40CrNi2MoA合金钢的弯曲微动疲劳特性

在不同弯曲载荷下,对40CrNi2MoA合金钢进行弯曲微动疲劳试验,建立其弯曲微动疲劳下的循环次数-应力曲线;通过对微动损伤区的微观分析,研究该合金钢的弯曲微动疲劳特性。结果表明:40CrNi2MoA钢弯曲微动疲劳应力曲线不同于常规疲劳应力曲线,呈现"C"型曲线特征;随着弯曲载荷的增加,微动依次运行于部分滑移区、混合区和滑移区;相对于另外两个区域,混合区试样的裂纹更易萌生、扩展且微动疲劳寿命最短;试样表面的磨损机制主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥层;由于接触应力和弯曲应力的影响程度不同,弯曲微动疲劳裂纹的扩展分为三个阶段,即接触应力控制阶段、接触应力与弯曲疲劳应力共同控制阶段和完全受弯曲应力控制阶段。     

中性腐蚀环境下钢丝的微动疲劳行为

在自制的微动疲劳试验机上开展中性腐蚀环境下单根钢丝的微动疲劳实验,考察在相同接触载荷下,不同振幅对钢丝的微动疲劳行为的影响,并用扫描电子显微镜观察疲劳钢丝的磨痕和断口形貌,研究钢丝微动疲劳断裂机制.结果表明:在较大的振幅下,钢丝的微动区均处于滑移状态,而在较小振幅下,钢丝的微动区从滑移状态逐渐转变为黏着状态;磨损机制主要为磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和塑性变形;钢丝疲劳寿命随着微动振幅的增大而减小;钢丝的疲劳断口可分为3个区域,即疲劳源区、裂纹扩展区及瞬间断裂区.     

高压输电导线的微动磨损行为研究

在弯曲疲劳试验装置上对高压输电导线--LGJ150/25型钢芯铝绞线进行微动试验,轴向静载荷为30 MPa,振动频率为10 Hz,弯曲振幅为1 mm.经5×106周次循环振动后,利用电镜扫描分析线夹处导线的微动磨损斑形貌特征.在磨损斑表面观察到大量磨屑,经分析其成分为氧化铝.根据磨损斑形貌的分布规律将导线的微动区域划分为微动粘着区、微动滑移区以及微动混合区.在微动粘着区的磨损斑有很大的塑性变形,磨损区有少量的裂纹产生.微动滑移区与微动混合区内磨损斑表面有片状剥离物存在,并且在剥离物周围有大量显微裂纹,裂纹长度较长.     

TiAlZr合金微动磨损性能研究

采用高精度液压式微动磨损试验机研究了TiA lZr合金在不同微动运行区域的微动磨损行为,建立了其运行工况微动图。试验结果表明:滑移区、混合区和部分滑移区的摩擦因数随循环次数变化呈现不同的规律,其中部分滑移区摩擦因数较低,磨损体积随着位移幅值的增大而增大;滑移区、混合区磨损体积随着法向载荷的增加而增大,而部分滑移区磨损体积随着法向载荷的增加而减小;滑移区磨屑堆积于中心区域,磨损以磨粒磨损和剥层机制为主;混合区磨损机制主要表现为粘着磨损与磨粒磨损并存;部分滑移区磨损轻微。     

Ti-6Al-4V燕尾榫结构微动疲劳裂纹萌生及扩展行为研究

针对Ti-6Al-4V钛合金燕尾榫连接结构在不同载荷下的微动疲劳现象,采用榫形微动疲劳试验进行研究,并对裂纹萌生扩展、微动磨损及断口进行分析。结果表明,微动疲劳使构件疲劳寿命显著降低约70%;疲劳载荷对微动裂纹扩展的影响比对裂纹萌生的影响更大;微动疲劳裂纹起始于接触面边缘,与接触表面约成45°角,裂纹扩展到60~150μm后转向与接触表面垂直;微动疲劳断口形貌表面在微动磨损区具有多个裂纹源点,但只有一个主裂纹形成。     

