激光熔覆Zr—Al—Ni—Cu复合涂层组织及其摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在 Ti基体上制备了 Zr65Al7.5Ni1 0 Cu1 7.5合金涂层 ,涂层由金属间化合物、少量非晶和纳米晶构成 .分别向涂层中添加 C或 B及 Si等组元 ,使涂层硬度由原来的 10 41H K升高到 10 85 H K和 12 5 2 H K;同时在干摩擦条件下考察了其摩擦磨损行为 .结果表明 ,涂层的摩擦系数分别为 0 .14、0 .16和 0 .17,涂层磨损机制以磨粒磨损、剥层磨损和粘着磨损为主     

HT250刹车盘气体渗氮耐磨性研究

为提高HT250刹车盘耐磨、耐腐蚀性,延长服役寿命,对其进行了气体渗氮表面强化处理.分别对基体和氮化试样进行了微观组织和物相分析,研究了销盘干摩擦的摩擦磨损行为,探讨了HT250渗氮试样的磨损机理.结果表明:采用530℃×10 h气体渗氮时,渗氮层深为0.3 mm,其表层硬度HV_(0.1) 1 140;在20、50和100 N载荷下,渗氮试样摩擦系数均高于基体试样,但磨损率分别降低了11.1%、27.5%和38.3%.基体试样以疲劳剥层磨损为主,伴随着磨粒磨损;渗氮试样以剥层磨损为主,渗氮层的残余压应力抑制了裂纹的扩展,提高了其耐磨性.     

堆焊熔敷层表面纳米晶层摩擦磨损性能研究

用预压力滚压技术在堆焊修复层表面制备纳米晶层.利用TEM、SEM分析技术研究表面纳米晶层微观结构,利用CETR-3型多功能摩擦磨损试验机考察在干摩擦条件下堆焊层表面纳米晶层的摩擦磨损性能.结果表明堆焊修复层表面经表面纳米化处理后,表面形成厚度约为10μm(晶粒尺寸小于100 nm)的纳米晶层,最表面层平均晶粒尺寸约为10 nm.纳米压痕试验表明纳米晶层的硬度提高,最表面纳米晶层的硬度约为原始堆焊层硬度的3倍.与原始堆焊试样相比,表面纳米化试样的摩擦系数降低了10%,磨损体积降低了25%~30%左右.表面纳米化样品的磨损机制由原始堆焊层的磨粒磨损和黏着磨损转变为磨粒磨损,分析表明晶粒细化导致的高硬度、低塑性是摩擦磨损性能改善和磨损机制改变的主要原因.     

滚压诱导梯度超细晶铜的润滑微动磨损特性研究

通过滚柱对纯铜表面进行大载荷的多次滚压,使其表层累积不同应变水平的塑性变形,对所形成的约150μm的塑性变形层沿深度方向的晶粒形态和分布进行分析,并对其显微硬度进行测试,表明该工艺在纯铜表层诱导形成了一种梯度超细晶结构;最表层平均晶粒尺寸约为662 nm,并随深度逐渐增至基体晶粒尺寸94μm;梯度超细晶铜(简称梯度铜)最表层硬度较基体硬度提高约45%,并随深度逐渐下降至基体硬度.在SRV IV试验机上对梯度铜和粗晶铜在润滑条件下的微动磨损特性进行对比研究.结果表明:梯度铜摩擦系数先减小后增大,并在大载荷下与粗晶铜趋于一致;梯度铜的主要磨损形式为磨粒磨损,而粗晶铜为磨粒磨损和疲劳剥落,部分区域出现氧化磨损;梯度铜抗微动磨损能力比粗晶铜提高10倍以上.     

Fe基非晶纳米晶电弧喷涂层的摩擦学性能

采用自动化高速电弧喷涂技术在AZ91镁合金基体上制备了FeCrBSiMnNbW非晶纳米晶涂层.研究了涂层材料在干摩擦条件下的摩擦学性能.采用配备有能谱分析仪（EDAX）的扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对涂层的微观组织结构进行了表征.采用显微硬度计和纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了分析,摩擦磨损试验在UMT-2型摩擦磨损试验机上进行,并采用三维白光干涉表面形貌仪（Phase Shift MicroWAM-3D）测定磨损量.结果表明：涂层组织均匀、结构致密、氧化物含量低,涂层主要由非晶相和纳米晶相组成;涂层具有较高的硬度和弹性模量;在相同的试验条件下,非晶纳米晶合金涂层的相对耐磨性是传统3Cr13涂层的3倍;磨损机制主要为典型的脆性剥落.     

