新一代航空用高Co-Ni钢的摩擦磨损行为

高Co-Ni齿轮钢广泛应用于航空航天、交通运输、工业设备和机械装备等领域的关键构件,其摩擦磨损行为的研究对于服役寿命的优化具有重要意义。通过正交实验确定淬火温度(A因素)、摩擦时间(B因素)及载荷(C因素)三种因素对试件摩擦磨损性能的影响大小。结果表明,影响试样磨损体积的最大影响因素是淬火温度。原因是随着淬火温度的升高,试样内部均匀化增强,硬度降低,摩擦产生的剥落与开裂减少。同时由于塑性变形,亚表层内会发生应变硬化,残余奥氏体在塑性变形下转变为马氏体(相变诱发塑性效应),降低了材料的体积损失。

不同晶粒取向铜与45钢配副时的摩擦磨损机制

为了考察不同晶粒取向纯铜与45钢配副时的摩擦磨损性能,采用干滑动磨损方式,研究了表面具有水平/垂直晶粒取向纯铜销配副45钢圆盘的摩擦学行为,表征了配副材料磨损表面的形貌和组成。结果表明:晶粒水平取向的纯铜销与45钢圆盘干滑动磨损时,摩擦系数较小且稳定,氧化磨损占主导地位;晶粒垂直取向的纯铜销与45钢圆盘干滑动磨损时,摩擦系数较大且波动剧烈,磨粒磨损及黏着磨损占主导地位。

不同环境气氛对高速干滑动钢/铜摩擦副磨损机制的影响

利用MMS-1G型高温高速销-盘摩擦磨损试验机,以钢/铜摩擦副为研究对象,研究了不同环境气氛对高速干滑动钢/铜摩擦副磨损机制的影响,应用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)对销试样磨损表面进行分析。结果表明:随着pv值的增加,氧气条件下的磨损机制由粘着磨损转变为氧化磨损;氮气条件下的磨损机制由粘着磨损转变为金属流变和磨粒磨损。氮气气氛条件下的摩擦因数和磨损率均高于氧气气氛条件下的摩擦因数和磨损率。

等径角转角挤压处理GCr15钢摩擦磨损机制研究

对经ECAE处理的GCr15钢进行摩擦磨损机制分析,发现晶粒显著细化,磨粒尺寸随之减小,这样两接触摩擦表面间的磨粒压入软基体的深度也降低了,摩擦磨损过程中摩擦表面磨损体积减小就会使试样的磨损量显著减小,从而使GCr15钢试样的耐磨性能大大提高。

45#钢在含有微米级二硫化钼的18#齿轮油中的摩擦磨损性能

通过45#钢在二硫化钼质量分数分别为0%,0.5%,1%,1.5%,2%的18#齿轮油润滑的5种工况下,进行不同载荷的滑动摩擦试验,比较其摩擦磨损性能并分析磨损机制。结果表明,载荷为300 N时,二硫化钼质量分数为2%的18#齿轮油中45#钢磨损量比其在基础油工况下降低了43.5%,摩擦系数降低了33.1%。二硫化钼质量分数为2%时18#齿轮油的抗摩擦磨损性能最好。

不同载荷下GCr15钢的滑动摩擦磨损性能

采用光学显微镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计等对淬-回火后GCr15轴承钢的显微组织、残留奥氏体含量和硬度进行分析,并利用UMT-2摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对GCr15钢进行了变载滑动摩擦磨损试验,采用扫描电镜、能谱仪、三维形貌仪研究了载荷对GCr15钢的滑动摩擦磨损性能的影响。结果表明:淬-回火后的GCr15轴承钢的显微组织由回火马氏体、残留奥氏体以及碳化物组成,其组织特征呈典型的"黑白区"形貌,残留奥氏体含量约为12.5%,硬度约为62 HRC;GCr15轴承钢的摩擦系数随着载荷的增加而减小,磨痕宽度和磨损率随着载荷的增加而增大,磨损机制主要为粘着磨损与氧化磨损的混合,且随着载荷的增大,粘着与氧化程度加剧。

