钢的力学性能参数对耐磨料磨损性能影响的研究

影响金属磨损的因素很多,其中金属材料的力学性能、成分和显微组织等是影响磨损的重要因素。文中列出了用一系列的热处理的中低碳锰钢进行的磨料磨损实验的结果,並讨论了不同磨损条件下钢的硬度、真实剪切断裂强度、屈服强度,抗拉强度、加工硬化指数和系数、断裂应变、形变功等对磨料磨损耐磨性的影响,同时还讨论了钢的显微组织和成分对磨料磨损耐磨性的影响。     

团球共晶体增强奥氏体钢基自生复合材料的干摩擦磨损行为研究

利用MPX—2000型主轴盘—销式摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜研究了团球状共晶体增强奥氏体钢基自生复合材料(EAMC)的干摩擦磨损行为．结果表明，根据EAMC的磨损量随载荷变化的关系，可以将其磨损划分为轻微磨损、严重磨损的过渡阶段和严重磨损等3个阶段，前2个阶段的磨损机制主要为磨粒磨损，而第三阶段的磨损机制为氧化磨损．同基体合金奥氏体中锰钢相比，在中、低载荷下，由于硬质相团球状γ (Fe，Mn)3C共晶体强化高韧性奥氏体基体具有基体和增强相的双重特性并发生二者的强韧性耦合，因此EAMC的抗磨性能优于基体合金；在高载荷下，剥落的共晶体使磨损表面产生局部变形，降低氧化激活能，使得EAMC的耐磨性降低．团球共晶体增强相可以有效减小试盘和试销的热量线扩散长度，增大摩擦热的散失空间，从而降低摩擦表面温度；此外，团球共晶体有利于EAMC在较高温度下依然保持室温时的强度，故EAMC发生严重磨损的外载荷高于基体合金奥氏体中锰钢．     

高锰钢微合金化表层组织的转变及其对耐磨性的影响

本文利用X射线和透射电子显微镜考察了微合金化高锰钢在辊轧、静压和冲击磨粒磨损条件下表层组织的转变,发现高锰钢在加Nb并吹N_2以后形变时容易发生γ→α-M转变,而普通高锰钢和吹N_2高锰钢在相同条件下都只形成了大量的形变孪晶。冲击磨粒磨损试验表明,加Nb和/或吹N_2高锰钢的耐磨性比普通高锰钢的高33％—97％。文章指出,往高锰钢中加入适量的Nb,可以引起奥氏体在磨损过程中转变为形变诱发马氏体,这是强化奥氏体基体,提高高锰钢之加工硬化速率和耐磨性的有效途径之一。     

氮及钛等离子体基离子注入铝合金表面改性层的摩擦磨损性能研究

研究了铝合金LY12等离子体基氮及钛离子注入层的摩擦磨损性能。用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射对改性层中各元素分布及相组成进行了分析。用扫描电子显微镜对注入层形貌进行了观察和分析。结果表明：注入层由TiN、α-Ti、AlN、Al2O3和TiO2等相组成;注入后试样硬度提高了1倍以上;在低载荷下,摩擦系数处于0．10－0．14之间,注入层寿命提高了12倍以上,耐磨性提高了100倍以上;随着滑动载中增加,摩擦系数有所增大,而磨性有所降低;在注入层被磨穿以前以剥层磨损为主并伴有轻微的划伤,在注入层被磨穿以后以粘着磨损为主并伴有犁沟和粘着转移。注入改性层具有适当的梯度结构是提高铝事金表面硬度和耐磨性的主要原因。     

颗粒增强超高分子量聚乙烯基复合材料磨粒磨损的特性与机理

为了改善地面机械触土部件的减粘脱土状况，制备了石英砂颗粒增强超高分子量聚乙烯基复合材料，并对其磨粒磨损性能作了试验研究．运用正交试验方法分析了磨料粒度、载荷和速度及这三者的交互作用对材料耐磨性的影响，得出了回归方程．结果表明，载荷对纯超高分子量聚乙烯磨损的影响最大，载荷越高，磨损越严重；在颗粒增强复合材料体系中，磨料粒度对磨损的影响最大．这表明引入硬质点提高材料表层的硬度和抗犁切能力是耐磨性提高的主要原因．     

烧结Fe3Al金属间化合物基摩擦材料的摩擦磨损性能研究

采用热压烧结方法制备了不同成分的Fe3Al金属间化合物基摩擦材料,考察了其物相、力学性能、抗氧化性及干摩擦磨损性能.结果表明,Fe3Al金属间化合物基摩擦材料密度低、强度高、抗氧化性好、摩擦系数稳定、高温耐磨性好;其在不同摩擦阶段的磨损机制存在差异,主要磨损机制包括磨粒磨损、塑性变形、裂纹萌生与扩展、微区脆性剥落及氧化磨损等.     

