干摩擦条件下天然橡胶／钢的磨损机理研究

采用FALEX试验机考察了20^#钢／天然橡胶在干摩擦条件下的磨损机理。用扫描电子显微镜分析了20^#钢和橡胶磨损表面形貌。用X射线光电子能谱仪分析了金属和橡胶磨损表面元素的含量及化学状态,用镜面全反射傅立叶红外光谱仪分析了橡胶磨损表面官能团的变化。结果表明,20^#钢／天然橡胶摩擦副发生了粘着磨损,其磨损机制为：金属及金属氧化物与天然橡胶分子自由基在摩擦表面发生反应;在亚表层以金属与大分子自由基的反应为主,主要产物为含有Fe-C的金属－聚合物;金属本身发生氧化,主要产物为Fe2O3,FeO和Fe3O4,而在亚表层的主要产物以FeO为主,表面膜可能通过化学键、静电作用力和分子间的范德华力与金属基体相结合。     

三种结构陶瓷摩擦副的干摩擦磨损研究

对３种结构陶瓷摩擦副－Ｓｉ３Ｎ４／Ｓｉ３Ｎ４，Ｓｉ３Ｎ４／Ａｌ２Ｏ３和Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＣ的干摩擦磨损行为进行了对比试验研究，并且通过扫描电子显微镜和Ｘ射线衍义对试样的磨损表面形貌和磨屑进行了观察与分析，利用射线光电子能谱仪研究了磨屑健能和分析了表面摩化学过程。     

D2高速车轮钢在滑动磨损下的白层形成与剥落

通过对不同转数滑动磨损后的D2高速车轮钢进行表面形貌和微观组织观察与分析,研究白层形成、发展与剥落过程以及他们之间的联系.结果表明:随着滑动磨损转数的增加,试块表面磨损方式由黏着磨损逐渐转变为磨粒磨损,同时在磨损表面形成纳米晶白层.该白层由铁素体纳米晶和极少量渗碳体小颗粒组成,其形成机制属于塑性变形机制.从横截面角度观察,白层的形成过程主要分为五个阶段:1)在磨损犁沟内出现月牙形塑性变形层,铁素体发生细化;2)磨损表面形成相对均匀的严重塑性变形层,渗碳体碎化成短棒状甚至是颗粒状;3)犁沟内形成厚度小于1μm的白层,其内组织为纳米级的铁素体和渗碳体小颗粒;4)犁沟内白层增厚成月牙形;5)相邻犁沟内的月牙形白层相互连接,厚度可达10μm.白层剥落过程如下:主要在脊缘处产生裂纹源,表面裂纹沿着与摩擦力成30°~45°方向向犁沟内扩展并交汇,在表层沿着白层与变形层交界处或白层内部扩展,最后使表层金属分层甚至出现金属薄片(含有白层)剥落.     

纳米碳管增强铜基复合材料的滑动磨损特性研究

以纳米碳管作为增强体制备了铜基复合材料,采用ＭＭ－２２０型环－块摩擦磨损试验机考察了该复合材料的滑动磨损行为,并观察分析了复合材料的组织结构、磨损表面形貌及磨屑组成．结果表明,其磨损过程存在跑合和稳态磨损２个阶段,在稳态磨损阶段主要发生氧化磨损,同时也存在磨粒磨损．工作环境影响复合材料的耐磨性．纳米碳管体积分数在１２％～１５％时,可以较好地发挥其润滑和阻止基体氧化的作用．     

