Fe-15Cr-3.5B-xC堆焊合金微观组织与耐磨性的研究

采用CO_2气体保护堆焊的方法,制备了不同碳元素含量的Fe-15Cr-3.5B-xC(x=0.1,0.5,1.0)铁基堆焊合金。采用光学显微镜、XRD,SEM等方法分析了堆焊合金的微观组织结构,并对堆焊合金的宏观硬度和耐磨粒磨损性能进行了测试。结果表明:堆焊合金组织主要由M_2B,Fe_2B,M_(23)(B,C)6,M_3(B,C)和含有铁素体,奥氏体,FeCr固溶体的基体组成。随着碳含量的增加,板条状M_2B型硼化物体积分数逐渐减小。堆焊合金的宏观硬度呈上升趋势,但是耐磨粒磨损性能呈下降趋势。磨粒磨损机制为塑性变形引起的犁沟,硬质相的断裂和脱落。     

铬含量对Fe-Cr-B堆焊合金显微组织及耐磨性的影响

目的在Fe-x Cr-3.5B-0.1C药芯焊丝中加入不同含量的铬,了解铬含量对堆焊合金硼化物形貌以及耐磨性能的影响。方法采用CO_2气体保护堆焊的方法在Q235钢基板上制备Fe-Cr-B系耐磨合金,利用光学显微镜、XRD、SEM等方法观察堆焊合金层的显微组织结构,以及湿砂橡胶轮磨粒磨损试验机对堆焊层进行磨粒磨损试验。结果堆焊合金层主要由铁素体枝晶、马氏体、珠光体和硼化物组成,硼化物随着Cr含量的增加发生Fe_2B到M_2B(M=Fe,Cr)的转变,它主要分布在金属基体的连续网状和鱼骨状结构中。凝固过程中,当Cr质量分数大于9%时,首先形成初生M_2B颗粒,随后形成共晶的M_2B和BCC结构的Fe基固溶体,这种共晶的微观结构主要由基体和长条状的M_2B硼化物组成。从Cr与(Fe,Cr)的原子数分数比值可以看出,硼化物发生从Fe_2B→(Fe,Cr)_2B→(Cr,Fe)_2B的转变。铬含量对Fe-Cr-B系耐磨堆焊合金的组织、硼化物形貌有较大影响。由于硼化物空间结构的变化,硼化物的显微硬度会随着铬原子进入Fe_2B而逐渐提高。结论随Cr含量的增加,及共晶硼化物硬质相的析出,堆焊合金的硬度和耐磨性呈现持续提高的趋势。当Cr含量为20%时,合金中生成的长条状M_2B相作为耐磨骨架无序的分布且镶嵌于基体中,合金耐磨料的磨损性能比Cr含量为9%时的提高了约7.4倍。     

原位β-Zr相/Zr非晶基复合材料的干摩擦滑动磨损行为

采用铜模喷铸法制备出直径为3 mm的原位β-Zr相/Zr非晶基复合材料,对其在干摩擦条件下的滑动磨损行为进行了研究。结果表明,与纯块状非晶合金相比,Zr基块状非晶复合材料的耐磨性能得到明显的改善。复合材料比纯块状非晶合金具有更低的摩擦系数和磨损速度,最低的磨损速度比纯非晶合金的减小48.1%。同时,包含一定体积分数β-Zr相的复合材料表面磨损比纯非晶合金的轻,只有一些浅的犁沟,其磨削小,显示出轻微的磨粒磨损特征,而纯非晶合金的磨损表面呈现出片状、分层、凸起及深的犁沟等特征,磨削大,为严重的磨粒磨损。复合材料低的磨损速度归因于铸态下析出的分布在非晶基体上的韧性β-Zr枝晶相的存在。该相具有较强的承载、塑性变形和加工硬化能力,通过减小界面处非晶基体的应力集中、释放应变能、限制剪切带和裂纹的萌生与扩展、使塑性变形更加均匀等途径提高耐磨性能。     

