ISO 20623:2017
(Main)Petroleum and related products — Determination of the extreme-pressure and anti-wear properties of lubricants — Four-ball method (European conditions)
Petroleum and related products — Determination of the extreme-pressure and anti-wear properties of lubricants — Four-ball method (European conditions)
ISO 20623:2017 specifies procedures for the measurement of the extreme pressure (EP) and anti-wear properties of liquid lubricants (categories C, D, F, G, H, M, P of ISO 6743‑99), lubricating greases (ISO 6743‑9, category X) and other consistent lubricants. The test conditions are not intended to simulate particular service conditions, but to provide information over a range of standard conditions for the purpose of research, development, quality control and fluid ranking. The output is used in lubricant specifications.
Pétrole et produits connexes — Détermination des propriétés extrême pression et anti-usure des lubrifiants — Essai quatre billes (conditions Européennes)
ISO 20623:2017 spécifie des méthodes de mesure des propriétés extrême pression (EP) et anti-usure des lubrifiants liquides (catégories C, D, F, G, H, M et P de l'ISO 6743‑99), des graisses lubrifiantes (ISO 6743‑9, catégorie X) et autres lubrifiants pâteux au moyen de la machine à quatre billes. Les conditions d'essai ne visent pas à simuler des conditions d'utilisation particulières, mais à fournir une variété de conditions normalisées pour la recherche, le développement, le contrôle qualité et la comparaison de fluides. Les résultats sont utilisés dans des spécifications de lubrifiants.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20623
Second edition
2017-12
Petroleum and related products —
Determination of the extreme-
pressure and anti-wear properties
of lubricants — Four-ball method
(European conditions)
Pétrole et produits connexes — Détermination des propriétés extrême
pression et anti-usure des lubrifiants — Essai quatre billes (conditions
Européennes)
Reference number
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ISO 20623:2017(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 2
5 Cleaning solvents . 2
6 Apparatus . 3
7 Samples and sampling . 5
8 Preparation of apparatus . 5
9 General procedure . 5
10 Test procedures . 7
10.1 Test A — Load-Wear Index (LWI) . 7
10.2 Test B — Wear-load curve, welding load, and initial seizure load . 7
10.3 Test C — Wear test . 8
11 Calculations. 9
11.1 General . 9
11.2 Test A — Load wear index. 9
11.3 Test B — Wear-load curve, initial seizure load .10
11.4 Test C — Wear test .10
12 Expression of results .11
13 Precision .11
13.1 General .11
13.2 Repeatability .11
13.3 Reproducibility .11
14 Test report .11
Annex A (normative) Test ball specifications .13
Annex B (normative) Mean Hertz Load data sheet .14
Bibliography .16
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ISO 20623:2017(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see the following
URL: www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 28, Petroleum and related products, fuels
and lubricants from natural or synthetic sources.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 20623:2003), which has been technically
revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— this document has been extended to all types of liquid lubricants and greases, whereas previously
it applied only to fire-resistant hydraulic fluids;
— the procedures have been technically revised but the essentials remain the same;
— the test balls have been better specified (see Annex A) and calculations for the wear test have been
included;
— the calibration procedure of the friction recorder springs has been deleted and reference is now
made to the manufacturer's instructions.
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ISO 20623:2017(E)
Introduction
The four-ball machine is widespread and commonly used to assess the anti-wear properties of all types
of liquid lubricants, lubricating greases and other consistent lubricants.
An electrical motor, the rotational speed of which depends on the frequency of the current, actuates
the four-ball machine. So, depending on the country where the machines are used, the results obtained
cannot be compared.
ASTM has standardized several procedures with these methods, based on the use of the four-ball
machine:
— ASTM D2266;
— ASTM D4172;
— ASTM D2596;
— ASTM D2783.
The Energy Institute has standardized IP 239.
DIN has standardized DIN 51350, divided into five parts:
— Part 1: General working principles;
— Part 2: Determination of the welding load of liquid lubricants;
— Part 3: Determination of the wearing characteristics of liquid lubricants;
— Part 4: Determination of the welding load of consistent lubricants;
— Part 5: Determination of the wearing characteristics of consistent lubricants.
