SiCp／A1—Si合金梯度材料的磨损特性

采用离心铸造技术制备了SiCp/A1-8.8%Si合金梯度材料,并用扫描电子显微镜、HV-5型小负荷维氏硬度计和ML-100型销-盘磨粒磨损试验机等设备研究了该梯度材料组织、硬度及耐磨性的梯度分布规律。结果表明：因SiC颗粒的密度比侣合金液的大,其在离心力场中偏聚于试样的外侧,含量由外向内逐渐降低直至消失,呈梯度变化;SiCp/A1-8.8%Si合金梯度材料的硬度由外向内逐渐降低,呈梯度变化,与SiC颗粒的分布规律一致;SiCp/A1-8.8%Si合金梯度材料的耐磨性能取决于SiC颗粒的数量及其分布,耐磨性能由外向内逐渐变差,呈梯度变化,与硬度的分布规律一致。     

喷射成形Zn52Al40Cu2Si6微观形貌及耐磨性能

采用喷射成形工艺制备高铝锌基合金,利用扫描电镜?金相显微镜?透射电镜及X-射线衍射等表征了合金的磨损形貌和内部组织,采用M2000摩擦试验机考察了高铝锌基合金的摩擦磨损性能.结果表明,沉积坯大部分为粗化均细的共析片层状组织,呈不均匀微观分布态,而不是通常认为的树枝晶结构.沉积过程中形成较多无规则?不均匀分布的孔洞,致密度只有60%左右;由于时效后期的四相反应α+ε→Τ′+η,合金的硬度热处理后下降.试验中,硅颗粒在合金基体中始终呈均匀分布.通过M2000摩擦试验机测试合金的摩擦磨损性能.Zn52Al40Cu2Si6合金在2000N载荷,200r/min试验条件下呈最佳耐磨性能.合金的摩擦系数随着载荷的增加而减小.     

Ti_3SiC_2的加入对Ag-MoS_2-graphite复合材料力学及摩擦磨损性能的影响

采用热压烧结技术制备了Ag-Mo S2-graphite和Ag-Mo S2-graphite-Ti3Si C2两种银基自润滑复合材料,考察了两种材料的致密度、硬度、弯曲强度及其在不同环境(大气和低真空)中的摩擦磨损性能.结果表明:低润湿性使得Ti3Si C2与基体界面处的孔隙增多,降低了致密度和弯曲强度,但对硬度影响不明显;摩擦过程中Ti3Si C2颗粒易于从基体材料表面剥落,阻碍了润滑膜的形成,造成Ag-Mo S2-graphite-Ti3Si C2复合材料的摩擦系数高于Ag-Mo S2-graphite复合材料;但Ti3Si C2的添加能够明显提高复合材料在大气中的耐磨性能,这主要与摩擦过程中的材料转移和摩擦化学反应有关.     

激光熔覆原位合成TiCp／Al复合材料表层的滑动摩擦磨损性能

在 MM- 2 0 0型环块磨损试验机上 ,以 HT2 0 0材料为摩擦偶件 (环 ) ,研究了含不同体积分数 Ti C颗粒的原位合成 Ti Cp/ Al复合材料表层的摩擦磨损性能 .结果表明 :当 Ti C体积分数小于 2 0 %时 ,随着体积分数增加熔覆层的磨损量逐渐减小 ;而当体积分数大于 2 5 %时 ,随着体积分数的增加熔覆层的磨损量反而逐渐增大 ;与 DL 7和 ZL 10 4材料相比 ,当颗粒体积分数为 2 0 %时 ,复合材料表层的磨损量只有 DL 7材料的 2 6 .7% ,ZL 10 4材料的 5 6 .5 % ;此外 Ti C颗粒体积分数对摩擦系数的影响不大     

快速凝固过共晶铝硅合金的微观组织特征及耐磨性研究

利用单辊旋淬快速凝固法制备Al-21Si和Al-30Si过共晶铝硅合金,采用扫描电镜、透射电镜及XRD技术对所制备合金的组织形貌和相结构进行表征.结果表明:快速凝固合金形成微纳米晶组织,晶粒明显细化.Al-21Si过共晶合金凝固组织由羽毛针状(α-Al+β-Si)共晶体和雪花状α-Al相组成;快速凝固有效抑制初生硅相的形核与生长,α-Al相领先共晶形核生长,形成微纳米级亚共晶组织.Al-30Si高硅过共晶合金初生硅相细小钝化,初晶Si相显微结构为孪晶形貌,呈典型的过共晶组织特征.快速凝固显著提高了合金的显微度和耐磨性,快速凝固Al-21Si合金的耐磨性是传统铸造合金的5倍.     

