不同环境温度下典型身管用钢磨损性能研究

通过摩擦磨损、高温硬度及相应的分析试验研究了典型身管用钢32Cr2MoVA、30SiMn2MoVA在室温、200、400以及600℃下的摩擦磨损行为与规律.结果表明:两种材料的摩擦系数在各个温度区间内的区别不大,主要受摩擦氧化物产生与否影响.32Cr2MoVA的磨损率随着温度的提高先降低再提高之后又下降,30SiMn2MoVA的磨损率随着温度的上升而先降低,然后逐渐升高,600℃达到最高.温度、身管钢在高温下的硬度和磨盘材料与滑动销的高温硬度差(Hd--Hp)共同影响磨损表面氧化物层的最终形态.室温至200℃时,身管钢磨损行为主要受表面氧化物层的影响.室温下两种身管钢磨损机理均为黏着磨损及磨粒磨损,200℃时均为氧化轻微磨损.环境温度达到400℃以上时,身管钢以及磨盘材料的基体硬度开始影响磨损行为.400℃时两种身管钢磨损机理均为氧化严重磨损.600℃时,32Cr2MoVA的Hd--Hp减小,磨损表面出现了厚度很大、致密的氧化物层,磨损机理为氧化轻微磨损;而30SiMn2MoVA的Hd--Hp显著增大,试样发生了明显的塑性挤出,为塑性挤出磨损.     

初始成长阶段霜层特性实验研究

对自然对流条件下水平表面的初始结霜过程进行了实验研究.在壁温为-34～-19 ℃范围内,利用显微镜对霜层成长过程进行了一系列显微观测,应用双曝光全息干涉法测量了霜层表面温度和周围温度分布,还测量了通过冷壁面的热流密度和霜层厚度随时间的变化.获得了霜层有效导热系数和霜表面与环境空气间的自然对流传热系数,并关联为准则关系式.霜层初始成长阶段与充分成长阶段有着显著不同的特性.随着霜层的形成和成长,霜层表面温度逐渐升高,霜层厚度增加速率减缓,有效导热系数迅速降低,自然对流传热系数也减小.冷壁面温度低时,自然对流传热系数较大,霜层成长初期厚度增加也较快,但对有效导热系数影响不大,仅为冰导热系数的11.7 %～1.7 %.     

TiCN基金属陶瓷的高温摩擦磨损性能研究

在面向高端制造业中,碳氮化钛(TiCN)基金属陶瓷刀具以其优异的切削表面质量,自身红硬性、耐磨性和抗氧化性等性能优异广受关注。针对TiCN基金属陶瓷在实际加工工程中的情况,研究材料在不同温度(600、700、800℃)条件下的高温摩擦磨损性能。采用X线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)、场发射扫描电镜(field emission scanning electron microscopy,FESEM)、能谱仪(energy dispersivespectroscopy,EDS)、高温摩擦磨损试验机和轮廓仪分别分析不同温度下的氧化增重、表面形貌以及摩擦后表面形貌和摩擦因数之间的关系,初步探讨成分和组织结构对金属陶瓷高温摩擦磨损性能的影响。研究结果表明,室温时主要磨损机理为磨粒磨损和晶粒的滑出,高温时则为黏着磨损和氧化磨损,在摩擦磨损过程中摩擦层的形成和脱落对摩擦性能影响显著。     

滚压对碳钢微动磨损性能的影响

为了提高碳钢的微动磨损特性,采用不同参数的滚压工艺对45号钢试样进行表面处理,通过表面形貌测量仪、维氏显微硬度计和扫描电镜(SEM)考察在不同参数下,滚压工艺对钢的表面粗糙度、显微硬度、硬化层的厚度等的影响,然后在SRV IV摩擦磨损试验机上对比研究各工艺处理试样的微动磨损特性。研究结果表明:滚压工艺使试样表面形成一定厚度的硬化层,可以降低试样表面的粗糙度,提高表层显微硬度;滚压工艺使试样的磨损量和摩擦因数显著减小;未处理试样的磨损形式主要为黏着磨损和疲劳磨损,滚压后试样以磨粒磨损为主,并伴随轻微的疲劳剥落;不同的滚压参数对45号钢表面性能和微动性能影响较大,滚压工艺使45号钢试样的抗微动磨损性能更加优异。     

