高温磨损中合金组成体的作用及其相互依赖

作者用其自制的高温磨损试验机考察了不同含碳量的Fe-Cr及Fe-Cr-Mn合金的高温耐磨性。通过数据分析及磨损面和亚表层之结构和组织的观察,论述了共晶碳化物及金属基体在高温磨损条件下对材料耐磨性的贡献和相互依赖性。作者指出,高硬度共晶碳化物在高温磨损过程中能够发挥一定的抵抗磨料的作用而使合金的耐磨性提高;基体组织在高温时的塑性变形是影响合金高温耐磨性的一个重要因素,它直接影响共晶碳化物发挥抵抗磨料作用的程度;Fe-Cr-Mn合金中由于Mn的加入改善了基体组织的性能,使其硬度和高温耐磨性均比Fe-Cr合金的高。     

两种热作模具钢高温耐磨性对比研究

在UMT-3高温摩擦磨损试验机上对两种热作模具钢的高温摩擦磨损特征进行了研究,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等检测手段对磨损表面和截面的形貌特征及物相进行分析.试验结果表明:SDCMSS钢有较H13钢高的高温耐磨性.在试验温度范围,SDCM-SS钢摩擦系数和磨损率要小于H13钢.SDCM-SS钢在400~700℃发生轻微氧化磨损机制;H13钢在400~500℃发生轻微氧化磨损机制,600和700℃发生严重氧化磨损机制.SDCM-SS钢高氧化性和高热稳定性能使新型模具钢具有较H13钢更宽的轻微氧化磨损温度区间,从而具有好的高温耐磨性能.700℃时,SDCM-SS钢的碳化物在摩擦过程中会聚集在摩擦氧化物层与基体交界面形成碳化物层.此碳化物层有益于提高热作模具钢的高温耐磨性.     

高钒高速钢冲击磨损性能与机理的研究

以高铬铸铁Cr26为对比材料,利用可模拟破碎机耐磨件实际服役工况(主轴转速2 840 r/min)的WM-1型冲击磨损试验机,以初始直径约25 mm的鹅卵石颗粒为磨料研究了高钒高速钢V9的冲击磨损性能及其磨损机理.结果表明:高钒高速钢V9的耐磨性为高铬铸铁Cr26的3倍以上;在颗粒的高速冲击下,高铬铸铁的磨损机理主要为划伤和碳化物碎裂导致剥落;高钒高速钢的磨损机理主要为在鹅卵石颗粒冲击下,基体受到显微切削而导致碳化物脱落,使基体受到颗粒的蚕食作用而不断反复进行的磨损过程.     

热冲压模具钢SDCM高温摩擦磨损性能

为了研究新型热冲压模具材料SDCM钢的高温摩擦磨损性能,对比国外优质热作模具材料CR7V钢,利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射分析(XRD),UMT-3型高温摩擦磨损试验机以及Bruker白光轮廓仪等手段研究了新型热冲压模具钢SDCM热处理后组织状态、抗氧化性能以及不同温度高温摩擦磨损后磨痕形貌、截面形貌、表面物相.结果表明:不同温度下SDCM钢磨损机制差异明显,100℃时,材料主要为黏着磨损,经过300℃、500℃轻微氧化磨损与黏着磨损共存的阶段后,700℃时,磨损机制转变为氧化磨损;在100~400℃范围内,CR7V由于含有更多的M23C6型和M7C3型碳化物(分别占总碳化物的3.4%和12.7%),因而具有较高的耐磨性;500~700℃范围内,SDCM因具有更高的抗回火软化能力;同时Cr元素含量较少,抗氧化能力较弱,能够及时形成摩擦氧化层,作为"润滑剂",提高材料的耐磨性.     

淬火冷却方式对高硼中碳合金组织和高温磨损性能的影响

为研究淬火冷却方式与高硼中碳合金组织转变的关系,对1000℃空冷、油冷和水冷及500℃回火后的高硼中碳合金进行X射线衍射分析、硬度测试和高温摩擦磨损试验,用电子显微镜与能谱观察和分析其高温磨损的形貌.结果表明:空冷试样的基体为回火索氏体+少量珠光体,Fe2B消失且有较多M3(B,C)析出,而油冷和水冷试样的基体全部为回火索氏体,硬质相主要有MB 、M2B型硼化物,随淬火冷却速度的增大,硬质相的体积分数有所下降,基体的微观硬度增大,耐磨性也有所提高;空冷试样在高温摩擦时以直接的氧化磨损为主,油冷试样的氧化剥落减轻,水冷试样的磨损则主要因犁沟变形与氧化-去除共同作用而造成.     