AISI 4340钢干滑动摩擦磨损特性研究

室温条件下,采用CFT-Ⅰ型多功能材料表面综合性能测试仪对AISI 4340钢进行了往复干摩擦磨损试验,研究了其摩擦磨损特性.采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对磨痕和亚表层进行了观察和检测,分析了磨损表面微观形貌、亚表层塑性变形和碳氧元素含量演化.结果表明:磨损形式以磨粒磨损为主,并伴随轻微黏着磨损和剥落磨损;磨损表面分布着长度、宽度、深度不一的划痕以及鳞片状和颗粒状磨屑;磨损表面出现轻微氧化,磨屑呈现不同程度的碳富集和氧化;亚表层出现明显摩擦影响层,距表层越近,塑性变形越明显,晶界角逐渐汇聚于表面,在表面处趋于平行;往复运动导致塑性变形方向不一致,磨痕中部,塑性变形向某位置聚集.     

基于微观分析的火炮挡弹装置磨损失效机理研究

针对PCrMo钢在火炮上应用较多但因零部件磨损失效造成系统故障不断的问题,利用现有摩擦磨损微观分析方法和技术,对在火炮射击及训练等特殊工况下,零部件磨损失效机理及规律进行研究.以挡弹装置中的挡弹板轴为研究对象,利用显微硬度计及扫描电镜对零件表面和剖面进行硬度测量与结构组织微观分析,结果表明零件表面磨损区域硬度明显高于未磨损区域,且磨损区域表层剖面硬度增大;依据表面形貌可将磨损区域划分为以剥落为主的初始磨损区、以切削为主的中间磨损区和磨损较轻的末端磨损区.零件磨损失效机理为以冲击滑动耦合磨损和磨粒磨损为主的磨损机制造成表面材料的损失累积与加工硬化.     

D2高速车轮钢在滑动磨损下的白层形成与剥落

通过对不同转数滑动磨损后的D2高速车轮钢进行表面形貌和微观组织观察与分析,研究白层形成、发展与剥落过程以及他们之间的联系.结果表明:随着滑动磨损转数的增加,试块表面磨损方式由黏着磨损逐渐转变为磨粒磨损,同时在磨损表面形成纳米晶白层.该白层由铁素体纳米晶和极少量渗碳体小颗粒组成,其形成机制属于塑性变形机制.从横截面角度观察,白层的形成过程主要分为五个阶段:1)在磨损犁沟内出现月牙形塑性变形层,铁素体发生细化;2)磨损表面形成相对均匀的严重塑性变形层,渗碳体碎化成短棒状甚至是颗粒状;3)犁沟内形成厚度小于1μm的白层,其内组织为纳米级的铁素体和渗碳体小颗粒;4)犁沟内白层增厚成月牙形;5)相邻犁沟内的月牙形白层相互连接,厚度可达10μm.白层剥落过程如下:主要在脊缘处产生裂纹源,表面裂纹沿着与摩擦力成30°~45°方向向犁沟内扩展并交汇,在表层沿着白层与变形层交界处或白层内部扩展,最后使表层金属分层甚至出现金属薄片(含有白层)剥落.     

表面机械滚压处理(SMRT)316L不锈钢梯度纳米层在腐蚀介质下的摩擦学行为研究

采用表面机械滚压处理(surface mechanical rolling treatment，SMRT)技术在316L奥氏体不锈钢表面构筑了梯度纳米结构层. 利用透射电子显微镜(TEM)和纳米压痕仪等分析其微观组织、力学性能等基础上，重点探讨了SMRT前后316L在1 mol/L HCl溶液(以纯水环境作为对比组)中的摩擦学行为. 结果表明:经SMRT加工后316L表面梯度纳米晶层厚度达200 μm以上，表面硬化层厚度超过1.5 mm，表面硬度提升至基体近2倍；SMRT大大减缓了材料磨损，与基体试样相比，SMRT试样在腐蚀介质下减摩效果比纯水环境更明显，且在腐蚀环境下表现出优异的耐腐蚀性能，其磨损机制由处理前伴随严重剥落特征的疲劳磨损和磨粒磨损转变为轻微疲劳磨损. 因此，316L不锈钢机械滚压梯度纳米层在腐蚀服役环境下具有较高的潜在工程应用价值.      

