多轴微动疲劳损伤行为

通过柱面对柱面的接触方式,对35CrMoA钢在拉扭复合载荷作用下的低周微动疲劳特性进行研究,并采用光学显微镜和扫描电子显微镜对微动疲劳试样的微动斑和断口形貌进行观察,讨论分析了微动摩擦磨损对材料微动疲劳失效行为的影响。结果认为,微动区产生的氧化物磨屑加剧了表层材料的磨损,微动摩擦还促使疲劳裂纹源加速萌生,最终使材料在微动摩擦磨损区边缘断裂失效。     

Ti6Al4V钛合金在粘着作用影响下微动磨损的微裂特征

采用SRV微动磨损试验机进行Ti6Al4V钛合金与摩擦副GCr15钢的微动磨损试验,通过分析摩擦系数曲线和截面形貌,探讨了Ti6Al4V钛合金在粘着作用影响下微裂纹的成核与扩展,并探讨了微动磨损的主要磨损机理.结果表明:Ti6Al4V钛合金的截面形貌中发现摩擦转化层(tribologically transformed structure,TTS),微裂纹在TTS中形成,裂纹中的疲劳剥落碎片有助于裂纹的开裂,微动磨损机理主要以疲劳脱层为主.     

机械设计中的摩擦、磨损问题

摩擦磨损直接影响机器的效率、能量损耗和使用寿命,是机械设计中必须要考虑的问题。本文分析了机械零件的宏观磨损过程,介绍了一些降低摩擦,减少磨损的方法。     

钢-钢接触的扭动微动磨损氧化行为研究

在空气、氧气和氮气气氛中,研究了LZ50车轴钢在法向载荷为50 N和不同角位移幅值下的扭动微动运行行为,并重点分析了其摩擦磨损特性和氧化作用机理.结果表明,当气氛中含氧量增加时,混合区和滑移区向小角位移幅值方向移动,摩擦扭矩随循环周次的变化曲线分别为跑合、上升和稳定阶段,当气氛中含氧量增加时,上升阶段缩短,稳定阶段提前,摩擦扭矩值则越低.在部分滑移区,损伤比较轻微,在混合区和滑移区,扭动微动磨损机制为磨粒磨损和剥层,并伴随明显的塑性变形.摩擦氧化在扭动微动接触界面不仅增加了界面滑移,而且产生的氧化磨屑不易排出接触区,因此有利于减少磨损.     

碳纤维增强树脂基复合材料在低温条件下的微动摩擦磨损性能

在FTM200型摩擦磨损试验机上,以PH13-8Mo不锈钢为配副件,采用正交试验方法在低温-45,-20℃以及室温条件下探讨了法向载荷、微动频率和微动振幅及试验时间对碳纤维增强环氧树脂基复合材料微动摩擦磨损性能的影响.结果表明,法向载荷、微动频率和振幅、试验时间以及温度对摩擦系数的影响均非常显著.在-45℃时,复合材料的摩擦系数均高于室温时的摩擦系数.法向载荷和温度对复合材料磨损量的影响显著.在相同的温度下,复合材料磨损量随法向载荷的增大而增加;在相同的法向载荷下,-45℃时,复合材料的磨损量较室温时的大,其磨损区域萌生出较多的微动裂纹,疲劳剥落现象较明显,其微动磨损机制以疲劳磨损为主;而在室温下,其磨损表面主要为表面树脂的刮痕以及少量的微动裂纹,其微动磨损机制为磨粒磨损.     

蒸馏水中TC4合金微动磨损特性

针对TC4合金在蒸馏水中的微动磨损行为,采用典型微动磨损试验分析不同摩擦配副材料下法向载荷与磨损形貌、摩擦因数和磨损性能的关系。研究结果表明:蒸馏水中TC4合金微动磨损机制是疲劳脱层、磨粒磨损;蒸馏水中的摩擦因数曲线呈上下持续波动;在蒸馏水中GCr15/TC4摩擦因数比Si_3N_4/TC4的大,而且后者摩擦因数曲线突变的峰值远比前者的大;载荷增加磨损体积和磨损率均会增大,并且两者的变化趋势与摩擦因数的变化趋势一致;在50,80和100 N这3种载荷下,GCr15/TC4磨损体积和磨损率均比Si_3N_4/TC4的大,Si_3N_4/TC4耐磨性比GCr15/TC4的耐磨性强,蒸馏水中Si_3N_4球作摩擦副材料时耐磨性较强;蒸馏水中TC4合金的腐蚀和磨损交互作用的比率非常小且为负值,说明蒸馏水只有润滑作用,TC4合金的材料流失量主要由机械磨损控制。     

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。     

纯钛在蒸馏水和Saline溶液中的微动腐蚀行为

采用液压高精度微动试验机研究了球／平面接触纯钛摩擦副在蒸馏水和Saline溶液介质中的微动腐蚀特性,在动力学特性分析的基础上,用激光共焦扫描显微镜（LCSM）观察了磨痕表面形貌并测量了磨损体积。结果表明：蒸馏水和Saline溶液降低了摩擦系数,改变了微动运行区域;干态下的体积磨损量最小,3种介质中的摩擦系数与磨损体积均随位移的增大而增大,微动磨损机制主要表现为粘着与剥落;水基介质中,磨损与腐蚀的交互作用显著加速了钛的材料流失。     

