位移幅值对铜镁合金微动磨损行为的影响

在研制的多功能微动磨损试验机上,开展了不同位移幅值下铜镁合金微动磨损试验,以研究位移幅值对铜镁合金微动磨损行为的影响. 微动过程中记录摩擦系数曲线与F_t-D-N曲线,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)及三维形貌仪对损伤区域进行了微观分析. 结果显示:随着位移幅值的增加,铜镁合金微动运行状态由部分滑移进入完全滑移,未发现混合滑移状态;部分滑移区中呈现由弹性变形协调逐渐向塑性变形协调转变的趋势. 磨损体积随位移幅值的增加而增加,在完全滑移区中体积损失非常严重. 在弹性变形协调的部分滑移状态下,接触表面损伤轻微,而由塑性变形协调的部分滑移状态下,接触中心出现较大切应力,疲劳裂纹扩展至接触表面导致材料剥落,接触边缘有磨粒磨损和氧化磨损的痕迹. 在完全滑移状态下,接触表面损伤主要为疲劳剥层,磨粒磨损和氧化磨损.      

CuMg0.4合金弯曲微动疲劳损伤特性研究

在不同参数条件下,针对吊弦用CuMg0.4合金在自主设计的弯曲微动疲劳装置上进行了微动疲劳试验,建立了其疲劳寿命S-N曲线,并结合扫描电镜(SEM)、三维轮廓仪、电子探针(EPMA)等微观分析设备对损伤区域进行了微观分析,探究了吊弦材料的弯曲微动疲劳损伤特性及演变规律.结果显示在接触区处于弹性条件下时,其弯曲微动疲劳S-N曲线呈现倾斜的"Z"型特征,微动疲劳寿命随弯曲应力的增大呈现先减小后增大的趋势,微动依次运行于PSR(部分滑移区)、MFR(混合区)、SR(完全滑移区).接触区主要存在磨粒磨损、氧化磨损、疲劳磨损和黏着磨损四种形式的弯曲微动疲劳损伤;微动疲劳裂纹的萌生和扩展从以接触应力控制为主逐渐转为主要受弯曲疲劳应力控制,整个过程分为三个阶段.     

904L不锈钢在不同气氛下微动磨损性能研究

在可控气氛微动磨损试验设备上，开展了904L不锈钢在不同温度和环境介质(常温大气、常温二氧化碳、350℃大气、350℃二氧化碳)下的微动磨损试验.分析了其摩擦学界面损伤机制和摩擦化学行为.结果表明，常温条件下微动运行于完全滑移区，磨损机制主要是分层剥落和氧化磨损；350℃条件下微动运行于混合区，大气环境下的磨损机制主要是黏着磨损和氧化磨损，二氧化碳环境下的磨损机制主要是黏着磨损.常温时二氧化碳较大气环境的磨损量减小，温度升高至350℃时磨损量显著减小.     

交变载荷条件下NC30Fe合金微动损伤特性研究

针对NC30Fe镍基合金管与1Cr13不锈钢圆柱配副件,采用"十"字交叉接触方式,在改进的PLINT微动试验机上进行交变载荷条件下微动磨损试验.试验环境温度为25℃(air)、300℃(air)和300℃(N2);切向位移幅值为100~200μm,切向微动频率为2 Hz;法向载荷为20和50 N,法向激振频率为10和50 Hz.结果表明:在法向激振力叠加作用下,NC30Fe镍基合金Mises等效应力幅值较静载荷时大,疲劳累积损伤严重,微裂纹更易萌生并扩展.微动疲劳剥落成为磨损中后期主要损伤形式,清洗后磨痕表面形貌呈现大量剥落坑.第三体层形成后具有承载、传递和吸收激振能量作用,三种环境下,第三体层厚度和氧化程度不同,对疲劳剥落作用结果影响较大.     