DIN, ASTM and Energy Institute test methods stipulate different rotational speeds.
Table 1 summarizes the test conditions for the above standards.
Table 1 — Test conditions of the various four-ball standards
Rotational
Type Temperature
Standard Lubricant Load (N) Duration speed
of test °C
r/min
ASTM D2266 Grease Wear 392 60 min 1 200 75
147 (A) 75
ASTM D4172 Oil Wear 60 min 1 200
392 (B) 75
Extreme
ASTM D2596 Grease 59 to 7 848 10 s 1 770 19 to 35
pressure
Extreme
ASTM D2783 Oil 59 to 7 848 10 s 1 760 18 to 35
pressure
Extreme
Wear: 60 min
IP 239 Grease — oil pressure 60 to 7 940 1 450 Not specified
EP: 10 s or 60 s
+ wear
2 000 to
DIN 51350-2 Oil Weld load 60 s 1 450 18 to 40
12 000
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ISO 20623:2017(E)
Table 1 (continued)
Rotational
Type Temperature
Standard Lubricant Load (N) Duration speed
of test °C
r/min
150 (A)
DIN 51350-3 Oil Wear 60 min 1 450 18 to 40
300 (B)
Consistent 2 000 to
DIN 51350-4 Weld load 60 s 1 450 18 to 40
lubricant 12 000
150 (C) 60 min
Consistent
DIN 51350-5 Wear 300 (D) 60 min 1 450 18 to 40
lubricant
1 000 (E) 60 s
The lubricants' properties defined by the various test methods are also different. They are defined in
Table 2.
Table 2 — Lubricant properties evaluation by the different methods
Standard Lubricant property
ASTM D2262 MWSD (mm) under 392 N load
ASTM D4172 MWSD (mm) under 147 N of 392 N
ASTM D2596 WL (N), LWI (N), LNSL (last non-seizure load) (N)
ASTM D2783 WL (N), LWI (N)
IP 239 WL (N), LWI (10 s or 60 s), ISL (N), MWSD (mm) (10 s, 60 s or 60 min)
DIN 51350-2 WL (N)
DIN 51350-3 MWSD (150 N or 300 N, 60 min)
DIN 51350-4 WL (N)
DIN 51350-5 MWSD (150 N, 300 N or 1 000 N)
The purpose of this document is to propose a single standard to evaluate the extreme-pressure and
the anti-wear properties of all types of lubricants, with the 4-ball machine, based on a single rotational
speed of 1 450 r/min.
The operating procedures take into account all the features present on the machines available on
the market.
The lubricants' properties involved are as follows:
a) initial seizure load (ISL);
b) weld load (WL);
c) wear-load curve;
d) Load-Wear Index (LWI);
e) anti-wear characteristics short duration (MWSD) (10 s or 60 s) and long duration (60 min).
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 20623:2017(E)
Petroleum and related products — Determination of the
extreme-pressure and anti-wear properties of lubricants
— Four-ball method (European conditions)
WARNING — The use of this document can involve hazardous materials, operations and
equipment. This document does not purport to address all of the safety problems, if any,
associated with its use. It is the responsibility of users of this document to take appropriate
measures to ensure the safety and health of personnel prior to the application of this document,
and to determine the applicability of any other restrictions.
1 Scope
This document specifies procedures for the measurement of the extreme pressure (EP) and anti-
wear properties of liquid lubricants (categories C, D, F, G, H, M, P of ISO 6743-99), lubricating greases
(ISO 6743-9, category X) and other consistent lubricants. The test conditions are not intended to
simulate particular service conditions, but to provide information over a range of standard conditions
for the purpose of research, development, quality control and fluid ranking. The output is used in
lubricant specifications.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 3290-1, Rolling bearings — Balls — Part 1: Steel balls
ISO 3170, Petroleum liquids — Manual sampling
ASTM D4057, Standard Practice for Manual Sampling of Petroleum and Petroleum Products
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia: available at https://www.electropedia.org/
3.1
wear
removal of metal from the test pieces
Note 1 to entry: Under conditions of low load and low friction, wear causes only small circular scars on the three
stationary balls and a ring on the rotating ball. The diameters of these scars are slightly larger than the diameter
of the indentation due to the static load (Hertz diameter).
