中碳钢/不锈钢磁场摩擦中磨屑的行为和作用

以45钢销/302不锈钢盘摩擦副为研究对象，采用自制的销、盘摩擦磨损试验机，研究了直流磁场作用下磨屑在摩擦过程中的行为及其对摩擦磨损性能的作用. 为此分析了有、无磁场作用下磨屑在磨损面上的分布特点，利用扫描电镜观察了磨屑及45钢销磨损面的形貌，采用三维形貌仪表征了磨损面特征区域的相对高度. 与无磁场时的摩擦磨损情况相比，磁场作用下45钢销的磨损量有所增大，而摩擦系数稍有减小. 摩擦过程中出现了302不锈钢盘向45钢销的材料转移并形成了不连续的转移层，该转移层相对高度较大，承担了主要的摩擦磨损并趋于平滑. 磁场作用下45钢销磨损面吸附少量磨屑并使之细化和氧化，该吸附磨屑在一定程度上减小了摩擦副的摩擦系数，并阻碍试样之间的材料转移，从而增加了45钢销的磨损量.      

孔隙度对湿式离合器局部润滑及摩擦特性影响研究

针对湿式离合器局部润滑及摩擦特性的影响因素,建立了摩擦副微观混合润滑模型.考虑了微凸峰接触和局部温升的影响,分析了孔隙度对湿式离合器局部压强分布、油膜和微凸峰承压比、实际接触面积、局部温升的影响.同时,利用摩擦磨损试验机(UMT)进行小试样销-盘试验,分析了不同孔隙度下离合器摩擦副局部摩擦系数的变化.结果表明:在混合润滑中,随着孔隙度的增大,润滑油膜动压作用减小,局部微凸峰接触压强增大,微凸峰法向压力承载比增大,摩擦副实际接触面积增加,因此摩擦系数增大.     

不同摩擦工况下纯铁试样表面磁记忆现象研究

采用纯铁圆盘试样与标准碳钢钢球(45钢)组成球-盘摩擦副进行旋转摩擦试验,研究在干摩擦条件下,不同的滑动速度及法向载荷下摩擦表面的磁记忆现象.试验结果表明:磨损前后磁记忆信号存在较大差异,磨损后的磁记忆信号在磨痕处出现信号突变,此突变信号可以准确地表征磨痕的位置及磨痕的宽度.对磁记忆信号进行梯度处理,可以发现不同工况下磨痕处的信号峰面积S、交点距n及梯度峰峰值Vpp三者均不相同,且与磨痕的特征存在一定的关系.此外,通过获取不同干摩擦条件下磨痕处的梯度信号特征值,发现信号峰面积S、交点距n及梯度峰峰值Vpp三者均随滑动速度及法向载荷的增大而增大.     

供油量对点接触表面微织构润滑性能的影响

采用球盘接触模型,以入口油层厚度为输入变量,基于统一Reynolds方程法建立润滑分析模型,研究了供油量对点接触表面微织构润滑性能的影响.数值计算结果显示:供油量显著影响接触区油膜厚度;微织构能改善摩擦副的润滑摩擦性能;严重乏油时接触区内微坑会产生气穴现象;瞬态下,微织构在乏油时较充分供油时改善润滑的效果明显.     

外加磁场对W-20Cu/45钢摩擦副干摩擦特性影响的实验研究

以W-20Cu销/45钢环摩擦副为研究对象,采用改进后的MPV-1500型摩擦磨损试验机,研究了直流磁场对W-20Cu干滑动摩擦磨损特性的影响.利用扫描电镜观察W-20Cu销磨损后的表面形貌、纵切面组织及磨屑形貌,采用三维形貌仪表征了磨损表面粗糙度.结果表明:随着磁场的施加和增大,W-20Cu销和45钢环的磨损率及摩擦系数均有减小趋势.磁场不仅降低了W-20Cu销摩擦面亚表层的变形程度,而且能吸附磨屑并使之细化.无外加磁场时,磨损机制主要为磨粒磨损;施加磁场后,W-20Cu销摩擦面趋于平滑,磨损机制变为磨粒磨损和氧化磨损的混合磨损.     

机械密封在干摩擦状态下的摩擦界面热力耦合分析

依据W-M分形函数建立了接触式机械密封摩擦副三维瞬态滑动接触模型，考虑了接触微凸体之间相互机械作用和摩擦的热力耦合，基于ABAQUS分析平台，首次提出了能够模拟机械密封摩擦副回转运动的计算模型，仿真分析了机械密封摩擦副在干运转条件下的摩擦特性. 研究结果表明:接触面温度分布不均匀，局部温度很高，在接触微凸体中心区域出现极值；在滑动后很短时间内温度急剧上升，随着滑动进行，接触节点温度继续升高，但是温升速率减缓；粗糙体轴向温度梯度较大，其亚表层区域存在较大的热应力，易发生热损伤失效；在接触微凸体轴向距表层较近的局部区域存在拉应力，滑动行为会使微凸体内部拉应力区域扩大，拉应力的数值也增大. 微凸体接触区轴向上的应力状态是变化的，依次为压应力-拉应力-压应力.      

