氮化钛薄膜与稀土表面高速钢的滑动磨损研究

利用M200型环-块磨损试验机对TiN薄膜试样、4Cr13强化试样、钨钼钇强化试样、钨钼强化试样、W6Mo5Cr4V2高速钢试样以及T10钢强化试样进行摩擦磨损试验,研究了摩擦系数、磨损量并分析其耐磨机理,结果表明:钨钼钇强化试样、钨钼强化试样、W6Mo5Cr4V2高速钢试样、T10钢强化试样、TiN薄膜试样和4Cr13强化试样的摩擦系数分别为0.3012、0.4693、0.3141、0.5653、0.3171、0.4612;磨损失重分别为:0.0034g、0.0069g、0.0028g、0.0013g、0.0005g、0.0008g。TiN薄膜试样的耐磨性能比4Cr13强化试样提高1.6倍;钨钼钇强化试样耐磨性能比钨钼强化试样、W6Mo5Cr4V2高速钢试样和T10钢强化试样提高2.03倍、0.82倍、3.32倍。钨钼钇强化试样、钨钼强化试样和T10钢强化试样的摩擦系数波动较大,其他试样的摩擦系数较稳定。不同试样的摩擦系数-时间曲线证明磨损分为三个性质不同的阶段:跑合阶段;稳定磨损阶段;剧烈磨损阶段。     

等离子钨钼镝合金层的强化工艺及抗回火性能

利用双层辉光等离子渗金属技术和固体渗碳法在Q235钢表面获得与冶金高速钢成分相当的等离子钨钼镝合金层,并对合金层进行不同温度的淬火和回火作为复合强化热处理,得到硬度和抗回火性都较高的合金强化层。采用场发射扫描电镜(附带能谱仪)和显微硬度计研究不同热处理工艺对等离子钨钼镝合金强化层的显微组织,硬度和抗回火性能的影响,结果表明,等离子钨钼镝合金层的最优强化热处理工艺为1050℃淬火+550℃回火,所得强化层中碳化物呈颗粒状弥散分布,且数量最多,尺寸最小(≤1μm),未经回火的表面硬度为1144HV_(0.05),在550℃回火出现二次硬化,表面硬度达到1153 HV0.05。     

不同熔覆参数下的AlFeCrCoNiTi高熵合金涂层的高温摩擦磨损性能

选取H13钢进行激光熔覆,获得激光熔覆涂层,并进行了微观组织和硬度分析。采用销—盘式高温磨损试验机研究了H13钢及各个涂层的高温磨损行为。采用SEM、EDS以及XRD等微观分析手段对各个涂层上的磨面进行形貌、成分及物相分析,并探讨磨损机理。结果表明:不论温度的高低与载荷的大小,激光熔覆涂层的磨损量都比H13钢的磨损量低一个数量级。400℃下,涂层的磨损失重速度高于涂层的氧化增重速度,因此,涂层整体呈现失重的趋势;600℃下,涂层的磨损失重速度低于涂层的氧化增重速度,因此,涂层整体呈现增重的趋势。涂层1具有最好的抗高温软化能力,不论在400℃还是600℃下摩擦层表面都可以保持完整。涂层2的抗高温软化能力最弱。在400℃下,在载荷仅为50 N时就出现摩擦层表面大面积剥落;在600℃下,其挤出程度较其他两个摩擦层更为严重。涂层3的抗高温软化能力弱于涂层1的但高于涂层2。在400℃,下低载时,摩擦层保持完整,高载时,摩擦层发生大面积剥落;在600℃下,其挤出程度较为严重但轻于涂层2。     