冷变形对低滑动速率下Al-10Ti合金磨损的影响

探讨了干摩擦、低滑动速率下,冷变形对快速凝固Ａｌ－１０Ｔｉ合金磨损行为的影响．结果表明：随施加载荷的增大,磨损机制由粘着磨损向氧化磨损转化;在粘着磨损阶段,冷变形后合金的耐磨性下降;在氧化磨损阶段,由于加工硬化提高了合金的硬度和强度,对合金施以一定程度的冷变形可有效地提高其耐磨性．     

新型Ni-P功能梯度镀层的磨损特性研究

采用电沉积技术在钢表面制备了Ni-P功能梯度镀层和不同磷含量的Ni-P镀层,对比考察了2种镀层的磨损性能.结果表明:沿镀层厚度方向,梯度合金镀层具有较好的成分和结构梯度;Ni-P梯度镀层的耐磨性较均质单层Ni-P镀层提高近1~2倍;经过高温热处理后,Ni-P合金镀层的主要磨损机制为裂纹萌生和扩展以及微区脆性剥落等,在磨损过程中梯度结构能够有效地抑制裂纹的萌生和扩展,从而使梯度结构合金镀层耐磨性大幅提高.     

聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯的磨粒磨损性能与机理研究

为了开发地面机械触土部件用高聚物基复合材料，以９６．５％（ｗｔ）石英砂（粒度４５０－９００μｍ）和３．５％（ｗｔ）膨润土（粒度７６μｍ）作磨料，在ＪＭＭ型转盘式磨粒磨损试验机上对聚四氟乙烯和超高分子量聚乙稀的耐磨粒蘑损性能与淬火回火４５＃钢的进行了对比试验研究，并且通过磨损表面形貌的扫描电子显微镜观察，探讨了这两种高聚物材料的磨损机理，在相对滑动速度为１２３．６ｍ／ｍｉｎ、滑动距离为２５７０８．８ｍ、试样摩擦面与磨粒运动的切向呈３５°角、试样在磨料中的埋入深度为４０ｍｍ的试验条件下，用重量损失和体积损失计量时，尽管超高分子量聚乙烯的耐磨性分别是聚四氟乙烯的８．４２倍和３．７６倍，但与淬火回火４５＃钢相比，其以重量损失计量时的耐磨性是后者的４．０４倍，而以体积损失计量时的耐磨性却不及４５＃钢的５０％，这说明要将超高分子量聚乙烯用于制造地面机械的触土部件，还应设法改善它的耐磨性能。研究表明，导致聚四氟乙烯磨损的重要机制是犁切，导致超高分子量聚乙烯磨损的重要机制是疲劳磨损。     

Nano-WC/PTFE-Ni复合电刷镀层的磨损性能研究

采用电刷镀技术在Q235钢基材上制备含纳米WC和PTFE的镍基复合镀层,采用S-2700型扫描电子显微镜观察镀层表面形貌及其显微组织,采用HX-1型显微硬度计测定镀层的显微硬度,采用WS-2005型涂层附着力自动划痕仪测定镀层与基体的结合强度,采用HT-500型销-盘高温摩擦磨损试验机测量镀层的滑动磨损性能.结果表明:镀液中同时加入纳米WC和PTFE可以得到表面形貌平整、纳米粒子分布均匀的纳米复合镍镀层;复合镀层的硬度随WC含量的增加而增大,随PTFE含量的增加而减小;含有2种纳米粒子的复合镍镀层的耐磨性比镍镀层和含单一WC或PTFE的镍镀层的耐磨性优良;当镀液中WC和PTFE含量分别为3.0 g/L和7.5 mL/L时,复合镍镀层的显微硬度较镍镀层提高约30%,耐磨性较镍镀层提高7倍.     