基于SWT方法的钢绞线索微动疲劳特性分析

为得到钢绞线索丝间接触区的应力场分布并预测微动疲劳裂纹萌生位置和微动疲劳寿命，本文利用参数化方法建立了精细化的钢绞线拉索有限元模型，包括整索模型和不同层丝间接触区域的局部精细化子模型．分析了钢绞线索在两种交变荷载工况下的应力场变化情况，并基于多轴疲劳SWT(Smith-Watson-Topper)临界平面法进行了疲劳特性分析和疲劳寿命预测．主要结论如下：钢绞线索内接触区边缘处的微动幅值较大，中心处几乎没有相对滑动，微动疲劳的初始裂纹萌生点位于接触区域边缘；经不同区域子模型分析比较，在轴向循环荷载作用下，外层钢丝的接触区域比内层钢丝更易发生微动疲劳损伤；在横向位移循环荷载作用下，同层钢丝因位置角度不同而产生了较大的疲劳特性差异，且相比轴向循环拉伸，该工况下最不利单丝的微动疲劳寿命更低；与非接触区域相比，接触区的疲劳寿命大幅降低，微动现象对钢绞线索的抗疲劳性能有明显降低作用．     

7075铝合金扭转微动疲劳行为研究

在基于多轴疲劳试验机上自主设计的扭转微动疲劳装置上,对7075铝合金材料进行了扭转微动疲劳试验,讨论了相同法向载荷下不同扭转切应力对扭转微动疲劳寿命的影响,建立了7075铝合金扭转微动疲劳S-N曲线,并采用SEM,EDS,EPMA等分析方法对扭转微动疲劳的损伤区域进行了分析,建立了扭转微动疲劳混合区接触表面损伤和裂纹萌生及扩展的物理模型,揭示了7075铝合金扭转微动疲劳的损伤机理.试验结果表明:微动作用导致疲劳寿命大大降低;扭转微动疲劳S-N曲线呈"ε"型曲线特征;损伤区靠加载端位置氧化严重,氧化程度随着循环次数增加而增加;微动疲劳的裂纹萌生于次表面,接触区中心两侧主裂纹扩展交叉后垂直于接触表面扩展至试样断裂.     

两种压铸镁合金的微动磨损行为研究

采用液压高精度材料试验机考察了压铸镁合金AZ91D和AM60B在平面-球面接触条件下的微动磨损行为,研究了循环次数、位移幅值、法向载荷和频率等参数对镁合金摩擦磨损性能的影响,分析了其磨斑表面和磨屑的微观形貌,并探讨了其微动磨损机理.结果表明:镁合金AZ91D和AM60B的摩擦系数随着法向载荷的增加而减小,磨损体积损失随频率增加而减小;AZ91D镁合金的抗微动损伤能力优于AM60B镁合金,二者的微动磨损机理相似,其主要磨损形式包括粘着磨损、表面疲劳(脱层)磨损、磨粒磨损以及明显的氧化磨损.     

干燥和酸性条件下钢芯铝绞线磨损特性研究

在自制导线微动磨损试验机上考察了钢芯铝绞线在干燥和酸性2种典型气候条件下的微动磨损行为,利用扫描电子显微镜和铁谱显微镜分析了试样导线内外层线股接触区的表面形貌和磨损微粒的形貌、尺寸等.结果表明：2种试验条件下靠近线夹处的导线磨损机理主要为黏着和疲劳剥落,中间导线段的磨损机理主要为黏着和磨粒磨损,酸性条件下导线内还存在明显的腐蚀磨损.     

绳股结构对螺旋接触钢丝间微动摩擦磨损特性影响

钢丝间微动磨损会加剧提升钢丝绳的疲劳损伤，降低钢丝绳的使用寿命，严重威胁矿井提升安全.为了研究绳股结构对螺旋接触钢丝间微动摩擦磨损特性的影响，在自制试验台上开展了拉伸-扭转耦合力作用下钢丝微动磨损试验.结果显示：随着接触力增加，相同直径接触对下钢丝间摩擦系数从0.748减小到0.646，而不同直径接触对下钢丝间摩擦系数从0.941减小到0.911；相比于凹接触对，凸接触对下钢丝表面磨损更加严重，并且不同直径钢丝间磨损深度和磨损系数明显大于相同直径钢丝间磨损深度和磨损系数；钢丝间主要磨损机理为磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损，并且不同直径接触对下钢丝表面疲劳磨损特征更加严重；钢丝疲劳断口的瞬断区存在大量二次裂纹和韧窝形貌，钢丝疲劳断裂失效机理主要为韧性断裂.     

Inconel 690合金高温微动磨损特性研究

采用SRVⅣ高精度微动磨损试验机研究核电材料Inconel 690合金的高温微动磨损行为和机制.结果表明:温度升高使摩擦系数和磨损量逐渐减小;温度升高至270℃,微动区域特性由完全滑移区转变为部分滑移区;室温下,由剥层造成的表面磨损占主导地位,随着温度的升高,疲劳裂纹的萌生和扩展为微动的主要破坏机制.摩擦氧化主要发生在滑移区,中心黏着区相对很少.在部分滑移区,疲劳裂纹萌生在黏着区与微滑区交界处.室温下亚表层更易出现剥层,高温下更易形成压实的氧化层.     

