高钒高速钢冲击磨损性能与机理的研究

以高铬铸铁Cr26为对比材料,利用可模拟破碎机耐磨件实际服役工况(主轴转速2 840 r/min)的WM-1型冲击磨损试验机,以初始直径约25 mm的鹅卵石颗粒为磨料研究了高钒高速钢V9的冲击磨损性能及其磨损机理.结果表明:高钒高速钢V9的耐磨性为高铬铸铁Cr26的3倍以上;在颗粒的高速冲击下,高铬铸铁的磨损机理主要为划伤和碳化物碎裂导致剥落;高钒高速钢的磨损机理主要为在鹅卵石颗粒冲击下,基体受到显微切削而导致碳化物脱落,使基体受到颗粒的蚕食作用而不断反复进行的磨损过程.     

轧辊用高钒高速钢的滚-滑动磨损性能及失效行为研究

在高应力滚-滑动(滑动率约10%)条件下,利用自制的磨损试验机研究了高钒高速钢的磨损性能,并利用电子显微镜分析了失效行为.结果表明:高钒高速钢的相对耐磨性是高铬铸铁(Cr20)的2倍以上.磨损失效形式为显微切削与疲劳剥落的复合,兼有碳化物碎裂.碳化物对磨损失效有重要作用,高铬铸铁中的杆状M7C3型碳化物易于弯曲、碎裂而在其内部形成大量裂纹,促进磨损表面产生大块的疲劳剥落;高钒高速钢中团块状VC硬度高、形态好、具有精细亚结构、不易碎裂,可有效地抵御显微切削和疲劳剥落,是高钒高速钢耐磨性优良的原因.     

四面体无定型无氢非晶碳膜的制备及其摩擦学性能研究

采用磁过滤阴极真空弧系统分别在硅片[Si(100)]、W18Cr4V高速钢和Cr18Ni9不锈钢基体上沉积了一系列sp3键含量较高的四面体无定型无氢非晶碳膜(ta-C),研究了所合成薄膜的结构、硬度、附着强度和摩擦磨损性能,考察了基体和薄膜厚度对薄膜摩擦系数的影响,简要分析了相应ta-C膜的失效机理.结果表明,在高速钢基体上沉积的ta-C膜的显微硬度为76 GPa,结合力Lc值达42 N,具有优良的摩擦学性能,其摩擦系数为0.12,且摩擦系数可以在16 000 r范围内保持稳定.     

碳含量对磁控溅射Cr／C镀层摩擦磨损性能的影响

采用磁控溅射技术在高速钢和单晶硅基体上制备Cr/C镀层,利用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪分析镀层结构及元素状态,采用显微硬度计测量镀层的硬度及韧性,通过销-盘式摩擦磨损试验机及光学显微镜研究镀层不同磨损阶段的磨损行为.结果表明:镀层由C、Cr及Cr3C2等相组成;随着碳含量增加,镀层的硬度从HV1 300升至HV1 900,韧性变差;与未镀层的基体相比,镀层的摩擦系数从0.70降至0.48,当碳含量为74%时,摩擦系数降至0.35;增加碳含量能够明显改善镀层的抗黏着性能,碳含量为14%及40%的镀层以严重的黏着磨损为主,而碳含量为74%镀层的黏着程度最轻,其磨损形式以黏着磨损和磨粒磨损为主.     

深度拉伸塑性变形对0.7%碳钢耐磨性的影响

经过铅浴处理的0.7%碳钢进行冷拉变形,采用扫描电子显微镜观察分析冷拉0.7%碳钢的组织形貌,采用材料拉力试验机和显微硬度计测试0.7%碳钢丝的抗拉强度和显微硬度,采用ML-10型销-盘式磨料磨损试验机考察深度冷拉0.7%碳钢丝在不同磨料磨损工况下的磨损特性,利用扫描电子显微镜观察分析0.7%碳钢磨损表面形貌.结果表明,深度拉伸塑性变形使得0.7%碳钢的组织超细化,大幅提高0.7%碳钢的机械性能.在以氧化铝和石英为磨料工况下,随着0.7%碳钢真应变增加,耐磨性缓慢提高;在以玻璃为磨料工况下,随着0.7%碳钢真应变增加,耐磨性呈现阶段性变化,当变形达到一定程度时,0.7%碳钢的耐磨性大幅提高.在以氧化铝和石英为磨料工况下,其磨损机理以微观切削和犁沟为主;以玻璃为磨料工况下,在低应变阶段,其磨损机理以显微切削为主,在高应变阶段,磨损机理以多次塑性变形和疲劳磨损为主.     

