摩擦耦合变形条件下奥氏体不锈钢的摩擦学性能研究

利用自制的摩擦耦合变形试验装置,对SUS304亚稳奥氏体不锈钢带在摩擦耦合变形条件下与淬火回火DC53冷作模具钢的往复摩擦性能进行了研究,分析了带试样的塑性变形规律及相变特征,并对其磨损形貌进行了SEM观察.结果表明,摩擦系数随载荷的增加呈现先增后减的特点;摩擦系数随滑动速率的增加而减小,且所有试验条件下的摩擦系数均随试验进程表现出先减小后趋于稳定的规律.不锈钢试样在试验过程中的变形量与时间之间存在对数函数关系,且其摩擦中心区域的塑性变形大于端部变形量,其磨损机理以黏着磨损和磨粒磨损为主.该研究对亚稳奥氏体不锈钢在实际加工成形过程中的工艺优化具有一定的指导意义.     

新型奥氏体不锈钢的耐磨性研究

为了解决传统奥氏体不锈钢耐磨性较差的问题,本文设计了一种新型的Fe-Mn-Si-Cr-M-C奥氏体不锈钢,并研究了其耐磨性能和耐腐蚀性能.研究表明:Fe-Mn-Si-Cr-Ni-C奥氏体不锈钢在干摩擦和油润滑条件下均具有比1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢更好的耐磨性,在NaCl中耐蚀性不如1Cr18Ni9Ti不锈钢,但在NaOH中优于1Cr18Ni9Ti不锈钢.Fe-Mn-Si-Cr-Ni-C奥氏体不锈钢应力作用下发生的应力诱发γ→ε马氏体相变是其具有较高耐磨性的原因.     

含亚稳残余奥氏体HSLA TRIP钢的摩擦磨损性能研究

在SST-ST型销-盘摩擦磨损试验机上对特殊工艺热处理、成分为0.22C-1.50Si-1.65Mn的新型相变诱发塑性(HSLA Si-Mn系TRIP)钢的摩擦磨损性能进行研究,采用X射线衍射技术分析了摩擦过程中钢中残余奥氏体的变形诱发转变行为.结果表明,在本试验条件下,与相同成分并在两相区双相化处理的双相钢相比,TRIP钢具有较低摩擦系数和较好耐磨性.由于HSLA Si-Mn系TRIP钢中亚稳残余奥氏体在摩擦应力作用下的变形诱发相变作用,使得其磨损区的大量残余奥氏体向马氏体转变,一方面松弛了磨损表面的内应力,另一方面转变的马氏体使基体强化,从而使其具有较好摩擦磨损特性.     

SUS 304奥氏体不锈钢的摩擦变形层研究

研究了SUS 304奥氏体不锈钢与Al2O3陶瓷球以及GCr15轴承钢球对摩的摩擦特性,利用X射线衍射仪、金相显微镜和显微硬度计研究了SUS 304奥氏体不锈钢磨痕表层及其次表层硬度、磨痕表面的马氏体转变与试验条件的关系.结果表明:当载荷大于30 N后,摩擦系数在剧烈波动前存在1个与试验时间或滑动距离相关的孕育期;SUS 304奥氏体不锈钢磨痕表层的显微硬度从次表层至表层呈上升趋势;在相同滑动速度下,随着载荷增加,磨痕表层的显微硬度增大;摩擦诱发了亚稳奥氏体向马氏体转变,且磨痕表层诱发转变的马氏体含量随载荷和滑动速度的增加而降低;在载荷和摩擦剪切应力作用下,由于表层晶粒细化、相变马氏体和高密度位错的综合作用使得其显微硬度增大.     

SUS304奥氏体不锈钢摩擦跑和阶段的摩擦表面层演变及其对摩擦行为的影响

跑合阶段材料的形变过程与组织变化对材料的摩擦行为有重要影响.试验以SUS304奥氏体不锈钢和WCCo硬质合金球为对摩副,采用50 N载荷进行干摩擦试验,对跑合初期磨痕表面粗糙度、氧含量、硬度、形貌、物相以及磨痕截面硬度等分布进行了观察与测量.结果显示:摩擦的最初4个周次,SUS304不锈钢表层发生剧烈的马氏体相变以及塑性变形,导致磨痕表面迅速粗化并生成磨屑,这对随后SUS304不锈钢跑合阶段的摩擦行为产生了重要影响.在后续的摩擦过程中,SUS304不锈钢表层和亚表层组织逐渐演化,形成较为稳定的结构,使得摩擦过程进入稳态.     

