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。     

碳氮共渗表层组织磨损性能的研究

本文就碳氮共渗层中残余奥氏体υ_R及表层黑色组织对磨损性能的影响和机理进行了研究。作者探讨了磨损值与摩擦行程的数学函数关系,並采用筛选检验法对数据进行了数理统计处理,处理结果精度高,可靠性大。     

两种碳含量Q-P马氏体钢冲击磨损行为研究

高强韧、低成本淬火-分配(Q-P)马氏体钢有望成为新一代抗冲击磨料磨损材料.碳元素是影响Q-P马氏体钢强度和韧性的重要合金元素,但其对Q-P马氏体钢抗冲击磨料磨损性能的影响仍不清楚.本文中对比研究了碳质量分数为0.3%和0.4%两种Q-P马氏体钢的冲击磨料磨损行为.研究表明,冲击磨料磨损过程中,磨痕亚表层形变层内发生板条组织纳米化、残余奥氏体向马氏体转变等行为,这导致疲劳裂纹形变层/基体层界面萌生.当碳质量分数由0.3%增加至0.4%时,碳化物从Q-P马氏体钢基体中析出,这加剧疲劳裂纹的萌生及扩展,最终导致Q-P马氏体钢的抗冲击磨料磨损性能降低约7%.     

Fe—C—Cr—Mn亚稳奥氏体铸铁磨损表层的TEM观察

用透射电镜观察了 Fe- C- Cr- Mn亚稳奥氏体基铸铁在 80 0 #Si C砂纸上经往复摩擦磨损试验后磨损表层的微观结构 .结果表明 :摩擦表层奥氏体基体的微观组织结构不均匀 ,有位错区、层错区、滑移区和ε-马氏体区 ;此外 ,还观察到了大量的奥氏体变体 ,沿其 [1 31 ]晶带轴旋转 2 5.35°可与基体 [1 1 2 ]晶带轴重合 ;在碳化物颗粒附近只观察到奥氏体变体和层错 .     

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     

斜齿轮疲劳裂纹萌生及扩展过程全寿命研究

文章以斜齿轮为研究对象,综合考虑混合润滑状态下摩擦动力学特性对齿面应力分布的影响以及渗碳表层硬度梯度和残余应力的非均匀分布特征,以风险疲劳累积理论为基础建立了疲劳裂纹萌生寿命预估模型;考虑裂纹在晶粒内部的非线性扩展规律以及晶界处的非连续扩展特征,建立了短裂纹扩展模型;针对长裂纹扩展过程中不同阶段扩展速率的差异,建立了长裂纹扩展速率统一方程,从而完成了对齿轮接触区疲劳裂纹萌生及扩展过程全寿命的预估.计算结果表明:齿面应力分布受动载荷和润滑状态的影响显著;在残余应力作用下,有效剪切应力在渗碳表层出现多个波峰,疲劳裂纹萌生位置多点化,导致裂纹尺度有所不同,疲劳寿命存在差异,失效形式多样化.     

动车组车轮轮缘塑性变形白层组织分析

本文作者对动车组ER8C车轮轮缘白层的微观组织进行了观察,重点对由于剧烈塑性变形而形成的白层进行了分析和探讨.在光镜下可以观察到白层厚为3~18μm,分布不连续.在扫描电镜下,塑性变形白层主要有两种类型:一种为经塑性变形作用而细化的组织和经动态再结晶作用得到的铁素体纳米晶,后者具有纳米量级的铁素体晶粒.白层内的碳化物数量与塑性变形程度及运行过程中的温升有关,越接近表层未溶碳化物越少、晶粒越小.白层形成机制主要分为两种:一种为反复塑性变形作用的机制,导致铁素体破碎细化同时伴随碳化物碎化溶解;另一种为变形与一定温升综合作用的机制,表层发生动态再结晶而形成超细晶粒组织并伴随碳化物溶解,后者在超细晶粒形成中起主导作用.     

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.     