碳纳米管改性聚四氟乙烯材料的导热性能

针对所制备的由不同表面处理和不同含量的多壁碳纳米管(MWCNTs)填充的聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,测定其在变温度场下的导热系数、热扩散系数和热膨胀系数,得到了一系列关系曲线,初步分析了材料的热性能特点和规律。通过分析,发现随填充物含量的增加,由不同表面处理的MWCNTs填充的PTFE材料的导热性能均有所提高,但差异较大;特别是当热源输入温度较高时,导热系数和热扩散系数均显著增加。通过透射电镜(TEM)分析了不同表面处理的MWCNTs在PTFE中的微观结构,预测了在不同温度场下,材料各组分和内部结构对材料热性能的影响规律。     

内蒙古西部超低能耗草原民居相变墙体调温节能性研究

内蒙古西部草原民居冬季室内热环境质量普遍较差,采暖能耗高,而相变材料具有优异的热工特性。探索研究在外墙中加入石蜡基相变材料改善草原民居冬季室内热舒适性和降低采暖能耗的可行性,分析在临河地区冬季典型气象条件下,墙体材质、相变材料层厚度、对流换热系数和相变潜热对内壁面温度响应和节能性的影响。结果表明:不同墙体材质的导热系数影响墙体热性能,随着导热系数减小,温度衰减倍数增加,内壁面热稳定性提升;随着相变层厚度的增加,墙体保温性能不断增强;墙体内壁面温度波幅随对流换热系数的增大而增加;随着相变潜热的增大,对提升冬季室内热环境和减少采暖能耗方面有一定作用,但其效果有限。研究结果为内蒙古西部草原民居非透明围护结构的节能设计提供参考依据。     

磁场强度对45钢摩擦磨损性能的影响

采用销-环接触方式,在自制的摩擦磨损试验机上,研究了不同磁场强度对铁磁性材料45钢干滑动摩擦磨损性能的影响。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和三维形貌仪等仪器对磨损表面形貌及磨屑进行了表征。试验结果表明:施加磁场明显影响了45钢的摩擦磨损性能。随着磁场强度的增大,摩擦因数逐渐增大,磨损率逐渐减小,磨损表面粗糙度逐渐降低。磨屑参与摩擦过程的方式不仅影响其自身粒度的大小,而且影响摩擦表面接触状态,以至于对45钢的摩擦磨损性能产生了显著影响。磁场促进磨损表面及磨屑的氧化并吸附磨屑反复参与摩擦过程,在磨损表面形成磨屑层,从而改变45钢的摩擦磨损性能。     

摩擦层形成的元胞自动机模拟

建立了汽车摩擦材料在摩擦过程中摩擦层形成的变时间步长的二维和三维元胞自动机模型,模拟了磨屑运动的变化状态与摩擦材料的表面形貌。用二维元胞自动机模型模拟了无磨损条件下摩擦材料表面的摩擦层的形成过程,可以得到磨屑沿摩擦力方向运动并聚集的图像。用三维元胞自动机模型模拟了有磨损时摩擦材料表面的摩擦层的形成过程,可以得到摩擦材料在不同厚度的磨屑运动和聚集的动态图像。通过元胞自动机模拟可以确定摩擦层形成的机制与磨屑的运动和受阻于钢纤维、陶瓷纤维或磨粒并聚集有关,也证明了在摩擦层的研究中元胞自动机法是一个理想的模拟方法。     

钨含量对铜基摩擦材料性能的影响

为了探究钨含量对制动用铜基摩擦材料性能的影响,采用热压烧结工艺制备了不同钨含量的铜基摩擦材料,对其物理性能、力学性能和摩擦磨损性能进行了测试。研究表明,铜基摩擦材料的密度随着钨含量的增加而增大,而剪切强度和硬度先增大后减小。钨提高了材料磨损表面微凸体接触的结点强度,从而提高了材料的摩擦因数。适量的钨可以有效地减少磨损表面剥离,有助于在磨损表面形成连续完整的摩擦膜,从而稳定摩擦因数,减小磨损质量。当钨含量过高时,在高温摩擦过程中会产生严重的犁沟或微裂纹,导致摩擦因数剧烈波动和磨损质量增大。钨的质量分数为3%时,铜基摩擦材料在不同温度和压力下具有较为稳定的摩擦因数和较小的磨损质量。     