不同湿度环境中钢/铜配副摩擦磨损性能研究

应用QG-700型高温气氛摩擦磨损试验机研究了CrNiMo钢/黄铜配副在不同环境湿度条件下的滑动摩擦磨损性能,利用三维形貌轮廓仪、EDAX能谱分析仪(EDS)分析了其磨损机制。结果表明:随着环境气氛湿度的增加,配副的摩擦因数、销/盘试样磨损率和摩擦温度均呈降低趋势,摩擦学性能得到改善。销试样的磨损机制主要为黏着磨损,环境湿度的增大弱化了配副材料的黏着磨损。

阴极离子镀TiAlSiN涂层高温摩擦与磨损性能

采用阴极离子镀在H13钢表面制备了TiAlSiN涂层,通过扫描电镜、X射线衍射仪、原子力显微镜分析了涂层表面-界面形貌、物相和三维表面微观形貌。利用EDS面扫描分析了磨痕表面化学元素分布,讨论了高温对涂层摩擦磨损性能的影响。结果表明,TiAlSiN涂层表面主要元素由Ti、Al、Si和N组成,主要物相为(Ti,Al)N,未发现Si3N4相;高温氧化后生成的致密氧化膜Al2O3提高了涂层高温抗氧化性,Si O2降低了涂层表面摩擦因数,结构疏松的Ti O2易导致涂层破裂和剥落;TiAlSiN涂层表面粗糙度高于基体表面粗糙度,磨痕表面Ti和Al元素出现贫集区,表明涂层被磨穿;在700、800和900℃下,涂层表面摩擦因数均在0.3左右,在700℃时磨损机制主要为氧化磨损和粘着磨损,在800℃和900℃时主要为氧化磨损,伴随着少量粘着磨损和磨粒磨损。

精密喷射成形HM1钢摩擦磨损性能研究

为了探索提高HM1钢耐磨性能的制备新途径,采用往复式滑动干摩擦实验研究了精密喷射成形HM1钢摩擦磨损性能并对其磨损机制进行了分析,同时还与铸态材料进行了对比.结果表明:不同载荷下,喷射态和喷射回火态HM1钢摩擦系数均低于铸态;当载荷为100 N时,与铸态相比,喷射态磨损量比其低约34%,喷射回火态磨损量比其减少约48%.对磨痕形貌分析表明,当载荷为40 N时,铸态试样以粘着磨损为主,当载荷为100 N时,转换为粘着磨损与磨粒磨损共存,并伴随严重的氧化磨损;对于喷射态和喷射回火态试样,则以磨粒磨损为主,氧化磨损减轻.

二氧化碳气氛下钢铜摩擦副摩擦磨损特性研究

应用MMS-1G销盘式高温高速摩擦磨损试验机,研究了二氧化碳气氛条件下CrNiMo钢/H96黄铜配副的干滑动摩擦磨损特性。结果表明:摩擦因数随着载荷和速度的增加而减小;磨损率随着载荷和速度的增加而增加,在逐步增加速度与载荷的过程中,存在着摩擦磨损机制的转变,CrNiMo钢的磨损机制主要表现为粘着磨损和磨粒磨损。

低温离子渗氮对16Cr3NiWMoVNb齿轮钢摩擦学性能的影响

齿轮作为航空发动机的主要传动部件之一,在服役过程中齿面易发生磨损失效,无法完全满足航空发动机的需求,因此采用表面处理的方法来提高航空齿轮钢磨损性能。对16Cr3NiWMoVNb齿轮钢表面进行低温离子渗氮处理,通过扫描电子显微镜、X射线电子能谱仪等分析了不同电压对其表面组成及结构、硬度、摩擦学和耐腐蚀性能的影响。结果表明:等离子渗氮处理后在16Cr3NiWMoVNb齿轮钢表面形成了间隙固溶体,经900 V电压渗氮处理后的表面硬度由原来的269 HV提高到325 HV,且渗氮后的样品截面硬度呈现下降的趋势,其磨损率相比原样品降低了近50%;在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,渗氮后试样的阳极极化曲线呈现出活化溶解、自钝化等特征,经850 V电压处理后腐蚀电位由未渗氮的−726.18 mV提高至−410.68 mV,耐腐蚀性能得到显著改善。因此,对航空用齿轮钢,采用低温离子渗氮表面处理的方法可提高其耐磨性和耐腐蚀性。