激光处理对2Cr13不锈钢微动磨损性能的影响

利用Ｘ射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电于显微镜分析了激光相变硬化、激光熔凝渗碳和未经激光处理的２Ｃｒ１３不锈钢的相组成和显微组织，用显微硬度计和ＳＲＶ型微动磨损试验机分别测量了两种激光处理硬化层的显微硬度沿层深的分布及其与基体２Ｃｒ１３不锈钢的相对耐磨性，并且结合对微动磨痕表面形貌的扫描电子显微镜观察，发现激光相变硬化和激光熔凝渗碳处理可以分别使２Ｃｒ１３不锈钢的微动耐磨性提高４．４８倍和１．８１倍。这两种激光处理之所以都能够大幅度地提高２Ｃｒ１３不锈钢的微动磨损性能，是因其使这种不锈钢的主要微动磨损机制由粘着擦伤和严重的塑性变形转变成了氧化磨损和脱层损伤。     

滑动接触中摩擦温度的测定及其影响

作者从摩擦温度的观点考察了钢在滑动接触中擦伤的温度效应。擦伤试验是在环-块试验机上进行的。采用埋在固定的块试样表面下0.15～0.25mm深度处的NiCr-NiAI热电偶测量摩擦温度。热电势由采样间隔为5ms的数字电压表测得。 研究结果表明,金属发生擦伤时的表面摩擦温度T_(oa)与载荷及滑动速度有关:载荷越高,T_(oa)也越高;而滑动速度越高,则T_(oa)越低。金属擦伤时,表面形成“白层”组织,认为这是由于瞬时经历很高的摩擦温度及随后的快速冷却所致。     

镧对38CrMoAl钢氮化层组织和抗冲蚀磨损性能的影响

考察了在气体氮化渗剂中加入微量镧元素对３８ＣｒＭｏＡｌ钢氮化层组织,韧性及抗冲蚀磨损性能的影响。试验结果表明,含镧的氮化层的韧性和抗冲蚀磨损性能明显优于普通氮化层。这是由于镧在氮化时渗入到钢表层并发生微合金化,从而改善渗层的组织所致,采用扫描电子显微镜对冲蚀磨损试样表面形貌进行观察发现,普通氮化层的磨损机理为塑性变形及犁沟剥落,并伴随着横向裂纹的萌生和大块磨屑的剥落,而含镧的氮化层和磨损机理为塑性     

接触应力对FCB车轮钢组织演变与性能的影响

利用双盘滚动摩擦磨损试验机进行了贝氏体车轮钢的滚动磨损试验,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)分析不同接触应力条件下贝氏体车轮钢次表层微观组织演变. 结果表明:在滚动磨损条件下,磨损机制由黏着磨损转变为疲劳磨损,增大接触应力对黏着磨损阶段的磨损量影响不大,但会显著增加疲劳磨损阶段的磨损量;贝氏体车轮钢在塑性变形的过程中,贝氏体铁素板条中位错逐渐增值、先累积形成小角度晶界,而后形成大角度晶界,使贝氏体铁素体发生细化;接触应力的大小影响表层组织的演变,当接触应力增至1 150 MPa时,晶粒细化为超细等轴晶,继续增加接触应力,组织变化并不明显. 接触应力大小会影响贝氏体车轮钢的表面硬度. 接触应力增加使贝氏体车轮钢的表面硬度增高,硬化层深度增大.      

D2车轮钢原始组织对滑动磨损性能的影响

采用MRH-5A型环块磨损试验机对D2车轮钢及U71Mn钢轨钢采取对摩方式进行滑动磨损试验，研究原始组织对D2车轮钢滑动磨损性能的影响. 结果表明:以回火索氏体(TS)为原始组织的D2车轮钢比片状珠光体组织(P)+先共析铁素体(F)的D2车轮钢具有更好的耐磨性能. P+F和TS表面磨损机制均以磨粒磨损和黏着磨损为主，而P+F表面磨损更严重且伴随大块白层剥落现象. TS塑性变形层更薄，其内的铁素体细化成纳米晶，粒状渗碳体不发生剪切变形，主要以溶解为主，不易形成较厚的白层，不发生大块剥落现象，提高耐磨性能.      

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.     