微动磨损对过盈配合结构微动疲劳性能的影响

在考虑微动磨损的前提下,基于SWT临界平面法和线性累计损伤模型建立了过盈配合结构微动疲劳的寿命预测模型,并详细研究了微动磨损对过盈配合结构微动疲劳性能的影响.结果表明:考虑微动磨损的作用时,微动疲劳的预测结果更加准确;微动磨损显著降低了配合边缘处的应力集中现象,提高了过盈配合结构的微动疲劳寿命;由于微动磨损的作用,配合边缘处的SWT参数逐渐降低,且其最大值出现的位置由配合最边缘逐渐向着配合内部移动,与此同时,临界平面上的法向应力平均值逐渐增大,两者的变化共同导致微动疲劳裂纹萌生位置向着配合内部移动.     

载荷对304不锈钢微动磨损性能的影响

采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机,研究了在干摩擦和水介质润滑条件下,载荷对304不锈钢微动磨损行为的影响,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)对磨损表面形貌和成分进行分析.结果显示:载荷和介质对微动摩擦行为和磨损机理有显著影响.在干摩擦下,载荷明显改变了微动运行区域,当载荷增大到50 N时微动运行区域由滑移区变为部分滑移区.摩擦系数和磨痕深度随着载荷的增加依次减小.磨损机理由黏着、磨粒和氧化磨损转变为局部疲劳和轻微氧化.同干摩擦相比,由于水介质的润滑和冷却作用,表面黏着被抑制,摩擦系数显著减小,两接触面间易滑移,部分滑移区消失.随载荷的增大磨痕深度增大,因腐蚀与磨损的交互作用,在海水中的磨痕深度比去离子水中略大.磨损机理主要为磨粒磨损和轻微的腐蚀磨损.     

接触载荷对钢丝微动磨损行为影响的研究

以6×19点接触式提升钢丝绳为研究对象,在自制的微动摩擦磨损试验机上开展钢丝微动磨损的实验研究,考察在不同接触载荷下钢丝的微动磨损行为,采用S-3000N型扫描电镜观察钢丝的磨损形貌并分析其微动损伤机理.结果表明:在接触载荷为9～29 N范围内,微动摩擦力(Ft)-位移幅值(D)曲线随循环周次的变化表明钢丝运行于混合区,并随着接触载荷的增加,钢丝间接触应力增加;在微动磨损初期钢丝间的摩擦系数均较低,之后逐渐增加并趋于稳定;其稳定摩擦系数随着钢丝间接触载荷的增加而降低,接触载荷为9 N时的摩擦系数最大,约为1.25,而29 N的摩擦系数约为0.57;钢丝间的接触载荷增加,钢丝表面接触疲劳的几率增大,出现磨屑疲劳脱落的痕迹和疲劳微裂纹,其损伤机制主要表现为磨粒磨损、疲劳磨损和摩擦氧化.     

极化作用对6082铝合金在3.5%NaCl溶液中微动腐蚀行为的影响

采用高精度多功能微动磨损试验机(MFC-01)，结合电化学和摩擦性能测试以及扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析等，研究了极化作用对6082铝合金在3.5%NaCl溶液中微动腐蚀行为的影响. 结果表明:材料在阳极电位极化下，表面更易发生滑动，滑移区扩展，混合区和部分滑移区范围收窄；微动摩擦系数则随极化电位正移逐渐减小、在自腐蚀电位达到最小值、之后回升，阴极电位下摩擦系数大于阳极电位下的数值. 在阴极极化和自腐蚀电位极化下，微动加速了磨损区域的腐蚀，使得腐蚀电流密度增加；而在阳极极化下，微动减弱了磨损区域的腐蚀、腐蚀电流减少. 材料的整体损失速率随着外加电位的正移而增大. 在阴极极化和自腐蚀电位极化下，材料的磨损机制主要表现为剥层机制和磨粒磨损，磨损区域腐蚀产物主要为Al₂O₃；在阳极极化下，以腐蚀磨损和磨粒磨损为主要特征，磨损区域腐蚀产物主要为Al₂O₃、Al(OH)₃和AlCl₃.      