带有微动磨损缺口钢丝的疲劳特性

在自制的微动磨损试验机上进行钢丝的微动磨损试验,将微动磨损后的钢丝试样在液压伺服疲劳试验机上进行不同应力比和不同应力幅下的疲劳试验。结果表明,钢丝的微动磨损深度随微动时间和接触载荷的增加而增加,磨损缺口处的应力集中使其成为了裂纹萌生源,也使钢丝试样的疲劳寿命大大降低,微动磨损后钢丝试样的疲劳寿命和磨损深度呈反比关系。通过钢丝疲劳断口的SEM形貌分析了其疲劳断裂机制,断口对应不同的疲劳阶段,可分为裂纹萌生区、裂纹扩展区和裂纹瞬断区。     

铁路车轴过盈配合结构微动磨损与微动疲劳研究

采用比例车轴试样进行了微动疲劳试验,试验后观察了车轴微动区的微动磨损与微动疲劳损伤,并测量了车轮、车轴配合面磨损轮廓.试验结果表明,车轴轮座边缘微动区的磨损机理主要是磨粒磨损、剥层和氧化磨损.车轴微动疲劳裂纹萌生于微动区内部,初始裂纹角度与车轴径向方向成29°.随着裂纹的扩展,裂纹角度逐渐减小.此后,基于测量的磨损轮廓...     

高压输电导线微动疲劳断裂断口分析

在自制的微动疲劳试验设备上,对LGJ150/25型钢芯铝绞线,选取两组不同弯曲振幅进行微动疲劳断裂试验.对导线断口形貌进行对比及区域分析,试验结果表明,导线的断口表现为明显的疲劳断口特征,断口均可以划分为微动磨损裂纹源区、疲劳裂纹扩展区以及瞬时断裂区三区域.对三个区域进行仔细分析,认为导线的微动疲劳断裂是由于导线表面的微动磨损起裂、疲劳裂纹扩展及最后的瞬时过载引起的.     

钛合金燕尾榫结构在不同疲劳载荷下的断口分析

对TC11钛合金燕尾榫连接结构在低周和高低周复合载荷作用下的断口特征进行了分析.结果表明:在微动环境下,微动磨损面上有表面金属掉块和不均匀的磨损擦伤,磨损表面出现腐蚀坑以及损伤区呈现层状及山丘状的塑性变形;在高低周复合载荷情况下,疲劳源处疲劳辉纹呈现以河流花样为主的复杂疲劳条纹,在裂纹扩展阶段,河流花样比较杂乱,裂纹扩展方向相对无序,每个低周周期中的疲劳台阶也不明显.     

架空导线微动磨损表面的微观分析

在轴向静载荷为 30MPa ,振动频率为 10Hz,弯曲振幅为 0 8mm的试验条件下 ,在弯曲疲劳试验装置上对JL/G1A 12 5 2 6 / 7架空导线进行微动试验。利用扫描电子显微镜分析了经 5 4× 10 6周次循环振动后的线夹处导线的微动磨损表面形貌特征。结果表明 :架空导线的各同层铝线间的接触处、外层铝线与内层铝线的接触处、内层铝线与钢线的接触处、外层铝线与线夹的接触处均发生了微动磨损 ,其中与线夹接触的外层铝线磨损最为严重。磨损机制为粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损 ,磨屑主要为铝的氧化物 ;微动疲劳裂纹发生在磨损区域内 ;在磨损区与非磨损区的界面没有发现疲劳裂纹。     

钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究*

钢丝微动疲劳过程中,钢丝裂纹萌生特性直接影响其裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳寿命,因此开展钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究具有重要意义。基于有限元法、摩擦学理论和断裂力学理论,运用Smith-Watson-Topper（SWT）多轴疲劳寿命准则建立考虑磨损的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,基于多种不同的钢丝疲劳参数估算方法对钢丝的微动疲劳裂纹萌生寿命进行了预测,并探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度及钢丝直径等微动疲劳参数对钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命的影响规律。结果表明：基于中值法的预测结果最接近实际值;在微动疲劳过程中,钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命主要与接触载荷和疲劳载荷相关。通过引入微动损伤参数建立简化的适用于钢丝绳的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,通过与考虑磨损的预测模型计算结果进行对比验证了该模型的准确性。     