油、水介质对GCr15钢微动磨损特性的影响

采用PLINT高精度液压伺服式微动磨损试验机,在法向载荷100N、频率2Hz、位移幅值1 5～60μm,以及大气、纯净水和液压油3种不同介质条件下,对GCr15钢进行了微动磨损试验.动力学分析结合光学显微镜和激光共焦扫描显微镜(LCSM)的微观观察结果显示:流体介质对微动运行区域有轻微改变;液压油和纯净水介质明显降低了微动摩擦因数、磨痕深度和磨斑尺寸,表现出明显的润滑作用,而液压油的润滑效果明显优于纯净水 微观分析表明,3种介质条件下的微动磨损是磨粒磨损和剥层机制共同作用的结果.     

粘结石墨基固体润滑涂层的微动摩擦磨损性能

为了探讨粘结石墨基固体润滑涂层的微动摩擦磨损性能的作用机理,使用SRV 微动摩擦磨损试验机对粘结石墨基固体润滑涂层在微动试验条件下的摩擦学性能以及抗承载能力进行研究,对其磨痕形貌和对偶转移膜进行分析.研究结果表明粘结石墨基固体润滑涂层的磨损率随着试验载荷和摩擦速度的增大而减小;而摩擦因数随着试验载荷增大而减小,随摩擦速度增大而缓慢增大;在微动摩擦过程中,高载高速可以促进高质量转移膜在对偶表面形成,从而使得粘结石墨基固体润滑涂层具有良好的抗承载能力和优异的抗磨减摩性能.     

位移幅值对Inconel600合金微动磨损性能和机制的影响

采用高精度微动磨损试验机SRVⅣ研究蒸汽发生器传热管材料Inconel600合金在不同位移幅值下的微动磨损行为,分析了位移幅值对摩擦因数和磨损体积的影响.采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察磨损表面和截面的形貌,并用透射电子显微镜对摩擦学转变组织进行观察.结果表明:随位移幅值的增加,摩擦因数和磨损体积逐渐增大,材料的微动行为先后经历以黏着为主的部分滑移区以及滑动为主的完全滑移区;磨损机制也由黏着磨损逐步转变为氧化磨损和剥层磨损的共同作用;微裂纹出现在黏着区域和滑动区域的交界处以及滑动区域内;黏着区氧分布密度和磨痕外基体的相一致,氧化主要发生滑动区域;磨痕亚表层的组织发生了严重的塑性变形,产生纳米化现象,摩擦学转变组织的晶粒尺寸约100 nm,远小于原始组织的15~30μm.     

基于二维模型的连杆齿形配合面微动数值分析

以某柴油机锯齿定位型连杆大端为研究对象,应用有限元技术对连杆大端齿形配合面的微动作用进行数值计算和研究.对连杆体作必要简化并建立二维有限元模型,以连杆预紧工况、最大受拉工况、最大受压工况为基础,对齿形配合面的微动滑移量、法向和切向应力进行了计算,分析了微动磨损摩擦功参数W与扩展裂纹位置的预测参数G;定量解释连杆大端齿形配合面的微动损伤问题.研究结果表明,适当减小接触面摩擦系数并在合理范围内降低螺栓预紧力,均会对减少锯齿处微动磨损行为产生积极影响.     

Ti-6Al-4V合金的加温辅助滚压及微动磨损性能

采用加温辅助滚压(WAB)工艺对Ti-6Al-4V合金表面进行了改性处理.通过扫描电子显微镜、BMT.3D表面形貌测量仪、维氏显微硬度计和VHX-600E超景深三维显微镜对改性表面进行了表征.然后在SRVⅣ微动磨损试验机上考察了未处理样、常温滚压(BU)处理样以及WAB处理样在干摩擦状态下的摩擦磨损性能.结果表明:WAB处理可以显著降低Ti-6Al-4V合金的表面粗糙度,并在合金表面生成一层较厚的硬化层;与BU处理样以及未处理样相比,WAB处理样的摩擦系数和磨损量最小;未处理样的磨损形式为粘着磨损,同时伴随轻微的塑性变形,BU处理样和WAB处理样的磨损形式为磨粒磨损,并伴随轻微疲劳剥落.由此可知,WAB工艺可以较大幅度地提高Ti-6Al-4V合金的抗微动磨损性能.     

