hardness testing revealed a strong temperature-dependent change in the Brinell hardness of the steel sample. Hardness decreased gradually as temperature increased from 25°C to 600°C, then declined much more sharply at higher temperatures. By 925°C, the measured hardness had fallen from 96.12 HBW to 15.40 HBW, representing an overall decrease of approximately 84%.

The study demonstrates the ability of the NANOVEA T2000 Tribometer to perform Brinell hardness measurements under elevated-temperature conditions. Using a 1000 N (~100 kgf) test force, the steel sample was evaluated from 25°C to 925°C, allowing its change in hardness to be measured directly across the tested temperature range.

The results also highlight the importance of selecting an appropriate force-diameter ratio across a wide temperature range. Because of the large difference in hardness between room temperature and high temperature, the study recommends a force-diameter ratio of 5 or 10 at lower temperatures, while a ratio of 1 is suitable above 900°C.

Frequently Asked Questions About High Temperature Hardness Testing

What is high temperature hardness testing used for?

High temperature hardness testing evaluates how a material’s resistance to indentation changes as temperature increases. It is useful for materials intended for thermally demanding applications where room-temperature hardness may not represent mechanical behavior at operating temperature.

Can Brinell hardness be measured at elevated temperatures?

Yes. Elevated-temperature Brinell hardness testing applies a controlled force using a ball of known diameter while the specimen is heated to the required test temperature. In this study, steel was tested from 25°C to 925°C using a 10 mm tungsten carbide ball and a 1000 N test force.

Why measure hardness while the material is hot?

Testing at temperature measures hardness under the thermal condition of interest rather than only after the specimen returns to room temperature. This makes it possible to directly characterize temperature-dependent softening and identify changes that may not be represented by room-temperature hardness values.

What equipment is used for high temperature hardness testing?

High temperature hardness testing requires controlled specimen heating, precise mechanical loading and measurement of the resulting indentation. The NANOVEA T2000 can integrate high-temperature environmental control with mechanical testing for evaluating material behavior under elevated-temperature conditions.

Can high temperature hardness testing be used for aerospace materials?

Yes. Elevated-temperature hardness measurements are relevant when evaluating materials intended for thermally demanding aerospace environments, including jet-engine and other high-temperature components. Testing helps characterize how hardness changes as exposure temperature increases.

Can NANOVEA perform high temperature hardness testing as a laboratory service?

NANOVEA provides materials testing services using its mechanical testing and tribology platforms. Application requirements, temperature range, load, specimen geometry and measurement method can be reviewed with a NANOVEA applications engineer to determine an appropriate high-temperature testing approach.

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Durezza al graffio ad alta temperatura con un tribometro

DUREZZA AI GRAFFI AD ALTA TEMPERATURA

UTILIZZANDO UN TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE, PhD

INTRODUZIONE

La durezza misura la resistenza dei materiali alla deformazione permanente o plastica. Originariamente sviluppato dal mineralogista tedesco Friedrich Mohs nel 1820, il test di durezza al graffio determina la durezza di un materiale ai graffi e all'abrasione dovuti all'attrito di un oggetto appuntito.1. La scala di Mohs è un indice comparativo piuttosto che una scala lineare, pertanto è stata sviluppata una misurazione della durezza da graffio più accurata e qualitativa, descritta nella norma ASTM G171-03.2. Misura la larghezza media del graffio creato da uno stilo di diamante e calcola il numero di durezza del graffio (HSP).

IMPORTANZA DELLA MISURAZIONE DELLA DUREZZA DEI GRAFFI ALLE ALTE TEMPERATURE

I materiali vengono selezionati in base ai requisiti di servizio. Per le applicazioni che comportano variazioni significative di temperatura e gradienti termici, è fondamentale studiare le proprietà meccaniche dei materiali alle alte temperature per essere pienamente consapevoli dei limiti meccanici. I materiali, soprattutto i polimeri, di solito si ammorbidiscono alle alte temperature. Molti guasti meccanici sono causati da deformazioni per scorrimento e fatica termica che avvengono solo a temperature elevate. Pertanto, è necessario disporre di una tecnica affidabile per la misurazione della durezza alle alte temperature, al fine di garantire una corretta selezione dei materiali per le applicazioni ad alta temperatura.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, il tribometro NANOVEA T50 misura la durezza al graffio di un campione di Teflon a diverse temperature, dalla temperatura ambiente a 300ºC. La capacità di eseguire misurazioni della durezza ai graffi ad alta temperatura rende NANOVEA Tribometro un sistema versatile per valutazioni tribologiche e meccaniche di materiali per applicazioni ad alta temperatura.