镧对38CrMoAl钢氮化层组织和抗冲蚀磨损性能的影响

考察了在气体氮化渗剂中加入微量镧元素对３８ＣｒＭｏＡｌ钢氮化层组织,韧性及抗冲蚀磨损性能的影响。试验结果表明,含镧的氮化层的韧性和抗冲蚀磨损性能明显优于普通氮化层。这是由于镧在氮化时渗入到钢表层并发生微合金化,从而改善渗层的组织所致,采用扫描电子显微镜对冲蚀磨损试样表面形貌进行观察发现,普通氮化层的磨损机理为塑性变形及犁沟剥落,并伴随着横向裂纹的萌生和大块磨屑的剥落,而含镧的氮化层和磨损机理为塑性     

新型TBM刀圈材料微观组织及耐磨性能研究

TBM刀圈材料是一种对强韧性、耐磨性要求很高的合金钢材料. 目前常用的H13、DC53型TBM刀圈材料综合性能有待提高. 通过优化合金元素配比,制备出一种强韧型综合性能较好的新型TBM刀圈材料DB1,利用光学显微镜和扫描电子显微镜对DB1、H13和DC53的微观组织及断口形貌进行了观察分析,研究了不同载荷和不同硬度岩石条件下DB1与H13、DC53的磨损性能的差异,并对其磨损表面形貌进行扫描电子显微镜观察分析. 结果表明:一次碳化物的平均尺寸和含量对TBM刀圈材料的硬度、韧性及耐磨性有重要影响;适量的一次碳化物有助于提高材料的硬度及耐磨性;过多的一次碳化物会导致材料韧性急剧下降. 岩石抗压强度与刀圈具有匹配性,新型TBM刀圈材料DB1钢用于中等抗压强度的岩石时具有较好的耐磨性.      

摩托车正时链和传动链磨损特性的研究

研究油润滑条件下摩托车发动机正时链的磨损特性,发现疲劳磨损,裂纹的形成和扩展是影响疲劳寿命的主要因素;定期刷油或滴油润滑条件下,摩托车传动链的磨损机制是磨粒磨损,并伴有疲劳磨损,销轴和套筒零件的渗层及心部组织等是影响链条磨损特性的重要因素,因为中碳调质钢经碳氮共渗后可获得弥散分布的颗粒状碳化物的表层组织及回火屈氏体的心部组织,从而显示出表层耐磨、心部强韧性好及抗塑变能力高的综合机械性能。     

成分和组织对衬板钢在腐蚀料浆环境下的冲击磨损性能与机理的影响

利用改造后的MLD-10型冲击磨损试验机研究了3种冶金矿山湿磨衬板钢在铁矿石酸性矿浆中的冲击腐蚀磨损行为;采用扫描电子显微镜观察了试样磨损表面形貌,用光学显微镜分析了垂直于试样磨损表面的亚表层金相组织.结果表明:低碳高合金钢的耐冲击腐蚀磨损性能优于高锰钢及中碳合金钢;低碳高合金钢的冲击腐蚀磨损机制主要为挤出硬化棱剥落、轻微的腐蚀磨损及浅层疲劳剥落,高锰钢的主要冲击腐蚀磨损机制为较深层的累积变形疲劳剥落和严重的腐蚀磨损,而中碳合金钢的主要冲击腐蚀磨损机制为深层脆性剥落和严重的腐蚀磨损.     

纳米Al2O3填充端异氰酸酯基聚丁二烯橡胶-环氧树脂复合涂层的干滑动摩擦磨损性能研究

采用丁二烯合成出端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶,采用端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶与环氧树脂E51反应制备端异氰酸酯基液体聚丁二烯橡胶-环氧树脂聚合物(ETPB),同时在其中进一步填充5%和10%(质量分数)纳米Al2O3,在45#钢底材上制备出环氧树脂、改性环氧树脂及填充5%和10%纳米Al2O3的聚合物复合涂层,在MRH-3型高速环-块摩擦磨损试验机上评价了4种涂层在干滑动条件下的摩擦磨损性能.结果表明:通过端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶改性环氧树脂可以提高环氧树脂涂层的力学性能及其抗磨性;填充5%和10%纳米Al2O3可以有效提高ETPB涂层的抗磨损性能;随着载荷和滑动速度的增加,ETPB涂层的磨损率明显增大;纳米Al2O3填充ETPB涂层的磨损率随载荷和滑动速度增加基本不变;4种涂层的摩擦系数随载荷和滑动速度的变化不大;E51环氧树脂基聚合物复合涂层的磨损机理为脆性断裂和剥层磨损.     

