GCr15钢超声微动疲劳性能研究

由微动产生的裂纹萌生对钢组件的疲劳强度具有重要影响。本文选择GCr15轴承钢,在20kHz超声疲劳试验机提供的循环载荷作用下,测试其超长寿命微动疲劳性能。试验结果显示,在109循环周次下微动疲劳强度影响因子达到0.37。通过电子扫描电镜观察试件磨损面和微动疲劳断口,并分析了高频超长寿命微动疲劳断裂机理。高周疲劳裂纹通常会在磨损面的粘着区与滑移区交界处萌生,超高周疲劳裂纹在粘着区内萌生。微动磨损面的面积以及磨损面的粘着区都随着试件疲劳寿命的增加而增加。     

钢领磨损机理的探讨

本文研究了钢领和纲丝圈在干摩擦下,以35～42公尺/秒的高速滑动下的磨损过程。结果表明,钢领的磨损表现为三种形式:疲劳磨损、“热疲劳磨损”和粘着磨损。导致钢领失效的原因主要是前两者。     

金属无润滑磨损过程的原位观察与研究

作者借助于新研制的可以直接观察磨损动态过程的试验装置和扫描电镜原位观察了无润滑条件下金属滑动表面的磨损特征与变化,发现摩擦表面可以划分为真实接触区和过渡磨损区,两者的磨损机理不同,真实接触区发生的是粘着磨损,而且磨粒沿摩擦力方向有明显增大的趋势;随着真实接触区的磨损,过渡磨损区可以逐渐转变为真实接触区,而且由于磨粒增多,非磨损区也可以逐渐转变为过渡磨损区。对磨损过程中摩擦力变化的测试结果表明,当磨损表面发生粘着时的粘着力与Bowden和Tabor粘着理论计算值十分接近。     

套管磨损三维表面形貌恢复及其机理分析

在DCWT-1000型套管摩擦磨损试验机上进行了套管摩擦磨损试验,研究深井、超深井中"冲击-滑动"复合磨损对套管磨损行为的影响,采用三维表面形貌测试仪、光学显微镜及扫描电子显微镜观察分析了在不同载荷条件下套管磨损表面的微观结构和表面形貌,在此基础上对套管磨损表面进行了三维恢复并计算套管磨损表面的主要形貌参数,探讨了套管磨损表面的磨损机理.结果表明:套管的磨损性能与载荷有关;在不同载荷条件下,套管磨损表面的三维形貌具有不同特点,且主要的表面形貌参数与载荷呈现出较好的相关性,证明了三维形貌分析方法能够真实反映套管磨损表面的情况;当冲击载荷和频率不大时,套管的磨损机制以磨粒磨损为主,兼有粘着磨损,随着冲击载荷和频率增加,套管磨损表面出现明显粘着剥落和疲劳剥落迹象,并出现疲劳裂纹扩展和连通,套管的磨损机制向粘着磨损和疲劳磨损转化,磨损趋向严重.     

滑动模式对超高分子量聚乙烯摩擦磨损行为的影响

在自行研制的髋关节模拟试验机上,以交叉滑动及单向滑动2种方式对比考察了蒸馏水润滑条件下超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察分析了UHMWPE的磨损表面形貌并探讨其磨损机理.结果表明:在相同载荷条件下,UHMWPE在交叉滑动方式下的磨损率明显高于单向滑动方式;在交叉滑动方式下,UHMWPE的主要磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损及塑性变形引起的表层剥落,而在单向滑动下其磨损形式主要为磨粒磨损伴随着少量的疲劳剥片;不同滑动方式所导致的磨损机理差异是造成UHMWPE磨损性能变化的主要原因.与其它试验方式相比,在髋关节模拟试验机上所得出的试验数据更接近临床观测结果.     

干摩擦条件下Si3N4基和Ti（CN）基陶瓷对1Cr18Ni9Ti不锈钢的磨损机理

研究了Ｓｉ３Ｎ４基陶瓷和Ｔｉ（ＣＮ）基陶瓷分别与１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢在干摩擦条件下对摩时的磨损行为，并且通过销－盘磨损试验和磨损表面形貌分析等，提出了这２种陶瓷的磨损机理：Ｓｉ３Ｎ４基陶瓷主要是在磨损表面发生偶件材料１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ粘着层的粘着与剥落，同时陶瓷中的Ｓｉ向粘着层发生扩散转移，并在粘着层表面下２０～３０μｍ深度范围内产生裂纹和断裂而导致磨损；Ｔｉ（ＣＮ）基陶瓷在发生粘着层的粘着与剥落的同时，还由于摩擦温度很高引起陶瓷表面熔化，熔融状的陶瓷被挤走或冷凝收缩产生裂纹和断裂而导致磨损     

