高温、水介质下GH05轴承材料摩擦磨损性能*

高温、水介质润滑环境下轴承用高温无磁合金GH05材料的性质会发生转变,影响其磨损系数,进而影响轴承磨损性能,导致轴承振动噪声加剧。利用高温摩擦磨损试验机开展高温、水介质润滑下高温无磁合金GH05材料的摩擦磨损试验,分析温度、载荷、润滑对材料摩擦磨损性能的影响,获取关键性能参数,为特殊工况和润滑条件下的轴承寿命评估提供试验数据。结果表明：对于轴承用材料高温无磁合金GH05,在高温300 ℃时的摩擦因数约为0.53,在水介质润滑条件下的摩擦因数约为0.35;相比于常温25 ℃下摩擦因数,高温300 ℃环境下摩擦因数波动范围小,稳定性更强;相比于干摩擦状态,水介质润滑条件下摩擦因数小,稳定性好;随着温度的升高,无磁合金材料GH05的耐磨性降低;相同试验载荷下,无磁合金材料GH05在高温300 ℃干摩擦条件下的磨损体积最大,在常温水介质润滑条件下磨损体积最小。高温无磁合金材料GH05的磨损系数在高温300 ℃干摩擦条件下取值范围为1.93×〖JP〗10-7~3.02×10-7mm2/N。     

离子轰击热处理技术对轴承钢摩擦学性能的影响

为提高轴承钢的摩擦磨损性能,采用离子轰击热处理技术在GCr15轴承钢的表面生成渗硫层、渗氮层和硫氮复合渗层.在球一盘摩擦磨损试验机上对比研究轴承钢原始表面、渗硫表面,渗氮表面与硫氮复合处理表面在油润滑下的摩擦磨损性能.利用显微硬度计分析不同表面的硬度;利用扫描电镜观察不同处理表面和磨损表面的形貌;利用X射线光电子能谱仪分析磨损表面边界润滑膜化合物的价态并研究元素随深度的变化.研究表明,GCr15轴承钢表面通过渗硫、渗氮、硫氮复合处理后在油润滑条件下摩擦磨损性能都可以得到比较明显的提高.轴承钢基体对渗硫层的支持作用有限,影响硫化层作用的发挥.高硬度的渗氮层在较低载荷下可以起到很好的减摩抗磨作用.硫氮复合处理盘由于在较软的共渗层下面存在高硬度的渗氮层,可以对表面的软质层提供更强的支持,在较苛刻的工况下,硫氮复合盘的摩擦学性能显得更加突出.     

添加聚四氟乙烯微粉后聚醚醚酮复合材料的摩擦学性能

采用常温机械共混+高温模压方法制备了添加不同含量聚四氟乙烯(PTFE)微粉聚醚醚酮复合材料,研究了其力学性能、摩擦磨损性能及磨损形貌,并探讨了其摩擦磨损机理。结果表明:随PTFE微粉含量的增加,复合材料的洛氏硬度和压缩强度均降低,干摩擦条件下的摩擦因数减小,体积磨损量先降后升,当PTFE微粉质量分数5%时,体积磨损量最低;在油润滑和水润滑条件下复合材料的摩擦因数和体积磨损量均小于干摩擦条件下的,且随PTFE微粉含量的增加,油润滑条件下的体积磨损量下降,而水润滑条件下的增大;在干摩擦条件下复合材料的磨损机制以磨粒磨损为主,并伴有疲劳磨损,在油润滑条件下复合材料表面存在少量片状PTFE磨屑和碳纤维富集,在水润滑条件下复合材料表面被PTFE微片层覆盖,局部存在微裂纹和孔洞。     

粘结固体润滑涂层在油润滑条件下的摩擦学性能

为了探讨粘结MoS2基固体润滑涂层在油润滑条件下的抗磨减摩性能,采用MHK-500型摩擦磨损试验机对粘结MoS2基固体润滑涂层在4种常用油(液体石蜡、RP-3煤油、4050滑油和CD-40柴油)润滑下的摩擦磨损性能进行了研究,考察了速度和载荷对润滑涂层在4种不同的常用油润滑下的摩擦磨损性能。结果表明,在低载荷(320N)试验条件下,4种常用油润滑下涂层的耐磨性比干摩擦下得到显著的提高,摩擦因数从0.12降低到0.08左右;但在高载荷(1100N)下,油润滑对涂层的摩擦磨损性能没有明显的改善。只有在合适的载荷下,固/油复合润滑技术可明显改善摩擦副的润滑性能。     

