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.     

冲击接触加载下人体天然牙的磨损行为研究

在自制的小载荷冲击磨损试验机上,对离体人牙进行了不同循环次数的冲击加载试验,结合微观分析,研究了人体天然牙的冲击磨损行为.结果表明:人牙表面的磨损体积随冲击次数增加呈非线性增大.在冲击磨损初期,人牙表面呈现轻微塑性变形;随着时间增长,磨损表面出现剥落,磨损加剧;随着时间继续增长,磨损表面形成磨屑层,磨损速率减缓.研究还发现,人牙磨损表面硬度随冲击次数增加而增大.     

新型小载荷冲击磨损试验机的研制及其实验研究

设计并研制出新型小载荷冲击磨损试验机,介绍了该试验机的工作原理、结构及其主要技术参数,并采用所研制的试验机对TC4钛合金进行了8个不同周次的3组冲击磨损试验.结果表明:TC4钛合金的冲击坑形貌规整,具有明显的表面特征和累计损伤特征;在相同试验条件下试验结果的重现性较好,数据最大误差小于6%;试验机所加载荷稳定,长时运行无过流过温现象,能够满足小载荷冲击磨损试验的要求.     

690合金管在室温干态下的冲击微动磨损特性研究

采用小载荷冲击试验机研究了690合金传热管与405不锈钢块在室温干态不同载荷条件下的微幅冲击磨损行为.其中管采用悬臂梁式固定,与冲击配副采取线接触方式,冲击频率为10 Hz,循环次数为106次,试验载荷选取5、10、20和40 N.结果表明:在室温干态条件下,随着载荷的增加,690合金管的磨损体积增大;加工硬化效应增强,磨损表面硬度增加越大.冲击磨损过程中材料表面发生摩擦氧化行为,690合金管的冲击磨损机制主要是磨粒磨损、剥落,且随着载荷增加,磨粒磨损及氧化行为加剧.     

20CrNiMo钢在冲击滑动耦合作用下的磨损特性研究

采用L16(45)四水平正交表设计试验,利用自行研制的冲击滑动磨损试验装置研究20CrNiMo钢在冲击滑动耦合作用下的磨损特性,运用极差分析及多元线性回归处理试验数据,得到20CrNiMo钢在冲击滑动耦合作用下的平均磨损质量损失与各试验因素(冲击频率、冲击力和滑动速度)的回归方程,并通过扫描电子显微镜观察分析磨痕表面形貌.结果表明:试验因素对20CrNiMo钢平均磨损量的影响程度由大到小依次为冲击力冲击频率滑动速度;平均磨损质量损失随冲击力和冲击频率的增加而增大;20CrNiMo钢在冲击滑动耦合作用下的磨痕表面呈现片状剥落迹象,随着冲击力及冲击频率的增加,片状剥落趋向严重;磨损表层组织在冲击滑动耦合作用下发生较严重的塑性变形而从磨痕边缘挤出、剥落,导致材料流失.20CrNiMo钢在冲击滑动耦合作用下的磨损机制为剥层磨损.     

TC4钛合金在模拟海水中腐蚀?磨损交互行为研究

采用自制摩擦腐蚀装置研究了TC4钛合金在模拟海水中电化学腐蚀与机械磨损间的交互作用，探究了不同电化学状态对TC4钛合金腐蚀磨损行为的影响. 在摩擦腐蚀过程中，TC4钛合金的腐蚀电位发生负偏移，腐蚀电流随着外加电位升高而增大，在零电流电势(OCP)附近TC4钛合金获得最低摩擦系数. TC4钛合金总体积损失随着外加电位的增加而增大，证实了腐蚀磨损交的交互作用随着外加电位的增加而增强；当电位从–0.5 V增大至0.8 V时，腐蚀磨损交互作用导致的材料损失占总材料损失的比例由12%增加至66%，其中腐蚀诱导磨损导致的损失量占比由7%增加至44%. OCP及其以下外加电位条件下，TC4钛合金的磨损机制为磨粒磨损；0 V电位下TC4钛合金磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损；0.8 V电位下TC4钛合金的磨损机制为磨粒磨损和摩擦诱导的腐蚀磨损.      

