Diamond-like carbon films synthesized on bearing steel surface by plasma immersion ion implantation and deposition

Diamond-like carbon (DLC) films were synthesized by plasma immersion ion implantation and deposition (PIIID) on 9Cr18 bearing steel surface. Influences of working gas pressure and pulse width of the bias voltage on properties of the thin film were investigated. The chemical compositions of the as-deposited films were characterized by Raman spectroscopy. The micro-hardness, friction and wear behavior, corrosion resistance of the samples were evaluated, respectively. Compared with uncoated substrates, micro-hardness results reveal that the maximum is increased by 88.7%. In addition, the friction coefficient decreases to about 0.1, and the corrosion resistance of treated coupons surface are improved significantly.

复合等温淬火对GCr15Si1Mo钢贝氏体转变及磨损性能影响

纳米贝氏体轴承钢具有优异的综合性能,然而长时间的等温转变周期是限制其广泛应用的主要难题.为了加速GCr15Si1Mo轴承钢纳米贝氏体转变,本文中以常规一步(190℃)等温淬火工艺作为对比,设计了1种复合三步(157℃+190℃+250℃)等温淬火工艺,并对试验钢进行了不同工艺下的热处理.使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和洛氏硬度仪等对GCr15Si1Mo轴承钢微观组织和力学性能进行了表征,利用UMT摩擦磨损试验机和三维形貌轮廓仪对试验钢的摩擦磨损性能进行了测试,并分析了其磨损机制.结果表明:复合等温淬火工艺从纳米贝氏体的孕育期和转变期两阶段对其转变进行加速,当转变相当含量贝氏体(53%~55%)时其相转变时间较常规等温淬火工艺缩短了5 h,明显提高了贝氏体转变效率;与常规等温淬火工艺相比较,复合等温淬火工艺材料微观组织中的残余奥氏体含量明显降低,且块状残余奥氏体大量转变为薄膜状残余奥氏体,材料的冲击韧性明显提高,但随复合等温淬火时间的延长,材料的冲击韧性出现了先升高后降低的趋势;当复合等温淬火工艺参数为157℃×5 min+190℃×2.0 h+250℃×1.0 h时,材料的强韧性匹配和耐磨性最佳,且其耐磨性明显也优于常规等温淬火工艺下材料的耐磨性.磨损机制结果表明:复合等温淬火和常规等温淬火处理后试验钢的磨损机制均以磨粒磨损为主,但复合等温淬火工艺下材料的磨粒磨损程度有所减轻并伴随轻微的黏着磨损和疲劳磨损.

等温淬火工艺对GCr15SiMo钢微观组织和摩擦磨损性能的影响

为了探究等温淬火工艺对GCr15SiMo轴承钢微观组织和摩擦磨损性能的影响.本文中通过改变等温淬火温度(190、210和230℃)和保温时间(4、8和24 h)对GCr15SiMo轴承钢进行不同等温淬火参数下的热处理.利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和洛氏硬度计等对其微观组织、物相和硬度进行表征,并借助摩擦磨损试验机对其摩擦磨损性能进行研究.结果表明,GCr15SiMo轴承钢传统油淬得到的组织主要为马氏体,等温淬火工艺获得的组织主要由贝氏体铁素体、残余奥氏体、少量马氏体和未溶碳化物组成.且随着等温淬火温度升高和保温时间延长,由于碳原子的扩散能力增强,贝氏体转变周期变短,贝氏体的含量增多,马氏体含量减少,未溶碳化物和残余奥氏体含量也逐渐降低.传统油淬后的材料组织以脆性马氏体为主,摩擦磨损时马氏体以细小碎片的形式剥落并作为硬质颗粒在摩擦表面移动,导致其磨损机制以微观切削和氧化磨损为主.等温淬火工艺下,固定等温淬火时间为8 h,随等温淬火温度升高,材料中贝氏体含量增多,韧性提高,材料磨损机制由微观切削逐渐转变为黏着磨损;当固定等温淬火温度为210℃,随等温淬火时间的延长,材料中贝氏体含量大幅度增加,材料韧性在提高的同时其硬度降低,导致材料磨损机制由黏着磨损逐渐转变为严重的磨粒磨损.最后,文中最佳的等温淬火工艺是等温淬火温度为210℃,保温时间为8 h,此时组织中各物相体积分数分别为残余奥氏体4.3%,未溶碳化物4.8%,马氏体32.3%,贝氏体58.6%,材料具有良好的强韧性,磨损率最低,为0.38×10^(−4)mg/(N·m).