钛合金表面双层辉光离子无氢渗碳层摩擦磨损性能研究

利用双层辉光放电离子渗碳原理,以格栅状高纯度固体石墨作为源极,钛合金作为阴极,氩气作为工作气体,依靠辉光放电和空心阴极效应在钛合金(Ti6Al4V)材料表面制备了具有特殊物理、化学性能的渗碳层;采用X射线衍射和辉光放电光谱分析了渗碳层的相组成及C元素分布;并考察了渗层的摩擦磨损性能.结果表明:复合渗碳层中形成了高硬相TiC及游离态C减摩相;渗层内C元素的含量呈梯度分布;经复合渗碳处理后材料的表面硬度大幅度提高,由表及里硬度成梯度降低;经渗碳处理后材料的减摩和抗磨性能显著改善,摩擦系数降低50%以上,比磨损率降低3个以上数量级.     

磨料流加工过程中介质黏温特性对金属磨损性能的影响

采用20#钢、45#钢和T8钢3种不同材料进行磨料流加工试验,测定并分析各种材料的磨损量和表面粗糙度的变化情况;通过黏度计研究磨料流加工介质的黏温关系,并基于Rabinowicz单颗粒切削模型推导出以介质黏温关系为主的磨损关系式.结果表明:在磨料流加工开始的几个循环内,材料的表面粗糙度与磨损量变化较大,随着循环次数的增加,其变化幅度逐渐降低;材料硬度越高,磨损量越小;加工介质的黏度随温度升高而急剧下降.推导出的磨损关系式表明,磨损量与介质黏度呈正比,与工件硬度呈反比,材料磨损量变化趋势与试验结果一致.     

Mg-3Al-0.4Si镁合金的高温磨损行为研究

在20~200℃温度下,利用销盘式磨损试验机研究Mg-3Al-0.4Si合金的磨损行为,评价载荷和温度对磨损速率的影响.应用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌以确定高温下的磨损机制,通过光学显微镜观察磨损亚表层组织演变,然后采用显微硬度计测量硬度变化.研究结果表明:随着磨损温度提高,Mg-3Al-0.4Si合金的磨损率随载荷增加而上升的趋势更为明显.其磨损行为可分为轻微和严重磨损,增加磨损温度显著降低轻微-严重磨损转变载荷.轻微-严重磨损前后的亚表层组织和硬度变化表明,摩擦热诱发磨损亚表层发生动态再结晶(DRX)组织转变引起的热软化是造成轻微-严重磨损转变的主要原因.     

热处理对Al-Si-Cu合金力学性能、显微组织与磨损性能的影响

研究了不同热处理条件下Al-Si-Cu合金的力学性能、显微组织及磨损性能.结果表明:与铸态合金相比,T6态合金的晶粒最为细小,Si、Al2Cu和Al Fe Mn Si第二相尺寸变小、变圆整且分布均匀,其力学性能和耐磨性能最好.当载荷小于500 N时,T6态和铸淬态合金的耐磨性能相当,二者表现为磨粒磨损;载荷为500~1 000 N时,Si相受水平方向塑性流变应力作用均匀分布在磨面表面,改善了润滑效果使摩擦系数降低,虽然开始向黏着磨损机制转变,但合金仍保持了较好的耐磨性能;载荷大于1 000 N时,Si相和Al2Cu相周围出现了微裂纹和严重的撕裂状的塑性变形,摩擦系数增大,逐步向剥层磨损转变,合金耐磨性能显著下降.     

碳化硼颗粒增强二硅化钼复合材料的摩擦学性能

采用快速热压烧结法制备了 B4 C颗粒增强 Mo Si2 基复合材料 ,研究了填料含量对材料的微观结构、力学性能以及摩擦学性能的影响 .结果表明 ,随 B4 C含量的增加 ,复合材料的硬度增大 ,摩擦系数及磨损率降低 .其原因在于 B4 C抑制 Mo Si2 的氧化、减少颗粒间玻璃相的生成 ,从而提高了颗粒间的界面结合强度 .此外 ,摩擦过程中生成的摩擦化学产物也有助于提高材料的摩擦学性能     

增强颗粒对铝基复合材料摩擦学性能的影响

采用自制的摩擦磨损试验机考察了增强颗粒对铝基复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：在基体合金、陶瓷颗粒尺寸和体积分数相同的条件下,SiC增强铝基复合材料的摩擦磨损性能优于Al2O3增强铝基复合材料;增大颗粒尺寸或增加颗粒体积分数均使得SiC颗粒增强铝基复合材料的平均摩擦系数略有降低,耐磨性能提高;在与半金属摩擦材料配副时,颗粒增强铝基复合材料的摩擦系数与基体合金的相近,耐磨性能提高了3个数量级。     