TC4和TC11合金磨损性能的对比研究

采用MG-2000型高温磨损试验机对TC4和TC11合金在25和600℃进行磨损试验.利用SEM、EDS、XRD对两种钛合金的磨损表面及剖面的形貌、成分及结构进行对比观察与分析,利用HVS-1000型显微硬度计测试磨损表面至基材的硬度梯度分布.结果表明:TC4和TC11合金在25和600℃时磨损表面均形成了摩擦层.但在25℃时,摩擦层比较薄且分布不均匀,合金的磨损性能并未得到改善,因此两种钛合金的磨损率均随着载荷的增加而增加,磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损;600℃时,摩擦层厚度增加,分布均匀且含有较多高硬度的摩擦氧化物,因此两种钛合金的磨损率较25℃时均有大幅度的减小,且TC11合金的磨损率低于TC4合金,磨损机制为氧化轻微磨损.可以认为,TC4和TC11合金在25℃时均具有较差的抗磨损性能,而在600℃时均具有非常优异的抗磨损性能.     

沙粒粒径和外电位对黄铜腐蚀磨损的影响

利用自制旋转圆盘式空蚀与冲蚀联合作用试验装置,在质量分数为3.5%的Na Cl溶液中试验研究了沙粒粒径和外电位对黄铜腐蚀磨损行为的影响.结果表明:在相同质量分数下,沙粒粒径对黄铜腐蚀性能的影响较小;但黄铜冲刷腐蚀的主要失重方式受沙粒粒径和外电位影响,沙粒粒径较小时,黄铜的流失形式为磨损腐蚀,沙粒粒径较大时,流失形式随外加电位正移由磨损腐蚀转变为磨损.在黄铜冲刷腐蚀中,腐蚀磨损交互作用是引起黄铜流失的主要原因,且以腐蚀对磨损的促进作用更为显著,同时随沙粒粒径的增加及外电位正移,腐蚀磨损交互作用更加突出;基于腐蚀磨损失重率、沙粒尺寸和外电位的冲腐蚀材料流失图表明:在低电位条件下,沙粒粒径对腐蚀磨损总失重率的影响较小,在高外电位条件下,腐蚀磨损总失重率随沙粒粒径的增加急剧增加.     

TC11钛合金在人造海水中的腐蚀磨损特性研究

采用球-面接触方式,在振幅为5 mm条件下研究了TC11钛合金在人造海水和纯净水中的往复滑动腐蚀磨损行为,采用扫描电子显微镜观察磨屑和磨痕表面形貌,用能谱仪测试微区元素分布,用非接触式表面形貌仪测定磨痕的三维表面形貌及其磨损体积损失,研究了载荷、滑动频率以及介质对TC11钛合金摩擦系数和磨损量的影响,并用动电位扫描法分析TC11在腐蚀磨损前后的电化学行为.结果表明:在2种介质中TC11钛合金的摩擦系数均随着载荷和滑动频率的增加而呈下降趋势,但随载荷变化的趋势更为缓慢;TC11钛合金在海水中形成的润滑膜可以明显降低摩擦系数,但其磨损量比水介质中高,说明腐蚀加速了磨损;磨损后的钝化膜更易被破坏,TC11钛合金在水中的磨损机制为磨粒磨损,而在海水中则为疲劳脱落并伴有磨粒磨损.     

复合材料层压板低速冲击响应与损伤参数关系研究

论文针对复合材料标准冲击试样,用落锤试验手段研究了三种不同铺层层压板的低速冲击特性.分析了冲击响应接触力和能量的基本特性及变化规律,发现冲击能量相对于层压板阻抗水平的不同会导致接触力-时间曲线形状的差异.从冲击总能量、吸收能量和损伤耗散能量的角度阐释了能量和接触力与层压板分层损伤、凹坑变形的关系.发现损伤直接取决于吸收能量,与冲击总能量有较好的正相关关系.最大接触力是表征层压板损伤阻抗性能的一个门槛值.在一定能量条件下进行冲击,峰值接触力若达到层压板的接触力门槛值,则峰值接触力不再随损伤程度而增加,不能继续作为损伤的表征参数.同时,进行了冲击过程动态有限元模拟,得到的冲击响应参数曲线和损伤结果与试验结果有较好的对应关系.     