Cr4Mo4V轴承钢滚动接触疲劳和磨损性能研究

通过球棒滚动接触疲劳(RCF)试验机,研究了Cr4Mo4V轴承钢在4050润滑油润滑和0.18滑滚比条件下的滚动接触疲劳和磨损性能.结果表明:Cr4Mo4V钢的应力-寿命(S-N)曲线数据分散性较大,疲劳寿命随着应力增加呈下降趋势.Cr4Mo4V钢滚动接触磨损主要为磨料磨损,黏着磨损和疲劳磨损,随着应力和时间增加磨损体积增加,滚道凹槽深度达到17μm.通过光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察试样棒剖面与滚道交界处疲劳裂纹,发现疲劳破坏类型主要有两种:起源于表面的剥落(SOF)和起源于白蚀区的剥落(WSF).通过滚道径向切割抛光酸蚀显示Cr4Mo4V钢滚动接触疲劳影响区,随着应力和循环接触次数的增加,在次表层依次发现黑蚀区(DER)、白蚀区(WEA)和蝴蝶组织(BW).表面碳化物的剥落坑,黏着磨损和疲劳磨损的凹坑导致了表面起裂、白蚀区和蝴蝶组织中的碳化物和夹杂导致微裂纹的产生,链状碳化物使裂纹往深处扩展.     

轻质高锰钢微观组织及耐磨性能研究

对ZGMn13Cr2钢和Fe-13Mn-xAl-C(x=3、5)系轻质高锰钢在0.5、1.0、2.0和4.0 J冲击功下的磨损性能进行了研究分析,并借助光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对钢的微观组织和冲击磨损表面形貌进行了观察分析.结果表明:在0.5 J冲击功下,轻质高锰钢的耐磨性最好,相较于ZGMn13Cr2钢,Fe-13Mn-3Al-C钢的耐磨性提高4.39倍,Fe-13Mn-5Al-C钢的耐磨性提高3.83倍;在低应力(0.5 J)状态下ZGMn13Cr2钢和Fe-13Mn-xAl-C(x=3、5)系轻质高锰钢主要以显微切削为主;在高应力(4.0 J)状态下,磨损机制主要以疲劳剥落为主.     

氮合金化堆焊合金往复式摩擦磨损行为的研究

在马氏体不锈钢中引入氮,通过铌、钛固氮制备氮合金化堆焊合金. 利用往复式摩擦磨损试验机测试加氮和未加氮两种堆焊合金在不同载荷(5、10和15 N)下的摩擦磨损性能,研究了其摩擦磨损行为. 结果表明:在摩擦磨损过程中,堆焊合金表面承受周期性载荷,摩擦表面出现明显的切削痕和塑性变形,其磨损机制以磨粒磨损和表面疲劳磨损为主. 氮合金化堆焊合金中,碳氮化物沿马氏体基体、晶界弥散析出,起到了明显的细晶强化和弥散强化作用,增强了基体的塑性变形抗力以及抵御磨粒磨损的能力,使磨损表面切削痕数量更少、深度更浅,抗疲劳剥落现象得到明显改善.      

基体偏压对磁控溅射类石墨镀层摩擦磨损性能的影响

利用4靶非平衡磁控溅射离子镀技术在Si（100）和W6Mo5Cr4V2高速钢基体上沉积类石墨镀层,研究了基体偏压与类石墨镀层的显微硬度、摩擦系数、比磨损率的关系,采用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析了基体偏压对镀层的表面、断面形貌及微观结构的影响.结果表明：随着基体偏压值的增大,镀层的沉积速率下降,显微硬度和结合强度先增后降,摩擦系数和比磨损率则先降后升.不同偏压对应了不同的显微结构,当基体偏压为-65 V左右,镀层具有良好的力学性能和减摩耐磨性能,对应镀层表面光滑、结构致密,断面呈细纤维结构,镀层由C、Cr和CrCx纳米晶粒组成非晶结构.     

铜基合金—TiC金属陶瓷复合堆焊层摩擦磨损性能研究

考察了铜基合金/TiC金属陶瓷复合堆焊材料的耐磨性及其影响因素,采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察分析了复合堆焊材料的结构及磨损表现形貌。结果表明：以TiC金属陶瓷为硬质相的堆焊材料的耐磨性优于以YG硬质合金为硬质相的堆焊材料,其原因是稀土氧化物可细化基体金属组织,改善界面结合,使堆焊层的耐磨性改善;随着堆焊中硬质相含量的增加,耐磨性能提高,当金属陶瓷体积分数为55%-60%时,堆焊层的耐磨性最佳;基体金属的磨损主要呈现显微切削和犁沟特征,而金属陶瓷的流失形式主要表现为界面处TiC颗粒的脱落。     

热处理工艺对铸造汽车覆盖件模具钢的耐磨性研究

对不同淬火、回火温度与不同磨损条件下的铸造汽车覆盖件模具钢进行了磨损试验,研究磨损率与回火温度、摩擦参数等因素的关系,观察摩擦表面的显微组织和摩擦学性能.结果表明:试验用模具钢材料的耐磨性能与材料的硬度有一定关系,与淬火、回火温度有很大关系,更与磨损过程中加载载荷、滑动速率和摩擦距离等因素有关.回火温度对模具钢材料的硬度和耐磨性起到了一定的作用,500℃左右时硬度最大.600℃回火后,组织中主要成分变为马氏体与托氏体.在滑动速率较高、回火温度较低时,随着回火温度升高,磨损率降低速度明显;在加载载荷较大、回火温度较低时,随着回火温度的升高,磨损率降低速度明显.不同的滑动速率以及加载载荷情况下的磨损机理主要为黏着磨损和磨粒磨损等两种.     