残留奥氏体含量对GCr15轴承钢摩擦磨损性能的影响

首先对GCr15轴承钢进行了不同温度的淬火和回火处理及淬火+深冷+回火处理,获得了残留奥氏体含量分别为6.2、11.2、17.5和26.4 vol%的GCr15轴承钢试样,随后采用重载往复摩擦磨损实验仪在干摩擦和油润滑条件下对试样进行摩擦磨损实验,研究了残留奥氏体含量对GCr15轴承钢滑动摩擦磨损性能的影响;利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线残余应力分析仪和洛氏硬度计等分析了GCr15轴承钢试样在不同状态下的组织、表面形貌和力学性能。结果表明:经不同工艺热处理后,GCr15轴承钢的组织都是由马氏体、残留奥氏体和碳化物组成;随着残留奥氏体含量增加,GCr15轴承钢的表面硬度逐渐减小,残余压应力逐渐减小并趋于稳定;在干摩擦条件下,深冷处理试样的平均摩擦系数最小;在油润滑条件下,4组试样的平均摩擦系数相差不大且都低于0.08,在干摩擦和油润滑条件下,随着残留奥氏体含量升高,GCr15轴承钢的磨损率都是先升高再降低,在淬火温度为865℃时磨损率达到最大;经过深冷处理的试样的残留奥氏体含量最小,为6.2 vol%,其磨损率也最小,说明深冷处理能提高GCr15轴承钢的摩擦磨损性能;在干摩擦条件下GCr15轴承钢的磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损,油润滑条件下为磨粒磨损和黏着磨损。

风电主轴轴承用高淬透性轴承钢GCr19SiMnMo的摩擦磨损性能

对高淬透性轴承钢GCr19SiMnMo的淬透性及下贝氏体含量不同的马氏体/贝氏体复合组织和马氏体组织的摩擦磨损性能进行了研究,并与GCr15钢、GCr15SiMn钢马氏体组织进行对比。结果表明:GCr19SiMnMo钢的端淬试样完全淬透,GCr15钢淬硬层深度为8.5 mm(J8.5=58),GCr15SiMn钢的淬硬层深度为18.5 mm(J18.5=58);GCr19SiMnMo钢的马氏体组织耐磨性最优且摩擦因数最小;不同下贝氏体含量GCr19SiMnMo钢的磨损率均比GCr15钢和GCr15SiMn钢低;GCr19SiMnMo钢组织中的下贝氏体含量对耐磨性有一定的影响,下贝氏体含量越少,耐磨性越好。

载荷对Cr4Mo4V轴承钢高温干摩擦特性的影响

为探究瞬时干摩擦条件下Cr4Mo4V轴承钢的磨损机理,采用氮化硅球与Cr4Mo4V钢盘摩擦副,探究了在环境温度300℃、速度0.3 m/s、滑动干摩擦条件下,载荷变化对Cr4Mo4V轴承钢摩擦特性的影响规律。结果表明:载荷在1.2~2.4 GPa范围内增加时,Cr4Mo4V轴承钢的摩擦系数从0.89降低为0.42,但磨损率从2.05×10^(-6)mm^(3)/(N·m)增加到2.68×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。磨损表面发生氧化反应,不同载荷条件下产生的氧化物类型不同。Cr4Mo4V钢的磨损机制主要为氧化磨损及黏着磨损。

TiC薄膜对轴承钢表面滚动接触疲劳寿命和力学性能的影响

利用等离子体浸没离子注入与沉积(PIII＆D)技术在AISI52100轴承钢基体表面合成了Ti-C薄膜.测试了合成薄膜后试样表面的化学组成、摩擦磨损性能、纳米硬度、弹性模量和滚动接触疲劳寿命,观察了疲劳破坏后试样断面的光学形貌．XRD结果表明处理后试样表面形成了TiC相．光学显微镜下疲劳裂纹的萌生和扩展形貌揭示出疲劳破坏可能存在表面点蚀和膜层剥离两种形式．在Hertz接触应力为5．1 GPa,90％置信区间条件下的疲劳寿命延长了5．5倍;最大微观硬度和弹性模量分别增加了28．4％和12．1％;相同磨损条件下的摩擦系数从0．95下降到0．15．