基于红外热成像的编织复合材料低速冲击和冲击后压缩试验研究

针对二维三轴编织复合材料（two-dimensional triaxially braided composite, 2DTBC）在低速冲击和冲击后压缩（compression after impact, CAI）载荷下的损伤失效机理,开展了2DTBC试样的不同能量低速冲击试验以及相应的CAI试验,并采用红外热像仪监测在低速冲击和CAI试验过程中的温升现象。通过C扫描表征了不同能量低速冲击后试样的分层损伤情况,讨论了试样背面温度场分布特性及其随冲击能量的演化规律;对比分析了2DTBC冲击后剩余压缩强度与冲击能量的对应关系,基于数字图像相关（digital image correlation, DIC）技术监测了CAI试验中的全局应变场,结合热成像、变形场和光学图像数据,阐明了不同能量冲击后2DTBC的压缩失效特性,讨论了基于红外热成像技术表征编织复合材料损伤失效行为的有效性。试验结果显示:编织复合材料低速冲击和CAI试验中的温度场分布图与编织几何构型有明显关联度;低速冲击试验的温升幅值随冲击能量的增加而快速上升,CAI试验的温升现象随着冲击能量的增加而减弱;分层面积随冲击能量的增大而增大,冲击后剩余压缩强度随冲击能量的增大而降低。研究结果表明:红外热成像技术能够很好地捕捉试样破坏瞬间释放断裂能所产生的温升现象,温度场图像相较于全局应变场能更好地捕捉破坏的起始位置和失效特征。     

成分和组织对衬板钢在腐蚀料浆环境下的冲击磨损性能与机理的影响

利用改造后的MLD-10型冲击磨损试验机研究了3种冶金矿山湿磨衬板钢在铁矿石酸性矿浆中的冲击腐蚀磨损行为;采用扫描电子显微镜观察了试样磨损表面形貌,用光学显微镜分析了垂直于试样磨损表面的亚表层金相组织.结果表明:低碳高合金钢的耐冲击腐蚀磨损性能优于高锰钢及中碳合金钢;低碳高合金钢的冲击腐蚀磨损机制主要为挤出硬化棱剥落、轻微的腐蚀磨损及浅层疲劳剥落,高锰钢的主要冲击腐蚀磨损机制为较深层的累积变形疲劳剥落和严重的腐蚀磨损,而中碳合金钢的主要冲击腐蚀磨损机制为深层脆性剥落和严重的腐蚀磨损.     

等径角挤压后Ti5553钛合金的冲蚀磨损机理演变

本文中系统研究了经等径角挤压(ECAE)处理后的Ti5553钛合金在海砂环境中的冲蚀磨损机理演变历程和失效原因.发现Ti5553钛合金在高角度冲蚀工况下,其冲蚀磨损机理从初期的微切削转变为冲击挤压变形,并保持稳定;合金显微组织中弥散的α相以及ECAE工艺影响了冲蚀机理演变过程及冲蚀磨损程度;提高合金的强度、韧塑性对于抵抗冲蚀磨损起到了促进作用.     

人牙釉质在柠檬酸介质中的摩擦磨损行为研究

采用往复滑动摩擦磨损试验台,以TC4钛合金球为摩擦偶件,考察了人牙釉质在pH为3.2的柠檬酸介质中的摩擦磨损行为,并与人工唾液介质中的结果进行对比。结果表明：牙釉质在不同介质中的摩擦磨损行为存在显著差异。在柠檬酸介质中,鉴于柠檬酸对牙釉质表面的酸蚀软化和脱矿作用,牙釉质的摩擦系数低于人工唾液介质,但伴随显著波动,磨损机制以黏着剥落为主,磨损体积随循环次数增加几乎呈线性增长,磨损量明显大于人工唾液介质。     

贝氏体钢在多次冲击接触载荷下的反常磨损行为研究

采用JD-125型冲击试验机对贝氏体钢表面进行40 h的往复冲击磨损试验,观察表层组织演变和磨损率的变化过程.结果表明:在6.0 J冲击下磨损率始终稳定不变,呈现出通常的冲击磨损规律;而在8.2 J冲击下,冲击10 h后磨损率急剧下降,甚至低于6.0 J冲击下的磨损率,材料显示出反常的磨损规律;8.2 J冲击下材料磨损表面出现大量非晶相,且出现少量纳米晶嵌于非晶基底中,使得普通的冲击磨损过程被强烈抑制,因此磨损率下降,其磨损表面形貌也较低能冲击下的表面更为平整和均匀.同时还证明只有冲击能量超过某个阈值,材料表面才能够形成非晶层.     