Ti6Al4V合金表面激光熔覆复合涂层的高温摩擦学性能研究

为了改善Ti6Al4V合金的摩擦学性能,采用预置NiCrBSiFe复合粉末激光熔覆制备高温耐磨复合涂层,分析了涂层的显微组织,测试了其显微硬度、室温(25℃)及高温(600℃)磨损性能,并分析了其机理.结果表明:复合涂层与钛合金基体为冶金结合,以γ-(Ni,Cr,Fe)固溶体为基体,原位生成的TiC、TiB_2和CrB增强相均匀分布于涂层中,涂层的平均硬度为HV0.5950,约为钛合金基体(HV0.5360)的3倍.室温下,由于涂层具有很高硬度,改善了钛合金表面严重的黏着磨损,涂层表现出优异的耐磨性;高温下,钛合金表面生成氧化膜表现出固体润滑效果,摩擦系数和磨损量均下降,而涂层中基体相硬度下降,磨损表面出现犁沟和破碎磨粒,摩擦系数和磨损率相比室温略有上升,但相比钛合金仍表现出较好的高温耐磨性.     

精铸热锻模具钢的合金成分设计及其高温磨损性能研究

探讨了精铸热锻模具钢合金化设计的依据和合金成分设计较佳的参数范围,开发出高耐磨精铸热锻模具钢,采用MG-2000型销-盘式高温摩擦磨损试验机在干摩擦、400℃条件下,研究了精铸热锻模具钢的高温磨损性能.结果表明:合金成分设计参数应控制为V/C在3.00～3.60之间,C余在0.10～0.25之间,Cr/Cr Mo在0.68～0.85之间,Cr/C余＞16.60,Mo/C余＞16.00;所研制的精铸热锻模具钢的淬火组织为马贝复相组织,回火后碳化物以弥散析出的V4C3为主,含有少量Cr和Mo的碳化物,Cr、Mo主要固溶于α-Fe中,以保证精铸热锻模具钢的热强性和热稳定性;精铸模具钢具有较好的高温耐磨性,磨损率明显低于H13钢.其磨损机制为氧化磨损,即在精铸热锻模具钢的高温磨损表面形成Fe3O4和Fe2O3.     

高碳高钢系高速钢的耐磨性研究

制备了不同成分的新型高碳高钢系高速钢,并与高铬铸铁对比考察了其耐磨性和磨损机理。结果表明：高碳高钡系高速钢的耐磨性明显优于高铬铸铁;其组织中的碳化物形态对耐磨性具有显著影响,其中具有细小及弥散分布的颗粒状ＭＣ型碳化物组织的试样的耐磨性最佳;其磨损机理为犁削和应力作用下碳化物的脆性碎裂及脱落。     

高温三体磨料磨损试验机的研制

研制了一台高温三体磨料磨损试验机，可用以模拟研究高温氧化腐蚀和磨料磨损交互作用。该试验机在７００￣９００℃温度范围内具有良好的数据重现性。     

淬火处理对原位TiCp／Fe复合材料组织及耐磨性的影响

研究了淬火处理对原位ＴｉＣｐ／Ｆｅ复合材料组织和耐磨性的影响。结果表明,复合材料经淬火处理后,其基体组织转变为马氏体,且进一步析出了一定量的细小ＴｉＣ颗粒,这种组织变化使复合材料的冲击韧性下降,但其硬度和耐磨性均显著提高,且其耐磨性是高铬白口铸铁的１．３倍,用扫描电镜和能谱观察分析发现,在淬火复合材料的磨损表面上,ＴｉＣ颗粒未剥落,因而能继续起抑制磨料磨损的作用。     

Si掺杂对NbTaWMo难熔高熵合金的高温摩擦学性能的影响

采用放电等离子烧结技术在NbTaWMo难熔高熵合金中掺杂Si元素成功制备了NbTaWMoSi_0.25难熔高熵合金,研究了物相组成、显微结构和力学性能的变化,并重点对比了25 ~800 ℃的摩擦学性能. 结果表明:NbTaWMo高熵合金由单一的BCC相组成,而NbTaWMoSi_0.25合金由BCC相和硅化物两相组成. 在NbTaWMo难熔高熵合金中掺杂Si元素后,高熵合金室温下的屈服强度、抗压强度和断裂应变均有显著的提高. NbTaWMo难熔高熵合金掺杂Si元素后从25 ℃到800 ℃摩擦系数变化较小,但其耐磨性显著改善,其耐磨性的提高主要由于硅化物增强了合金的强度. NbTaWMoSi_0.25难熔高熵合金从室温到中温阶段的磨损机制主要为磨粒磨损,而高温阶段的磨损机制主要表现为磨粒磨损和氧化磨损的综合作用. NbTaWMoSi_0.25高熵合金在宽温域内具有良好的耐磨性,在高温摩擦学领域具有较大的应用潜力.      

离心铸造二元钛合金的摩擦磨损性能研究

采用钨电极熔化、离心浇注工艺制备Ti-Mo、Ti-Nb和Ti-Cr二元钛合金,利用CJS111A型球-盘式摩擦磨损试验机评价其干摩擦磨损性能,研究合金元素对钛合金耐磨性的影响,采用扫描电子显微镜观察合金磨损表面形貌,利用机械性能显微探针测量磨痕轮廓,分析了几种合金的磨损机理.结果表明:当合金中Mo、Nb及Cr元素的质量分数为5%时,几种二元合金的稳态摩擦系数相差不大;当Mo、Nb及Cr元素的质量分数为10%时,Ti-10Mo合金与Ti-10Nb合金的稳态摩擦系数相差不大,Ti-10Cr合金的稳态摩擦系数较大;几种合金中,硬度较低的Ti-5Nb合金试样的磨痕深度最小,硬度最高的Ti-5Cr合金试样的磨痕深度最大;Ti-Mo合金和Ti-Nb合金的磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损共同作用,而Ti-Cr合金则以磨粒磨损为主.     