LZ50单轴微动疲劳特性研究

研究了轮轴钢LZ50在单轴微动疲劳条件下的应力-应变滞后回线,微动区的磨损特征及断口和截面形貌;分析讨论了磨屑的形成与演变过程及微动疲劳失效机制。结果表明,LZ50在单轴微动疲劳过程中消耗的塑性不可逆功少,微动损伤机制为粘着磨损、磨粒磨损,并伴有氧化磨损。磨损过程中基体材料脱落、破碎、氧化形成磨屑,其中的硬质氧化物颗粒促进了材料表面的磨粒磨损,加速了疲劳失效过程。微动疲劳裂纹萌生区的宽度大约为100μm,失效断裂面垂直载荷方向。     

轮轴钢LZ50的单轴微动疲劳失效机理

研究了轮轴钢LZ50在单轴微动疲劳条件下的应力-应变滞后回线,微动区的磨损特征及断口和截面形貌;分析讨论了磨屑的形成与演变过程及微动疲劳失效机制.结果表明,LZ50在单轴微动疲劳过程中消耗的塑性不可逆功少,微动损伤机制为粘着磨损、磨粒磨损,并伴有氧化磨损.磨损过程中基体材料脱落、破碎、氧化形成磨屑,其中的硬质氧化物颗粒促进了材料表面的磨粒磨损,加速了疲劳失效过程.微动疲劳裂纹萌生区的宽度大约为100μm,失效断裂面垂直载荷方向.     

圆柱/平面径向微动磨损特性及其对疲劳寿命的影响

从微动磨损特性出发,建立圆柱/平面微动磨损分析模型,通过ANSYS计算接触面的接触应力状态和接触面的相对滑移量,得到接触面的接触半径和微动磨损状况.将微动磨损条件下的疲劳寿命划分为微动磨损阶段、疲劳裂纹萌生和裂纹扩展3个阶段,给出接触疲劳应力下3个阶段的疲劳寿命计算方法,结合圆柱/平面径向微动磨损实例进行疲劳寿命估算.结果表明,接触面的应力集中导致裂纹萌生点,将单次施载的磨损量工况下疲劳寿命进行比较,得出微动磨损使构件的疲劳寿命降低,无微动磨损下疲劳寿命约为107.     

不同环境介质中TC4合金微动磨损机理研究

采用SRV-IV微动磨损试验机探究GCr15/TC4合金配副在空气介质和纯水环境中混合滑移状态下的微动磨损特性.使用激光共聚焦显微镜和扫描电镜表征三维形貌、磨损体积、磨损表面形貌,结合摩擦系数曲线和微动图探究在不同环境介质中TC4合金在混合滑移状态下微动磨损机制.结果表明:混合状态下,摩擦系数曲线在3种介质中变化趋势基...     

NC30 Fe合金在氯化钠溶液中的微动腐蚀特性

在PLINT微动磨损试验机上附加电化学测试系统,采用十字交叉接触方式,位移幅值为100μm,法向载荷20、50和80 N条件下,研究NC30Fe合金传热管在氯化钠溶液中的微动腐蚀行为。使用电化学工作站记录微动腐蚀过程中开路电位变化,运用电位扫描法测量微动过程的极化曲线;采用扫描电子显微镜观察磨痕的表面形貌,光学轮廓仪测定磨痕的三维形貌及磨损量。微动磨损使损伤区域金属原子活性增大,腐蚀倾向增大,加速了NC30Fe合金的腐蚀。在氯化钠溶液中,NC30Fe合金由于微动磨损过程产生腐蚀产物膜起到润滑减摩作用,摩擦系数较纯水中降低;但因腐蚀与磨损的交互作用,在氯化钠溶液中的磨损量比纯水中高。氯化钠溶液中的磨损机制主要表现为磨粒磨损和剥层的共同作用。     

三体磨粒磨损中摩擦副表面粗糙度预测研究

为了实现动态机械设计,对预测摩擦副表面粗糙度的变化进行了研究．在三体磨损状态下,建立了摩擦副表面轮廓高度概率分布密度的预测模型．算例表明：表面形貌的变化不仅与磨程而且与所考察的轮廓线沿２ 个表面相对运动方向的位置有关,其预测结果与实验结果相符合     

完全滑移区690TT合金管微动磨损特性研究

针对蒸汽发生器中传热管与防振条的微动磨损行为，采用自主设计的微动磨损实验装置开展了690TT合金管与304不锈钢板的切向微动磨损实验，研究了循环周次对磨损量和磨损机制的影响．结果表明：由于初始氧化膜的存在，摩擦系数经历了跑合、上升、下降和稳定阶段，稳定摩擦系数约为0.78.Ft-D曲线形状随着循环周次增加由扁平状逐渐加宽趋近于菱形，稳定后保持为平行四边形，随着循环周次继续增加，由于磨痕边缘处磨屑堆积增多，致使最大位移处存在局部较高的Ft值，但微动运行始终处于完全滑移区．磨损量与循环周次表现出明显的正相关，随着循环周次增加磨损体积首先保持平稳增长，N=8×10~4之后增长明显，8×10~4至1×10~5周次循环磨损体积增大了将近1倍．N=2×10~4时主要磨损机制为磨料磨损和剥层，N=4×10~4至N=8×10~4磨料磨损迹象减弱，磨损机制主要为剥层，N=1×10~5时磨损机制为磨料磨损和剥层的混合且犁沟尺寸较大．磨痕亚表层显微硬度随循环周次增加而增大，N=1×105对应的磨痕亚表层硬度约为基体的1.5倍，加工硬化显著．经过1×10~5周次循环在磨痕亚表面形成了约6μm厚的摩擦磨损结构转...