矿井提升机用提升钢丝绳的微动磨损行为研究

以 6× 19点接触式提升钢丝绳为研究对象 ,将钢丝绳中钢丝的微动损伤过程进行实验室模型化 ,设计制造了钢丝微动磨损试验机 ,并对钢丝试样的微动磨损行为进行了实验研究 ,考察了载荷、循环次数和振幅等对钢丝试样磨损深度的影响 .结果表明 ,钢丝试样的微动磨损深度随载荷、循环次数和振幅的增大而增大 ,在不同磨损工况下钢丝试样磨损率不同 .对钢丝试样的磨损表面形貌进行观察分析发现 ,在微动磨损过程中磨损机制随着微动试验条件而变化 ,而磨损机制在一定程度上反映了钢丝试样的磨损状况     

等温淬火热处理工艺对Fe-0.5C-2.0Si-2.5Mn钢冲击磨损性能的影响

采用MLD10动载磨粒磨损试验机对成分为Fe-0.5C-2.0Si-2.5Mn的贝氏体/马氏体复相钢进行冲击磨损试验,通过观察磨损率,表层组织演变以及表面磨损形貌的变化过程,重点研究了等温淬火热处理工艺对Fe-0.5C-2.0Si-2.5Mn钢冲击磨损性能的影响,结果表明:经不同热处理后的贝氏体/马氏体复相钢的耐磨性较铸态有明显提高(1.4~2.3倍),随着下贝氏体含量的增加,耐磨性先降低再趋于平稳.当冲击功由1 J增至4 J时,材料磨损性能下降,表面磨损形貌表征塑形破坏加剧;当冲击功为5 J时,组织中出现大量形变马氏体,加工硬化明显,表面磨损形貌较低能冲击下的表面更为平整均匀,磨损性能增强,但出现强烈的脆性断裂倾向.     

TC21钛合金显微组织对超长寿命疲劳行为的影响

本文主要研究钛合金的网篮尺寸对于超声疲劳行为的影响。研究发现,对于TC21钛合金,高应力下疲劳裂纹萌生于试样表面;低应力下疲劳裂纹萌生于试样亚表面。最大应力-循环次数(S-N)曲线显示,在两段连续下降的曲线之间有一个表面萌生向内部萌生的转变平台。对于网篮尺寸为60μm的钛合金,转变平台对应的应力幅为540MPa,疲劳极限为430MPa。网篮尺寸为40μm的转变平台应力幅为600MPa,疲劳极限为530MPa。分析得知网篮尺寸为60μm的TC21钛合金疲劳性能低于网篮尺寸为40μm的TC21钛合金。     

Inconel 718激光熔覆合金层切向微动磨损特性研究

采用激光熔覆沉积技术制备Inconel 718合金试样，通过自主研制的多功能复合微动摩擦磨损试验机，在平面/球的点接触模式下进行切向微动磨损试验，探究合金试样在不同法向载荷和不同位移幅值下的磨损特性.试验结束后，对获得的摩擦力-位移曲线、摩擦系数曲线和耗散能等结果进行详细的动力学特性分析，再采用扫描电子显微镜和三维形貌仪对磨损表面及磨痕截面进行微观分析，得到其磨损形貌及主要的磨损机制.结果表明：当位移幅值不变时，随着法向载荷的增加，微动运行状态由完全滑移区转变成混合区，材料的磨损损伤逐渐加剧，微动磨损导致的能量耗散增加；随着位移幅值增加，材料的磨损损伤同样加剧；微动磨损区域出现裂纹的萌生和扩展现象，其主要的磨损机制为疲劳磨损、氧化磨损和磨粒磨损.     

材料和内边界约束对薄壁圆管轴向压缩吸能特性的影响研究

为了在空间和质量约束条件下得到综合效率最优的能量吸收结构,通过数值方法分析了45#钢、6061-T6铝合金和TC4钛合金三种材料薄壁圆管在轴向压缩下的能量吸收行为,得到了材料、结构参数、内边界约束对薄壁圆管变形模式和能量吸收特性的影响。结果表明:相同厚径比时,延展性好的薄壁圆管发生渐进式压溃,而延展性差的薄壁圆管则发生轴向劈裂和渐进碎裂变形模式;结构的比能量吸收率随厚径比的增大而提高,其中钛合金管的比吸能率最高,但峰值载荷较大;当内径、高度和质量相同时,钛合金管的吸能量分别是铝合金管和钢管的1.1倍和3.1倍。此外,对于渐进压溃模式的薄壁圆管,可通过引入内边界约束改善其能量吸收特性,其比能量吸收率最大可提高13%左右。