3.2
seizure
localized fusion of metal between the rubbing surfaces of the test pieces
Note 1 to entry: Seizure is indicated by an increase in friction and wear, and results in roughened scars and a ring
on the balls.
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ISO 20623:2017(E)
3.3
weld
fusion of metal between the rubbing surfaces sufficient for metal to merge and the
balls to weld together in the form of a pyramid
3.4
Load-Wear Index
LWI
index of the ability of a lubricant to minimize wear (3.1) at applied load (load-
carrying property of a lubricant)
Note 1 to entry: The LWI is expressed in newtons.
3.5
wear-load curve
logarithmic plot of the load against the mean wear scar diameter (3.7)
3.6
initial seizure load
ISL
lowest load at which seizure (3.2) occurs
3.7
mean wear scar diameter
MWSD
mean of six wear scar diameter measurements, two from each of the stationary
balls, taken in the direction of rubbing of the balls and at right angles to this
4 Principle
A single ball is rotated in contact with three fixed balls, with the lubricant under test being used to
lubricate the balls. A lever enables loads to be applied and resulting measurements of wear, friction and
weld are obtained.
Depending on the result to be reported, this document specifies three different test conditions as
follows:
a) Test A for the Load-Wear Index (LWI); see 10.1;
b) Test B for the wear-load curve; see 10.2;
c) Test C for the wear; see 10.3.
5 Cleaning solvents
In order to ensure thorough cleaning, suitable solvents shall be used (it can be necessary to use
multiple cleaning steps). The best-suited solvent can depend to a significant extent on the type of
material being tested.
NOTE As an example, light hydrocarbons or acetone are acceptable choices; whereas, for some hydraulic
fluids, an alcohol with low molecular mass can assist in the first cleaning step.
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ISO 20623:2017(E)
6 Apparatus
6.1 Four-ball extreme-pressure lubricant testing machine, consisting of a device by means of
which a bearing ball is rotated in contact with three fixed bearing balls immersed in the fluid under test.
A sectional view is illustrated in Figure 1. Loads are applied to the balls by means of various possible
devices like discs on a load lever, electrical jacks, hydraulic or pneumatic devices. The upper rotating ball
is held in a special ball clamp (see Figure 2) at the lower end of the vertical spindle of an electrical motor.
−1 −1
The driving motor should be capable of maintaining a rotational speed of 1 450 min to 1 500 min .
The lower fixed balls are held against each other in a steel cup by means of a clamping ring and locking
nut. The cup assembly is supported above the loading device by a disc that rests on a thrust bearing,
thus allowing horizontal displacement and automatic alignment of the three lower balls against the
upper ball. The frictional torque exerted on the three lower balls may be optionally measured by means
of devices that are specific to the various four-ball machine manufacturers (see 6.2).
NOTE It is important to distinguish between the four-ball extreme-pressure lubricant testing machine
specified in this document, and the four-ball wear tester that is limited to loads of 500 N or less.
6.2 Friction recording device, optional, capable of monitoring the friction behaviour of the four-
ball system during test. It shall be calibrated according to the recommendations given in the individual
manufacturer's manual.
6.3 Load masses, consisting of a series of masses designed for the application of loads from 60 N to
8 kN, for those machines operating with disks loading systems.
NOTE Some robust machines can support loads up to 12 kN.