摩擦自激振动引起摩擦面波状磨耗的试验研究

在销-盘摩擦磨损试验机上进行金属干摩擦试验,研究摩擦自激振动对盘试件磨痕表面轮廓的影响,采用激光位移传感器测量盘试件摩擦表面轮廓尺寸,用加速度传感器测量销试件的摩擦自激振动.试验结果表明：在干摩擦状态下,销-盘系统容易发生持续的摩擦自激振动,当摩擦时间达到一定数值后,盘试件的磨痕表面轮廓会出现明显的波浪形磨耗,波浪形磨损机理主要是疲劳磨损.分析表明波浪形磨耗的波长近似等于摩擦自激振动的周期与滑动速度的乘积,由此推断摩擦自激振动引起了摩擦表面的波浪形磨耗.     

基于微凸体接触的心盘磨耗盘摩擦行为数值模拟研究

基于微凸体接触的粗糙表面摩擦模型以材料硬度、弹性模量、剪切模量、泊松比、表面粗糙度、微凸体高度分布概率函数和正压力等为输入参数,模拟摩擦副往复运动摩擦行为,可获得摩擦力-位移(F-δ)曲线、接触界面微凸体滑移情况.利用该模型模拟了心盘磨耗盘摩擦行为,结果表明:往复行程为2μm时,F-δ曲线为椭圆形,接触微凸体为部分滑移,往复行程大于2μm时,F-δ曲线由椭圆形逐渐变为矩形,接触微凸体由部分滑移逐渐变为完全滑移;材料表面粗糙度对摩擦系数及摩擦力的影响较小,但对接触表面的微凸体滑移特性有明显影响,粗糙度越大,引起接触微凸体完全滑移所需的位移越大,相同的位移下,发生滑移的微凸体越少.     

接触共振频率与摩擦噪声频率之间关系的试验研究

在金属往复滑动试验机上用2种尺寸不同和结构略有差别的球-平面摩擦副系统,对接触共振与摩擦噪声的相关性进行了试验研究.结果表明:摩擦系统的接触共振频率非常接近于摩擦噪声频率,两者相对误差不大于2%~5%.对发生尖叫噪声的磨痕形貌进行SEM扫描电镜分析发现:摩擦噪声的发生与摩擦过程中微凸体之间的锤击相互作用有着密切的联系,通过接触共振试验可以辨识实际滑动摩擦系统中最容易发生摩擦噪声的模态频率.     

一对钢－钢摩擦副摩擦磨损的原位动态研究

摩擦磨损的扫描电子显微镜原位动态研究，可以跟踪观察磨屑形成和磨痕演变的全过程，以及材料表面在摩擦磨损中变化的真实情况．在由国产台式扫描电子显微镜改装成的滑动摩擦磨损试验装置上，对１５＃钢－４５＃钢摩擦磨损过程所作的原位动态研究表明：１５＃钢在对摩过程中始终存在粘－滑现象，微切削是其主要磨损机理；１５＃钢磨痕形貌变化可分５个阶段——第１阶段出现与滑动方向垂直的横向裂纹，第２阶段产生大片状剥离，第３阶段产生小片状疲劳剥离，第４阶段产生块状磨屑并形成表面凹坑，第５阶段磨痕趋于平坦．这种滑动摩擦磨损试验装置不仅具有对摩擦磨损过程作动态跟踪观察的功能，而且可用于对摩擦学过程作准动态观察，这两种观察方法对研究摩擦磨损过程同等重要     

直流磁场下销盘摩擦过程中的电磁感应力矩分析

为了研究磁场对材料摩擦磨损性能的影响,本文分析了直流磁场下销盘摩擦过程中的涡流和电磁感应力,并通过积分得到感应力矩的计算公式.在销盘0.1 mm间隙时检测了磁吸力和在不同试验条件下盘试样所受的感应力矩,利用试验数据对感应力矩公式中的修正系数进行了最小二乘法拟合,所得感应力矩公式的计算结果与不同电流和转速下的试验数据很好地吻合.在摩擦磨损过程中,可利用感应力矩公式计算出相应试验条件下盘所受的感应力矩,分析其对摩擦系数的影响.     

B4C/hBN复相陶瓷与球墨铸铁配副摩擦学性能研究

本文中以热压烧结法制备不同hBN质量分数(0%、10%、20%和30%)的B4C/hBN复相陶瓷作为销试样,与球墨铸铁(QT)盘试样在空气润滑条件下进行销-盘式摩擦磨损试验,滑动速度为0.66 m/s,磨程为850 m,载荷为5 N.借助扫描电子显微镜(SEM)观察摩擦表面和磨屑的形貌特征,利用X光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等分析手段表征磨面和磨屑的物质组成,得出复相陶瓷成分、试验参数对配副摩擦学性能的影响.研究表明:hBN质量分数为0%和10%的复相陶瓷(BN00、BN10)与铸铁配副时,磨损机制以黏着磨损为主,摩擦系数为0.5,h BN质量分数为20%和30%的复相陶瓷(BN20、BN30)与铸铁配副时,陶瓷销表面出现连续的表面膜,该表面膜主要由Fe_2O_3、Fe_3O_4、B_2O_3、B_4C及h BN等物质组成,摩擦系数降低至0.2;随着载荷的升高,QT-BN00与QT-BN10配副磨损机制仍以黏着磨损为主,摩擦系数与5 N载荷无明显变化,而QT-BN20与QT-BN30配副摩擦系数随载荷上升而升高,当载荷为10 N时,摩擦系数升至0.6.     