冲击滑动条件下MoS2固体润滑薄膜的磨损

为了减少和避免滚动轴承保持架与套圈接触表面的冲击滑动磨损,Mo S2等固体润滑膜被广泛用于轴承保持架表面和套圈引导面的润滑改性。为研究冲击滑动条件下Mo S2固体润滑薄膜的摩擦磨损特性,在自制的冲击滑动磨损试验装置上,在干摩擦及油润滑条件下对9Cr18轴承钢表面制备的Mo S2固体润滑膜进行不同冲击频率、冲击力和滑动速度下的摩擦磨损试验。结果表明,Mo S2固体润滑膜的失效模式主要受润滑状态和冲击力的影响,随着冲击力及冲击频率的增加,Mo S2固体润滑膜表面摩擦力矩增大,且油润滑比干摩擦下摩擦力矩显著减小;黏结工艺加工的冲击试样表面失效以疲劳裂纹及剥落为主,喷涂工艺加工的回转试样则展现出稳定的表面磨损。     

青铜-石墨热喷涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能

在MM-200摩擦磨损试验机上研究了青铜-石墨热喷涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电镜(SEM)对磨损表面形貌进行了观测和采用X射线能谱分析(XPS)分析了涂层成分。结果表明,在水润滑条件下涂层摩擦因数和磨损率均低于干摩擦条件下;在水润滑条件下磨损机制为轻微磨粒磨损和犁削磨损,在干摩擦下主要是较为严重的粘着磨损和犁削。这是由于水润滑降低了摩擦副界面温度,提高了石墨润滑膜的韧性,改善了润滑效果,从而阻止了粘着磨损的发生,水还促进了钢偶件表面致密氧化膜的形成,从而减轻磨损。因此水润滑对涂层磨损性能有较大影响。     

聚氨酯和聚四氟乙烯的摩擦磨损性能试验研究

为提高现代密封行业中广泛应用的新型聚氨酯(PU)和聚四氟乙烯(PTFE)的密封性能,对其润湿性和摩擦磨损性能进行对比实验,并分析不同摩擦状态下的磨损性能,讨论接触压力和转速的影响。研究表明,聚氨酯的润湿性比聚四氟乙烯好;聚氨酯的耐磨性明显高于聚四氟乙烯,在干摩擦、滴油润滑和浸油润滑的试验条件下,聚氨酯都无明显磨损。干摩擦条件下,聚四氟乙烯的磨损主要受摩擦环转速的影响;滴油润滑条件下,摩擦环转速和接触压力对聚四氟乙烯的磨损都有一定影响;浸油润滑条件下,聚四氟乙烯的磨损主要受接触压力的影响。     

海水润滑赛龙材料磨损机制分析

试验研究海水润滑条件下赛龙材料的摩擦磨损性能,借助表面形貌仪、扫描电镜分析磨痕表面形貌,分析海水润滑条件下赛龙材料的磨损机制,并与干摩擦、湿润滑条件下的磨损机制进行比较。结果表明:干摩擦条件下表现为黏着磨损和磨粒磨损特征;湿润滑条件下磨损表现为微切削(磨粒磨损);海水润滑条件下的磨损中有气蚀磨损、磨粒磨损共同存在。     

不同介质下CrN_X薄膜的摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术在45#钢衬底表面沉积了CrNX薄膜.用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用X射线衍射仪分析了薄膜的相结构,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了在不同介质条件下(干摩擦、水润滑、油润滑)CrNX薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用扫描电镜(SEM)观察了薄膜磨痕形貌.结果表明,相对于干摩擦,水润滑和油润滑条件下,CrNX薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有明显降低的趋势.干摩擦条件下薄膜主要表现为磨粒磨损;水润滑条件下,主要表现为腐蚀磨损;油润滑条件下由于油膜在两摩擦表面的吸附,薄膜几乎无磨损.     

