基于Matlab计算滚动轴承滚滑接触内部应力分布

滚动轴承服役过程中,因滚滑现象和残余应力的存在,使赫兹接触应力不能反映材料真实的受力状态,应力分布与实验现象存在一定的偏差,因此滚滑接触下材料的内部应力计算显得尤为重要。研究一种快速、简单的材料滚滑接触内部应力的计算方法,以替代耗时长的有限元法。以现有公式为基础,通过Matlab编程计算滚滑接触下材料内部的应力场;对比不同摩擦因数下2D、3D滚滑接触内部应力场的差别。结果表明:摩擦因数越大,最大剪切应力越大,位置越接近表面,与滚动方向的夹角越小;切向摩擦力使接触点两侧最大正交切应力大小及位置发生变化;随着摩擦因数增大,一侧应力值上升,位置靠近表面,另一侧反之。提出的计算方法简单、方便,其结果为解析解,便于与残余应力或其他应力结合求出真实应力场。通过实例分析发现,真实应力场能够更好地解释实验现象,对于轴承材料组织演变的研究有重要意义。     

不同化学热处理对GCr15钢力学性能及摩擦行为的影响

采用预渗氮+淬回火(N+Q)及碳氮共渗+淬回火(C+Q)两种化学热处理对GCr15钢进行表面强化,并与淬回火的GCr15钢进行对比.采用X射线衍射仪、扫描电镜、光学显微镜、显微硬度计等研究了不同热处理后GCr15钢的物相、组织结构及硬度,利用UMT-2摩擦磨损实验机分析了不同热处理后GCr15钢的摩擦学特性.结果表明:预渗氮+淬回火(N+Q)及碳氮共渗+淬回火(C+Q)处理后GCr15钢的显微组织由马氏体、碳/氮化物及残留奥氏体组成,其中,C+Q处理后生成的碳/氮化物组织尺寸更为粗大;经过N+Q及C+Q处理后GCr15钢的表层硬度均高于经淬回火后的硬度,硬化层深度分别为0.25 mm、0.30 mm;摩擦磨损实验表明,C+Q处理可以有效降低GCr15钢的摩擦系数及磨损率,磨损机制主要为磨粒磨损.     

回火温度对M50钢组织及摩擦磨损性能影响

采用X射线衍射仪、扫描电镜、洛氏硬度计、摩擦磨损试验机等研究了不同温度(160、300和540℃)回火处理对淬火态M50钢的微观组织、硬度及摩擦磨损性能的影响.结果 表明:经1090℃淬火后M50钢显微组织由马氏体、碳化物及残留奥氏体组成,硬度为64.5 HRC,残留奥氏体含量为18％;回火处理使M50钢组织中马氏体转变为回火马氏体,随着回火温度的升高,试验钢硬度先降低再升高,其中,300℃回火时试验钢的硬度较低,540℃回火出现二次硬化现象,硬度值较大,残留奥氏体含量较低约4％.摩擦磨损试验结果表明:540℃回火处理可以有效降低试验钢的摩擦系数和磨损率,其磨损机制为轻微磨粒磨损伴随粘着磨损.     

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900 μm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。     

非稳态条件下轴承钢的组织均匀性对其摩擦磨损性能的影响

为探究非稳态条件下不同组织轴承钢的摩擦磨损性能,采用光学和扫描电子显微镜(OM和SEM)、X射线衍射仪(XRD)、硬度计对两种GCr15钢的显微组织、残余奥氏体(A')、硬度进行分析,采用UMT-2摩擦磨损试验机进行乏油、干摩擦两种非稳态滑动摩擦磨损试验,通过SEM、三维形貌仪对磨痕形貌进行分析,研究非稳态条件下组织对性能的影响.结果表明:国内的1#GCr15钢组织不均匀,淬-回火后金相组织呈现典型的"黑白区"形貌,且带状和网状碳化物的等级明显高于国外的2#GCr15钢.两种条件下,1#GCr15钢摩擦系数和磨损量均大于2#GCr15钢;乏油条件下两种钢的磨损机制均为磨粒磨损;干摩擦条件下,1#GCr15钢以氧化、黏着、剥落磨损为主;2#GCr15钢以黏着磨损为主,伴随少量氧化磨损.碳化物不均匀导致轴承钢组织不均匀,同时增加淬火开裂倾向,使其表层薄弱区域在摩擦磨损过程中产生裂纹,造成剥落或早期失效.     