NANOVEA

T50

SAPERNE DI PIÙ

CONDIZIONI DI PROVA

Il tribometro standard a peso libero NANOVEA T50 è stato utilizzato per eseguire i test di durezza da graffio su un campione di Teflon a temperature comprese tra la temperatura ambiente (RT) e i 300°C. Il teflon ha un punto di fusione di 326,8°C. È stato utilizzato uno stilo conico in diamante con angolo di apice di 120° e raggio di punta di 200 µm. Il campione di teflon è stato fissato sullo stadio rotante con una distanza di 10 mm dal centro dello stadio. Il campione è stato riscaldato da un forno e testato alle temperature di RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C e 300°C.

PARAMETRI DEL TEST

della misurazione della durezza da graffio ad alta temperatura

FORZA NORMALE 2 N
VELOCITÀ DI SCORRIMENTO 1 mm/s
DISTANZA DI SCORRIMENTO 8 mm per temperatura
ATMOSFERA Aria
TEMPERATURA RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

RISULTATI E DISCUSSIONE

I profili delle tracce di graffio del campione di teflon a diverse temperature sono mostrati nella FIGURA 1, per confrontare la durezza del graffio a diverse temperature elevate. L'accumulo di materiale sui bordi della traccia di graffio si forma quando lo stilo viaggia con un carico costante di 2 N e colpisce il campione di Teflon, spingendo e deformando lateralmente il materiale nella traccia di graffio.

Le larghezze delle tracce di graffio misurate e i numeri di durezza di graffio calcolati (HSP) sono riassunti e confrontati nella FIGURA 3. L'ampiezza della traccia di graffio misurata al microscopio è in accordo con quella misurata con il profilatore NANOVEA - il campione di Teflon mostra un'ampiezza di graffio maggiore a temperature più elevate. La larghezza della traccia del graffio aumenta da 281 a 539 µm quando la temperatura passa da RT a 300oC, con una conseguente diminuzione dell'HSP da 65 a 18 MPa.

La durezza da graffio a temperature elevate può essere misurata con elevata precisione e ripetibilità utilizzando il tribometro NANOVEA T50. Questa soluzione rappresenta un'alternativa alle altre misure di durezza e rende i tribometri NANOVEA un sistema più completo per le valutazioni tribomeccaniche ad alta temperatura.

FIGURA 1: Profili delle tracce di graffio dopo i test di durezza a diverse temperature.

FIGURA 2: Tracce di graffi al microscopio dopo le misurazioni a diverse temperature.

FIGURA 3: Evoluzione della larghezza della traccia del graffio e della durezza del graffio in funzione della temperatura.

CONCLUSIONE

In questo studio, mostriamo come il tribometro NANOVEA misura la durezza da graffio a temperature elevate, in conformità con la norma ASTM G171-03. Il test di durezza da graffio a carico costante fornisce una soluzione alternativa e semplice per confrontare la durezza dei materiali utilizzando il tribometro. La capacità di eseguire misure di durezza da graffio a temperature elevate rende il tribometro NANOVEA uno strumento ideale per valutare le proprietà tribomeccaniche ad alta temperatura dei materiali.

Il tribometro NANOVEA offre anche test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. È disponibile un profilatore 3D senza contatto opzionale per l'acquisizione di immagini 3D ad alta risoluzione delle tracce di usura, oltre ad altre misure di superficie come la rugosità.

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Test di graffiatura di metalli e polimeri: Esperimenti e calcoli numerici". Wear 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Metodo di prova standard per la durezza al graffio dei materiali utilizzando uno stilo diamantato".

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Misura dell'usura in situ ad alta temperatura

MISURAZIONE DELL'USURA IN SITU AD ALTA TEMPERATURA

UTILIZZANDO IL TRIBOMETRO

MISURA DELL'USURA IN-SITU Tribometro aerospaziale

Preparato da

Duanjie Li, PhD

INTRODUZIONE

Il trasformatore differenziale variabile lineare (LVDT) è un tipo di trasformatore elettrico robusto utilizzato per misurare lo spostamento lineare. È stato ampiamente utilizzato in una varietà di applicazioni industriali, tra cui turbine di potenza, idraulica, automazione, aerei, satelliti, reattori nucleari e molte altre.