氮离子注入GCrl5轴承钢的摩擦磨损性能研究

作者利用多种表面测试手段对不同条件下的氮离子注入GCr15轴承钢的摩擦学性能进行了研究,发现其表面形貌、表层残余应力、显微硬度、微观组织结构和摩擦磨损性能均与未注入材料的不同。并且指出,由于离子注入引起了表面粗糙度的降低,表层残余应力的增大和表面显微硬度的提高,以及注入层氮化物的形成,所以摩擦磨损机理也发生了变化。试验结果表明,摩擦力和磨损量的降低最高分别可达67％和83％。     

碳钢表面渗硼和激光热处理改性层的磨粒磨损性能和机理研究

采用固体渗硼与激光热处理复合工艺对 4 5 #钢试样进行表面改性 ,在 4 5 #钢表面得到完整的硼共晶层 ,采用扫描电子显微镜观察分析表面改性处理后的 4 5 #钢试样同 GCr15钢对摩时的磨损表面形貌 ,并考察了其磨损机理 .结果表明 ,经表面渗硼和激光热处理后 ,4 5 #钢表层形成共晶化组织 ,相应的硼共晶表面改性层具有适当的硬度和韧性 ,因而其抗磨粒磨损性能明显改善 ;表面改性处理后的 4 5 #钢试样同 GCr15钢对摩时呈现断裂磨损特征     

45~#碳钢表面激光铬镍合金化及其耐磨性的研究

作者利用1.1kW CO_2激光器对45~#碳钢表面进行了激光铬镍合金化处理。通过对合金层的成分和相组织分析,以及对合金层和基体的硬度与耐磨性的研究认为,激光铬镍合金化层的组织是胞状枝晶,其相组成为马氏体加残余奥氏体。测试结果表明,合金层的显微硬度是45~#碳钢基体的2～3倍,耐磨性也明显地比基体材料的好。     

感应熔覆原位合成TiC增强金属基复合涂层组织与抗磨性能的研究

以Ni60A、Ti粉和石墨粉为原料,利用感应熔覆技术在16Mn钢基材表面制备出原位自生TiC颗粒增强金属基复合涂层,分析了涂层的显微组织,在常温干滑动摩擦条件下评价了涂层的耐磨性能.结果表明:复合涂层由TiC颗粒、γ-Ni奥氏体枝晶和枝晶间M23C6共晶组织组成;随着载荷增加,感应熔覆涂层磨损质量损失缓慢增大,16Mn钢磨损质量损失迅速增大,熔覆涂层具有优异的抗磨性能,其磨损机制主要为擦伤式磨损.     

SUS 304奥氏体不锈钢的摩擦变形层研究

研究了SUS 304奥氏体不锈钢与Al2O3陶瓷球以及GCr15轴承钢球对摩的摩擦特性,利用X射线衍射仪、金相显微镜和显微硬度计研究了SUS 304奥氏体不锈钢磨痕表层及其次表层硬度、磨痕表面的马氏体转变与试验条件的关系.结果表明:当载荷大于30 N后,摩擦系数在剧烈波动前存在1个与试验时间或滑动距离相关的孕育期;SUS 304奥氏体不锈钢磨痕表层的显微硬度从次表层至表层呈上升趋势;在相同滑动速度下,随着载荷增加,磨痕表层的显微硬度增大;摩擦诱发了亚稳奥氏体向马氏体转变,且磨痕表层诱发转变的马氏体含量随载荷和滑动速度的增加而降低;在载荷和摩擦剪切应力作用下,由于表层晶粒细化、相变马氏体和高密度位错的综合作用使得其显微硬度增大.     

316L不锈钢氮离子注入层的高温摩擦磨损特性

考察了316L奥氏体不锈钢高温氮离子注入层的摩擦磨损性能,并分析了其组织结构。结果表明：在相同注入工艺条件下,高温注入后的含氮层深度较常温注入下的提高约10倍;在150～460℃下注入处理时,在距离注入层表面大约40nm深度内的组织结构与注入温度有关,含氮层主要以膨胀奥氏体组织为主;由于膨胀奥氏体、CrN和微晶组织等对含氮层的强化作用,使显微硬度显著提高,摩擦系数明显下降,耐磨性能得到改善;460℃下注入处理后试样的摩擦系数较150℃下处理后的略高,而前者的耐磨性明显较高。