航空发动机叶片-机匣碰摩热-结构耦合仿真

针对转静子碰摩过程中的摩擦热效应现象,建立了叶片-机匣的碰摩热-结构耦合模型。采用热-结构耦合单元,对航空发动机叶片-机匣进行了碰摩热效应特性研究。考虑摩擦因数及旋转过程中的离心力作用,对瞬态-热结构耦合场进行了有限元分析,研究了结构在温度场作用下的热-结构耦合应力和温度分布。与纯机械载荷下的应力分布对比,发现了碰摩热效应在叶片与机匣上的扩散规律。研究结果表明,考虑摩擦热效应时由于热应力的作用,导致结构的总应力水平升高进而产生热变形,从而使故障进一步恶化。由此可见,碰摩热效应的影响在实际航空发动机振动分析中不能忽视。     

单轴拉伸过程中双相不锈钢局部微观变形行为的细观力学有限元分析

针对双相不锈钢中奥氏体相和铁素体相分别展开了纳米压痕实验,并通过有限元反演得到两相各自的拉伸应力-应变关系,利用Voronoi Tessellation法生成代表性的微结构体积单元,对双相不锈钢的单轴拉伸行为进行了有限元仿真和模拟,研究了双相不锈钢在拉伸过程中的局部应力、应变分布和演化规律．结果表明,利用Voronoi Tessellation法建立单元模型,结合本文通过纳米压痕实验获取的两相力学性能参数,可以很好地模拟双相不锈钢的整体单拉行为,奥氏体比铁素体软,拉伸载荷下双相不锈钢的应变集中在奥氏体中,应力集中在铁素体中;局部应力应变的分布特征与两相分布特征和晶粒形状有关,最大应变值主要集中在奥氏体晶粒狭长且尖锐的区域,而最大应力则主要发生在铁素体晶粒狭长和尖锐的区域;对于奥氏体和铁素体晶粒占比相当的双相不锈钢,其虽然可以具有较为综合的宏观力学性能,但是其微观应力集中的区域和应力最大值相对较大．研究成果为进一步揭示双相不锈钢局部失效机理奠定了基础．     

非连续变形分析方法的改进及应用1）

首先,采用位移收敛判据对非连续变形的岩石断裂分析进行改进并程序实现. 其次,将非连续变形分析方法和裂隙网络渗流模型结合起来,建立了渗流应力耦合分析模型,研究了裂隙岩体变形对渗流的影响以及渗流与应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征. 研究发现,主干裂隙控制着渗流场分布,考虑耦合作用时的水头值比不考虑耦合作用时大,说明考虑耦合后坡体更容易变形失稳. 改进前后裂纹扩展形态基本不变,表明程序计算的收敛判据是有效的.     

非连续变形分析方法的改进及应用

首先,采用位移收敛判据对非连续变形的岩石断裂分析进行改进并程序实现.其次,将非连续变形分析方法和裂隙网络渗流模型结合起来,建立了渗流应力耦合分析模型,研究了裂隙岩体变形对渗流的影响以及渗流与应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征.研究发现,主干裂隙控制着渗流场分布,考虑耦合作用时的水头值比不考虑耦合作用时大,说明考虑耦合后坡体更容易变形失稳.改进前后裂纹扩展形态基本不变,表明程序计算的收敛判据是有效的.     

高速轧机工作界面非稳态混合润滑过程多因素耦合辊缝力学特性研究

综合运用摩擦润滑理论、流体力学理论、轧制理论,建立了考虑动态辊缝非稳态润滑过程多因素耦合轧制界面力学模型.该模型综合运用了基于非稳态润滑过程的界面摩擦模型、工作辊运动模型、辊缝应力分布模型构成的界面薄膜约束多因素耦合模型.系统分析了非稳态混合润滑状态下,当压下率和表面粗糙度为定值时不同时刻工作区压应力和摩擦应力的分布情况,以及压下率为定值时工作区压应力、摩擦应力随表面粗糙度和后张应力变化的情况.结果表明:在压下率和表面粗糙度为定值时,当具有较大的后张应力时,工作区压应力和摩擦应力却较低,同时压应力梯度和摩擦应力梯度也相当小,摩擦应力在入口和出口边缘处达到最大,当后张应力减小时,辊缝间压应力和摩擦应力增加,压应力梯度和摩擦应力梯度较大;在压下率为定值而表面粗糙度为变量时,当后张应力较大时,表面粗糙度对工作区中的压应力和摩擦应力影响非常大,辊缝间压应力和摩擦应力随着表面粗糙度的增加而增加,当后张应力较小时,表面粗糙度对工作区中的压应力和摩擦应力影响不太明显.     

炭纤维增强聚四氟乙烯复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦学行为对比研究

对比考察了炭纤维增强聚四氟乙烯(PTFE)复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能，并探讨了其磨损机理。结果表明：在水润滑条件下，纤维增强PTFE复合材料的摩擦系数和磨损率均明显比干摩擦下的低，水起到了润滑和冷却作用；复合材料磨损表面可见明显的裸露纤维及纤维局部磨平，无明显微观裂纹，基体和纤维结合较好，磨损表面存在转移自偶件的铁，表现出犁削磨损特征；在干摩擦下，复合材料磨损表面存在大量的微观断裂裂纹，纤维发生断裂和破碎，表现出疲劳磨损特征。     

Fe/PTFE复合材料的摩擦诱导磁化及摩擦学性能

研究了Fe/PTFE复合材料在摩擦过程中的摩擦诱导磁化行为,主要探讨了滑动速度、载荷以及填料含量对摩擦磁化的影响.结果表明:随着载荷的增加,复合材料的摩擦诱导磁感应强度呈缓慢上升趋势,载荷超过2.5MPa后会略有下降;而随着摩擦线速度的增加,复合材料的摩擦诱导磁感应强度逐渐变小;此外随着填料含量的增加,复合材料的摩擦诱导磁感应强度逐渐增加.含铁磁性填料的聚合物复合材料的摩擦诱导磁化行为会促进摩擦转移膜的形成和稳定,从而对减小摩擦降低磨损产生有益的影响.     