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.     

过热处理对Al—Si过共晶合金耐磨性能的影响

考察了过热处理对Ａｌ－Ｓｉ过共晶合金磨损性能的影响。结果表明,过热处理可以改善材料的耐磨性,尤其是高载荷下的耐磨性;并且过热处理温度越高,材料的耐磨性越好。其原因在行组织中的初生硅粒子受粒触应力的作用时,易破碎而形成裂纹和孔洞,从而降低材料的磨损性能。组织中的初生硅越细小且分布越弥散,基体的强度越高,材料的耐磨性越好。     

Cr8型模具钢耐磨性能研究

在环/块对摩型磨损试验机上对比测试了不同载荷下4种Cr8型模具钢的干滑动磨损性能,测量磨痕宽度,观察磨损形貌,分析磨损机制.结果表明:不同载荷下均有磨粒磨损,随载荷增大氧化加剧并伴有粘附磨损,高载荷下氧化磨损的作用变大;磨损损失体积随载荷增加而增大,磨损损失体积总量与M7C3共晶碳化物量呈正线性关系:摩擦系数随载荷增加先升高后下降.     

Al0.2Co1.5CrFe1.2Ni1.5TiC0.4高熵合金的微观组织、力学与高温摩擦学性能

通过引入碳元素,设计了一种以原位形成的碳化物为增强相的高熵合金Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4),并采用放电等离子烧结(SPS)技术成功制备了这种高熵合金.采用XRD、SEM、EDS、万能材料试验机和高温摩擦磨损试验机等研究了微观组织、力学性能和室温至800℃下的摩擦学性能.结果表明:Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4)高熵合金由面心立方(FCC)结构的高熵固溶体基体相和弥散分布的TiC陶瓷相组成.FCC相使高熵合金具有良好的塑性和韧性,而TiC增强相赋予了高熵合金高的硬度和强度.随着温度的升高,高熵合金的摩擦系数和磨损率均具有逐渐减小的趋势.在800℃时,鉴于摩擦氧化作用,在磨损表面形成了致密的氧化物釉质层,起到了良好的减摩抗磨作用,使高熵合金表现出了优异的高温摩擦学性能.     

Ti6Al4V合金激光熔覆Ti3SiC2增强Ni60复合涂层组织与摩擦学性能

为了提高Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,在其表面利用激光熔覆技术制备出两种不同配比的Ti₃SiC₂/Ni60复合涂层,分别是5%Ti₃SiC₂+Ni60(N1)和10%Ti₃SiC₂+Ni60(N2)(均为质量分数),研究了这两种涂层在室温、300和600 ℃下的微观组织、显微硬度、摩擦学性能表现及相关磨损机理. 结果表明:涂层主要由硬质相TiC/TiB/Ti_xNi_y,γ-Ni固溶体连续相和润滑相Ti₃SiC₂组成. N1、N2涂层的显微硬度均为基体(350HV_0.5)的3倍左右,分别为1 101.90HV_0.5 和1 037.23HV_0.5 ,在室温、300和600 ℃下的摩擦系数分别为0.39、0.35、0.30和0.41、0.45、0.44,均小于基体的摩擦系数(0.51、0.49、0.47). N1、N2涂层在室温、300和600 ℃下的磨损率分别为3.07×10?5、1.47×10?5、0.77×10?5 mm3/(N·m)和1.45×10?5、0.96×10?5、0.62×10?5 mm3/(N·m),均远小于基体[35.96×10?5、25.99×10?5、15.18×10?5mm3/(N·m)]. 在本文中Ti₃SiC₂提高了Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,使得N1涂层表现出更好的减摩性能,N2涂层表现出更好的耐磨性能. 室温下,磨粒磨损、塑性变形以及轻微的黏着磨损为两种涂层的主要磨损机理;300 ℃时,塑性变形、氧化磨损和黏着磨损是N1涂层的对应机理,600 ℃时出现了三体磨粒磨损;在300和600 ℃时,黏着磨损、氧化磨损及磨粒磨损为N2涂层的主要磨损机理.      

氮碳共渗高碳当量灰铸铁摩擦学特性研究

对高碳当量灰铸铁进行了低温氮碳共渗处理,考察了干滑动摩擦条件下不同载荷和摩擦时间对未处理高碳当量灰铸铁和氮碳共渗高碳当量灰铸铁的滑动摩擦学特性影响.研究结果表明:未处理高碳当量灰铸铁在不同载荷下的磨损类型均为黏着磨损,低载荷下伴有轻微的磨粒磨损,高载荷下则伴有严重的磨粒磨损;氮碳共渗高碳当量灰铸铁在低载荷下的磨损为轻微的黏着磨损,高载荷下除了黏着磨损外还伴有轻微的磨粒磨损.