滑动速度对IS304涂层自润滑磨损机理的影响

采用感应烧结技术制备出润滑相细小且分布均匀的自润滑涂层.其中润滑相Ag粒子尺寸为5μm左右,氟化物粒子尺寸为1μm左右,强化相Cr2O3粒子尺寸小于1μm.研究表明低速磨损时磨损面比较粗糙,磨损机理主要为磨粒磨损与疲劳磨损;而高速磨损时磨损面比较光滑,虽然磨粒磨损与疲劳磨损依然为涂层的磨损机理,但磨损面上存在明显的Ag润滑膜.Ag润滑膜的出现使得涂层的摩擦系数降低.Ag润滑膜的出现与接触面摩擦产生的摩擦热有关.滑动速度越高,接触面产生的摩擦热会使局部区域的瞬态温度升高,从而使得热膨胀系数较大的Ag粒子从基体Ni Cr中溢出到表面,并在压力和摩擦力的作用下发生塑性变形从而形成Ag润滑膜.采用溢出体积计算法计算得滑动速度为1 m/s时,瞬态温升为296℃,该温升明显高于采用Ansys有限元模型计算得到的温升.     

干摩擦条件下3Cr13 涂层的加速磨损机理研究

在MM200摩擦磨损试验机上对高速电弧喷涂3Cr13涂层在干摩擦条件下的加速磨损机理进行了研究.涂层在加速磨损过程中经历了跑合磨损、稳定磨损、剧烈磨损这三个不同的阶段.采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪和纳米压痕仪对涂层磨损各阶段的截面形貌、残余应力、硬度和纳米力学性能进行了表征.结果表明:在加速磨损寿命3个阶段中,涂层的磨损机制和影响残余应力的主导因素是动态变化的,过分的冷作硬化加剧了涂层的失效,涂层磨损寿命长短关键在于稳定磨损时间的长短.     

触变成型AZ91D镁合金的干滑动磨损机制图研究

磨损机制图是表征材料在特定接触模式、滑动速度、试验载荷下的磨损机制转换关系.本文作者以触变成形AZ91D镁合金为研究对象,试验在ASTM1045钢块上进行,在98~490 N的载荷及0.083~1.084 m/s的滑动速度范围内进行磨损率的测量,通过扫描电镜(SEM)、电子探针分析仪(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)对磨损表面(断面)和磨屑的形态及微观结构进行观察,探讨了触变成型AZ91D镁合金在干滑动条件下的磨损机理并绘制了合金的磨损机制图.结果表明:触变成形AZ91D镁合金在干滑动条件下的磨损行为可分轻微磨损和严重磨损,前者在稳定情况下进行,接触面温度存在热平衡效应,其磨损量与滑动距离成线性增加,而严重磨损的磨损量随滑动距离剧烈增加.轻微磨损又包括以氧化与磨粒的混合磨损和剥层磨损两种机制,其磨损的转变逐渐发生,磨损率无明显差异;严重磨损主要以严重塑性变形引起的磨损和熔融磨损进行,其转变会导致磨损率的剧烈增加.磨损试验中,接触面温度与表达式(F~(1/4)V~(1/2))存在函数关系,除熔融磨损外,轻微磨损到严重磨损的转变发生在摩擦面温度75℃±5℃左右.     

两种碳含量Q-P马氏体钢冲击磨损行为研究

高强韧、低成本淬火-分配(Q-P)马氏体钢有望成为新一代抗冲击磨料磨损材料.碳元素是影响Q-P马氏体钢强度和韧性的重要合金元素,但其对Q-P马氏体钢抗冲击磨料磨损性能的影响仍不清楚.本文中对比研究了碳质量分数为0.3%和0.4%两种Q-P马氏体钢的冲击磨料磨损行为.研究表明,冲击磨料磨损过程中,磨痕亚表层形变层内发生板条组织纳米化、残余奥氏体向马氏体转变等行为,这导致疲劳裂纹形变层/基体层界面萌生.当碳质量分数由0.3%增加至0.4%时,碳化物从Q-P马氏体钢基体中析出,这加剧疲劳裂纹的萌生及扩展,最终导致Q-P马氏体钢的抗冲击磨料磨损性能降低约7%.     