For machines equipped with a load lever arm, the masses consist of a set of rings of different values
which locate into notches or holes machined into the lever arm. The notches or holes are identified with
the resultant force that is applied if the mass is located at a particular position
6.4 Microscope, equipped with a calibrated measurin
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 20623
Deuxième édition
2017-12
Pétrole et produits connexes —
Détermination des propriétés extrême
pression et anti-usure des lubrifiants
— Essai quatre billes (conditions
Européennes)
Petroleum and related products — Determination of the extreme-
pressure and anti-wear properties of lubricants — Four-ball method
(European conditions)
Numéro de référence
ISO 20623:2017(F)
©
ISO 2017
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ISO 20623:2017(F)
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
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l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ISO 20623:2017(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe . 2
5 Solvants de nettoyage . 2
6 Appareillage . 3
7 Échantillons et échantillonnage . 5
8 Préparation de l'appareillage . 5
9 Mode opératoire général. 5
10 Modes opératoires . 7
10.1 Essai A — Indice de la charge d’usure (ICU) . 7
10.2 Essai B — Courbe usure-charge, charge de soudure, point critique et charge
initiale de grippage . 8
10.3 Essai C — Essai d'usure . 8
11 Calculs .10
11.1 Généralités .10
11.2 Essai A — Indice de la charge d’usure .11
11.3 Essai B — Courbe d'usure, paramètre température éclair et charge initiale de grippage .11
11.4 Essai C — Essai d’usure .11
12 Expression des résultats.12
13 Fidélité .12
13.1 Généralités .12
13.2 Répétabilité .12
13.3 Reproductibilité .12
14 Rapport d'essai .13
Annexe A (normative) Spécifications des billes d'essai .14
Annexe B (normative) Fiche de travail pour le calcul de la charge moyenne de Hertz .15
Bibliographie .17
© ISO 2017 – Tous droits réservés iii
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ISO 20623:2017(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 28, Produits pétroliers et produits
connexes d'origine synthétique ou biologique.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 2623:2003), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications par rapport à la première édition sont les suivantes:
— son domaine d’application est maintenant étendu à tous les types de lubrifiants liquides et graisses,
alors qu’il ne s’appliquait auparavant qu’aux fluides hydrauliques résistant au feu;
— les modes opératoires ont été techniquement revus, mais demeurent les mêmes pour l'essentiel;
— les billes de l’essai ont été mieux définies (voir l'Annexe A) et les calculs concernant l’essai d'usure
ont été ajoutés;
— la procédure d'étalonnage des ressorts enregistreurs à frottements a été supprimée et il est
maintenant fait référence aux instructions du fabricant.
iv © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 20623:2017(F)
Introduction
La machine quatre billes se trouve dans de nombreux laboratoires et est régulièrement utilisée pour
évaluer les propriétés anti-usure de tous les types de lubrifiants liquides, de graisses lubrifiantes et
d’autres lubrifiants pâteux.
Un moteur électrique, dont la vitesse de rotation dépend de la fréquence du courant, actionne la machine
quatre billes. Par conséquent, les résultats obtenus varient selon le pays dans lequel les machines sont
utilisées et ne peuvent être comparés.
L’ASTM a normalisé plusieurs méthodes d’essai employant la machine à 4 billes:
— ASTM D2266
— ASTM D4172
— ASTM D2596
— ASTM D2783
L’Energy Institute a normalisé l’IP 239.
Le DIN a normalisé la DIN 51350, divisée en cinq parties:
— Part 1: General working principles
— Part 2: Determination of the welding load of liquid lubricants
— Part 3: Determination of the wearing characteristics of liquid lubricants
— Part 4: Determination of the welding load of consistent lubricants
— Part 5: Determination of the wearing characteristics of consistent lubricants
Les méthodes d’essai normalisée par le DIN, l’ASTM et l’Energy Institute spécifient des vitesses de
rotation différentes.
Le Tableau 1 suivant présente les conditions d'essai des normes ci-dessus:
Tableau 1 — Conditions d'essai prescrites dans les normes d'essai quatre billes
vitesse de
Charge Température
Norme Lubrifiant Type d’essai Durée rotation
N °C
r/min
ASTM D2266 Graisse Usure 392 60 min 1 200 75 °C
ASTM D4172 75 °C
147 (A)
Huile Usure 60 min 1 200
392 (B)
75 °C
ASTM D2596 Extrême-pres-
Graisse de 59 à 7 848 10 s 1 770 de 19 à 35 °C
sion
ASTM D2783 Extrême-pres-
Huile de 59 à 7 848 10 s 1 760 de 18 à 35 °C
sion
IP 239 Usure: 60 min
Graisse - Extrême-pres-
de 60 à 7 940 1 450 Non spécifié
Huile sion + Usure
EP: 10 ou 60 s
DIN 51350-2 de 2 000 à
Charge de sou-
Huile 60 s 1 450 de 18 à 40
dure
12 000
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ISO 20623:2017(F)
Tableau 1 (suite)
vitesse de
Charge Température
Norme Lubrifiant Type d’essai Durée rotation
N °C
r/min
DIN 51350-3 150 (A)
Huile Usure 60 min 1 450 de 18 à 40
300 (B)
DIN 51350-4 de 2 000 à
Lubrifiant Charge de sou-
60 s 1 450 de 18 à 40
pâteux dure
12 000
DIN 51350-5 150 (C) 60 min
Lubrifiant
Usure 300 (D) 60 min 1 450 de 18 à 40
pâteux
1 000 (E) 60 s
Les propriétés des lubrifiants caractérisées par ces diverses méthodes d’essai sont aussi différentes et
sont définies dans le Tableau 2.