超音速火焰喷涂FeCrBSi合金涂层的高温磨损性能

采用超音速火焰喷涂法在H13钢表面制备了FeCrBSi涂层,通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、分析了其表面的截面形貌、化学元素组成和物相。利用球/平面接触方式进行了涂层高温磨损试验,采用FESEM及其EDS分析了磨痕形貌和化学元素的变化,讨论了高温对涂层摩擦因数(COF)和磨损性能的影响。结果表明,FeCrBSi涂层表面涂覆性均匀,涂层厚度约为100μm,涂层截面无明显的层状结构;涂层磨痕处Fe,Cr,B和Si元素分布较均匀,没有发生富集现象;涂层在高温磨损后主要物相为α(Fe,Cr)固溶体,由摩擦产生FeSi相改善了涂层抗高温磨损性能;在200,300,400和500℃时涂层的摩擦因数平均值分别为0.29,0.70,0.63,0.54,氧化膜分布不均匀和磨损形式是摩擦因数发生变化的主要因素;在200℃时涂层主要发生氧化磨损,而在300,400和500℃时主要发生氧化磨损并伴有轻微的磨粒磨损,其中Cr和Si的化合物是涂层耐磨的主要因素。     

稀土表面高速钢磨粒磨损耐磨性研究

利用等离子渗金属技术,首先在Q235低碳钢表面分别进行钨-钼-钇共渗和钨-钼共渗,然后进行960,980,1020℃渗碳及淬火及200℃低温回火处理,最后在GZTC-01型磨损试验机上进行耐磨性能考核。研究结果表明:(1)试样均有明显的前期磨合期与后期稳定期,进入稳定期后,随着淬火温度提高,钨-钼-钇共渗强化处理试样(下称钨钼钇试样)磨损量连续降低且为最小;而钨-钼共渗强化处理试样(下称钨钼试样)磨损量先升后降,于1020℃时达到最低;T10钢淬火及回火试样(下称T10钢)的磨损量最大,钨钼钇试样和钨钼试样较之约小1~2个数量级;相比T10钢,钨钼钇试样和钨钼试样在960℃强化时耐磨性分别约提高11.8倍和2.85倍,在980℃时约提高12.6倍和2.2倍,在1020℃时约提高22.1倍和3.9倍;(2)整个磨损时间内,960,980,1020℃强化处理的钨钼钇试样的相对耐磨性分别是钨钼试样的3.75倍、3.05倍、3.55倍。钨钼钇试样的相对耐磨性较T10钢最高可达12.28倍。稀土与合金元素的加入均提高了耐磨性,前者更显著;(3)钨钼钇试样和钨钼试样磨损后的表面形貌均为典型的磨粒磨损,划痕清晰,犁沟明显。前者划痕较细,犁沟浅而窄。钇的渗入促进了碳化物形成和沉淀析出,改善了渗层耐磨性能。     

两种热作模具钢的高温摩擦磨损性能

采用高温摩擦磨损试验机研究了HTCS-130和DAC55两种热作模具钢在100~700℃范围内的耐磨性差异及磨损机制, 并结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光学轮廓仪等手段对表面相组成、磨损表面、截面形貌等进行分析. 结果表明: 两种钢的磨损率均在100~700℃范围内呈现先增后减的趋势; 其磨损机制表现为在100℃和300℃分别发生黏着磨损和黏着-轻微氧化磨损; 500℃时磨损机制转变为单一氧化磨损, 磨损表面氧化层由FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄组成, 亚表面发生轻微软化并出现塑性变形层; 700℃时磨损进入严重氧化磨损阶段, 氧化物数量急剧增多, 同时由于马氏体基体回复导致材料出现严重软化, 磨损表面形成连续的氧化层. HTCS-130钢优异的热稳定性能使得基体具有较高硬度和更窄的摩擦软化区, 能够更好地支撑氧化层, 从而在700℃下比DAC55钢更耐磨.      

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(H_d-H_p)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H_d-H_p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H_d-H_p显著增大,试样发生了明显的塑性挤出,为塑性挤出磨损.      