应变速率对低温拉伸316LN奥氏体不锈钢微观组织和力学性能的影响

以两种应变速率(5×10~(-4)s~(-1)和1×10~(-2)s~(-1),分别代表慢速拉伸和快速拉伸)对316LN奥氏体不锈钢板状试样进行低温(-40℃)单轴拉伸实验,借助金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及三维形貌轮廓仪分析了拉伸变形过程中的微观组织演变和力学性能变化规律。结果表明,316LN奥氏体不锈钢在低温拉伸条件下发生形变诱导马氏体相变,且马氏体转变量随着应变速率的增加而减少;屈服强度随着应变速率的增加而升高,抗拉强度和延伸率则随着应变速率的增加而降低;拉伸断口形貌均呈现出典型的韧性断裂特征。变形组织均以位错缠结和T-M(Twin-matrix)层片状组织为主,随着应变速率的增加,位错缠结程度加剧,T-M层片状组织的层片间距减小。     

不同温度重度变形及退火对工业纯铝组织的影响

采用重度冷轧及退火工艺制备超细晶工业纯铝,利用透射电镜和显微硬度实验对比研究了室温轧制和深冷轧制（液氮）及退火工艺所得到的超细晶工业纯铝组织特性和硬度。结果表明：深冷轧制细化晶粒的能力高于室温轧制,前者等轴状超细晶粒尺寸约为0.5μm,后者则约为1μm;深冷轧制试样的硬度值均高于对应状态下的室温轧制试样,温度低于200℃退火时,硬度值变化平缓,显微组织处于回复阶段;高于200℃退火时,硬度值迅速下降后趋于定值,与原始退火态相当,显微组织处于再结晶阶段。     

变形温度对316LN奥氏体不锈钢组织和性能的影响

以316LN奥氏体不锈钢为研究对象,分别在不同温度(室温和液氮)下对其进行轧制变形实验(变形量30%和90%),借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、微力拉伸试验机等对其变形过程中的微观组织演变与力学性能变化规律进行研究。结果表明:两种变形条件下316LN奥氏体不锈钢均可发生形变诱导马氏体转变,且马氏体体积分数随着变形量的增大而增加,同一变形量下深冷轧制态马氏体转变量显著高于室温冷轧态。深冷轧制比室温轧制更有效地加速马氏体转变,可使奥氏体组织完全转化成马氏体的同时将其细化至纳米级别。深冷轧制态下的强度和硬度均高于室温冷轧态,但其伸长率低于室温冷轧态,拉伸断口形貌从典型的韧性断裂向韧性和准解理混合型断裂转变。     

共析珠光体钢激光冲击处理后的组织演变

采用SEM、TEM及显微硬度等方法研究了原始组织为层片状珠光体的共析钢激光冲击处理后的组织演变与硬度变化规律.结果表明:单道次激光冲击即可实现共析钢表层铁素体晶粒超细化,等轴铁素体晶粒尺寸约为0.8 μm;激光冲击产生的冲击波诱发材料表层产生高应变速率的塑性变形,渗碳体层片具有较好的塑性变形能力,冲击波中心区域渗碳体层片球化完全,渗碳体颗粒粒径约为50 nm,而冲击波边缘区域渗碳体层片主要发生弯曲、扭折和断裂;塑性变形导致大量位错的产生使得冲击波中心区域材料表层的硬度相比冲击前提高约20%左右.     

硼铁含量对铜基粉末冶金制动材料性能的影响

采用粉末冶金法制备铜基制动摩擦材料,研究了硼铁添加量对材料的摩擦系数、磨损率的影响规律。通过扫描电子显微镜观察材料的微观组织结构和摩擦磨损表面形貌,并分析其摩擦磨损机理。研究结果表明:硼铁含量低(0%~6%)时,材料的摩擦系数显著降低,磨损率较高;硼铁含量高(9%~12%)时,材料在高速下的摩擦系数较高且波动不大,磨损率较小。材料的磨损在低速下以磨粒磨损为主,随着制动速度的增大,磨损逐渐变成以氧化磨损和粘着磨损的混合机制为主。综合比较可知,硼铁含量为12%时,材料的摩擦系数波动不大,在高速制动下趋于平稳,且其耐磨性能较好。