纳米TiAIN涂层硬质合金刀具高速铣削AerMet100钢的磨损机理

采用纳米TiAIN结构涂层硬质合金刀具对新型难加工材料AerMet100钢进行高速铣削试验,并对实验获得的数据从刀具磨破损形态及其磨损机理2方面进行系统地分析和研究。研究表明纳米TiAIN结构涂层硬质合金刀具在高速面铣削AerMet100钢时磨损破损形式主要为前刀面磨损、后刀面磨损、涂层材料的破损、微崩刃、边界沟槽磨损,贝壳状崩落;磨损机理主要是磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损。此外,研究发现,高速铣削AerMet100钢时,由于工件材料中的Co含量较高,刀具中的Co元素不但没有扩散流失,反而增加。     

梯度纳米结构金属力学性能、变形机理和多尺度计算研究进展

近年来,梯度纳米结构金属因其优越的力学性能和独特的塑性变形机理受到广泛关注,已成为材料与力学学科的热点和前沿.论文首先介绍梯度纳米结构金属的强度、塑性、加工硬化和抗疲劳等核心力学性能,以及晶粒长大、塑性应变梯度和几何必需位错等塑性变形机理及其力学研究.其次介绍梯度纳米结构金属的多尺度计算与模拟研究.最后讨论梯度纳米结构金属研究领域存在的挑战.     

AISI 4340钢干滑动摩擦磨损特性研究

室温条件下,采用CFT-Ⅰ型多功能材料表面综合性能测试仪对AISI 4340钢进行了往复干摩擦磨损试验,研究了其摩擦磨损特性.采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对磨痕和亚表层进行了观察和检测,分析了磨损表面微观形貌、亚表层塑性变形和碳氧元素含量演化.结果表明:磨损形式以磨粒磨损为主,并伴随轻微黏着磨损和剥落磨损;磨损表面分布着长度、宽度、深度不一的划痕以及鳞片状和颗粒状磨屑;磨损表面出现轻微氧化,磨屑呈现不同程度的碳富集和氧化;亚表层出现明显摩擦影响层,距表层越近,塑性变形越明显,晶界角逐渐汇聚于表面,在表面处趋于平行;往复运动导致塑性变形方向不一致,磨痕中部,塑性变形向某位置聚集.     

2024铝合金在干摩擦往复运动条件下的磨损图研究

研究了 2 0 2 4铝合金 / 4 5 #钢摩擦副在干摩擦往复运动条件下的摩擦学特性 ,系统考察了载荷 98～ 4 90 N和速度0 .0 83～ 1.16 7m/ s范围内摩擦副材料的磨损行为 ;通过对磨损表面、断面以及铝在摩擦偶件的转移膜及磨屑的显微分析 ,建立了 2 0 2 4铝合金的磨损机制转变图 .结果表明 :2 0 2 4铝合金在低速和轻载条件下的磨损机制主要是磨粒磨损和剥层磨损 ;而在高速重载条件下的磨损机制主要是严重熔融磨损 ,并伴随向偶件材料表面的大量转移     

Al2O3纤维增强铝基复合材料干滑动磨损机制的研究

采用销-盘式磨擦磨损试验机研究了Al2O3纤维增强铝基复合材料的干滑动摩擦磨损性能,理论分析了磨损率与Al2O3纤维体积分数的变化规律,探讨了在干滑动摩擦条件下复合材料的磨损机制.结果表明:在干滑动摩擦条件下,随着Al2O3纤维体积分数增加,磨损率急剧下降,当纤维体积分数为9%时达到最小值,尔后略有回升;当纤维体积分数小于5%时,可用Archard模型对复合材料的磨损率进行理论预测;磨损亚表层中基体金属沿滑动方向的塑性流动是铝基复合材料磨损的基本特征,Al2O3纤维可有效地阻止基体的塑性流动,提高复合材料的耐磨性;随着滑动距离增加,摩销前端的变形量增大,甚至出现形变坑,将从复合材料中剥离出坚硬Al2O3磨粒并镶嵌于其中,很容易在铝基复合材料表面产生犁沟,从而加速铝基复合材料的磨损.     