纸基摩擦材料绿色制备工艺与摩擦磨损性能研究

以炭纤维作为增强纤维,开发出了一种原材料可回收、无石棉污染和工业垃圾的纸基摩擦材料绿色制备工艺,用所开发的新工艺制备了含50%回收原材料的纸基摩擦材料,用QM1000-Ⅱ型摩擦材料性能试验机考察了其摩擦磨损性能.结果表明:新工艺的原材料利用率为80%～95%;用新工艺制备的含50%回收原材料的纸基摩擦材料的动摩擦系数为0.129,且摩擦系数稳定;静摩擦系数、静/动摩擦系数比和磨损率分别为0.149,1.16和6.47×10-8 cm3/J;其摩擦磨损性能同不含回收原材料的同类纸基摩擦材料相比无显著差异,是一种比较理想的新型纸基摩擦材料.     

SiC/Al梯度功能材料紧凑拉伸试件裂纹扩展分析

SiC/Al梯度功能材料各梯度层由不同体积浓度的陶瓷和金属组成,由于材料组分梯度变化,克服了双材料界面的应力突变问题,获得了优异的使用性能.本文首先采用激光云纹干涉法,对具有四个梯度层的SiC/Al梯度功能材料紧凑拉伸试件在机械荷载作用下的拉伸实验位移场进行记录,进而获得紧凑拉伸试件裂纹口位移P-V曲线以及材料断裂韧度实验值;然后根据层合梯度功能材料理论分析模型,建立FGM紧凑拉伸试件的渐近分网有限元平面应变模型,采用通用有限元软件的单元删除模块对试件模型进行裂纹扩展单元的应变模拟分析,从计算所得的裂纹尖端应变图像分析得出梯度材料试件的裂纹扩展规律.     

2124 Al/SiC_p复合材料的动态变形行为及微结构效应

研究了在动态压缩时２１２４Ａｌ／ＳｉＣｐ复合材料的变形行为与微结构效应．分析结果表明，对于给定材料，复合材料的流动应力主要取决于微结构尺度效应．若增强相尺寸，基体晶粒尺寸以及增强相间距三者大小相当，则复合材料的流动应力取决于增强相的分散程度和位错密度；若增强相尺寸及其间距大小相当，但比基体晶粒大得多，那复合材料的流动应力主要取决于增强相的分散度．微观观测发现在同样加载条件下，变形局部化更容易在含较小碳化硅颗粒的复合材料内形成；变形区内的微损伤几乎都是基体与粒子界面脱粘和粒子角点邻近的微裂纹．对于所研究的这类复合材料，弹性模量及应变硬化几乎不受增强颗粒尺寸影响．     

两种激光熔覆涂层对轮轨材料磨损与损伤性能的影响

选用钴基合金粉末和铁基合金粉末，利用CO₂多模激光器对轮轨材料进行激光熔覆处理. 分析了钴基合金涂层和铁基合金涂层的微观组织、成分、硬度与应力状态. 未处理试样表面残余应力为拉应力，激光熔覆处理后，涂层表面残余应力为压应力. 利用MJP-30A滚动接触疲劳试验机对激光熔覆处理前后轮轨试样进行滚动摩擦磨损试验. 结果表明:激光熔覆处理后轮轨试样磨损率明显降低，其中激光熔覆钴基合金后，轮轨试样磨损率分别降低96.7%和98.9%，激光熔覆铁基合金后，轮轨试样磨损率分别降低81.7%和93.5%. 未处理轮轨试样表面损伤为疲劳损伤；钴基合金涂层表面损伤最轻微，磨痕表面光滑，出现轻微的小块剥落；铁基合金涂层表面出现细小裂纹和犁沟.      

轮轨材料硬度匹配性能试验研究

利用滚动磨损试验机研究了车轮钢与U71 Mn热轧钢轨的硬度匹配性能,分析了不同硬度车轮与U71 Mn钢轨匹配时的摩擦磨损与表面损伤行为.结果表明:车轮硬度对轮轨试样滚动摩擦系数基本无影响;随车轮硬度增加,车轮磨损量呈下降趋势,钢轨磨损量表现为线性增加,轮轨总磨损量呈先降低后增加的趋势,轨轮硬度相同时轮轨系统总磨损量达到最小.车轮硬度对车轮和钢轨试样表面损伤形貌有一定影响,车轮硬度低时车轮表面损伤以麻点式剥落损伤为主,随车轮硬度增加试样表面发生大块剥落损伤,对摩副钢轨试样主要表现为表面剥落损伤机制.     