30CrMnSiNi2A钢干滑动摩擦磨损特性研究

利用销盘高速干滑动摩擦磨损试验机,对30Cr Mn Si Ni2A低合金超高强度钢的摩擦磨损性能进行了研究,应用JSM-6390A型扫描电子显微镜和X-衍射方法对摩擦磨损表面进行观察,表征其摩擦表面的微观形貌、摩擦磨损产生的磨屑以及由于摩擦产热而引起的氧化物,进而推断出磨损机制.结果表明:摩擦系数随速度和载荷的增大而减少,其速度是影响摩擦系数的主要因素;在摩擦初期当摩擦系数快速下降时,摩擦表面温度急剧增加,当达到一定数值后二者都形成一个动态的平衡;随着速度和载荷增大,磨损机理主要由氧化磨损转变为剥落、塑性变形、犁沟以及黏着磨损,且磨损表层的氧化物由Fe O转变为Fe_3O_4和Fe_2O_3,当出现Fe_2O_3氧化物时,磨损率急剧升高.     

18Ni(300)钢高速干滑动摩擦磨损特性研究

利用销盘高速干滑动摩擦磨损试验机,对18Ni(300)马氏体时效钢的摩擦磨损性能进行了研究,应用JSM-6390A型扫描电子显微镜和X-衍射方法对摩擦磨损表面进行观察,表征其摩擦表面的微观形貌、摩擦磨损的磨屑以及由于摩擦产热而引起的氧化物,进而推断出磨损机制.结果表明:摩擦副的摩擦系数随载荷和速度的增加而下降;随着转速和载荷的增加,销表面氧化物逐渐由FeO转变为Fe_3O_4,其磨损机制由黏着磨损转变为严重的氧化磨损.     

钢—铜摩损过程中磨粒积聚的分形研究

在销-盘摩擦磨损试验机上考察45^#钢-铜合金摩擦副的磨损性能,按一定时间间隔收集磨损过程中积聚的金属磨粒,然后用光学显微镜对不同粒径范围内的磨粒进行计数和分形研究。研究结果表明：不同粒径的金属磨粒所对应的积聚数呈现明显的分形特征,小磨粒积聚和大磨粒积聚表现出不同的分形特征,并具有双重分形现象;磨损过程中的磨粒积聚分形特征对应于某一粒径尺度的分形转折点,该分形转折点的坐标位置与磨损状态相关,因此确定分形转折点有助于甄别磨损状态。     

销-盘摩擦磨损试验中聚醚醚酮试销的温度场测定

销－盘摩擦磨损试验中聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）试销的摩擦温度场测量结果表明,摩擦时其圆截面内的同一圆周上温度近似均匀,当ＰＶ值增大时,所测截面上的平均温度升高,当进行强迫降温时,温度始终维持在一定值上而不继续不高,表明摩擦磨损在恒定温度下进行。     

盾构滚刀刀圈材料的冲滑复合磨损性能研究

盾构滚刀的磨损极大影响了隧道工程的掘进效率,滚刀主要发生冲击-滑动(冲滑)复合磨损,而刀盘与地层之间的相对刚度对滚刀的磨损行为存在显著影响,因此本文中在自主研制冲滑复合摩擦磨损试验机上对滚刀刀圈材料H13钢进行不同结构刚度下的磨损试验,并采用光学显微镜、扫描电镜和白光干涉仪等微观分析设备对不同结构刚度下H13钢的冲滑复合磨损特性和机理进行了分析和揭示. 结果表明:随着结构刚度的增大,压载荷作用时间增长并逐渐起主导作用,摩擦副在滑动区接触时间增长,H13钢损伤最严重区域有沿着冲滑方向移动的趋势,相应地,磨损机制由磨粒磨损变为磨粒磨损与黏着磨损混合形式. 在本研究中再现了盾构滚刀冲滑复合磨损的界面微观工作状态,深入探究了滚刀刀圈材料的微观磨损机理,可辅助了解滚刀与不同软硬程度地层间的相互作用,并为滚刀刀圈材料的磨损性能评价提供了新的研究方法和手段.      

Analysis of viscoelastic contact with normal compliance,friction and wear diffusionAnalyse d'un problème viscoélastique avec compliance normale,frottement et diffusion d'usure

We consider a quasistatic problem of frictional contact between a viscoelastic body and a moving foundation. The contact is with wear and is modeled by normal compliance and a law of dry friction. The novelty in the model is that it allows for the diffusion of the wear debris over the potential contact surface. Such kind of phenomena arise in orthopaedic biomechanics and influence the properties of joint prosthesis. We derive a weak formulation of the problem and state that, under a smallness assumption on the problem data, there exists a unique weak solution for the model. To cite this article: M. Shillor et al., C. R. Mecanique 331 (2003).