In questo studio presentiamo i componenti aggiuntivi di LVDT e moduli ad alta temperatura di NANOVEA Tribometro che consentono di misurare la variazione della profondità della traccia di usura del campione testato durante il processo di usura a temperature elevate. Ciò consente agli utenti di correlare le diverse fasi del processo di usura con l’evoluzione del COF, che è fondamentale per migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di usura e delle caratteristiche tribologiche dei materiali per applicazioni ad alta temperatura.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio vogliamo illustrare la capacità del Tribometro NANOVEA T50 di monitorare in situ l'evoluzione del processo di usura dei materiali a temperature elevate.

Il processo di usura della ceramica di silicato di allumina a diverse temperature viene simulato in modo controllato e monitorato.

NANOVEA

T50

PROCEDURA DI PROVA

Il comportamento tribologico, ad esempio il coefficiente di attrito, COF, e la resistenza all'usura delle piastre ceramiche di silicato di allumina sono stati valutati con il tribometro NANOVEA. Le piastre in ceramica di silicato di allumina sono state riscaldate in un forno da temperatura ambiente (RT) a temperature elevate (400°C e 800°C), seguite da test di usura a tali temperature. 

Per confronto, le prove di usura sono state eseguite quando il campione si è raffreddato da 800°C a 400°C e poi a temperatura ambiente. Una punta a sfera di AI2O3 (diametro 6 mm, grado 100) è stata applicata ai campioni testati. La COF, la profondità di usura e la temperatura sono state monitorate in situ.

PARAMETRI DEL TEST

della misura pin-on-disk

Tribometro LVDT Campione

Il tasso di usura, K, è stato valutato utilizzando la formula K=V/(Fxs)=A/(Fxn), dove V è il volume usurato, F è il carico normale, s è la distanza di scorrimento, A è l'area della sezione trasversale della pista di usura e n è il numero di giri. La rugosità superficiale e i profili delle tracce di usura sono stati valutati con il profilatore ottico NANOVEA e la morfologia delle tracce di usura è stata esaminata con un microscopio ottico.

RISULTATI E DISCUSSIONE

La COF e la profondità della traccia di usura registrate in situ sono mostrate rispettivamente in FIGURA 1 e FIGURA 2. In FIGURA 1, "-I" indica il test eseguito quando la temperatura è stata aumentata da RT a una temperatura elevata. "-D" rappresenta la diminuzione della temperatura a partire da una temperatura elevata di 800°C.

Come mostrato in FIGURA 1, i campioni testati a diverse temperature presentano un COF comparabile di ~0,6 durante tutte le misurazioni. Un COF così elevato porta a un processo di usura accelerato che crea una quantità sostanziale di detriti. La profondità della traccia di usura è stata monitorata durante le prove di usura mediante LVDT, come illustrato in FIGURA 2. I test eseguiti a temperatura ambiente prima del riscaldamento del campione e dopo il raffreddamento del campione mostrano che la piastra in ceramica di silicato di allumina mostra un processo di usura progressivo a RT, la profondità della traccia di usura aumenta gradualmente durante il test di usura fino a ~170 e ~150 μm, rispettivamente. 

In confronto, le prove di usura a temperature elevate (400°C e 800°C) mostrano un comportamento diverso: la profondità della traccia di usura aumenta rapidamente all'inizio del processo di usura e rallenta con il proseguire della prova. Le profondità delle tracce di usura per le prove eseguite alle temperature di 400°C-I, 800°C e 400°C-D sono rispettivamente di ~140, ~350 e ~210 μm.

COF durante i test pin-on-desk a diverse temperature

FIGURA 1. Coefficiente di attrito durante i test pin-on-disk a diverse temperature

Profondità della traccia di usura della piastra ceramica di silicato di allumina a diverse temperature

FIGURA 2. Evoluzione della profondità della traccia di usura della piastra ceramica di silicato di allumina a diverse temperature

La velocità media di usura e la profondità della traccia di usura delle piastre ceramiche di silicato di allumina a diverse temperature sono state misurate utilizzando NANOVEA Optical Profiler come riassunto in FIGURA 3. La profondità della traccia di usura è in accordo con quella registrata con LVDT. La piastra in ceramica di silicato di allumina mostra un tasso di usura sostanzialmente aumentato, pari a ~0,5 mm3/Nm a 800°C, rispetto ai tassi di usura inferiori a 0,2mm3/N a temperature inferiori a 400°C. La piastra in ceramica di silicato di allumina non mostra proprietà meccaniche/tribologiche significativamente migliorate dopo il breve processo di riscaldamento, possedendo un tasso di usura comparabile prima e dopo il trattamento termico.