液氮介质中Si_3N_4/9Cr18配副摩擦磨损性能研究

超低温介质中工作的轴承由于不能采用润滑油或脂润滑,其球环材料配副摩擦磨损特性将对轴承的工作性能产生很大影响。采用球盘点接触形式,在5 N载荷和0.4 m/s相对滑动速度下试验研究了超低温全钢轴承和混合式轴承中9Cr18/9Cr18和Si3N4/9Cr18两种球环配副在常温干摩擦和液氮环境中的摩擦磨损性能。结果表明9Cr18/9Cr18配副在低温下由于粘着趋势减弱而使摩擦因数和磨损均低于常温下。Si3N4/9Cr18配副在低温介质中由于试件表面吸附、氧化和摩擦化学反应受到抑制使摩擦因数高于常温下,同样由于无摩擦化学磨损发生,而只是以脆性断裂为主,其磨损低于常温下。Si3N4/9Cr18在常温下摩擦因数低于9Cr18/9Cr18配副,而在低温下则高于9Cr18/9Cr18配副。2种环境中陶瓷/钢配副的磨损均小于相应条件下钢/钢配副的磨损。

金属等离子体浸没离子注入与沉积技术合成类金刚石薄膜研究

采用金属等离子体浸没离子注入与沉积技术在 9Cr18轴承钢基体表面合成了类金刚石薄膜。研究了注入脉宽和工作气压对合成薄膜性能及化学组成的影响 ;通过激光Raman光谱、维氏硬度、针盘试验和电化学腐蚀等测试手段分别表征了合成薄膜后试样表面的化学组成和微观结构、显微硬度、摩擦磨损性能和抗腐蚀性能。结果表明 :合成薄膜后 ,试样的显微硬度增大了 88 7% ,摩擦磨损和抗腐蚀性能也明显改善。

磨损条件对轴承钢低温离子渗硫层摩擦学行为的影响

采用低温离子渗硫技术在GCr15钢的表面制备了FeS固体润滑薄膜。在球-盘摩擦磨损试验机上对比研究了GCr15钢渗硫在不同磨损条件(工况和润滑条件)下的摩擦学性能。利用SEM观察分析了磨损表面形貌及成分,利用XPS分析了磨损表面边界润滑膜化合物的价态。结果表明:在改变工况的情况下,转速的增加会使FeS层作用下降,载荷的增加也会降低FeS层抗磨性能,但在一定转速下都存在一个可充分发挥FeS层减摩特性的载荷。使用极压抗磨添加剂不能改善渗硫层的减摩抗磨性能,但选用合适的添加剂可增强渗硫处理件的承载能力,提高其在恶劣工况下的磨损寿命。

重载自润滑材料的有限元设计及摩擦实验

利用ANSYS有限元软件对重载自润滑复合材料进行设计,通过摩擦磨损实验测定了其摩擦磨损曲线。结果表明这种自润滑复合材料的承载能力达到100MPa,摩擦因数小于0.14;在承载能力为80MPa、摆动频率为8次/min及摆角为±30°的条件下,这种自润滑复合材料的磨损率低,使用寿命长。可见这种新型复合材料适合于制造低速、重载与耐磨条件下的自润滑轴承。

玻璃陶瓷材料与轴承钢表面摩擦磨损的试验研究

在盘销式摩擦磨损试验机上考察了氟金云母玻璃陶瓷与轴承钢的摩擦磨损性能,在不同载荷条件下,测试了摩擦因数和玻璃陶瓷的磨损率,用金相显微镜观察和分析磨损表面形貌,并探讨了玻璃陶瓷材料的磨损机制。结果表明:在低载荷条件下,摩擦因数较低;随着载荷的增加,摩擦副的摩擦因数比较稳定,氟金云母玻璃陶瓷与轴承钢的平均摩擦因数为0.095。玻璃陶瓷和轴承钢的磨损率存在波动,其对磨过程以磨料磨损为主。

M50钢氮碳升温离子注入后组织及性能

利用升温离子注入的方法对M50钢进行氮、碳等离子体基离子注入,注入能量为45 ke V,利用GXRD分析了改性层的相结构,采用氧化锆球作为对磨副对处理前后的试样进行磨损性能测试,利用附带能谱的SEM对磨痕的形貌及成分进行分析,探讨其磨损机制。研究结果表明,改性层主要由马氏体及少量的Fe_3C、Cr N化合物所组成,随着温度的升高,化合物含量逐渐增加;改性层硬度明显提高,并在300℃出现硬度峰值,超出基体9.5 GPa;M50钢经过处理后磨损性能大幅度提高,磨损量降低幅度最多达到76.4%,磨损机制主要有氧化磨损、磨粒磨损和粘着磨损。