高承载高耐磨Cr3C2-NiCr/DLC复合涂层制备及摩擦学行为

采用超音速火焰喷涂(HVOF)和等离子体辅助化学气相沉积(PACVD)技术制备Cr₃C₂-NiCr/DLC复合涂层,对比研究其与单层DLC薄膜的微观结构、机械性能和不同载荷下的摩擦磨损行为. 结果表明:Cr₃C₂-NiCr/DLC复合涂层的结合力、承载力和摩擦学性能比单层DLC薄膜显著提高;HVOF制备的Cr₃C₂-NiCr中间承载层对表层DLC薄膜的微观结构和纳米硬度影响不大;Cr₃C₂-NiCr/DLC复合涂层在高载下的优异摩擦学性能归因于避免了高接触应力下发生塑性变形而导致DLC薄膜在摩擦磨损过程中的脆性断裂和剥落失效行为. 此外,在不同载荷下的摩擦过程中DLC薄膜和Cr₃C₂-NiCr/DLC复合涂层均未发生石墨化,其摩擦学行为主要取决于不同接触应力下的磨损机制变化和对偶球表面摩擦转移膜演化.      

Microstructural modeling of crack nucleation and propagation in high strength martensitic steels

A dislocation-density based multiple-slip crystalline plasticity formulation, a dislocation-density grain boundary (GB) interaction scheme, and an overlapping fracture method were used to investigate crack nucleation and propagation in martensitic steel with retained austenite for both quasi-static and dynamic loading conditions. The formulation accounts for variant morphologies, orientation relationships, and retained austenite that are uniquely inherent to lath martensitic microstructures. The interrelated effects of dislocation-density evolution ahead of crack front and the variant distribution of martensitic blocks on crack nucleation and propagation are investigated. It is shown that dislocation-density generation ahead of crack front can induce dislocation-density accumulations and plastic deformation that can blunt crack propagation. These predictions indicate that variant distribution of martensitic blocks can be optimized to mitigate and potentially inhibit material failure.     

含亚稳残余奥氏体HSLA TRIP钢的摩擦磨损性能研究

在SST-ST型销-盘摩擦磨损试验机上对特殊工艺热处理、成分为0.22C-1.50Si-1.65Mn的新型相变诱发塑性(HSLA Si-Mn系TRIP)钢的摩擦磨损性能进行研究,采用X射线衍射技术分析了摩擦过程中钢中残余奥氏体的变形诱发转变行为.结果表明,在本试验条件下,与相同成分并在两相区双相化处理的双相钢相比,TRIP钢具有较低摩擦系数和较好耐磨性.由于HSLA Si-Mn系TRIP钢中亚稳残余奥氏体在摩擦应力作用下的变形诱发相变作用,使得其磨损区的大量残余奥氏体向马氏体转变,一方面松弛了磨损表面的内应力,另一方面转变的马氏体使基体强化,从而使其具有较好摩擦磨损特性.     

Analysis of phase transformation from austenite to martensite in NiTi alloy strips under uniaxial tension

Phase transformation from austenite to martensite in NiTi alloy strips under the uniaxial tension has been observed in experiments and numerically simulated as a localized deformation.This work presents an analysis using the theory of phase transfor- mation.The jump of deformation gradient across the interface between two phases and the Maxwell relation are considered.Governing equations for the phase transformation are derived.The analysis is reduced to finding the minimum value of the loading at which the governing equations have a unique,real and physically acceptable solution.The equa- tions are solved numerically and it is verified that the unique solution exists definitely. The Maxwell stress,the stresses and strains inside both anstenite and martensite phases, and the transformation-front orientation angle are determined to be in reasonably good agreement with experimental observations.     