碳钢表面渗硼和激光热处理改性层的磨粒磨损性能和机理研究

采用固体渗硼与激光热处理复合工艺对 4 5 #钢试样进行表面改性 ,在 4 5 #钢表面得到完整的硼共晶层 ,采用扫描电子显微镜观察分析表面改性处理后的 4 5 #钢试样同 GCr15钢对摩时的磨损表面形貌 ,并考察了其磨损机理 .结果表明 ,经表面渗硼和激光热处理后 ,4 5 #钢表层形成共晶化组织 ,相应的硼共晶表面改性层具有适当的硬度和韧性 ,因而其抗磨粒磨损性能明显改善 ;表面改性处理后的 4 5 #钢试样同 GCr15钢对摩时呈现断裂磨损特征     

合金含量对高速车轮材料滚动接触磨损性能的影响

将2种含碳量相同合金含量不同的高速车轮材料分别与钢轨材料匹配,利用滚动接触摩擦磨损试验机测试了各摩擦副的摩擦系数和磨损率,比较研究了组织、硬度和加工硬化等因素对车轮材料滚动接触磨损性能的影响.结果表明：在传统的高速车轮材料中适当地增加Si、Mn的含量,降低Cr的含量可以提高车轮材料的抗磨损性能;硬度高的车轮材料未必耐磨,组织差异对车轮材料的抗磨损性能影响显著;表面裂纹易萌生于高度变形的先共析铁素体组织;加工硬化引起的硬度增加对材料的抗磨损性能影响不大.     

超细晶D6A钢动态拉伸力学特性实验研究

为了推进超细晶D6A钢在半穿甲战斗部壳体上的应用,研究了动态加载下其宏观力学行为和细观变形机理。运用旋转盘式Hopkinson拉杆技术,开展了超细晶D6A低合金钢（平均晶粒尺寸为510 nm）的动态拉伸实验,获得了不同应变率（500～1000 s?1）下超细晶钢的应力-应变曲线。运用TEM观测微观形貌,从细观层次研究了高应变率拉伸作用下超细晶钢的动态力学特性。结果表明,超细晶D6A钢具有较高的动态拉伸强度和良好的延展性。并且,晶粒细化和纳米析出相（渗碳体）是超细晶钢同时拥有高强度和较好韧性的重要因素;在动态拉伸过程中析出的大量纳米级渗碳体,与高密度晶界共同作用限制了位错运动,从而产生额外的塑性变形抗力,有效提升了超细晶钢的强度;在塑性变形阶段超细晶钢出现的明显应力下降现象,是可动位错密度增高的结果。     

(CuMnNi)100-xAlx高熵铜合金的显微组织、力学与摩擦学性能研究

针对工业领域对新型高强高耐磨金属材料的需求,制备了(CuMnNi)_100-xAl_x (x＝0, 5, 10, 15)系列高熵铜合金,研究了Al含量对高熵铜合金的物相组成、显微组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响. 结果表明:CuMnNi高熵合金仅由面心立方结构(FCC)的高熵固溶体相组成,Al元素的添加对合金基体FCC相产生了强烈的固溶强化作用,并促进了体心立方(BCC)相形成. FCC相具有良好的塑性和韧性,而BCC相具有高强度和高硬度,两者共同作用使(CuMnNi)_100-xAl_x系列高熵铜合金的强度随Al含量增加而提高,而塑性和韧性不断降低. 其中,(CuMnNi)₉₀Al₁₀高熵铜合金中FCC相和BCC相的含量达到最佳匹配,使其具有优异的综合力学性能. 室温下,得益于优异的力学性能和硬质BCC相良好的抗磨作用,(CuMnNi)₉₀Al₁₀高熵铜合金的耐磨性优于常规耐磨铝青铜C6161,磨粒磨损为其主要磨损机制.      

激光离散处理车轮钢-钢轨钢摩擦副的摩擦学性能研究

将激光离散处理前后的车轮试样分别与钢轨试样匹配,利用滚动接触摩擦磨损试验机测试各摩擦副的摩擦系数和磨损率,研究激光离散处理对轮轨摩擦副滚动接触摩擦磨损性能的影响.结果表明:车轮试样经过激光离散处理后,其抗磨损性能大幅增加,对应的轮轨试样摩擦副的摩擦系数小幅增加,其对摩钢轨试样的磨损加剧.未处理车轮试样主要发生剥层磨损并伴随轻微的疲劳磨损;处理后的车轮试样主要发生疲劳磨损并伴随轻微的剥层磨损.这是由于激光离散处理提高了车轮试样表层材料的抗塑性变形能力,从而抑制了材料的剥层磨损.各钢轨试样均发生剥层磨损,但是车轮试样经激光离散处理后,对应钢轨试样的剥层磨损加剧.