铁基高合金耐磨堆焊层在常温滑动干摩擦条件下的磨损失效机制研究

利用光学显微镜（ＯＭ）、扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、透射电子显微镜（ＴＥＭ）和Ｘ射线能谱（ＥＤＡＸ）等分析测试仪器考察了铁基高合金耐磨堆焊层在常温滑动干摩擦条件下的磨损失效机制。结果表明：在常温滑动干磨擦条件下,堆焊层的磨损失效机制表现为表层的塑性变形及局部积累,随后磨损裂纹在亚表层相界面和晶界等处形成并扩展和连通,最后发生表层材料分离的过程,其结果可为有针对性地设计具有高耐磨性和良好综合性能的堆焊合金提供参考。     

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.     

不锈钢腐蚀磨损过程中形变强化能力的研究

用ＡＩＳＩ３０４钢与Ｃｒ－Ｍｎ－Ｎ双相不锈钢进行了磨损和腐蚀磨损试验，测定了磨损和磨蚀的体积损失随载荷及接触应务的变化关系及磨痕的显微硬度，观察了磨痕形貌及Ｃｒ－Ｍｎ－Ｎ双相不锈钢形变引起的位错滑移及增殖。结果表明，双相Ｃｒ－Ｍｎ－Ｎ不锈钢具有较强的形变强化能力，良好的耐磨性和耐腐蚀性。在不降低合金耐蚀性的前提下，利用合金本身的形变强化能力提高其耐磨蚀性能，是一种开发磨蚀合金的有效途径。     

TC4合金干滑动磨损性能的研究

在MG-2000销盘式磨损试验机上考察了TC4/GCr15摩擦体系中,TC4合金的磨损行为.利用SEM、XRD对合金磨面、剖面形貌及结构进行观察与分析,利用HVS-1000显微硬度计测试磨面至心部的硬度,利用激光共聚焦显微镜测试和观察磨面的粗糙度及三维形貌.结果表明:TC4合金的磨面形成了摩擦层,其分为有氧化物摩擦层和无氧化物摩擦层,无氧化物摩擦层对磨面无保护作用,合金磨损率较高;有氧化物摩擦层对磨面具有保护作用.在600°C,摩擦层中含有大量摩擦氧化物,对磨面具有最佳的保护作用,合金磨损率最低,TC4合金具有优异的高温磨损性能.磨面粗糙度和摩擦层中的氧化物数量密切相关,在600°C,磨面被大量光滑氧化物所覆盖,磨面粗糙度最低,略高于磨损前的表面粗糙度.     

表面纳米化中碳钢在干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究

采用高能喷丸方法对45#钢进行表面纳米化处理,在环-盘摩擦磨损试验机上评价表面纳米化处理45#钢与T10钢摩擦副在干摩擦条件下的摩擦磨损试验,通过分析其磨损表面形貌探讨表面纳米化对中碳钢磨损行为的影响.结果表明:在载荷为10～60 N条件下,表面纳米化中碳钢的摩擦系数较处理前有所降低;在载荷为10～40 N时,其磨损质量损失较处理前有所降低;表面纳米化能够减弱中碳钢的疲劳磨损效应,提高中碳钢的摩擦磨损性能.     

直流稳恒磁场下高速钢/45~#钢环干滑动摩擦磨损特性研究

采用改进后的MPV-1500型摩擦磨损试验机,研究了常温下直流磁场对高速钢销/45#钢环摩擦副干滑动摩擦磨损特性的影响.结果表明:适当控制磁场强度可以降低磨损;磁场促进氧化,随着磁场强度增加,摩擦面生成的Fe2O3含量增加,磁场强度较大时,将有部分Fe3O4生成;载荷250 N,线滑动速度0.2 m/s下,随着磁场强度的增加,高速钢销试样的磨损量一直降低,45#钢环试样的磨损量、摩擦系数先降低后增加;磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损.