水介质润滑下车轮钢磨损机制研究

利用往复滚动试验装置,研究了水介质作用下车轮钢的往复滚动摩擦磨损机制。结果表明:接触界面存在水介质条件下的车轮钢摩擦因数明显低于干态工况下的摩擦因数;水介质润滑条件下车轮钢磨损以磨粒磨损为主,水介质的存在减小了车轮钢表面的磨损,同时减轻了车轮钢表面的剥离损伤。

初始齿面点缺陷斜齿轮磨损模式演变与状态评估

为了探究如大型风电齿轮初始缺陷存在下的摩擦磨损机制与演变历程,避免齿轮发生开放式磨损和重大故障,对初始齿面点缺陷下的斜齿轮磨损特征与演变过程进行研究。实验采用控制变量法,在自制齿轮磨损实验台上分别进行了3组不同工况条件下的磨损实验,分别设置了正常齿轮与缺陷齿轮、低载工况与重载工况条件的对比实验。采用振动监测和油液检测技术,对齿轮箱振动情况以及齿轮产生的磨粒进行统计分析,结合轮齿表面的微观形貌分析,对重载工况下缺陷齿轮磨损衰退过程进行准确评估。结果表明:初始缺陷将导致齿轮表面应力集中且数值高达数倍,而初始圆坑缺陷附近却无异常磨损特征;初始圆坑缺陷会缩短齿轮稳定磨损期,削减齿轮使用寿命,磨损后期导致磨损加剧、振幅增加数倍且伴随较大冲击载荷。

多层梯度结构对TiAlSiN涂层摩擦磨损性能的影响

为提高304不锈钢耐磨损性能,采用磁过滤阴极弧等离子体沉积的方法制备TiAlSiN多层梯度涂层,研究多层梯度结构对涂层摩擦磨损性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕仪和划痕仪等方法对涂层的表面形貌、物相结构以及力学性能进行表征,并通过MST-3001摩擦磨损试验仪测试不同结构涂层的摩擦磨损性能。结果表明:与TiAlSiN单层涂层相比,TiAlSiN多层梯度涂层具有更高的结合力和韧性;两种涂层的摩擦因数和磨损率都远小于304不锈钢,其中TiAlSiN多层梯度涂层具有比单层涂层更低的磨损率,磨损率由2.6×104μm3/(N·m)降至8.5×103μm3/(N·m),降低了67.8%,TiAlSiN多层梯度涂层磨痕表面光滑致密,主要磨损机制为轻微粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损的协同作用。

氮碳共渗对ER8车轮钢高温摩擦磨损性能的影响

以ER8车轮钢轮辋材料为研究对象,在570℃下对其进行氮碳共渗,然后利用MMU-5G高温摩擦磨损试验机对未处理试样和氮碳共渗后试样进行了四种不同温度(25℃,300℃,400℃,500℃)的摩擦磨损实验。利用截面显微硬度表征渗层厚度,同时利用激光共聚焦显微镜(VK-9710)和XRD仪观察并分析了共渗层的结构、成分和微观形貌,并对两种试样的磨损性能、粗糙度和磨痕形貌进行了记录分析。结果表明:经氮碳共渗后试样表层显微硬度显著增大;氮碳共渗在环境温度低于400℃时显著增强了材料的磨损性能,在400℃及以上温度时氮碳共渗对降低ER8车轮钢轮辋材料的磨损效果十分有限;磨损形式主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损,未处理试样在25~500℃之间的各个温度区间都存在磨粒磨损,氮碳共渗试样磨粒磨损主要存在于25℃和500℃,而两者氧化磨损和粘着磨损则主要存在于高温环境(300~500℃)下,当温度上升到500℃时,粘着磨损加剧。