TC4合金微动疲劳损伤研究

研究了TC4合金在柱面-平面接触务件下的微动疲劳行为，分析了其微动疲劳损伤机制。结果表明：在试验务件下，微动区边缘的损伤特征以粘着磨损为主，而微动区中部则以磨粒磨损和接触疲劳为主。疲劳裂纹易于在微动区．特别是在蚀坑处萌生和扩展。促使微动疲劳裂纹萌生的因素：一是法向应力和切向摩擦力引起的材料表层塑性变形，二是微动磨损破坏了材料的表面完整性，造成了缺口应力集中效应。     

MoS_2涂层扭动微动磨损特性有限元分析

为探讨MoS2固体润滑涂层在抗扭动微动磨损中应用的可行性,对MoS2涂层在扭动微动下摩擦力学性能进行有限元分析,研究扭转角位移幅值、法向载荷、摩擦因数等对MoS2涂层接触表面力学行为的影响,并与基体材料扭动微动力学行为进行比较。分析结果显示:MoS2涂层扭动微动运行区域的改变消除了混合区裂纹萌生与扩展所产生的损伤;MoS2涂层在部分滑移区和滑移区,其表面塑性应变虽比基体大,但明显较小的摩擦剪应力,在部分滑移区不足以启动MoS2涂层晶体的滑移,在滑移区对塑性流动层的剪切作用不够,因此MoS2涂层表面磨损较轻微,即MoS2能有效发挥抗扭动微动磨损作用。     

钛合金球与骨水泥界面之间的微动磨损机制研究

采用钛合金球与自制骨水泥试样以球/平面接触方式,在自制的微动摩擦磨损试验机上开展干摩擦和25%小牛血清介质中切向微动磨损试验研究,考察钛合金球与骨水泥界面之间的微动运行特性,并采用S-3000N型扫描电镜观察磨痕形貌来分析其微动磨损机制。结果表明:随着微动振幅的增加,微动运行由部分滑移区向混合区转变。随着接触载荷的增加,试样接触面之间更容易发生黏着。与干摩擦相比,在小牛血清溶液中部分滑移区向较大振幅区扩展。部分滑移区摩擦因数值较低且保持稳定,混合区的摩擦因数先增大后保持不变。稳定摩擦因数随着接触载荷的增加而减小,随微动振幅增大而增大。骨水泥试样的磨损量在小牛血清介质中比在空气中大,并且随接触载荷增大而增大。骨水泥在小牛血清介质中微动磨损的损伤机制主要为黏着磨损和疲劳磨损,溶液分子在应力作用下对骨水泥基体有削弱作用。     

钢芯Al绞导线架空导线微动磨损行为

在自制的微动磨损试验装置上进行LGJ150/25型钢芯Al绞线(Aluminium conductor steel reinforced,ACSR)的微动磨损试验。采用扫描电镜观察分析线夹处导线的微动磨损斑形貌及导线的微动磨损行为。结果表明:内外层Al导线间及内层Al导线与钢芯线间的接触斑均为椭圆形;导线的微动磨损区域分为微动黏着区、微动滑移区和微动混合区;微动黏着区以黏着磨损为主,微动滑移区和混合区则主要呈磨粒磨损、片状剥离;磨损面上都分布着磨粒、犁沟及微裂纹,但程度不同;在内层Al股线与镀锌钢芯线的磨损面上分布着ZnO不连续的层片及磨粒,对磨损行为也会产生影响。     