氧化铜作为铜的固体润滑剂时的膜厚效应

在较宽的负荷、速度和温度范围内在栓-盘试验机上对铜表面进行了滑动试验,测定了摩擦、磨损和表面粗糙度。试验表明存在着高摩擦磨损,低摩擦磨损及其过渡状态。根据在滑动表面上氧化铜层的连续形成和去除导出了一个定量模式,由此可以预料,只有在金属平面上氧化层的形成速率大于磨损去除速率的情况下才能得到低的摩擦磨损,否则将产生某些金属与金属的接触,摩擦磨损会相应增大。该模式的预测与试验数据相当一致。也与以前在升高温度下铜滑动表面的摩擦转移数据相符合。     

考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究

微动疲劳是矿井提升钢丝绳主要失效形式之一,在钢丝微动疲劳过程中,微动磨损严重影响钢丝微动疲劳裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳断裂机制,故开展考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究至关重要. 运用自制钢丝微动疲劳试验机开展钢丝微动疲劳试验和拉伸断裂试验,通过高速度数码显微系统揭示微动疲劳过程中钢丝微动磨损演化、裂纹萌生和扩展及断裂特性,基于摩擦学和断裂力学理论,运用有限元法、循环迭代法和虚拟裂纹闭合技术建立了考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测模型,并进行试验验证. 结果表明:采用微动疲劳过程稳定阶段磨损系数预测钢丝微动磨损演化可保证预测正确性,微动疲劳过程中钢丝主要为I型裂纹扩展模式,考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测值和试验值吻合较好,验证了预测模型正确性.      

大环径比O形金属橡胶密封件的疲劳力学特性及试验研究

金属橡胶内部线匝之间相互咬合钩联,形成非常复杂的空间网状结构,是一种累积损伤的材料,而金属橡胶密封件除了内部线匝还有外包覆,因此常规金属疲劳理论无法适用. 以O形金属橡胶密封件作为研究对象,搭建疲劳损伤试验,选取耗能ΔW,损耗因子η和损伤因子D作为疲劳损坏评判指标,开展大环径比O形金属橡胶密封件疲劳寿命性能研究和疲劳寿命试验,采用控制变量法研究加载振幅、激振频率、孔隙度对金属橡胶疲劳磨损和疲劳寿命的影响. 研究结果表明:金属橡胶密封件的迟滞回线呈现明显的“柳叶状”,并且在15万次振动周期前耗能能力有所下降;金属橡胶密封件的刚度随着孔隙度的减小而增加,试验样件的疲劳损伤随着孔隙度的减小而增加;加载振幅的增加会不同程度地加剧金属橡胶密封件的疲劳磨损,试验内容填补了O形金属橡胶密封件疲劳寿命性能研究的空白,为金属橡胶密封件的疲劳寿命研究提供一定的基础.      

脆性聚合物的粘着功和断裂能

作者从分子间作用力入手,介绍了脆性聚合物的粘结力和粘着功以及它们与表面能之间的关系;从断裂力学的基本概念出发论述断裂表面能,断裂能,断裂韧度。并说明了断裂能是衡量材料抗断裂强度的有效标准。 作者还介绍了脆性聚合物的分子量、分子取向、断裂速度和弹性体的填充对断裂能的影响效果;并给出了脆性聚合物及其复合材料和金属等材料的断裂能顺序排裂图。     

粗糙表面的弹塑性接触研究

建立了综合载荷作用下粗糙表面弹塑性接触的确定性模型,考虑了微凸峰接触的弹塑性变形阶段,数值求解得到实际接触面积、压力分布和微凸峰塑性形变.分析了实际接触面积与法向载荷的关系,并研究了点接触的椭圆参数对上述关系的影响.建立了结点增长模型,分析了结点增长与滑动摩擦系数的关系以及滑动摩擦系数随椭圆参数的变化.结果表明:随着法向载荷增大,实际接触面积与法向载荷之间的非线性关系愈加显著;椭圆参数越大,实际接触面积越小,选择较小的椭圆参数可降低平均接触压力;结点增长的速率随滑动摩擦系数增大而增大;表面剪切作用力使最大Mises应力值升高,疲劳裂纹的发生源向表面靠近;重载时选择较小的滚动轴承沟曲率半径系数有利于减小摩擦功耗.     

与冲蚀有关的粘着与犁沟摩擦系数

提出一种与冲击磨损有关的有效摩擦系数，它被定义为冲击过程中，每一瞬间的切向有效摩擦力与法向载荷之比．有效摩擦力被表示为剪切项与犁沟项之组合．剪切项依赖于剪切金屑接合点的状态——滑移或滚动．犁沟项依赖于冲击物在冲击途中使靶材料发生移动的状态．此有效摩擦系数被应用于研究刚性球自由斜冲击延性靶问题．在忽略剪切项仅计及犁沟项的情况下，研究表明，Hutchings实验中的有效冲击摩擦系数是冲击过程与初始冲击角的函数，就时间平均而言，大于Hutchins为拟合计算与实验结果所取的摩擦系数常值0.05．有迹象表明，对于与固粒延性冲蚀有关的刚性球自由斜冲击延性靶问题，在一定条件下，有效摩擦系数主要由犁沟效应确定．     