Tableau 2 — Évaluation des propriétés des lubrifiants par diverses méthodes
Norme Propriétés des lubrifiants
ASTM D2262 DMEU (mm) sous une charge de 392 N
ASTM D4172 DMEU (mm) sous 147 N des 392 N
ASTM D2596 CS (N), ICU (N), DCSG (dernière charge sans grippage) (N)
ASTM D2783 CS (N), ICU (N)
IP 239 CS (N), ICU (10 s ou 60 s), CIG (N), DMEU (mm) (10 s, 60 s ou 60 min)
DIN 51350-2 CS (N)
DIN 51350-3 DMEU (150 N ou 300 N, 60 min)
DIN 51350-4 CS (N)
DIN 51350-5 DMEU (150 N, 300 N ou 1 000 N)
L'objet de ce document est de proposer une norme unique qui permette d’évaluer les propriétés
d’extrême-pression et d’anti-usure de tous les types de lubrifiants au moyen de la machine quatre billes
à la vitesse de rotation de 1 450 r/min.
Les procédures opératoires tiennent compte de toutes les particularités des machines disponibles sur
le marché.
Les propriétés des lubrifiants qui peuvent être évaluées selon cette méthode d’essai sont les suivantes:
a) charge initiale de grippage (CIG);
b) charge de soudure (CS);
c) courbe usure – charge;
d) indice de charge d’usure (ICU);
e) caractéristiques anti-usure de courte durée (DMEU) (10 ou 60 s) et de longue durée (60 min).
vi © ISO 2017 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 20623:2017(F)
Pétrole et produits connexes — Détermination des
propriétés extrême pression et anti-usure des lubrifiants
— Essai quatre billes (conditions Européennes)
AVERTISSEMENT — L'utilisation du présent document peut impliquer l'intervention de produits,
d'opérations et d'équipements à caractère dangereux. Le présent document n'est pas censé
aborder tous les problèmes de sécurité concernés par son usage. Il est de la responsabilité des
utilisateurs de ce document de prendre les mesures appropriées pour assurer la sécurité et
préserver la santé du personnel avant son application, et pour répondre à d’autres exigences.
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie des méthodes de mesure des propriétés extrême pression (EP) et anti-
usure des lubrifiants liquides (catégories C, D, F, G, H, M et P de l’ISO 6743-99), des graisses lubrifiantes
(ISO 6743-9, catégorie X) et autres lubrifiants pâteux au moyen de la machine à quatre billes. Les
conditions d'essai ne visent pas à simuler des conditions d'utilisation particulières, mais à fournir
une variété de conditions normalisées pour la recherche, le développement, le contrôle qualité et la
comparaison de fluides. Les résultats sont utilisés dans des spécifications de lubrifiants.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 3170, Produits pétroliers liquides — Échantillonnage manuel
ISO 3290-1, Roulements — Billes — Partie 1: Billes de roulement en acier
ASTM D4057, Standard Practice for Manual Sampling of Petroleum and Petroleum Products
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
L'ISO et la IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques pour la normalisation aux adresses
suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http://www.electropedia.org/
3.1
usure
arrachement de métal des éprouvettes
Note 1 à l'article: Pour des charges et des frottements faibles, l'usure ne produit que de légères empreintes
circulaires sur les trois billes fixes et un anneau sur la bille tournante. Les diamètres de ces empreintes sont
légèrement supérieurs à celui de l'empreinte provoqué par la charge statique (diamètre de Hertz).