微动接触疲劳机理的数值分析研究

工作中的两部件由于受到循环载荷作用产生微动,加上接触区边缘的高应力梯度,会导致部件接触表面损伤、产生裂纹,进而造成微动疲劳,严重降低零部件的使用寿命。针对常见微动疲劳问题,利用有限元软件ABAQUS进行数值分析,得到接触区的最大接触应力,与牛津大学Hills提出的接触理论计算得到的解析结果进行对比,验证有限元模型的准确性,分析法向载荷、轴向载荷对相对滑移、接触应力、等效应力、Ruiz参数κ2等的影响,进而确定其对微动疲劳的影响。综合分析结果,微动疲劳多发生在两部件接触区的边缘,且微动疲劳问题主要与滑移幅值及接触区的状态密切相关。     

微动疲劳参数对钢丝微动疲劳磨损演化的影响*

微动疲劳易引起钢丝表面磨损和横截面积损失,进而造成钢丝断裂失效并缩短钢丝绳使用寿命。不同微动疲劳参数（接触载荷、疲劳载荷、钢丝直径和交叉角度）引起差异的钢丝微动疲劳磨损特性,故研究微动疲劳参数对钢丝微动疲劳磨损演化规律影响至关重要。基于摩擦学理论和Marc仿真软件构建钢丝微动疲劳磨损模型,探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度和钢丝直径对钢丝微动疲劳磨损演化的影响规律。结果表明：钢丝微动疲劳磨损体积主要与接触载荷和疲劳载荷有关;疲劳钢丝的磨损深度、磨损率及磨损体积随着接触载荷的增加而增大,且不同接触载荷下疲劳钢丝磨损体积均随着循环次数的增加而呈线性增加;随疲劳载荷幅值的增加,疲劳钢丝的磨损深度、磨损率及磨损体积均呈增加趋势;在不同疲劳载荷范围下疲劳钢丝的磨损体积均随着循环次数的增加而呈线性增加;当接触载荷、疲劳载荷及钢丝间摩擦因数相同时,不同交叉角度和不同加载钢丝直径下疲劳钢丝的磨损体积相同。     

柴油机连杆齿形配合面裂纹成因研究

在16V280ZJ型柴油机连杆齿形配合面的动力学分折、接触应力及相对微滑位移值计算的基础上，对连杆材料(调质42CrMo钢)进行了微动试验研究。结果表明，连杆齿形配合面问发生微动，并运行于微动裂纹最易形成的混合区。结合连杆裂纹故障的特征，分折认为连杆齿形失效的根本原因在于接触齿面间复杂的微动疲劳作用加速了裂纹的萌生与扩展，大大降低了连杆使用寿命，并提出了减缓连杆齿形配合面微动疲劳损伤的方案。     

桨-毂轴承材料扭动微动磨损行为研究

采用面接触扭动微动形式,以动力定位系统可调距螺旋桨桨-毂轴承摩擦副材料(CuNiAl-42CrMo4)为对象,以不同的角位移幅值模拟海水波动影响下的微动磨损行为,并结合扫描电子显微镜和超景深三维显微镜对磨痕形貌进行分析,探究桨-毂轴承摩擦副材料扭动微动磨损规律。结果表明,随着角位移幅值的增加,扭动微动依次运行于部分滑移区、混合区、滑移区,摩擦因数减小,同时磨损量增加,微动损伤中剥层机制所占的比例逐渐增加,且由于疲劳裂纹扩展的不利影响,实际运行过程中要尽量避开混合区。     

LZ50车轴钢转动微动摩擦学特性研究

在新型转动微动磨损试验机上,进行LZ50车轴钢/GCr15钢在法向载荷为10N、转动角位移幅值为0.125°～0.5°的转动微动磨损试验。在摩擦动力学行为分析的基础上,结合磨痕的微观分析,研究材料的转动微动磨损机理。结果表明,LZ50车轴钢的微动运行区域仅呈现部分滑移区和滑移区,未观察到混合区。滑移区的摩擦因数明显高于部分滑移区;摩擦因数随着转动角位移幅值的增加而增大。车轴钢在部分滑移区损伤轻微,磨痕呈环状;而在滑移区,接触中心呈现材料塑性流动累积造成"隆起"特征,LZ50钢的转动微动磨损机制主要为磨粒磨损、剥层和氧化磨损。