Si_3N_4－高速钢摩擦副在不同润滑剂润滑下的摩擦磨损性能研究

氮化硅陶瓷材料在航空技术和工程领域中的应用前景广阔，自其在本世纪五十年代问世以来日益受到普遍关注。尽管这种材料的干磨损率远比金属材料的低，然而还是比大多数实际应用的要求高几个数量级，因此，陶瓷用润滑剂的开发及其作用机理的考察已经成为目前摩擦学研究的前沿课题之一，虽然人们已经在这方面进行了一些研究，但在润滑剂对Ｓｉ３Ｎ４－高速钢摩擦副的摩擦磨损性能的影响方面却还未见文献报道。为了开发适用于混合式滚动轴承（即内外圈用高速钢，滚动体用Ｓｉ３Ｎ４陶瓷）的润滑剂，利用往复试验机对Ｓｉ３Ｎ４－高速钢摩擦副分别在２０号机械油、合成油和不同浓度的乙二醇水溶液等不同润滑剂润滑下的摩擦磨损性能进行了研究，并对含石墨润滑油和乙二醇水溶液等的润滑作用机理进行了初步探讨，结果表明，１０Ｗ－３０石墨油、金刚石。石墨粉油和２０号机械油的实用性能都比较好，这是石墨在摩擦表面形成了保护膜和基础油在钢表面形成了边界润滑膜的结果；浓度约为６０％（ｗｔ）的乙二醇水溶液润滑时，Ｓｉ３Ｎ４－高速钢摩擦副的摩擦特性较好，Ｓｉ３Ｎ４球的磨损量随着乙二醇浓度的增加而下降，这很可能是由于乙二醇溶液与摩擦产生的新鲜陶瓷表面发生了复杂的摩擦化学作用而形成了一种耐?

9Cr18轴承钢表面不同等离子体浸没离子注入强化处理技术研究

采用不同的等离子体浸没离子注入 (PIII)工艺在 9Cr18轴承钢表面进行了气体、金属、金属加气体的离子注入和碳化钛 (TiC)、类金刚石 (DLC)薄膜的等离子体浸没离子注入与沉积 (PIIID)。对处理后的试样进行了X射线光电子能谱 (XPS)、X射线衍射 (XRD)、俄歇电子能谱 (AES)和拉曼光谱 (Raman)分析 ;测试了处理前后试样的显微硬度、磨痕宽度和摩擦系数。结果表明 :处理后试样表面均形成了不同的改性层 ,且改性层中化学组成和各元素的浓度 深度分布随处理工艺的不同而变化 ;处理后试样的显微硬度都有较大提高 ,最大增幅达 77.7% ;表面摩擦系数由 0 .8下降到0 .16 ;磨痕宽度减少了 2 3倍 ;与PIII工艺相比 ,相同参数下 ,PIIID处理后的试样表面综合性能更加优异。

氮等离子体浸没离子注入技术改善轴承钢滚动接触疲劳寿命和机械性能的研究

研究了氮等离子体浸没离子注入(N-PIII)技术处理后GCr15轴承钢表面的滚动接触疲劳特征和机械性能。测试了改性前后试样的滚动接触疲劳寿命和磨痕光学形貌、摩擦磨损行为及纳米压痕硬度。结果表明,处理后试样的最大显微硬度较基体增大近一倍,摩擦系数从0.95下降到0.15。在赫兹接触应力为5.1 GPa,90%置信区间下的L10和L50寿命分别增加了99.6%和236.3%。分析不同处理参数下的Weibull分布曲线和光学显微形貌可知,脉冲偏压、材料内部缺陷、基体表面粗糙度、注入时间和N离子注入剂量对疲劳寿命均有很大影响。疲劳寿命和相关机械性能的改善主要源于N-PIII处理所导致的氮化物强化相和残余压应力的共同作用。