不同润滑介质下钢-钢摩擦副的摩擦磨损性能

研究了钢-钢摩擦副在干摩擦、水润滑、酒精润滑和60 N油润滑等条件下的摩擦磨损行为。结果表明:润滑介质可以显著降低钢-钢摩擦副的摩擦系数,在干摩擦、水润滑、酒精润滑和60N油润滑,摩擦载荷为(50～200)g(钢球半径为2 mm)时摩擦系数的平均值分别为0.75～0.81,0.45～0.33,0.22～0.15,0.13～0.09;在高载荷下酒精润滑与油润滑磨损速率相差甚小,并且在摩擦磨损初期阶段(500 s之内)摩擦系数相差甚少;同时,酒精润滑条件下的磨损表面形貌与油润滑下的磨损表面形貌极为相似,无明显粘着现象。分析表明,酒精润滑是一种绿色润滑介质,在压延、拉伸工业中有良好的应用前景。     

纳米磷酸盐薄膜的表面摩擦磨损性能研究

研究了轴承钢表面的纳米磷酸盐薄膜对轴承钢表面摩擦性能的影响。采用PHI595SAM型俄歇能谱仪对GCr15轴承钢试样表面纳米磷酸盐薄膜进行了分析和厚度测量。通过四球试验机和铁姆肯摩擦磨损试验机对表面覆盖磷酸盐薄膜的试样与普通试样进行了摩擦磨损对比试验。结果表明:表面覆盖20 nm厚磷酸盐薄膜的试样,具有良好的减摩抗磨效果。同时也对其高速轴承润滑系统的影响进行了讨论,发现纳米磷酸盐薄膜可以有效地改善高速轴承的润滑状态,延长轴承的使用寿命。     

滚动与滑动耦合作用下GCr15钢的磨损行为研究

选用GCr15钢在M2000磨损试验机上进行了干摩擦和油润滑的摩擦磨损试验，用表面粗糙度仪测量试件在不同磨损阶段的表面形貌，用称重法测量其磨损量，分析了滚动与滑动耦合作用下GCr15钢的磨损机理。研究表明，在滚动与滑动耦合作用下GCr15钢的磨损以滑动摩擦磨损为主，温度和润滑条件直接决定着GCr15钢的磨损情况。     

不同润滑介质下GCr15/45#钢摩擦磨损特性的研究

利用DELTALAB-NENEDS20型高精度液压式微动试验机在干摩擦、水润滑和油润滑等条件下，对GCr15／45#钢进行了微动磨损实验，研究了润滑条件对GCr15／45#钢对摩时的摩擦学性能的影响，并利用激光共焦显微镜对45#钢的磨损表面进行了观察和分析。结果表明润滑介质可以降低摩擦副摩擦因数和45#钢的磨损量；材料的磨损机制也随着润滑条件的不同发生了相应的变化。     

Friction and Wear Behavior of Steels under Different Reciprocating Sliding Conditions

The friction and wear behavior of ISO 100Cr6 steel ball sliding against conventionally hardened carbon and low-alloy steels was studied. The effect of hardness, hardening capacity, normal load, and sliding speed on the coefficient of friction and friction energy was investigated. Friction tests were carried out, without lubrication and under ambient conditions, on a reciprocating friction tester in which a ball-on-flat contact configuration was adopted. The results showed that there is a relative tendency for the friction properties to decrease with increased hardening capacity and decreased hardness. The results showed that increasing normal load decreases the coefficient of friction for the two steel nuances. However, increasing sliding speed increases the coefficient of friction of low-alloy steel and decreases the coefficient of friction of carbon steel. The oxidation of wear debris influences the wear mechanisms and friction behavior.     

渗氮GCr15钢在含氮硼酸酯添加剂润滑油作用下的摩擦学性能

针对提高滚动轴承使用寿命的问题,提出离子渗氮处理与添加剂结合的解决办法。用等离子渗氮炉在GCr15轴承钢表面制备了渗氮层,并用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM )、X射线衍射仪(X-ray diffractometer, XRD)和显微硬度计观测了渗层的形貌、相结构和硬度变化。利用四球摩擦磨损试验机对比考察渗氮钢和未渗氮钢在含氮硼酸酯润滑条件下的摩擦学性能,并用X射线光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscope, XPS)分析摩擦反应膜的成分与化学结合态。结果表明,渗氮层与润滑油添加剂之间发生了意想不到的良好交互作用,渗氮钢在质量分数为1.25%氮硼酸酯的润滑条件下表现出最低的摩擦因数和磨斑直径,比未渗氮钢分别降低了34%和45%;分析证明,渗氮层的摩擦表面生成了高BN质量分数的摩擦反应膜是获得优异摩擦学性能的主要原因,而在未渗氮钢摩擦表面未检测到BN。     

铜锡铅锌合金的摩擦磨损性能

利用MMU-200型摩擦磨损试验机研究了铜锡铅锌合金与GCr15钢对磨时的摩擦磨损特性,利用扫描电子显微镜对合金的磨损表面形貌进行了观察。结果表明:铜锡铅锌合金的磨损率随载荷和摩擦速度的增加而增大;其摩擦因数随摩擦速度的增加而减小,随载荷的增加先增大后减小;其磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损;合金中的铅相起到了润滑作用,有利于提高合金的耐磨性能。     