铜基复合材料面接触摩擦副温度场及磨损特性研究

文章利用非接触式红外测温-有限元模拟-热电偶测温验证相结合的方法,克服摩擦副热流分配系数误差较大的问题,建立基于面接触摩擦磨损试验的三维温度场模型,分析其温度对铜基双金属材料磨损特性的影响。结果表明,在面接触摩擦磨损试验中,摩擦副接触面径向不同位置的温度不同,所对应的磨损也有差别,温度对摩擦磨损有非常显著的影响。     

压缩机动涡旋表面磷化膜层的磨损性能

采用AMSLER摩擦磨损试验机,模拟压缩机上支撑与动涡旋摩擦副,对灰铸铁表面磷化膜层摩擦副在不同条件下的摩擦磨损性能进行了研究,采用扫描电子显微镜(SEM)观测摩擦磨损表面形貌.试验结果表明:磷化工艺可以有效降低灰铸铁与磷化膜层之间的摩擦系数;在摩擦磨损过程中,磷化膜避免了金属表面的直接接触,降低了摩擦副之间的黏着.磷化试样在高速和低速条件下的抗咬合性能均优于未磷化试样.     

燃煤锅炉可调卫燃带活动隔热层的设计

提出了可调节燃带的物理模型,计算和分析了可调卫燃带隔热板主要热物理参数对各层隔热板内壁温的影响,并据此给出了隔热板安全工作时隔热板材料导热系数和厚度的推荐值。传热计算表明：如隔热板材料采用推荐的导热系数和厚度,当2层隔热板重叠时内外层隔热板不需要冷却保护,而3层隔热板重叠时只有外层隔热板内壁温度超过耐热钢允许的工作温度,因而应对外层隔热板采用冷却保护措施。     

基于ABAQUS的摩擦副最高温度研究

以某湿式摩擦离合器的摩擦副为研究对象,忽略摩擦片表面沟槽结构及散热,建立摩擦副接触模型,通过ABAQUS仿真分析软件,对模型直接施加转速、压力等条件,进行更接近实际情况的摩擦生热仿真分析,得到摩擦副温度场,对温度场中最高温度出现位置及摩擦副厚度对最高温度的影响进行对比分析,仿真结果表明,理论计算平均温升与仿真结果最高温升存在较大差异;摩擦副最高温度出现在滑摩区域靠近最外圈位置的原因是滑摩过程中钢片及摩擦片沿轴向产生的微小形变;钢片厚度对最高温度影响较大,摩擦片厚度对最高温度影响较小,适当增加钢片厚度能降低最高温度。     

高导热聚酰亚胺复合材料的性能

采用原位聚合法,以六方氮化硼(h-BN)为填料、均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为单体、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂制备功能性聚酰亚胺(PI)复合材料。考察填料h-BN质量分数对PI复合材料导热系数、力学性能和摩擦磨损性能的影响。采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X线衍射仪(XRD)、电子万能试验机、导热系数测试仪和摩擦磨损试验机等对PI复合材料进行表征。结果表明:与纯PI相比,h-BN改性后的PI复合材料的拉伸强度和弹性模量均有较大的提高;随着h-BN质量分数的提高,PI复合材料的导热系数逐渐增大(最大导热系数为0.289 W/(m·K)),干摩擦因数逐渐降低(最低摩擦因数为0.196),磨擦表面温度显著下降,磨损率呈先减小后增大的趋势(最低磨损率为6.76×10~(-14) m~3/(N·m))。     

减振材料的摩擦磨损特性及影响因素

对部分新的和常用的货车摩擦减振器材料进行了比较系统的摩擦磨损试验,分析了7组不同配副材料的摩擦磨损性能及其影响因素.结果表明,T10与针状铸铁、高分子复合材料及少合金ADI球铁/ADI球铁配副的摩擦系数均小于45钢与ADI球铁配副;试验的所有摩擦副的重量磨损量均比传统的45钢与ADI摩擦副的磨损量小,T10与高分子复合材料配对的摩擦副磨损量最小;影响摩擦副摩擦磨损特性的主要因素有摩擦速率、摩擦表面的状况、材料的导热和蓄热能力及摩擦副材料的相溶性等.     