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.      

45~#碳钢表面激光铬镍合金化及其耐磨性的研究

作者利用1.1kW CO_2激光器对45~#碳钢表面进行了激光铬镍合金化处理。通过对合金层的成分和相组织分析,以及对合金层和基体的硬度与耐磨性的研究认为,激光铬镍合金化层的组织是胞状枝晶,其相组成为马氏体加残余奥氏体。测试结果表明,合金层的显微硬度是45~#碳钢基体的2～3倍,耐磨性也明显地比基体材料的好。     

高碳高钢系高速钢的耐磨性研究

制备了不同成分的新型高碳高钢系高速钢,并与高铬铸铁对比考察了其耐磨性和磨损机理。结果表明：高碳高钡系高速钢的耐磨性明显优于高铬铸铁;其组织中的碳化物形态对耐磨性具有显著影响,其中具有细小及弥散分布的颗粒状ＭＣ型碳化物组织的试样的耐磨性最佳;其磨损机理为犁削和应力作用下碳化物的脆性碎裂及脱落。     

球化退火态重载车轮钢CL70磨损性能及组织演化

对CL70重载车轮钢进行球化退火获得球状珠光体组织. 将组织为片状珠光体和球状珠光体的CL70分别与U75V钢轨钢在滚动摩擦磨损试验机上以相同参数进行干摩擦纯滚动试验. 使用称重法测量磨损量、利用带电子背散射衍射附件的扫描电子显微镜及显微硬度计对两种组织形态的试样运行表面进行组织及硬度变化情况的观察与分析. 结果表明:球状珠光体组织磨损性能不及片状珠光体组织. 二者的磨损机制和强化机制不同,片状珠光体组织以疲劳磨损为主,通过塑性变形和晶粒不断细化至纤维状再到纳米晶,位错不断累积并达到良好的强化效果. 球状珠光体组织以黏着磨损为主,只有铁素体和少量渗碳体变形和碎化,硬度提升主要来自于渗碳体颗粒周围的位错集中,硬化效果较差.      

一种自润滑陶瓷摩擦磨损性能的研究

采用热压成型工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料,测试了其机械性能,并在MRH-3型摩擦磨损试验机上研究了其在室温下的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而研究了其摩擦磨损机理.结果表明:当CaF2含量为10%时,Al2O3/TiC/CaF2材料具有较好的力学性能;Al2O3/TiC/CaF2材料的摩擦系数随CaF2含量、载荷和速度的增加而降低;Al2O3/TiC/CaF2材料在高速摩擦条件下能够在磨损表面形成一层固体润滑膜,正是由于这层膜的存在使得其在高速、高载荷下具有较低的摩擦系数,而低速下其磨损机理主要是磨粒磨损,很难形成较完整的润滑膜,由于机械应力和热应力的共同作用,自润滑膜在反复摩擦下产生裂纹,从而导致其破坏.     

硬度对碳钢微动磨损行为和磨屑组分的影响

人们已经研究过诸多因素对金属和合金微动磨损行为的影响，但对试样硬度与磨屑组分、微动磨损表面形貌及压实氧化物层的形成之间的关系却还很少有人研究。因此，利用ＳＤＶ微动磨损试验机在室温下于大气中就硬度对４５＾＃钢微动磨损行为和磨屑组分的影响进行了考察。     

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.     

冲击磨损下团球状共晶体奥-贝钢磨损表面层组织的变化

采用ＭＬＤ－１０型磨损试验机、扫描电镜和透射电镜等研究了冲击磨损条件下团球状共晶体奥－贝钢磨损表面组织的变化。结果表明：奥－贝钢的冲击磨损表层中存在非晶态组织和纳米级晶粒;磨损亚表层中存在大量位错马氏体和形变贝工体组织;奥－贝钢从亚表层到磨损表面方向的硬度逐渐增加,具有梯度分布特征,能够有效抵抗磨料的冲击和凿削作用,同时磨损亚表层中的位错、形变马氏体和贝氏体组织具有很好的强韧性匹配,可抑制高冲击下     

车轮钢滚动剥离摩擦磨损特性研究

在NENE-2型摩擦磨损试验机上利用往复滚动试验装置研究了不同滚滑状态下车轮钢的剥离摩擦磨损特性和碳含量对车轮钢滚动剥离磨损性能的影响.结果表明:在不同滚滑状态下摩擦副之间的摩擦力不同,平面试样的表面磨痕形貌随着不同的切向摩擦力而明显不同,随着切向摩擦力的增大滚动磨损机制亦发生改变,剥离磨损加剧且磨损深度变大,当相对滑动量增大到一定程度后,磨损表现为明显的剥层机制;碳含量对车轮钢的滚动磨损表面磨痕形貌影响显著,碳含量低时磨痕以犁沟为主,碳含量高时剥离磨损发生的概率增加.