高性能渗氮钢的摩擦磨损特性研究

发布时间：2017-04-21 15:13

  本文关键词：高性能渗氮钢的摩擦磨损特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国机械制造业的快速发展，尤其是主机小型化、精密化、高速化等趋势的发展，对轴类、轴承类、齿轮类零件材料的要求愈来愈高。高性能渗氮钢材不仅能满足此类零件对材料心部在结构方面的要求，而且表面具有高硬度、高耐磨耐蚀等特点，因此具有广阔的应用前景。轴类、轴承类、齿轮类零件在服役时，摩擦磨损广泛存在于其中。然而，目前关于渗氮钢的研究大多集中不锈钢、常用轴承钢的滑动磨损特性上，对于高性能渗氮钢的滑动磨损特性，尤其是高性能渗氮钢的微动磨损特性、接触疲劳性能及其与耐磨铝青铜的摩擦磨损特性研究相对较少，因此，在高性能渗氮钢材的研发过程中，对其进行摩擦磨损特性的研究具有十分重要的工程意义。 本文通过对高性能钢基体进行等离子渗氮处理，得到了280μm的渗氮层，渗氮层硬度最高达980HV1.96N，用X射线衍射技术（XRD）对渗氮层的物相进行了分析，发现渗氮层有Fe2~3N,Fe4N,Cr2N等物相生成，这些硬质相的生成有利于提高材料的耐磨性能。 研究了等离子渗氮钢的滑动、微动磨损特性，结果表明工况条件对渗氮钢的滑动摩擦磨损特性有较大影响；干摩擦条件下轻载、低速时渗氮钢的磨损机制主要为磨粒磨损和轻微粘着磨损，而高速、重载时渗氮钢表面出现大面积脱落；油润滑条件下轻载、低速时渗氮钢表面主要为磨粒磨损，高速、重载时表面犁沟深而密，垂直于摩擦方向的细小剥落坑清晰可见。等离子渗氮处理可以提高实验钢的微动磨损特性，摩擦系数、磨损体积降低的最大幅度分别为36%、97%，渗氮钢微动磨损机理为氧化磨损和剥落。 研究了等离子渗氮钢的接触疲劳性能，结果表明渗氮钢的L10（额定寿命）、L50（中值寿命）、L63.2（特征寿命）比试验钢基体提高了3.3倍、4.3倍、4.5倍，而且疲劳数据Weibull分布带相对较窄，说明数据的可靠性较大，失效时间分布相对稳定；对疲劳点蚀斑进行扫描电镜分析，发现钢的点蚀是由表面裂纹萌生并向内扩展、垂直于转动方向的主裂纹萌生、扩展及二次裂纹不断扩展最终相遇而使表层材料折断所造成。 研究了高性能渗氮钢与耐磨铝青铜的滑动磨损特性，结果发现热处理使铜合金强度、硬度提高，韧性下降。渗氮钢与热处理铜合金干摩时，磨损过程中产生的磨屑硬而脆不易形成润滑膜，，导致钢、铜的磨损均加剧；油润滑时由于润滑油的介质和润滑作用，铜合金强度、硬度的提高有利于增强其自身的耐磨性能，但加剧了对摩件渗氮钢的磨损。
【关键词】：等离子渗氮钢 微动 滑动 接触疲劳 铝青铜
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH117.1;TG142.33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 高性能渗氮钢材料概述11
• 1.3 等离子渗氮技术基本原理11-12
• 1.4 摩擦和磨损基础理论12-16
• 1.4.1 摩擦12-13
• 1.4.2 磨损及磨损的分类13-16
• 1.5 等离子渗氮钢磨损特性的研究现状16-19
• 1.6 课题的研究目的、意义和主要内容19-22
• 第二章 高性能渗氮钢的滑动摩擦磨损特性研究22-32
• 2.1 试验设备和试样制备22-23
• 2.1.1 试验设备简介22-23
• 2.1.2 试验材料及试样制备23
• 2.2 试验方法23-24
• 2.3 试验结果与讨论24-31
• 2.3.1 材料的物理性能和 X RD 分析24-25
• 2.3.2 滑动摩擦性能25-26
• 2.3.3 滑动磨损性能26-27
• 2.3.4 滑动磨损机理探讨27-30
• 2.3.4.1 干摩擦条件下的滑动磨损机理探讨27-28
• 2.3.4.2 油润滑条件下的滑动磨损机理探讨28-30
• 2.3.5 干摩擦时磨屑的物相及形貌分析30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 高性能渗氮钢的微动磨损特性研究32-40
• 3.1 试验方法32-33
• 3.2 试验结果与讨论33-38
• 3.2.1 渗氮钢微动摩擦性能33-34
• 3.2.2 微动磨损性能34-35
• 3.2.3 微动磨损形貌分析35-38
• 3.2.3.1 干摩擦条件下的微动磨损机理探讨35-37
• 3.2.3.2 油润滑条件下的微动磨损机理探讨37-38
• 3.3 本章小结38-40
• 第四章 高性能渗氮钢的接触疲劳性能研究40-54
• 4.1 接触疲劳试验机及试验材料准备40-42
• 4.1.1 接触试验机40-41
• 4.1.2 接触疲劳试验材料41-42
• 4.2 疲劳试验接触应力的计算42-45
• 4.3 Weib u ll 统计方法45
• 4.4 试验操作方法及结果分析45-53
• 4.4.1 试验操作方法45-46
• 4.4.2 疲劳试验结果46-53
• 4.4.2.1 循环应力次数及疲劳数据 Weib u ll 曲线讨论46-49
• 4.4.2.2 各试件疲劳点蚀后的磨斑形貌分析49-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 高性能渗氮钢与铝青铜的滑动磨损特性研究54-71
• 5.1 材料制备和试验方法54-55
• 5.2 面接触式滑动磨损试验夹具的设计55-59
• 5.3 试验结果与讨论59-69
• 5.3.0 高强耐磨铝青铜的力学性能59
• 5.3.1 渗氮钢与高强耐磨铝青铜滑动摩擦性能59-60
• 5.3.2 渗氮钢与高强耐磨铝青铜接触式滑动磨损性能60-61
• 5.3.3 渗氮钢与高强耐磨铝青铜滑动磨损机理的探讨61-66
• 5.3.3.1 干摩擦时磨损机理探讨61-63
• 5.3.3.2 油润滑时磨损机理探讨63-66
• 5.3.4 渗氮钢与高强耐磨铝青铜干摩擦时磨屑的物相及形貌分析66-68
• 5.3.5 不同接触式滑动磨损试验中产生不同磨屑形貌及物相原因探讨68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 结论71-74
• 参考文献74-81
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果81-83
• 致谢83-84
• 附件84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张杰;王成彪;耿志勇;韦淡平;刘家浚;;几种添加剂对水基润滑液性能的影响[J];中国表面工程;2007年03期

2 李助军;张大童;邵明;;硬度对钢蜗轮副材料磨损特性的影响[J];材料导报;2009年06期

3 刘洪喜,汤宝寅,王小峰,王浪平,于永o

本文编号：320625