温度对10CrMn2NiSiCuAl极地破冰船用钢板干摩擦行为的影响

采用Bruker UMT-3Tribolab摩擦磨损仪测试了与宝山钢铁股份有限公司共同开发的破冰船用低温钢板10CrMn2NiSiCuAl在不同环境温度下的摩擦磨损性能,利用轮廓扫描仪和扫描电子显微镜表征了磨痕及磨屑的表面形貌,采用电子能谱(EDS)以及X射线衍射谱(XRD)分析了磨屑表面的化学元素及成分,进而推断其磨损机制。结果表明:环境温度对摩擦磨损的性能有显著影响,当环境温度为20℃时,摩擦磨损形式以疲劳失效、氧化磨损和黏着磨损为主,磨痕表面的过渡层能够降低摩擦系数,减少磨损量,表面磨损产物主要为Fe_2O_3和Fe_3O_4;随着环境温度降低至-20℃,磨损机制转变为微切削作用下的磨粒磨损和塑性变形,磨痕表面出现犁沟形貌,磨损产物主要为Fe元素,磨屑的长宽比减小,出现球形磨屑,磨损量急剧增加。     

材料热物理参数对沥青路面温度场影响的模拟分析

首先在考虑沥青路面与周围环境热交换过程的基础上,利用ADINA有限元软件构建了沥青路面温度场评估模型,并确定了模型的边界条件,然后通过数值模拟的方法分析了导热系数、表面传热系数和路面反射率这3个材料热物理参数对沥青路面各结构层温度场的影响.结果表明：沥青路面的温度变化主要发生在其表层和面层（即沥青层）,而基层、底基层和土基的温度变化很小;相同条件下,沥青路面各结构层的日温度差会随着各结构层深度的增加而减小;沥青路面各结构层的温度会随着结构层深度的增加出现变化相位逐渐滞后的现象;修铺沥青路面时所用材料的导热系数越大、表面传热系数和路面反射率越小,沥青路面的温度越高,因此,为使整个沥青路面温度降低,铺筑沥青路面时应使用导热系数较小、表面传热系数和路面反射率较大的材料.本研究可为沥青路面的选材设计提供理论支撑,有助于改善沥青路面的温度场,减小沥青路面对城市环境造成的不良热效应.     

多片式离合器局部高温区成因与系统稳定性研究

离合器在接合过程中常发生热弹性不稳定性,这是导致摩擦副表面出现局部高温区的重要原因. 针对车辆换挡机构用多片式离合器,采用伽辽金法建立了离合器摩滑过程三维有限元分析模型,将温度场扰动变化问题转化为矩阵特征值问题,求解并通过试验验证了系统发生TEI时的临界速度、摩擦界面温度扰动增长率和温度场分布的相互关系. 研究表明,当离合器转速超过临界速度时,1 s内温度波动由3%上升到35%,对偶钢片表面沿圆周方向出现局部高温区,符合离合器实际使用过程中出现的表面热斑和烧损痕迹. 离合器对偶片及摩擦衬片厚度、半径、内外径比、摩擦材料的导热系数及弹性模量均对离合器热弹性不稳定性均有重要影响,摩擦材料热膨胀系数影响较小.      

成型温度对PPS分子结构及其摩擦性能的影响

用热压法制备聚苯硫醚(PPS)摩擦材料,研究成型温度对其结构摩擦性能的影响,用扫描电子显微镜(SEM)对摩擦表面形貌和磨屑进行观察和分析.结果表明,随热压温度的升高可成型出具有线形、支链及交联结构为主的3种PPS材料,聚合物线形结构的改变有利于提高材料的耐磨性能,其中在370℃成型的材料表现出最佳的摩擦性能;PPS的磨损以热挤出和粘着转移磨损形式为主,该材料在摩擦过程中形成结合牢固、薄而均匀的转移膜,在摩擦性能中发挥重要作用.     

三维网络SiC陶瓷/金属复合材料摩擦性能的研究

以三维网络SiC陶瓷/Fe-Cu合金复合材料作为静片、三维网络SiC陶瓷/40Cr复合材料作为动片,研究了法向载荷、摩擦时间和pv值对该材料体系摩擦因数的影响以及摩擦次数对静片磨损量的影响,并采用金相显微镜观察了复合材料的显微结构和磨损表面形貌,分析了材料的摩擦磨损性能和磨损机理.结果表明:该摩擦副的稳定摩擦因数在0.33~0.35之间,摩擦过程中材料的磨损机理以磨粒磨损和粘着磨损为主,材料表面摩擦形成的氧化层硬度较高,是该材料耐磨性能优良的主要原因.