高速重载轴承和自润滑涂层技术国际研讨会综述

本文对2019高速重载轴承和自润滑涂层技术国际研讨会进行综述.来自中国和乌克兰的30余名专家学者出席了本次会议.会议围绕高速重载轴承和自润滑涂层技术进行研讨,乌克兰科学院代表团的两位院士分别就超高温陶瓷和微波材料等新型材料的研发技术作了主题报告,宁波大学代表团的两位教授也分别做了"滚动接触疲劳下轴承材料微观失效机理研究"和"轧机重载轴承微尺度控制延寿技术研究"等报告.本次会议展示了中乌专家在表面涂层技术和轴承延寿等方面的最新研究成果.     

轴承钢滚动接触疲劳亚表面夹杂处损伤分析

轴承钢在滚动接触疲劳(RCF)中失效的主要原因之一是亚表面白蚀区(WEA)的形成.本文中从塑性应变累积引起剪切局域化新的角度对WEA进行了研究.通过耦合晶体塑性和相场损伤理论建立了损伤演化本构模型,研究了非金属夹杂处塑性应变累积和损伤演化.研究表明,接触疲劳载荷引起的塑性应变局域化导致了剪切带的形成.剪切带的形貌、取向和应变与WEA的一致,表明WEA实际上是应变局域化的剪切带.晶体取向对WEA损伤的形成和发展有很大的影响,WEA仅在择优的晶体取向下形成.与软夹杂周围的剪切带和损伤演化不同,硬夹杂处的剪切带与夹杂相切,形成的4条剪切变形带将夹杂“包围”.剪切带内部处于高应变和低应力的状态,带中心处应变达到最大,随带宽两侧急剧减小,而中心处应力却最小,几乎为零,沿带宽两侧增大,这说明裂纹在剪切带内萌生和扩展.该结论阐明了裂纹和WEA形成的关系,即裂纹是在WEA形成过程中因应变不协调产生,而非裂纹先产生,裂纹上下表面相互摩擦导致WEA形成.     

轮胎磨损颗粒物形貌及产生机理的实验研究

采用自行设计的磨损试验机采集轮胎-路面摩擦副产生的轮胎磨损颗粒物,通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)分析和讨论了不同负载、速度和胎压工况影响下磨损颗粒物的表面形貌、粒度及磨损胎面形貌,建立了磨损颗粒物与胎面磨损形态的关系.结果表明:轮胎磨损颗粒物的粒度和数量类似正态分布,粒度主要集中在100~300μm.轮胎磨损颗粒物的主要产生机理是胎面疲劳剥落,形式主要为片状剥落和卷曲磨损共存,卷曲磨损会导致更多的磨损颗粒物脱离.载荷可使两种磨损形式的主导地位发生转变.接触界面应力提高会使团絮状胎面磨损颗粒物增多,速度增大会明显减小磨损颗粒物粒度.对小于10μm颗粒物来说,工况对其数量影响的主次顺序依次为速度、胎压和载荷.本研究可以为减少因轮胎磨损而导致的磨屑次生危害提供可供借鉴的理论指导.     

马氏体钢干滑动磨损纳米梯度结构的形成机理研究

采用SFT-2M销盘式摩擦磨损仪对马氏体钢进行干滑动磨损试验. 通过扫描电镜、透射电镜和显微硬度计对滑动磨损后的显微组织进行了表征. 结果表明:显微组织的变化随着接触载荷的不同，受到不同磨损机制的主导. 在相对较低接触载荷下，马氏体板条在磨粒磨损机制下发生弯曲；在高接触载荷下，马氏体板条在黏着磨损机制下形成梯度结构. 滑动磨损引发大量塑性变形，在材料内部产生高位错密度的几何必要边界(GNBs)和伴生位错边界(IDBs)，导致层片结构的形成. 随着这两种边界数量的增大，层片间距减小，晶粒被分割为更小的晶粒，最终形成纳米层片结构.      

马氏体钢表面磁控溅射类金刚石薄膜滚动接触疲劳失效机理

采用磁控溅射技术在马氏体钢基体表面制备类金刚石(DLC)薄膜,应用扫描电镜、Raman光谱仪和划痕测试仪等对薄膜进行表征. 基于对失效表面及截面微观特征的详细分析,研究了DLC薄膜在接触疲劳载荷下的失效特征和机理. 结果表明:DLC薄膜试样的滚动接触疲劳(RCF)寿命比基体的寿命显著提高,且薄膜磨损后试样的剩余寿命仍比原基体寿命长. 薄膜厚度3 μm,处于接触最大应力分布的15 μm范围内. DLC薄膜是从基体表面粗糙峰处产生微裂纹进而导致薄膜剥落,基体材料裸露,最终试样失效.      

试样形状对轴承钢绝热剪切带微观组织的影响

绝热剪切带(ASB)的微观组织受试样几何形状的影响。对圆柱、帽形和剪切压缩型三种不同形状的试样进行分离式霍普金森压杆高速冲击试验，研究试样形状对轴承钢绝热剪切带的形成和微观组织的影响。结果表明，在应变率为1 800～3 100 s^-1的范围内，材料对应变率的敏感性很低。圆柱试样呈现明显的应变硬化，而帽形试样和剪切压缩型试样(SCS)在不同应变率下分别出现应变硬化和无应变硬化的特征，但流变应力并未因应变硬化而提高。试样形状对ASB的微观形貌和组织有很大影响。圆柱试样上产生了窄且细长的ASB，只发生了应变诱发的晶粒细化，属于形变ASB；帽形试样和SCS则形成大片状的ASB，由等轴晶组成，且发生了体心立方体(BCC)马氏体转变为面心立方体(FCC)奥氏体的相变，属于相变ASB。尤其是SCS中ASB的等轴晶，有非常清晰的晶界，是典型的动态再结晶晶粒。温升计算结果显示，圆柱试样ASB的温升远低于奥氏体相变温度，而帽形试样和SCS的温升高于马氏体的熔点，导致局部熔融。     

轴承游隙与残余应力对轴承疲劳寿命的影响

滚动轴承的径向游隙与残余应力对轴承寿命有着很大的影响,为深入理解游隙与残余应力的影响规律,研究6308深沟球轴承在不同游隙和残余应力下的疲劳寿命.通过使用三维建模软件SolidWorks建立深沟球轴承的三维模型,采用ABAQUS有限元分析软件仿真得到深沟球轴承的接触应力分布.基于接触区的最大应力,对深沟球轴承的接触疲劳寿命进行预测.结果表明:当残余应力一定时,轴承游隙从4μm增加到16μm,轴承内外圈滚道与滚动体的接触面积降低,使轴承寿命平均缩短了24.80%;当轴承游隙一定时,残余压应力从0增加到500 MPa,可部分抵消径向载荷所产生的不利影响,平均应力减小,轴承寿命平均增加了35.30%.该模拟结果为轴承寿命的研究提供了一定的理论支撑和依据.