润滑滑动摩擦表面变质层特性的研究

滑动摩擦表面形成变质层是工程应用中的一种常见现象，但对其成因、结构特征和摩擦学性能等的研究至今却还很少。因此，在３２号机械油润滑下，利用销－环式磨损试验机，对含碳量０．７５％的７０Ｓｉ２ＭｎＣｒ钢和偶件５２１００钢环对磨后的表面变质层进行了系统研究。结果表明，无论试样基体是马氏体组织还是奥氏体＋贝氏体混合组织，摩擦表层的形貌、相组成和成分等都有质的变化，明显发生了α－γ相变，形成稳定的摩擦奥氏体量     

The influence of cooling rates on the distribution of the structure and phases in hardened cylindrical elements

Summary The paper presents an analysis of the temperature field and phase transformation kinetics for cylindrical steel elements with arbitrary shaped cross sections. The influence of different cooling rates as well as different time intervals to achieve the half of the full austenite into pearlite transformation τ_0.5 and weight fractions of pearlite and martensite are taken into account. The analysis is based on Lomakin's theory [2, 3, 4] and its modification [5] as well as the laws of phase transformation kinetics of [9]. The elaborated program of numerical calculations refers to steel grades characterized by C-shaped T-T-T curves and with carbon content close to that of an eutectoidal steel. The analysis is made for a two-dimensional region. As an example, a spline shaft with arbitrary shaped cross section is investigated. It is assumed that the heat exchange occurs on the boundary of the cross section alone. The solution of the problem is based on the variational difference method, being a combination of the finite element method and the finite difference method. Accepted for publication 6 August 1996     

等温淬火球墨铸铁渣浆泵叶片磨损试验的正交分析

采用正交试验分析了在实验室条件下影响奥贝球铁叶片磨损的因素,探讨了决定叶片材料特性的成分和热处理工艺以及叶、磨料种类等水力学条件对叶片磨损的综合影响,研究结果表明,渣浆泵叶片的磨损失效受到材料特性和水力条件的综合影响;叶片材料成分和热处理工艺交互作用是影响叶磨损的主要因素,其次是磨料种类及叶型症 交试验是研究 渣浆泵磨损规律的有效方法 。     

渗碳淬硬层疲劳裂纹闭合模型

本文在Newman裂纹闭合模型的基础上,以裂纹面附加残留位移为主要线索,综合考虑了渗层组织、强度、初始残留应力分布及残余奥氏体转变对裂纹闭合行为的影响,提出了一个渗碳硬层疲劳裂纹闭合计算模型。文中利用该模型对疲劳裂纹扩张过程中卸载后裂纹面接触应力的分布、渗层裂纹闭合效应进行了成功地计算;借助于实测的渗碳层da/dn—ΔK_(eff)关系,较好地预测了渗层裂纹扩张速率的变化规律;并在定量分析残余奥氏体转变、初始残留应力分布对闭合行为的影响方面进行了有益的尝试。     

冲击磨损下团球状共晶体奥-贝钢磨损表面层组织的变化

采用ＭＬＤ－１０型磨损试验机、扫描电镜和透射电镜等研究了冲击磨损条件下团球状共晶体奥－贝钢磨损表面组织的变化。结果表明：奥－贝钢的冲击磨损表层中存在非晶态组织和纳米级晶粒;磨损亚表层中存在大量位错马氏体和形变贝工体组织;奥－贝钢从亚表层到磨损表面方向的硬度逐渐增加,具有梯度分布特征,能够有效抵抗磨料的冲击和凿削作用,同时磨损亚表层中的位错、形变马氏体和贝氏体组织具有很好的强韧性匹配,可抑制高冲击下     

Preface: Current research progress on mechanics of high speed rail

The construction and operation of high-speed rail（HSR）grid within the past two decades in China,in terms of the scale,may be possibly comparable to any national-wide construction in the history of China,even the Great Wall.By counting railways with commercial train service at the speed of200 km/h,China has the world’s longest HSR network with over 19 369.8 km of track in service today and this number     

ACTA MECHANICA SINICA 2014 ANNUAL SUBJECT INDEX

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