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3.2
grippage
fusion localisée du métal entre les surfaces en frottement des éprouvettes
Note 1 à l'article: Ce grippage se traduit par un accroissement du frottement et de l'usure, il en résulte une
certaine rugosité des empreintes et de l'anneau formés sur les billes.
3.3
soudure
fusion du métal entre les surfaces en frottement, suffisante pour provoquer
une soudure des billes entre elles pour former une pyramide
3.4
indice de la charge d’usure
ICU
indice de l’aptitude d'un lubrifiant à réduire l'usure (3.1) à une charge appliquée
(propriété d’un lubrifiant à supporter une charge)
Note 1 à l'article: L’ICU est exprimé en newtons.
3.5
courbe usure-charge
tracé logarithmique de la charge en fonction du diamètre moyen de l'empreinte d'usure (3.7)
3.6
charge initiale de grippage
CIG
charge minimale à laquelle se produit le grippage (3.2)
3.7
diamètre moyen de l'empreinte d'usure
DMEU
moyenne de six mesures du diamètre de l'empreinte d'usure, deux de chacune
des billes stationnaires, prises dans le sens de frottement des billes et perpendiculairement à celui-ci
4 Principe
Une bille en contact avec trois billes fixes est mise en rotation. Le lubrifiant soumis à essai sert à lubrifier
les billes. Un levier permet d'appliquer des charges pour obtenir des mesures d'usure, de frottement et
de soudure.
Selon le résultat à rapporter, ce document spécifie les trois conditions d'essai différentes suivantes:
a) Essai A pour la indice de la charge d’usure (ICU), voir 10.1;
b) Essai B pour la courbe usure-charge, voir 10.2;
c) Essai C pour l’usure, voir 10.3.
5 Solvants de nettoyage
Afin d’assurer un nettoyage complet, des solvants appropriés doivent être utilisés (il peut être
nécessaire de procéder à plusieurs nettoyages). Le solvant le plus approprié peut dépendre pour une
part significative du type de produit à l’essai.
NOTE Par exemple, des hydrocarbures légers ou de l’acétone constituent un choix acceptable, alors que pour
des fluides hydrauliques, un alcool de faible masse molaire peut convenir à la première étape de nettoyage.
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6 Appareillage
6.1 Machine 4 billes pour essai extrême pression sur lubrifiants, consistant en un dispositif de
rotation d'une bille de roulement en contact avec trois billes fixes qui sont immergées dans le fluide
soumis à essai.
Une vue en coupe est représentée à la Figure 1. Des charges différentes sont appliquées aux billes
au moyen de différents systèmes possibles tels que des disques agissant sur un levier, des systèmes
électriques, hydrauliques ou pneumatiques. La bille supérieure en rotation est maintenue dans une
pince de bille spéciale (voir Figure 2) à l'extrémité inférieure de l'arbre vertical d'un moteur électrique.
Il convient que le moteur d’entrainement soit en mesure de maintenir une vitesse de rotation de
−1 −1
1 450 min à 1 500 min . La vitesse du moteur peut être contrôlée numériquement. Les billes
inférieures sont maintenues en place l'une contre l'autre dans une cuvette en acier au moyen d'un anneau
de serrage et d'une vis de blocage. La cuvette est maintenue au-dessus du système de mise en charge
par un disque qui repose sur un roulement de butée, permettant donc le déplacement horizontal et
l'alignement automatique des trois billes inférieures contre la bille supérieure. Le couple de frottement
exercé sur les trois billes inférieures peut éventuellement être mesuré au moyen de systèmes qui sont
spécifiques aux différents fabricants de machine quatre billes (voir 6.2).
NOTE Il est important de faire une distinction entre la machine quatre billes pour essais extrême-pression
de lubrifiants spécifiée dans le présent document et la machine quatre billes pour essais d’usure qui est limitée à
des charges maximales de 500 N.
6.2 Dispositif d'enregistrement de frottements, facultatif, pouvant surveiller le comportement
de frottement du système quatre billes pendant l'essai. Il doit être étalonné conformément aux
recommandations données dans le manuel du fabricant.
6.3 Masses de charge, constituées d’une série de disques permettant d'appliquer des charges de 60 N
à 8 kN, pour les machines fonctionnant avec des systèmes de chargement de disques.