无压浸渗SiC/Al复合材料的摩擦磨损性能研究

采用无压浸渗法制备不同碳化硅粒度和体积分数的SiC/Al复合材料,利用销-盘摩擦磨损试验机考察了碳化硅的粒度和体积分数等对SiC/Al复合材料干摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌并分析其磨损机理.结果表明,SiC/Al复合材料的磨损率随碳化硅体积分数增加而降低.与灰铸铁配副时,材料的摩擦系数与磨损率明显依赖于碳化硅粒度,二者均随碳化硅粒度增加而降低.复合材料的磨损机制以碳化硅颗粒的碎裂、脱落和表面犁沟为主要特征.     

SiC/(W,Ti)C梯度陶瓷喷嘴材料的制备及其冲蚀磨损机理研究

针对陶瓷喷嘴磨损特点,在喷嘴材料的设计和制造中提出运用梯度功能材料理论,通过控制陶瓷喷嘴材料的成分分布以实现其力学性能的合理梯度变化,将梯度陶瓷喷嘴材料制备过程中所产生的残余压应力引入喷嘴入口以提高喷嘴入口的力学性能,从而缓解喷嘴入口的高应力,提高其抗冲蚀磨损能力.采用热压烧结工艺制备SiC/(W,Ti)C梯度陶瓷喷嘴材料并分析其冲蚀磨损机理.结果表明,在相同冲蚀磨损条件下,梯度陶瓷喷嘴材料的抗冲蚀磨损性能较非梯度陶瓷喷嘴材料显著提高,这是由于梯度陶瓷喷嘴应力状态的改善及其力学性能提高的缘故.梯度陶瓷喷嘴材料的磨损机制为入口处呈现疲劳断裂、中间呈现微切削、出口处呈现疲劳断裂和脆性断裂特征.     

原位生成MoB增强Cu-Sn-Al合金复合材料的摩擦学性能研究

采用快速热压烧结方法成功制备了原位生成MoB增强的Cu-Sn-Al合金复合材料,研究了增强体添加含量对复合材料体系摩擦学性能的影响,并对其摩擦磨损机制进行了分析. 研究表明:在Cu-5Sn合金基体中添加MoAlB陶瓷颗粒后,烧结过程中,层状结构MoAlB陶瓷中的Al元素能够扩散到基体中,生成原位MoB增强Cu-Sn-Al合金复合材料. 此外,复合材料体系的硬度随着MoAlB添加量的增加逐渐提高,与Cu-5Sn合金相比,当添加MoAlB质量分数为30%时,复合材料硬度值提高了约5倍. 同时,随着添加MoAlB陶瓷颗粒含量的增加,复合材料体系摩擦系数和磨损率逐渐降低,当添加的MoAlB陶瓷颗粒质量分数为30%时,复合材料摩擦系数和磨损率分别低至0.33和5.4×10?5 mm3/(N·m). 由于原位生成MoB颗粒的钉扎效应,在摩擦过程中能够抑制基体材料的塑性变形,使得材料体系的硬度显著提高,磨损率明显降低,摩擦过程中表面生成的摩擦氧化物,能够降低材料体系的黏着磨损和二体磨粒磨损,可以起到优异的抗磨减摩效应.      

扭转塑性变形对6063铝合金拉伸力学性能的影响机理研究

扭转是一种常用的冷作硬化方法。本文通过实心圆轴扭转实验和预扭试件的单向拉伸实验,研究了扭转塑性变形程度对6063铝合金拉伸力学性能的影响。通过理论研究和硬度分析探究了造成这一影响的内在机理。结果表明,试件扭转后其内部形成的以屈服强度为特征参数的梯度结构,是造成预扭试件力学性能得到改善的根本原因。并且,扭转不同的角度,材料内部产生的梯度结构也是不同的。而不同的梯度结构对试件力学性能的影响则表现为后继拉伸屈服强度随预扭角度的增大而增大。为了预测预扭试件的后继拉伸力学行为,验证前述结论的正确性,建立了由内到外屈服强度逐渐变化的有限元模型。此模型代表了预扭转变形试件,对其施加位移载荷,模拟后继单向拉伸加载过程。模拟所得材料力学性能随扭转角的变化趋势与实验结果基本吻合,从而验证了扭转冷作硬化后,圆轴试件内部产生了以屈服强度为特征参数的梯度结构这一结论。同时,也提供了一种有效的预测材料扭转后拉伸力学性能的数值模拟方法。