火焰喷涂PA1010涂层的制备及其摩擦学性能研究

利用火焰喷涂技术在45^#钢表面制备了尼龙1010(PAlOlO)涂层;采用傅立叶转换红外光谱仪和X射线衍射仪分析了涂层的化学及晶体结构特征;采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了涂层同不锈钢配副时的滑动摩擦磨损特性;并基于涂层及偶件磨损表面形貌扫描电子显微分析探讨了涂层的磨损机理．结果表明,PA1010原料粉末在热喷涂过程中未发生明显的降解与氧化;PA1010涂层同不锈钢配副时的摩擦磨损性能同载荷密切相关,这是由于载荷影响其向偶件磨损表面转移及成膜所致;PA1010涂层在较低载荷下同不锈钢配副时主要发生轻微粘着磨损,在较高载荷下则主要发生严重粘着磨损及塑性变形．     

纳米MoS2薄膜的浸涂—热解法制备和摩擦学性能研究

用浸涂 -热解法在玻璃基底表面制备了纳米 Mo S2 薄膜 ,利用 X射线光电子能谱仪、X射线粉末衍射仪、原子力显微镜、静 -动摩擦系数测量仪和扫描电子显微镜等仪器研究了薄膜的微观结构、表面形貌和摩擦学性能 ,初步探讨了薄膜的摩擦磨损机制 .结果表明 :浸涂 -热解法制备的 Mo S2 薄膜由近似非晶的纳米微晶组成 ,薄膜均匀、致密 ,表面粗糙度小 ;在室温干摩擦条件下 ,Mo S2 薄膜与 GCr15钢球对摩时显示出良好的抗磨减摩性能 ;当负荷为 1.0 N而滑动速度为 90 mm/ min时 ,其耐磨寿命大于 5 0 0 0次 ,摩擦系数最低可达 0 .12 .磨损表面形貌显微分析表明 :在低速和低负荷下薄膜的磨损机制主要是塑性变形和轻微粘着转移 ,而在较负荷和速度下的主要磨损机制为塑性变形和严重剥落     

巴氏合金ZChSnSb 8-8海水环境下的摩擦学行为研究

本文研究了巴氏合金ZChSnSb 8-8/AISI 52100轴承钢摩擦副在模拟海水环境下的摩擦学行为。通过扫描电镜(SEM),X射线能谱仪(EDS),X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)对试验样品进行表征。结果表明：巴氏合金ZChSnSb 8-8在海水润滑下具有较低的摩擦系数和磨损率,海水作为润滑介质,起到了一定的润滑作用。在海水润滑下,ZChSnSb 8-8的摩擦系数随载荷和滑动速率的增加而减小;磨损率随着载荷的增加而增加,但随着滑动速率的增加而减小。低的摩擦系数和磨损率主要归因于巴氏合金ZChSnSb 8-8独特的微观结构和海水的润滑作用。     

铝硅酸盐微晶玻璃摩擦磨损性能研究

在MRH-5A型环-块摩擦磨损试验机上考察了不同载荷下耐磨微晶玻璃与45#钢对摩时的摩擦磨损性能，用扫描电子显微镜和定点探针观察和分析磨损表面形貌和成分，并探讨了材料的磨损机理。结果表明：磨损率随着载荷的增加出现波动，当载荷低于40N时，磨损率随载荷增加而明显增大；而当载荷超过40N时，磨损率随载荷增加而明显降低；在较低载荷下，耐磨微晶玻璃的磨损失效主要源于轻微点蚀和疲劳剥落；在较高载荷下，其磨损失效主要源于表层晶粒塑性变形及疲劳脆性断裂。     

接触共振频率与摩擦噪声频率之间关系的试验研究

在金属往复滑动试验机上用2种尺寸不同和结构略有差别的球-平面摩擦副系统,对接触共振与摩擦噪声的相关性进行了试验研究.结果表明:摩擦系统的接触共振频率非常接近于摩擦噪声频率,两者相对误差不大于2%~5%.对发生尖叫噪声的磨痕形貌进行SEM扫描电镜分析发现:摩擦噪声的发生与摩擦过程中微凸体之间的锤击相互作用有着密切的联系,通过接触共振试验可以辨识实际滑动摩擦系统中最容易发生摩擦噪声的模态频率.