NOTE Certaines machines robustes peuvent supporter des charges jusqu'à 12 kN.
Pour les machines équipées d'un bras de levier de charge, les masses sont constituées d'un ensemble
d'anneaux de différentes valeurs qui se placent dans des encoches ou des trous usinés dans le bras de
levier. Les encoches ou les trous sont identifiés avec la force résultante qui est appliquée si la masse se
trouve à une position donnée.
6.4 Microscope, doté d'une échelle de mesure étalonnée pour des mesures avec une exactitude
de ±0,01 mm.
6.5 Chronomètre, manuel ou électronique d'une exactitude de 0,2 s.
NOTE Certaines machines sont équipées de chronomètres précis, qui arrêtent automatiquement le moteur
lorsque la durée de l’essai sélectionnée est atteinte.
6.6 Billes d’essai, voir Annexe A.
6.7 Dispositif de montage, consistant en un dispositif approprié, solidement boulonné sur un établi
pour faciliter la mise en place ou le retrait des billes inférieures dans la cuvette. La cuvette doit être fixée
de manière à permettre le serrage ou le desserrage de la vis de blocage sans que la cuvette tourne.
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Dimensions en millimètres
Légende
1 porte-pince 8 disques de laiton
2 pince de la bille 9 disques en caoutchouc
3 dispositif de fixation de la pince 10 crapaudine
4 cuvette 11 bras de levier avec contre poids
5 disque de montage de la cuvette 12 pivot
6 roulement de butée 13 crapaudine
7 piston de pression 14 broche de pression
NOTE Pour certains équipements, les systèmes électriques, pneumatiques ou hydrauliques, en appliquant la
charge sur le piston de pression, peuvent remplacer le bras de levier.
Figure 1 — Vue en coupe de la machine d'essai EP à quatre billes
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Légende
1 dimensions externes adaptées à la machine
2 rectifié et rodé pour assurer un ajustement serré de la bille d’essai
NOTE Matière: acier à outils (EN 10027).
Figure 2 — Pince de bille supérieure
7 Échantillons et échantillonnage
Sauf spécification contraire, les échantillons liquides doivent être prélevés conformément à l'ISO 3170.
Les graisses doivent être échantillonnées conformément à l’ASTM D4057.
8 Préparation de l'appareillage
8.1 Avant de commencer une série d'essais, faire tourner la machine (6.1) sans charges pendant
un minimum de 15 min. Nettoyer tous les éléments appropriés de la machine à l'aide du solvant de
nettoyage (Article 5) puis les sécher sous un courant d'air sec ou au moyen d'un chiffon sec et propre ne
peluchant pas.
8.2 Nettoyer quatre billes neuves (6.6) par essai prévu avec le solvant de nettoyage puis les sécher au
moyen d'un chiffon sec et propre ne peluchant pas.
9 Mode opératoire général
9.1 Placer la cuvette sur le dispositif de montage (6.7). Déposer trois billes propres dans la cuvette, les
maintenir en position au moyen de l'anneau de serrage et fixer l'assemblage en serrant la vis de blocage
avec un couple de (68 ± 7) Nm. Ajouter une quantité d'échantillon liquide suffisante (8 ml à 10 ml) pour
que les billes fixées soient recouvertes de 3 mm de liquide. Lorsque l’essai est appliqué à des dispersions
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solides à semi-solides (graisse), remplir complètement la cuvette, en évitant la formation de poches d'air.
Encastrer les trois billes de l’essai dans la graisse. Placer l’anneau de serrage, visser la vis de blocage et
gratter l'excédent de graisse qui se trouve sur la vis de blocage.
NOTE 1 Utiliser quatre nouvelles billes et une nouvelle portion d'essai pour chaque passage.
NOTE 2 Une autre méthode pour appliquer le couple consiste à fixer l’écrou à la main, puis de tourner à 60 ° à
l'aide d'une clé.
9.2 Fixer une bille propre dans le dispositif de serrage supérieur et vérifier qu'on ne peut pas la faire
tourner à la main à l'intérieur de celui-ci. Éliminer les dispositifs de serrage qui ne permettent pas de
bloquer la bille. Insérer le dispositif de serrage dans le cône à l'extrémité de l'arbre du moteur.
