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.     

氧气气氛中CrNiMo钢的高温高速干滑动摩擦磨损性能

采用MMS-1G型高温高速摩擦磨损试验机研究了不同温度条件下处于氧气气氛中的CrNiMo钢高速干滑动摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和能谱仪对磨损表面的形貌和成分进行表征,并对其磨损机制进行分析.结果表明,在室温条件下,CrNiMo钢的摩擦磨损性能受环境气氛的影响较大,并受控于摩擦表面所产生的氧化膜,其磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损;而在高温氧气环境中,气氛对CrNiMo钢的摩擦磨损性能影响减弱,较高的环境温度恶化了摩擦副的传热能力,磨损机制受控于环境温度,其磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损.     

碳化物抗氧化稳定性及其与基体的协同作用对Cr—Ni合金铸铁高温耐磨性的影响

通过改变Cr-Ni合金铸铁中共晶碳化物的抗氧化稳定性,在可控气氛高温磨料磨损试验机上研究了碳化物及其与基体的氧化协同性对合金耐高温磨料磨损能力的影响。结果表明：碳化物的抗氧化稳定性以及碳化物与基体的氧化大无畏同性对合金在大气气氛中的高温耐磨性起着重要的作用。在Cr-Ni合金铸铁中,碳化物在高温氧化气氛中将优先于合金基体发生氧化腐蚀,使合金的耐磨性得到极大损害,因此,使碳化物与合金基体在高温下保持协同的高温稳定性对合金的高温耐磨性非常有利。     

MoSi_2高温磨损行为的配副特性研究

在XP-5型高温摩擦磨损试验机上考察了MoSi2与Al2O3、SiC和Si3N4配对副在1000℃大气环境不同滑动速率下的摩擦磨损行为,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了试样的磨损表面形貌和相组成.结果表明:随着滑动速率的增加,摩擦系数和MoSi2的磨损率均呈下降趋势,SiC为更适合于MoSi2的高温配对副材料.与Al2O3配对时,MoSi2的磨损机理主要表现为黏着和氧化;与SiC和Si3N4配对时,MoSi2的磨损机理为研磨、轻微氧化和点蚀.     

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.     

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.     

温度对7A04铝销-50CrMo4钢盘摩擦副干滑动摩擦磨损行为的影响

针对7xxx铝合金温热成型过程中模具磨损等问题,本文作者研究了不同温度对7A04铝销-50CrMo4钢盘摩擦副干滑动摩擦磨损行为的影响.采用光学显微镜、3D光学轮廓仪和扫描电子显微镜等对试样的微观组织、磨痕形貌、磨损亚表层组织以及磨屑形貌进行了表征.结果表明,随着试验温度的升高,摩擦系数先降低后升高. 7A04铝销的磨损率先减小后增大;其磨损机制以磨粒磨损为主. 50CrMo4钢盘的磨损率先增大后减小,在225℃时降至最低;其室温下的磨损机制为磨粒磨损、胶合黏着磨损和剥层磨损的混合磨损机制,温度从125℃升至175℃时转变为轻微磨粒磨损和一般黏着磨损的混合磨损机制;各温度下均存在明显的材料转移现象. 7A04铝销在125℃时开始出现机械混合层,伴随有明显的氧化现象,这将导致在225℃下机械混合层结构变得疏松且易剥落.在225℃下50CrMo4钢磨损亚表面的变形晶粒区和动态再结晶区厚度增大,表面硬度下降,塑性增加,形成长条状的切屑. 7A04铝销表面机械混合层的氧化及塑性变形层的变化与50CrMo4钢磨损表面动态再结晶的变化决定了在不同温度中2种材料各具有不同的磨损率与磨损形式.     