Friction and wear properties of metal powder filled PTFE composites under oil lubricated conditions

Four kinds of polytetrafluoroethylene (PTFE)-based composite, pure PTFE, PTFE+30vol.%Cu, PTFE+30vol.%Pb and PTFE+30vol.%Ni composite, were prepared. The friction and wear properties of these metal powder filled PTFE composites sliding against GCr15 bearing steel under both dry and lubricated conditions were studied using an MHK-500 ring-block wear tester. The worn surfaces of the PTFE composites and the transfer films formed on the surface of GCr15 bearing steel were examined using scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy respectively. Experimental results show that the friction and wear properties of the PTFE composites can be greatly improved by liquid paraffin lubrication. The wear of these PTFE composites can be decreased by at least 1 to 2 orders of magnitude compared with that under dry friction conditions, while the friction coefficients can be decreased by 1 order of magnitude, SEM and optical microscopy investigations of the rubbing surfaces show that metal fillers of Cu, Pb and Ni not only raise the load carrying capacity of the PTFE composites, but also promote transfer of the PTFE composites onto the counterfaces, so they greatly reduce the wear of the PTFE composites. However, the transfer of these PTFE composites onto the counterfaces can be greatly reduced by liquid paraffin lubrication, but transfer still takes place.     

TiN/Ti涂层在波箔轴承中的摩擦磨损性能

采用真空离子镀的方法在304不锈钢基体上喷涂厚度为3μm的TiN/Ti薄层,利用硬度计、三维形貌仪、划痕试验仪对涂层基本力学性能进行分析,通过球盘试验机分析涂层试样的摩擦磨损性能,根据波箔轴承性能测试实验台的测试结果:研究TiN/Ti涂层对基体表面耐磨减摩性能的影响。研究结果表明:TiN涂层硬度可达HV1500,是基材硬度的5.5倍;TiN/Ti涂层平均摩擦因数为0.23,相对不锈钢304基材的平均摩擦因数0.71,降低了68%,磨损量也仅为基材的18.75%;GCr15与PTFE对磨的最大摩擦力矩可达2.4 N·mm,而TiN/Ti与PTFE对磨的最大摩擦力矩仅为1 N·mm,仅为GCr15的41.7%。TiN/Ti涂层表现出了优异的承载能力和耐磨减摩性能。     

ESPCP系统推力球在原油态下摩擦磨损性能研究

利用SRV摩擦磨损试验机模拟了潜油螺杆泵采油系统（ESPCP系统）推力球在原油为润滑介质时的摩擦磨损性能，通过不同热处理的GCr15钢球与GCr15钢盘的摩擦磨损性能研究，考察了等离子渗氮GCr15钢代替淬火GCr15钢的可行性；利用X射线散射（XRD）对等离子渗氮GCr15钢表面进行成分分析，考察了以原油为润滑介质时，钢盘的摩擦磨损性能。结果表明，GCr15钢等离子渗氮后在提高表面硬度的同时，其抗磨性能大幅度提高。通过扫描电子显微镜（SEM）和X光电子能谱仪（XPS）对磨斑表面形貌和表面成分进行了分析，表明等离子渗氮层具有更好的抗磨、减摩性能和更高的承载能力。     

Plasma and vacuum carburizing processes and mechanical properties of SCM 415 steel

The plasma and vacuum carburizing processes are innovative surface modification techniques for potential applications in manufacturing processes of vehicle components. In this study, the influence of this relatively new process on the surface hardness of SCM 415 low-alloy steel (0.15% C) was investigated under various process conditions involving gas composition, gas pressure, plasma current density, temperature and time. The effective plasma carburizing temperature of SCM 415 steel was found to be higher than 850°C, and the case depth was proportional to the square root of carburizing time under the same current density. Also, high cycle fatigue and dry wear characteristics of vacuum carburized SCM 415 steel were evaluated after various heat treatments. Comparing the fatigue and wear characteristics of vacuum carburized specimens to those of hot annealed or reheat quenched specimens, the wear resistant property as well as bending fatigue limits were found to be substantially improved. The optimum amount of retained austenite exists for the maximum fatigue strength in vacuum carburized steels. Through quantitative analysis of the retained austenite using X-ray diffractometer, this value was found to be about 4%.