TC11合金的高温磨损行为和耐磨性

采用高温磨损试验机对TC11合金进行了400~600℃高温干滑动磨损试验,研究了TC11合金的高温磨损行为和耐磨性;并通过X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)以及能谱分析仪(EDS)对磨面和亚表层的物相、形貌和成分进行分析,并探讨了磨损机制。在400℃下随着载荷增加磨损率略有增加,超过200 N时磨损率出现快速提高;当温度进一步提高至500~600℃时,磨损率降到最低,且不随载荷增加而变化。分析表明,在400℃时,磨面上出现塑性变形和撕裂的痕迹以及沿滑动方向的犁沟,同时出现致密的黑色光滑区和剥落区,磨损机制为黏着磨损、磨粒磨损和氧化轻微磨损。而在500~600℃,磨损表面均为致密的黑色光滑区和剥落区,且600℃时的剥落区小于500℃时的,磨损机制为氧化轻微磨损。亚表层分析表明,在高温下磨损表面均形成一层摩擦氧化物层,在400℃时摩擦氧化物层厚度为5~8μm,而在500~600℃,摩擦氧化物层增加到10~15μm,且摩擦氧化物层的致密度随温度增加而提高。摩擦层显示出高的硬度,可达到HV1000以上,而且随着温度增加,显微硬度显著增加。     

NM400/NM500级矿山机械用钢的高温磨损性能及机理

将直径为5 mm的混合烧结Al₂O₃陶瓷球安装在高温滑动摩擦试验机夹持工具上与耐磨钢组成摩擦副, 研究了耐磨钢与氧化铝陶瓷球在200~300 N、100~400 r·min-1不同载荷下的滑动摩擦行为.结合X射线衍射分析技术和扫描电镜等分析手段研究了NM400和NM500两种耐磨钢在室温~300℃下摩擦界面处材料的氧化物形成、磨损表面形貌和显微组织等行为.随温度升高, NM400和NM500的摩擦系数仍然处于0.27~0.40的范围内, 但两者的平均摩擦系数分别从0.337、0.323逐步降低至了0.296和0.288.在300℃时, 氧化物的产生是摩擦系数略有下降的主要原因.随着温度的升高, 摩擦行为首先以磨粒磨损为主, 随后逐渐发生氧化物的压入-剥离-氧化现象, 使磨损速率略有降低.通过高温摩擦磨损行为与微量氧化模型的分析发现, NM400和NM500钢在室温至300℃的磨损机制是磨粒磨损、挤压变形磨损以及微量氧化物磨损的共同作用.NM500钢表现出更加良好的耐磨性能主要原因是其硬度强度高于NM400钢.在高强微合金马氏体耐磨钢中添加少量合金元素, 使其在高温摩擦过程中产生一定量稳定附着的氧化物, 在一定程度上能够起到降低磨损率的作用.      

H13钢激光涂覆层的高温磨损性能

选取H13钢进行激光涂覆,获得激光熔覆涂层,并进行了微观组织和硬度的分析。采用销—盘式高温磨损试验机研究了H13钢涂层的高温磨损行为,并与H13钢进行对比。采用SEM、XRD、EDS等微观分析手段对H13钢和涂层磨面进行形貌、物相和成分分析,并探讨磨损机制。结果表明:在同一载荷条件下,当温度从400℃升至600℃时,涂层的磨损失重明显低于H13钢;当温度为600℃,载荷为150 N时,H13钢的磨损失重要更加严重,磨损表面发生了塑性挤出,磨损失重增加,而涂层的磨损失重要比H13钢小得多,说明涂层在高温情况下表现出良好的耐磨性。在同一温度下,涂层和H13钢的磨损失重都随着载荷的增加而增加。400℃,50 N时,H13钢和涂层的磨损机理为轻微磨损;400℃,150 N时,H13钢的磨损机理为氧化磨损,而涂层的磨损机理为轻微磨损;但是,在600℃,50 N时,H13钢的磨损机理为氧化磨损,涂层的磨损机理则是磨粒磨损;600℃,150 N时,H13钢的磨损机理为塑性变形,涂层的磨损机理则为磨粒磨损。     

3Cr3Mo2V铸钢和3Cr13钢磨损行为的研究

采用销盘式磨损试验机对3Cr3Mo2V铸钢和3Cr13钢在环境温度25℃和200℃下进行干滑动磨损试验,研究了显微组织和摩擦氧化物对3Cr3Mo2V铸钢和3Cr13钢磨损行为的影响,并探讨其磨损机制。结果表明:摩擦氧化物对25℃和200℃下的磨损行为和磨损机制有显著的影响,而摩擦氧化物的减磨作用取决于其数量和基体状态等,与钢的成分和显微组织密切相关。高的铬含量阻碍摩擦氧化物的形成,低硬度的回火索氏体加速氧化物剥落,故无摩擦氧化物的作用或作用降低。     