V2AlC MAX相涂层的宽温域摩擦学性能研究

MAX相涂层是一类兼具陶瓷和金属性能的层状结构材料，具有优异的抗氧化和抗腐蚀性能，同时M位元素丰富，在宽温域摩擦过程中生成具有润滑作用的M基氧化物，受到广泛关注.本文中选择可生成V基Magnéli润滑相的V₂AlC体系，采用电弧复合磁控溅射技术结合后续热处理制备高纯V₂AlC MAX相涂层，并系统研究该涂层在室温～700℃宽温域下的摩擦磨损机理.研究发现，涂层在300和500℃时摩擦形式主要以黏着磨损和磨粒磨损为主.当环境温度高于600℃时，V的外扩散和氧化导致涂层表面生成层状V₂O₅润滑相，在600℃时形成连续的润滑膜，从而使V₂AlC涂层具有最佳的摩擦学性能.同时，保留的V₂AlC主相在摩擦过程中起承载作用，降低涂层的磨损率.     

C/C复合材料及高强石墨高温摩擦磨损性能对比研究

采用MG-2000型摩擦磨损试验机对比考察了C／C复合材料及航空发动机主轴密封环拟用材料高强石墨的高温摩擦磨损行为，采用显微激光拉曼光谱仪及扫描电子显微镜分析了C／C复合材料磨损表面组成及形貌．结果表明：具有粗糙层和光滑层复合结构的C／C复合材料的高温摩擦磨损性能明显优于高强石墨材料，适合用作航空发动机主轴密封环材料；C／C复合材料的高温摩擦磨损性能取决于磨粒磨损、粘着磨损及氧化磨损的共同作用．     

汽车法兰盘热锻模具磨损失效的实验分析和数值研究

采用扫描白光干涉仪和扫描电镜对汽车法兰盘热锻模具的表面磨损形貌进行观察,分析其磨损失效机理.同时,基于Archard磨损模型,建立热模锻过程的热-力耦合有限元模型,研究模具预热温度、锻造速率和模具热处理工艺等因素对模具磨损的影响.结果表明,锻后模具表面出现黏着磨损、氧化磨损和磨粒磨损现象,其中磨粒磨损造成的模具损伤程度最高,最大磨损深度约为100μm;数值分析表明,当模具预热温度为250℃,锻造速率为300 mm/s时,锻后模具最高温度低于模具材料AISI H13钢的许用温度(620℃),且模具磨损深度达到最低水平;相比于淬回火热处理工艺,采用离子渗氮处理可使锻后模具最大磨损深度由7.2×10–5 mm下降至1.3×10–5 mm,磨损幅度降低82%,模具服役寿命提高约5.5倍,模拟结果与实际生产情况吻合.     

定向结晶材料高温蠕变规律研究

利用高温云纹干涉法对航空发动机叶片定向结晶材料的高温蠕变进行了测试，获得该材料不同主方向的高温蠕变性质和规律。实验结果表明定向结晶材料在结晶方向和各向同性平面的蠕变性质有很大差异。     

新型热作模具钢CH95的高温力学和抗磨性能研究

对比研究了CH95钢与H11钢的高温力学及抗磨性能,分析了2种模具钢的组成和微结构对其高温力学性能和抗磨性能的影响,采用透射电子显微镜观察分析了CH95钢试样中碳化物的形貌．结果表明：CH95钢与H11钢相比具有优异的高温力学性能;其优异的高温力学性能和抗磨性能归因于其特定的微观结构;CH95钢中细小且呈弥散分布的MC、M2C强化相的含量较高,使得其在高温下仍可保持优良的力学性能和抗磨性能;稀土可加速CH95钢表面致密氧化物层的形成,提高其强度、韧性、耐磨性和抗剥离能力;而经离子氮化处理后形成的细小且呈弥散分布的合金氮化物亦可起弥散强化作用,从而使得CH95钢在高温高载荷下的抗磨性能明显优于H11钢．     

高温超声拉压疲劳试件设计与温度自动控制

本文较深入地开展了高温环境条件下的超声拉压疲劳实验系统研究,深入分析了试件温度高精测量与自动控制和高温试件设计的关键问题。实验系统可以实现高温环境条件下大于1010周次超高周次的疲劳加载。本实验系统利用传统超声疲劳试验机,使用非接触式红外测温仪对试件温度进行实时动态监测,采用间歇振动的方法保证温度波动小于±3℃。实验结果显示,采用本系统得到的实验结果与传统疲劳加载方式的结果一致性很好。本文工作为进一步开展高温环境条件下金属材料高温超高周(1010周次)疲劳损伤和疲劳破坏机理研究提供了新的有效的平台。     