氟金云母微晶玻璃/轴承钢摩擦磨损的试验研究

在盘销式摩擦磨损试验机上考察了氟金云母玻璃陶瓷与轴承钢的摩擦磨损性能,在不同载荷条件下,测试了摩擦系数和玻璃陶瓷的磨损率,用金相显微镜观察和分析磨损表面形貌,并探讨了玻璃陶瓷材料的磨损机理。结果表明:氟金云母玻璃陶瓷与轴承钢的平均摩擦系数为0.095。在较低载荷下,玻璃陶瓷的磨损失效主要源于疲劳点蚀与疲劳剥落;在较高载荷下,其磨损失效主要源于表层塑性变形与疲劳脆性断裂。

激光冲击强化对GCr15轴承钢微观组织和摩擦学行为的影响

目的激光冲击强化处理后GCr15轴承钢实现表面纳米化,同时其力学性能和摩擦磨损性能得到显著改善。方法采用激光冲击强化对GCr15轴承钢进行表面强化。使用三维形貌仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、显微硬度计、X射线残余应力分析仪(LXRD)以及摩擦磨损实验仪,对GCr15轴承钢经激光冲击强化处理后的微观组织、力学性能和摩擦磨损性能进行研究。结果经过激光冲击强化处理后,GCr15轴承钢的位错密度增加,马氏体分布更加均匀且宽度下降,电子衍射花样呈连续的环状,说明有纳米晶组织生成;有效提高材料表面硬度,与原始试样相比,硬度提升了5.1%,并引入了大小为947 MPa左右、深度约为900μm的残余压应力层;平均摩擦因数下降,磨痕宽度和深度都减小,磨损率的下降幅度为17%~21%,磨损机理以磨粒磨损为主,并伴随一定的黏着和氧化磨损,耐磨性得到提高。结论激光冲击强化使GCr15轴承钢的位错密度增加、马氏体碎化且碳化物数量增加、粒径下降;提高了GCr15轴承钢的硬度并在材料次表层构建了残余压应力层,残余压应力在滑动干摩擦过程中释放,马氏体晶粒细化和残余应力释放可有效提高GCr15轴承钢的耐磨性。

GCr15及G20CrNi2Mo轴承钢高温润滑条件下摩擦磨损性能

为了探究轴承钢在高温润滑条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、洛氏硬度计等对GCr15高碳轴承钢和G20CrNi2Mo渗碳轴承钢组织、物相及硬度进行了表征,利用QG-700型气氛高温摩擦磨损试验机研究轴承钢材料不同条件下的高温润滑摩擦磨损性能,并分析其磨损机制。结果表明:2种轴承钢的组织主要为马氏体、碳化物和残余奥氏体,其中G20CrNi2Mo渗碳轴承钢的表层硬度高于GCr15高碳钢轴承钢;在高温润滑条件下,2种轴承钢的磨损率都随着载荷和摩擦速度的增加而增大;GCr15轴承钢的平均摩擦因数随着载荷和摩擦速度的增加逐渐降低,而G20CrNi2Mo轴承钢的平均摩擦因数随载荷的增加而降低,随摩擦速度的增加而变化不大。G20CrNi2Mo渗碳轴承钢的耐磨性能总体优于GCr15高碳轴承钢,这与渗碳轴承钢的高硬度和具有回火稳定性的渗层有关;2种轴承钢高温润滑条件下的磨损机制是主要为磨粒磨损和氧化磨损。

GCr15及G20CrNi2Mo轴承钢材料微观组织和摩擦磨损性能研究

为了探究不同轴承钢在不同载荷和速度下的摩擦磨损性能,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、洛氏硬度计等对GCr15高碳轴承钢和G20CrNi2Mo渗碳轴承的钢组织、物相及硬度进行了表征,利用UMT摩擦磨损试验机对轴承钢材料进行了不同条件下的干摩擦磨损实验,并分析了其磨损性能。结果表明:在该实验条件下,GCr15高碳轴承钢和G20CrNi2Mo渗碳轴承钢磨擦系数和磨损随着载荷的增加而减少,随摩擦速度的增加而增加;且摩擦速度较低时,GCr15高碳轴承钢的摩擦磨损性能优于G20CrNi2Mo渗碳轴承钢,而当摩擦速度为0.17 m·s^(-1)时,G20CrNi2Mo渗碳轴承钢磨损性能优于GCr15高碳轴承钢。磨损机制结果表明,两种轴承钢干摩擦机制均为粘着磨损和磨粒磨损,且G20CrNi2Mo渗碳钢表面粘着磨损程度较严重。