La ceramica di silicato di allumina, nota anche come pietra lavica e pietra delle meraviglie, è morbida e lavorabile prima del trattamento termico. Un lungo processo di cottura a temperature elevate, fino a 1093°C, può aumentarne sostanzialmente la durezza e la resistenza, dopodiché è necessaria la lavorazione al diamante. Questa caratteristica unica rende la ceramica di silicato di allumina un materiale ideale per la scultura.

In questo studio, dimostriamo che il trattamento termico a una temperatura inferiore a quella richiesta per la cottura (800°C contro 1093°C) in tempi brevi non migliora le caratteristiche meccaniche e tribologiche della ceramica di silicato di allumina, rendendo la corretta cottura un processo essenziale per questo materiale prima del suo utilizzo nelle applicazioni reali.

 
Tasso di usura e profondità della traccia di usura del campione a diverse temperature 1

FIGURA 3. Tasso di usura e profondità della traccia di usura del campione a diverse temperature

CONCLUSIONE

Sulla base dell'analisi tribologica completa di questo studio, dimostriamo che la piastra in ceramica di silicato di allumina presenta un coefficiente di attrito comparabile a diverse temperature, dalla temperatura ambiente a 800°C. Tuttavia, mostra un tasso di usura sostanzialmente aumentato, pari a ~0,5 mm3/Nm a 800°C, dimostrando l'importanza di un adeguato trattamento termico di questa ceramica.

I tribometri NANOVEA sono in grado di valutare le proprietà tribologiche dei materiali per applicazioni ad alte temperature, fino a 1000°C. La funzione di misurazione in situ della COF e della profondità della traccia di usura consente agli utenti di correlare le diverse fasi del processo di usura con l'evoluzione della COF, che è fondamentale per migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di usura e delle caratteristiche tribologiche dei materiali utilizzati a temperature elevate.

I tribometri NANOVEA offrono test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. La gamma impareggiabile di NANOVEA è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.

Sono disponibili profilatori 3D senza contatto opzionali per l'acquisizione di immagini 3D ad alta risoluzione delle tracce di usura, oltre ad altre misure di superficie come la rugosità.

MISURA DELL'USURA IN SITU

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Usura rotativa o lineare e COF? (Uno studio completo con il tribometro Nanovea)

L'usura è il processo di asportazione e deformazione di materiale su una superficie a seguito dell'azione meccanica della superficie opposta. È influenzato da una varietà di fattori, tra cui lo scorrimento unidirezionale, il rotolamento, la velocità, la temperatura e molti altri. Lo studio dell'usura, della tribologia, abbraccia molte discipline, dalla fisica e chimica all'ingegneria meccanica e alla scienza dei materiali. La natura complessa dell’usura richiede studi isolati su meccanismi o processi di usura specifici, come usura adesiva, usura abrasiva, fatica superficiale, usura da sfregamento e usura erosiva. Tuttavia, l’“usura industriale” implica comunemente molteplici meccanismi di usura che si verificano in sinergia.

I test di usura lineare alternativa e rotativa (perno su disco) sono due configurazioni conformi a ASTM ampiamente utilizzate per misurare il comportamento di usura da scorrimento dei materiali. Poiché il valore del tasso di usura di qualsiasi metodo di prova di usura viene spesso utilizzato per prevedere la classifica relativa delle combinazioni di materiali, è estremamente importante confermare la ripetibilità del tasso di usura misurato utilizzando diverse configurazioni di prova. Ciò consente agli utenti di considerare attentamente il valore del tasso di usura riportato in letteratura, fondamentale per comprendere le caratteristiche tribologiche dei materiali.

Per saperne di più!