一种热轧钢管润滑剂的研制与性能研究

研制了一种ＳＭ－Ｂ型热轧钢管芯棒润滑剂。这种润滑剂是以石墨作为基体润滑剂，辅以多种添加剂，并以适量的水复配而成。这种芯棒润滑剂的突出特点是含有特效悬浮稳定剂和主同温固化剂，可以在７００－１１００℃的高温范围内把石墨微粒和极压添加剂等牢固地附着在芯棒上，形成由化学反应膜与固体润滑剂颗粒组成的聚合型混合吸附膜。     

等离子喷涂高温自润滑涂层的发展概况

为了满足高新技术发展的需要，研制从常温到８００℃乃至１０００℃都具有良好摩擦学性能的固体润滑材料，是高温固体润滑领域的一个重要研究课题，而开展等离子喷涂高温自润滑涂层的研究，则是达到这个白的有效途径之一。因此，在已有研究工作的基础上，通过文献调查对国内外等离子喷涂高温自润滑涂层的发展概况作了综合介绍与评述，并就其基（连续相）润滑相和耐磨相等进行了比较全面的分析与讨论，结论认为，要加速解决了工程实际     

高温高压下扩张式封隔器胶筒非线性流动仿真计算

针对井下温度压力环境下扩张式封隔器的工作状态,本文建立了卡距内管柱及封隔器力学模型,采用网格重划分方法来描述胶筒在环空间隙中的非线性流动,并将重划分前后的网格信息进行映射,解决了封隔器有限元方程矩阵奇异问题。对不同压裂泵压、不同井温和不同环空间隙下封隔器胶筒的位移、剪切应力及接触压力进行仿真计算。压裂泵压为30 MPa～80 MPa时,胶筒未发生轴向窜动,橡胶基体的剪切应力及接触压力随着压裂泵压的增加而增大;井温为25℃～175℃时,胶筒基体剪切应力随井温的升高而增大,胶筒与套管间接触压力随井温升高而降低;胶筒与套管环空间隙为2.5 mm～9.5 mm,胶筒剪切应力随间隙增加而增大,胶筒与套管接触压力随间隙增加而降低。通过胶筒网格变形可知,胶筒橡胶在环空间隙中产生非线性流动是引起胶筒剪切应力数值增大、接触压力数值降低的根本原因。综上可得,在压裂作业中,随着压裂泵压的增大、井温的升高和环空间隙的增大,封隔器胶筒更容易发生剪切撕裂破坏,且封隔器的密封效果亦降低。     

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.     

中间相碳微球摩擦性能研究

利用 Optimal SRV高温摩擦磨损试验机 ,考察了中间相碳微球 (MCMB)粉末添加剂在季戊四醇酯中的摩擦学性能 .结果表明 :在 30 0℃、2 5 0 N的试验条件下 ,季戊四醇酯中添加质量分数为 3%的 MCMB粉末可使摩擦系数从0 .2 0降到 0 .12左右 ,显示了良好的润滑效应 ;加入 1%的 MCMB比加入 3% MCMB有更好的润滑效果 .拉曼光谱分析显示 ,低摩擦系数的获得是由于部分中间相碳微球向更为有序结构转化的结果 .     

一种改进的金属材料的高温动态拉伸实验技术

在旋转盘冲击拉伸实验装置上,利用金属材料自身的导电特性,对试样施加电流.使其在电流作用下发热,实现自加热,形成了试件快速加热而波导杆温升很小的金属材料的动态高温高应变率拉伸实验技术.应用该实验技术获取了45 #钢从室温到1000℃温度范围和应变率650s-1时的材料动态拉伸应力—应变曲线.实验结果表明,45 #钢具有明显的热软化效应,其流动应力和屈服应力随温度的升高而降低.