9.3 Placer l'ensemble billes/cuvette en le centrant sous l'arbre, les billes étant en contact avec la
quatrième bille. Placer le disque support entre le roulement de butée et la cuvette de sorte que lorsque
celle-ci est abaissée en position, elle repose franchement sur le disque et tourne librement avec celui-ci.
9.4 Pour les machines équipées d'un bras de levier de charge, les masses sont constituées d'un
ensemble d'anneaux de différentes valeurs qui se placent dans des encoches ou des trous usinés dans
le bras de levier. Les encoches ou les trous sont identifiés avec la force résultante qui est appliquée si la
masse est située à une position donnée.
9.5 Si une indication du frottement est exigée, régler le dispositif d'enregistrement de frottements
(6.2) selon les instructions du fabricant de l’appareil.
9.6 Appliquer la charge au moyen du système de chargement fixé sur la machine (levier de mise en
charge avec les poids, prises électriques, systèmes hydrauliques ou pneumatiques) en prenant soin
d'éviter une mise en charge brusque qui peut déformer les billes de manière permanente. Vérifier si les
trois billes inférieures se centrent contre la bille supérieure.
NOTE Certaines machines sont équipées d'un levier de déverrouillage agissant sur le levier de chargement;
cela donne la possibilité de contrôler le temps nécessaire pour appliquer la pleine charge.
Il est permis que la rotation commence avant l'application de la pleine charge. Le chronomètre et
le dispositif d'enregistrement de frottements doivent être démarrés lorsque la pleine charge est
appliquée. La machine peut démarrer avant l'application de la pleine charge. Cela a pour effet de réduire
les contraintes sur les surfaces de contact pendant les premières rotations de la bille supérieure et
d'éviter les vibrations. Le mode d'application de la charge influence la forme et la définition des bords
de l’empreinte d'usure.
9.7 Démarrez le moteur fonctionnant de 147 rad/s à 157 rad/s (de 1 450 r/min à 1 500 r/min), le
chronomètre (6.5) et le dispositif d'enregistrement de frottements, si nécessaire. Pour les machines
équipées de chronomètres intégrés, définir la durée de l’essai requise. Démarrer le moteur descendant
et le chronomètre simultanément; quand cela est possible, il convient d’allumer en même temps le
dispositif d'enregistrement de frottements. S’assurer que la vitesse de rotation se situe dans la plage de
−1 −1 −1 −1
1 450 min à 1 500 min (soit 147 rad·s à 157 rad·s ).
9.8 Laisser fonctionner la machine pendant la durée appropriée en l’arrêtant manuellement ou par
son chronomètre intégré. Eteindre l'enregistreur le cas échéant, puis enlever la charge sur les billes en
soulevant le bras du levier et en le verrouillant en position ou en désactivant le système de chargement.
Certaines machines sont équipées de dispositifs d'arrêt automatique pour éviter une usure excessive de
la pince à bille, en cas de soudage, lorsque la pince à bille tourne autour de la bille supérieure.
9.9 Détacher l'enregistreur de frottement, le cas échéant. Enlever la cuvette de la machine. Vider la
cuvette et rincer l'ensemble avec du solvant de nettoyage. Retirer les billes (voir la Note), les laver à
nouveau avec du solvant de nettoyage, les sécher puis les placer dans un récipient marqué de manière
appropriée en attendant d'effectuer la mesure du diamètre des empreintes.
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ISO 20623:2017(F)
NOTE Si la mesure des diamètres des empreintes est prévue dans l'essai, on peut y procéder soit avant soit
après avoir enlevé les billes de la cuvette suivant le modèle et l'axe optique du microscope utilisé. Il est utile de
graver la surface des billes pour indiquer la position des empreintes d'usure, en particulier lorsque celles-ci sont
très légères, sinon il peut être difficile de les retrouver.
9.10 Si des valeurs de coefficient de frottement sont exigées, noter les valeurs du dispositif
d’enregistrement de frottements.
9.11 Nettoyer la vis de blocage, l'anneau de serrage, etc. en vue du prochain essai. Enlever la pince hors
de la machine et chasser la bille du mandrin à l'aide d'une tige en acier trempé et d'un marteau. Net
...
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