Valutazione delle pastiglie dei freni con la tribologia


Importanza della valutazione delle prestazioni dei pattini di rottura

Le pastiglie dei freni sono materiali compositi, costituiti da più ingredienti, che devono essere in grado di soddisfare un gran numero di requisiti di sicurezza. Le pastiglie dei freni ideali hanno un elevato coefficiente di attrito (COF), un basso tasso di usura, una rumorosità minima e rimangono affidabili in ambienti diversi. Per garantire che la qualità delle pastiglie dei freni sia in grado di soddisfare i requisiti richiesti, i test tribologici possono essere utilizzati per identificare le specifiche critiche.


L'importanza dell'affidabilità delle pastiglie dei freni è molto elevata; la sicurezza dei passeggeri non deve mai essere trascurata. Pertanto, è fondamentale replicare le condizioni di funzionamento e identificare i possibili punti di guasto.
Con la Nanovea Tribometro, viene applicato un carico costante tra un perno, una sfera o un piatto e un contromateriale in costante movimento. L'attrito tra i due materiali viene raccolto con una cella di carico rigida, consentendo la raccolta delle proprietà del materiale a diversi carichi e velocità e testato in ambienti ad alta temperatura, corrosivi o liquidi.



Obiettivo di misurazione

In questo studio, il coefficiente di attrito delle pastiglie dei freni è stato studiato in un ambiente con temperatura in continuo aumento, da temperatura ambiente a 700°C. La temperatura ambientale è stata aumentata in situ fino a quando non è stato osservato un evidente cedimento della pastiglia del freno. Una termocoppia è stata fissata sul lato posteriore del perno per misurare la temperatura in prossimità dell'interfaccia di scorrimento.



Procedura di test e procedure




Risultati e discussione

Questo studio si concentra principalmente sulla temperatura alla quale le pastiglie dei freni iniziano a guastarsi. I COF ottenuti non rappresentano valori reali; il materiale del perno non è lo stesso dei rotori dei freni. Si noti inoltre che i dati di temperatura raccolti sono la temperatura del perno e non quella dell'interfaccia di scorrimento.

 








All'inizio del test (temperatura ambiente), il COF tra il perno SS440C e la pastiglia del freno ha dato un valore costante di circa 0,2. Con l'aumento della temperatura, il COF è aumentato costantemente e ha raggiunto un valore massimo di 0,26 vicino a 350°C. Superati i 390°C, il COF inizia rapidamente a diminuire. Il COF ha iniziato a risalire a 0,2 a 450°C, ma poco dopo ha iniziato a diminuire fino a raggiungere un valore di 0,05.


La temperatura alla quale le pastiglie dei freni si sono costantemente guastate è stata identificata con temperature superiori a 500°C. Superata questa temperatura, il COF non era più in grado di mantenere il COF iniziale di 0,2.



Conclusione




Le pastiglie dei freni hanno mostrato un cedimento consistente a una temperatura superiore a 500°C. Il suo COF di 0,2 sale lentamente a un valore di 0,26 prima di scendere a 0,05 alla fine del test (580°C). La differenza tra 0,05 e 0,2 è di un fattore 4. Ciò significa che la forza normale a 580°C deve essere quattro volte superiore a quella a temperatura ambiente per ottenere la stessa forza di arresto!


Sebbene non sia stato incluso in questo studio, il tribometro Nanovea è anche in grado di condurre test per osservare un'altra importante proprietà delle pastiglie dei freni: il tasso di usura. Utilizzando i nostri profilometri 3D senza contatto, è possibile ottenere il volume della traccia di usura per calcolare la velocità di usura dei campioni. I test di usura possono essere condotti con il Tribometro Nanovea in diverse condizioni e ambienti di prova per simulare al meglio le condizioni operative.

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Tribologia ad alta temperatura

Durezza del graffio ad alta temperatura con il tribometro

I materiali vengono selezionati in base ai requisiti di servizio. Per le applicazioni che comportano variazioni significative di temperatura e gradienti termici, è fondamentale studiare le proprietà meccaniche dei materiali alle alte temperature per essere pienamente consapevoli dei limiti meccanici. I materiali, soprattutto i polimeri, di solito si ammorbidiscono alle alte temperature. Molti guasti meccanici sono causati da deformazioni per scorrimento e fatica termica che avvengono solo a temperature elevate. Per questo motivo, è necessario disporre di una tecnica affidabile per misurare la durezza da graffio ad alta temperatura, al fine di garantire una corretta selezione dei materiali per le applicazioni ad alta temperatura.

Durezza del graffio ad alta temperatura con il tribometro

 

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