核电690合金传热管微动疲劳试验及损伤机理分析

核电蒸汽发生器传热管在微幅磨损与交变载荷的作用下形成微动疲劳,导致其表面裂纹萌生和扩展乃至破裂,从而影响反应堆的安全. 为研究径向载荷以及轴向交变应力对690合金管微动疲劳寿命的影响规律,开展690合金管管材的微动疲劳试验,获得690合金管管材的微动疲劳寿命曲线,并与相关研究数据进行对比分析,以便探讨材料在微动疲劳下的寿命模型. 对不同载荷下的690合金管试样的磨痕表面进行三维形貌和扫描电镜观测,分析磨损表面的损伤机理;对不同载荷下的690合金管试样断口的宏观与微观形貌进行表征,分析裂纹萌生、起裂过程及其失效机理. 结果表明690合金管与403不锈钢(SS)抗振条间的磨损机理为剥层及磨粒磨损;690合金管在径向载荷作用下于微动磨损处产生裂纹源,裂纹在轴向交变应力的作用下不断向内部扩展,最终导致断裂;其断裂形式为解理疲劳断裂.      

钢丝的微动磨损及其对疲劳断裂行为的影响研究

采用自制的钢丝微动磨损试验机考察了钢丝的微动摩擦磨损性能，随后将经过一定时间微动磨损试验后的钢丝试样在液压伺服疲劳试验机上进行拉一拉疲劳试验，进而探讨了微动摩擦系数和微动磨损深度随微动磨损试验时间和接触载荷的变化关系；并利用扫描电子显微镜分析了试样磨痕和磨屑的表面形貌．结果表明，在较大的微动振幅下，钢丝的微动摩擦系数变化幅度不大，微动磨损深度随微动磨损试验时间和接触载荷的增加而增大；微动磨损试验后钢丝试样的疲劳寿命同磨损深度成反比关系；可以将疲劳断口划分为4个区域，其同钢丝试样的疲劳断裂过程相对应．     

纯铁在球/面接触下的冲击微动磨损行为研究

在自制的新型试验机上,以纯铁为考察对象开展了球/平面接触模式下的冲击微动磨损试验.在改变冲击能量、冲击质量的情况下,研究了材料的冲击力学响应和磨损机制.结果表明:在增大冲击能量的条件下,试样受到的冲击力和能量吸收率相应增加,磨损体积、磨损率也随之提高.冲击动能相同时,增大冲击质量(降低冲击速度),冲击力峰值和能量吸收率进一步提高,磨损程度减轻.纯铁的冲击磨损机制主要表现为剥层磨损,且磨痕区域发生了氧化行为,越靠近边缘,氧化程度越高.     

铁路车轴过盈配合面微动损伤分析及有限元仿真

基于全尺寸铁路车轴疲劳试验，观察并分析了微动区损伤形貌及损伤机理. 基于测量的磨损轮廓建立有限元模型，计算分析了微动磨损对过盈配合面微动参量及轴向应力的影响. 结果表明:轮座近加载侧存在1个宽度约为20 mm的微动损伤区，根据形貌特征可以分为3个区域. 仿真得到的微动滑移区宽度与损伤区宽度基本一致，张开区宽度略小于磨损区. 未磨损时，接触压应力、摩擦剪应力及轴向应力峰值均出现在接触最边缘；在微动磨损作用下，接触压应力、摩擦剪应力、轴向应力峰值出现在磨损-未磨损边界，且轴向应力数值在磨损区由负变正. 磨屑的存在为接触面提供承载平台，在一定程度上抑制应力集中向内部转移.      

碱性腐蚀环境下接触载荷对钢丝微动疲劳行为的影响

以矿用钢丝为研究对象,在自制的钢丝微动疲劳试验机上开展钢丝在碱性腐蚀环境下的微动疲劳试验,考察钢丝在应变比为0.8时不同接触载荷下钢丝的微动运行特性,并用光学显微镜和扫描电子显微镜观察钢丝的磨痕和断口形貌,分析其微动磨损和疲劳断裂机理.结果表明:不同接触载荷下钢丝的摩擦系数具有相同的变化趋势,均可以分为4个阶段:跑合期、上升期、下降期和稳定期;4种不同接触载荷下钢丝摩擦副均运行于滑移状态,磨损机制以腐蚀磨损、磨粒磨损、疲劳磨损和塑性变形为主;钢丝疲劳寿命与磨损量成反比,疲劳断口可分为3个区:疲劳源区、扩展区和瞬断区.