淬火保温时间对GCr15轴承钢组织与摩擦磨损性能的影响

采用高温箱式电阻炉对退火态GCr15轴承钢进行了淬火和低温回火处理,采用光学显微镜、X射线衍射仪和洛氏硬度计对其经不同淬火保温时间处理后的显微组织、残留奥氏体含量和硬度进行了分析,并利用UMT-2摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对GCr15钢进行滑动摩擦磨损试验,采用扫描电镜、能谱仪、三维形貌仪对其磨损率和磨损机制进行分析,研究淬火保温时间对GCr15轴承钢显微组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:GCr15轴承钢经淬火和回火处理后的组织由回火马氏体、残留奥氏体和碳化物组成。随着淬火保温时间的延长,GCr15轴承钢的残留奥氏体含量和硬度均呈现先增加后减小的趋势,而碳化物平均尺寸先减小后增加,保温时间为60 min时,碳化物的数量急剧减少;淬火保温时间对GCr15轴承钢摩擦系数影响不大,保温40 min时磨损率最小,20 min时磨损最严重。磨痕表面粘着磨损与氧化磨损共存,保温40 min时,磨痕表面剥落坑相对较小,剥落最轻微。

氧气气氛条件下钢铜摩擦副摩擦磨损特性研究

利用MMS-1G销盘式高温高速摩擦磨损试验机,研究了氧气气氛条件下CrN iMo钢/H96黄铜配副的干滑动摩擦磨损特性,并分析了磨损机制,结果表明:纯氧气气氛条件下,摩擦因数随着载荷和速度的增加而减小;磨损率随着载荷和速度的增加而增加。在逐步增加速度与载荷的过程中,存在着摩擦磨损机制的改变。CrN iMo钢磨损失效机制主要表现为氧化磨损、剥落磨损、粘着磨损和磨粒磨损。

往复滚动工况下车轮钢磨损机制研究

利用往复滚动试验装置,对不同制动状态和频率下的车轮钢摩擦磨损机制进行了研究。结果表明:随切向摩擦力的增加,滚动摩擦副间的相对滑动量、摩擦因数和线接触区域的拉压应变相应变大,车轮钢平面试样表面的损伤形式呈现从擦伤到磨粒磨损再到粘着和疲劳剥离的变化规律;摩擦因数一定时,随频率的增加,磨损形式由磨粒磨损逐渐向疲劳磨损转变。

干摩擦条件下天然橡胶/钢的磨损机理研究

采用 FAL EX试验机考察了 2 0 #钢 /天然橡胶在干摩擦条件下的磨损机理 .用扫描电子显微镜分析了 2 0 #钢和橡胶磨损表面形貌 ,用 X射线光电子能谱仪分析了金属和橡胶磨损表面元素的含量及化学状态 ,用镜面全反射傅立叶红外光谱仪分析了橡胶磨损表面官能团的变化 .结果表明 ,2 0 #钢 /天然橡胶摩擦副发生了粘着磨损 ,其磨损机制为 :金属及金属氧化物与天然橡胶大分子自由基在摩擦表面发生反应 ;在亚表层以金属与大分子自由基的反应为主 ,主要产物为含有 Fe- C的金属 -聚合物 ;金属本身发生氧化 ,主要产物为 Fe2 O3、Fe O和 Fe3O4,而在亚表层的主要产物以 Fe O为主 .表面膜可能通过化学键。

TiAlSiN多层梯度涂层力学及摩擦磨损性能试验研究

利用物理气相沉积(PVD)技术,基于阴极电弧技术在Si片、高速钢试片上制备了TiAlSiN多层梯度涂层。利用洛氏硬度计、X射线衍射仪、透射电子显微镜、纳米压痕仪对涂层的表面形貌、物相结构和力学性能进行表征。通过超精密三维表面轮廓光学测量仪、HSR-2M摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能。试验结果表明TiAlSiN多层梯度涂层结构致密,各层间界面清晰,主要由柱状的面心立方结构的(Ti,Al)N相组成。涂层与基体的结合力达到工业等级HF1,具有良好的膜基结合力,其硬度为27.7 GPa,弹性模量为338.0 GPa,具有较高的硬度和弹性模量。TiAlSiN多层梯度涂层的摩擦系数为0.54,磨损率为7.06×10~3μm^3/(N·m),主要磨损机制为磨粒磨损和轻微粘着磨损。