牛膝关节软骨的摩擦行为研究

采用UMT．2型微观多功能测试系统,在试验环境为牛血清,法向加载应力0．8MPa,加载时间从5s到60min变化条件下分别测定了牛膝关节软骨在静态加载和滑行时的法向位移以及滑行时的摩擦系数．结果表明：上、下软骨间的法向位移与加载时间呈非线性增加;滑行时法向位移影响软骨间摩擦系数,启动摩擦系数高于平坦滑行过程中的摩擦系数;滑行速率对软骨摩擦系数的影响较小,加载时间越长,法向位移越大,所对应的启动摩擦系数越大;加载时法向位移和滑行时启动摩擦系数具有类似的变化趋势．     

摩擦信号分形维数与载荷和速度的关系研究

在立式万能摩擦磨损试验机上对GCr15/45#钢摩擦副进行不同接触载荷和滑动速度下的摩擦磨损试验,对初始滑动距离1 000 m内的摩擦系数信号进行数据采集,运用结构函数测度方法对摩擦系数信号进行分形表征,计算不同载荷和速度下的分形维数,研究摩擦信号的分形维数随载荷和速度的变化规律.结果表明,摩擦系数信号具有显著的分形特征,其分形维数随载荷和速度而变化.在相同载荷下,分形维数随滑动速度增加而增大;在相同速度下,分形维数随着接触载荷增加而增大.磨损率与摩擦系数信号的分形维数正相关.     

载荷和电压对纯铜滚动载流摩擦学性能的影响

基于FTM-CF100型滚动载流摩擦试验机,研究了纯铜滚动载流摩擦副在不同载荷和外加电压下的性能变化规律,并利用扫描电子显微镜、白光干涉三维形貌仪等对摩擦表面进行微观分析,揭示了稳态运行时性能变化的机理.研究表明:增加载荷和增加电压均促进粗糙接触表面发生形变,真实接触面积的增加降低了接触电阻,摩擦区域粗糙度的改善提高了动态摩擦系数和动态电阻的稳定性.但电阻热促进材料黏着,因而同一载荷下载流摩擦系数高于单纯机械摩擦系数,且随外加电压的增加持续增加.     

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.     

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.     

基于承载接触特性的直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率研究

为了解决直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率的问题,基于弹性流体动力润滑理论,提出了一种计算直齿面齿轮啮合效率的方法.首先,运用轮齿接触分析(TCA)和轮齿承载接触分析技术(LTCA)对直齿面齿轮承载啮合过程进行数值仿真;其次,运用非牛顿准稳态热弹流理论建立滑动摩擦系数的计算模型,从而建立直齿面齿轮啮合效率的计算模型,最后分析了输入扭矩、转速等对啮合效率的影响.结果表明:滑动摩擦系数是影响齿轮啮合效率的重要因素;齿面不同位置滑动摩擦系数也不相同;滑动摩擦系数受输入转速、输入扭矩的影响.该方法为直齿面齿轮的进一步优化计算提供一定的理论依据.     

芳纶纤维增强酚醛树脂摩擦材料的磨损机理研究

对芳纶增强酚醛树脂摩擦材料在模拟制动工况下的磨损机理进行了系统的实验研究,结果表明：在试验工况下,两种摩擦材料在与铸铁偶件对摩时均呈现粘着磨损和塑性变形特征;在高速和高压条件下塑性变形加剧,摩擦材料磨损表面可见熔融迹象;摩擦副接触表面发生材料的相互转移,两种摩擦材料均可在偶件表面形成转移膜,且在高速和高压条件下转移膜更易形成;Kevlar纤维作为增强相可以有效地提高摩擦材料的摩擦稳定性,并降低摩擦系数;摩擦材料的磨损机理主要为擦伤作用、粘着磨损和塑性变形。     

表面形貌变形对塑性成形滑动接触界面摩擦的影响

为了更好地理解塑性成形滑动接触界面的摩擦行为,构建了一种新型的摩擦试验装置,运用表面纹理化技术制备了两类表面形貌的1050铝材试件,在不同的接触压力和滑动速度条件下进行一系列拉伸摩擦试验.对试验前后试件三维表面形貌进行了测量;提取真实接触面积比、封闭空体面积比和开放空体面积比等三维表面参数,来描述试件表面形貌的变化.试验发现:摩擦系数随名义接触压力和滑动速度增加而逐渐减小;试件初始表面形貌对摩擦有明显的影响;试件表面形貌和参数随接触条件出现了规律性变化.基于机械流变模型的分析表明:随着试件表面形貌变形,不同的机理决定界面摩擦行为,摩擦系数对名义接触压力和滑动速度的依赖性可分别归因于微观塑性流体动压润滑效应和入口区流体动压牵引效应.