奥氏体耐热不锈钢309S高温抗氧化性能研究

采用不连续称重法测得了奥氏体耐热不锈钢309S在不同温度下的高温氧化动力学曲线,结果表明309S钢高温氧化动力学曲线遵循抛物线规律.利用扫描电镜、X射线衍射和XPS的方法对氧化膜表面的形貌及化学元素沿氧化膜纵深方向的分布情况进行了研究,发现各温度下的氧化膜均均匀覆盖于基体表面;500℃下氧化膜氧化产物表层主要为Cr2O3和Fe2O3,内层主要为Cr2O3和NiO;1 000℃下氧化膜表层主要成分为Cr2O3、NiO、Fe3O4或Fe2O3,氧化膜内层基本不含NiO,主要为Cr2O3、Fe3O4或Fe2O3.     

温度对40Cr钢温挤压成形的摩擦--磨损性能影响

采用温挤压技术对40Cr钢进行成形试验，考察了不同温度下温挤压试样的摩擦-磨损行为.通过扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了40Cr钢磨损后表面形貌、化学元素分布和物相组成，讨论了40Cr钢温挤压的磨损机理.结果表明，在挤压温度为550℃时试样晶粒尺寸细小，残余奥氏体含量较高，硬度最高，其磨损性能为最佳；而当温度为650℃和750℃时，晶粒尺寸较粗大，残余奥氏体含量降低.在5N载荷作用下，挤压温度为550℃时，摩擦因数为0.7667；当挤压温度达到650℃，摩擦因数为0.8587，提高了12.01%，磨损性能降低；750℃时，摩擦因数为0.8764，相比550℃提高了14.31%，磨损性能进一步变差；在550、650和750℃时，磨损形式主要为磨粒磨损.      

M50钢高应力高温摩擦磨损行为与微观机制

利用SRV-4摩擦磨损试验机对M50轴承钢进行了滑动摩擦试验，通过改变试验环境温度与加载应力探究了M50钢的高温摩擦磨损性能。采用激光共聚焦显微镜(LSCM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察高温高应力下磨损对钢的影响。研究发现，试验环境温度200℃与210 MPa以上摩擦剪力的共同作用下，大尺寸MC型碳化物表层基体粘着剥落，MC型碳化物破碎、迁移，加剧磨损。试验环境温度200℃粘着磨损加剧且磨损面形成的(Cr, Fe)₂O₃氧化膜厚度不足导致粘着磨损量达到最大值。试验环境温度升高至315℃,氧化膜趋于连续且膜厚增加，粘着磨损减弱，接触应力2.05 GPa时摩擦因数相较于室温下降27%。     

0.3C-Cr-W渗氮轴承钢的微动摩擦磨损性能

利用SRV-4高温摩擦磨损试验机对0.3C-Cr-W高性能渗氮轴承钢进行了微动磨损试验,分别改变载荷和频率,研究了表面离子渗氮对摩擦磨损性能的影响.结果表明:试验钢表面渗氮后渗层厚度为238.45 μm,其中白亮的化合物层厚度为9μm,主要为γ'-Fe4N和VN两种相;渗氮后试样表面的白亮化合物层具有减小摩擦因数和提高耐磨性的作用;渗氮前后试验钢的磨损机制相同,前期以粘着磨损为主,以磨粒磨损为辅;磨损后期转变为以磨粒磨损为主,以粘着磨损为辅;渗氮前试验钢的磨损体积是渗氮后的3倍以上,表面离子渗氮后试验钢的抗微动磨损性能有明显的提高.     

Al-Zn-Mg合金高温摩擦磨损行为研究

采用高温摩擦磨损试验机,在25～500℃的试验温度和1～5 N法向载荷下对Al-Zn-Mg合金进行球盘摩擦试验,分析不同试验温度和法向载荷下Al-Zn-Mg合金摩擦系数变化、磨损表面及亚表层的形貌特征和成分特征,研究了试验温度和法向载荷对Al-Zn-Mg合金摩擦行为的影响.结果表明:载荷为5 N时,在25～500℃温度...     

7075铝合金板材热冲压成形中的高温摩擦

采用自制的板带高温摩擦试验机模拟实际固溶–冲压–淬火一体化热成形工艺下7075铝合金的高温摩擦过程,分别对上下摩擦头进行冷却和加热以模拟实际热冲压过程对模具和压边圈的冷却和加热,分析了下模加热温度、法向载荷和滑动速度对7075铝合金摩擦行为及磨损机理的影响。结果表明:铝合金摩擦系数随着下模加热温度的升高而增大,磨损机制由300 ℃时的黏着磨损转变为500 ℃时的黏着磨损、氧化磨损和磨粒磨损;施加法向载荷越大,摩擦系数越大,不同载荷下磨损机制均为黏着磨损及轻微的磨粒磨损,且随着载荷增大,黏着磨损程度有所加深;高滑动速度导致了磨损表面局部氧化物的生成,使摩擦系数随着滑动速度增大而减小,滑动速度为30 mm·s?1时,磨损机制主要是氧化磨损、磨粒磨损和黏着磨损。      

30 wt.% 碳化物含量 (Cr,Fe)7C3/Fe3Al 金属陶瓷涂层磨损行为

采用销-盘往复干摩擦磨损试验研究了30wt.%碳化物含量的由原位自生(Cr,Fe)_7C_3颗粒弥散强化的(Cr,Fe)_7C_3/Fe_3Al金属陶瓷涂层的形貌、硬度,以及室温和400℃下的磨损性能。为了便于对比,同时测定了不同温度下的RuT350基体、Fe3Al涂层硬度。此外,在相同条件下,测定了室温和400℃时RuT350基体和NiCr-MoCr_3C_2涂层的摩擦磨损情况。结果表明,(Cr,Fe)_7C_3/Fe_3Al涂层硬度随温度升高衰减较慢,且在相同的接触载荷下,(Cr,Fe)_7C_3/Fe_3Al涂层的摩擦系数明显低于RuT350铸铁,其与摩擦副的总磨损量400℃下仅为RuT350基体与摩擦副总磨损量的45.8%,其室温与400℃下的耐磨性优于Fe3Al涂层和NiCr-Mo-Cr_3C_2涂层。(Cr,Fe)_7C_3/Fe_3Al具有较高的中高温耐磨性主要源于金属间化合物Fe3Al粘结相在特定的温度范围具有异于普通合金的R现象,致使(Cr,Fe)_7C_3/Fe_3Al具有较高的高温硬度,并存在大量弥散分布的细小(Cr, Fe)_7C_3晶粒,不易造成陶瓷颗粒从金属相中脱落在磨损表面形成第三粒的协同机制。     

渗氮工艺对H13热作模具钢性能的影响分析

本文采用离子渗氮工艺对H13热作模具钢进行了表面处理,试验结果表明,渗氮温度为500℃,保温时间为8 h时试样具有最佳的性能,表面硬度为1 250 HV,渗氮层厚度为241μm。摩擦磨损试验表明,渗氮温度为500℃,保温时间为8 h时,试样磨损14 h后磨损量为206 mg。渗氮层中化合物主要为Fe2N、Fe4N及Fe3O4,适当厚度的化合物层和渗氮层对模具钢热性能提高具有显著的作用。     

深冷处理对W6Mo5Cr4V2高速钢性能的影响

对经-120℃和-150℃深冷工艺处理的W6Mo5Cr4V2高速钢进行了硬度及摩擦磨损性能测试,并用扫描电镜分析了其显微组织与磨损形貌。深冷处理使高速钢硬度和耐磨性能得到提高。随深冷温度的降低,性能改善明显,经循环深冷处理试样的性能均好于一次长时间深冷处理试样,-150℃温度下经3次1 h深冷处理试样的性能最优。结果表明,高速钢性能改善的主要原因是深冷处理可促进试样中残余奥氏体向马氏体转变,同时,高速钢组织中析出的大量碳化物在摩擦磨损过程中作为硬质颗粒可提高耐磨性能。循环深冷处理过程中过冷度一直存在,每次循环过程都可促进残余奥氏体转变为马氏体,促进基体马氏体上析出细小的碳化物,从而提高高速钢的性能。