铝含量对Fe-12Cr-1.5B-Al合金凝固组织和硬度的影响

用真空感应炉熔炼含0-8.0%Al的Fe-12Cr-1.5B-Al合金。采用光学显微镜、扫描电镜、XRD、洛氏、维氏硬度计,研究了铝含量对Fe-12Cr-1.5B-Al合金凝固组织和硬度的变化规律。结果表明:无铝Fe-Cr-B合金凝固组织由基体和硬质相组成。基体主要是马氏体和少量奥氏体组织。硬质相有M2(B,C)、M7(C,B)3和M23(C,B)6。铝的加入使Fe-12Cr-1.5B-Al合金基体转变为珠光体和铁素体组织,而对硬质相类型无明显影响。当铝含量超过6.0%时,部分铝元素与铁结合形成铁铝金属间化合物。Cr元素主要存在于硬质相中,基体中也含有一定量的Cr元素。Al元素主要存在于基体和铁铝金属间化合物中。B元素主要存在于M2(B,C)相中。无铝Fe-Cr-B合金洛氏硬度达到61.1 HRC,随着铝含量的增加,Fe-12Cr-1.5B-Al合金的洛氏硬度以及维氏硬度呈现先急剧下降后缓慢升高的趋势。     

钨合金超声辅助划擦试验及仿真研究

目的 揭示钨合金在超声辅助磨削加工下的材料去除行为。方法 通过超声辅助划擦试验与有限元仿真相结合的方式,分析超声振动作用对材料表面形貌、截面轮廓、划擦力、温度、塑性应变及应变率的影响,探究超声振动作用下的材料去除和表面创成机理。结果 钨合金在划擦过程中发生严重的塑性变形,在划痕两侧出现由耕犁作用而形成的隆起现象。超声辅助划擦形成的划痕表面鳞刺更少且未出现犁沟现象,且划痕深度相较于普通划擦增大14.1%,划痕宽度增大39%。随着划擦深度的增加,试验划擦力与仿真划擦力均线性增大,且仿真值与试验值误差为18.1%,验证了有限元仿真模型的有效性。超声振动作用下的划擦力呈周期性变化特征,使平均划擦力降低了43.2%。此外,仿真结果表明,超声辅助划擦相较于普通划擦,温度最高降低50%,表面塑性应变最高降低20%,超声冲击过程中材料的塑性应变率相较于普通划擦提高1个数量级,分离过程中塑性应变率最大降低2个数量级。结论 超声振动作用可以有效降低划擦过程中的划擦力和划擦区域温度,增大冲击过程中材料的瞬时应变率,改善压头的切屑黏附现象,从而抑制划擦表面鳞刺的生成和犁沟的形成,改善表面质量。此外,超声振动作...     

Fe-2.2Nb-0.9Ni-1.0C-xB堆焊合金组织与耐磨性

采用CO_2气体保护焊堆焊方法,制备了含不同硼元素含量的Fe-2.2Nb-0.9Ni-1.0C-xB(x=0.5,1.5,2.5,3.5)铁基堆焊合金,利用OM,SEM,XRD等分析方法对堆焊合金的显微组织进行了观察分析,测试了堆焊合金的硬度及耐磨料磨损性能,分析了硼含量对堆焊合金耐磨性的影响。结果表明,随着硼元素的增多,堆焊合金宏观硬度值逐渐升高并稳定在HRC 62左右,而耐磨料磨损性能呈现先升后降的趋势;当硼含量为2.5%(质量分数)时,合金组织中开始析出Fe_2B相,其耐磨料磨损性能为最优;当硼含量达到3.5%(质量分数)时,堆焊合金的磨损机理开始由塑性变形引起的犁沟和切削机制转变为由断裂机制引起的过共晶Fe_2B相脱落。     

钨合金超声椭圆振动切削表面完整性研究

目的 研究钨合金超声椭圆振动切削表面完整性的变化规律,为实现钨合金高表面完整性加工提供理论基础.方法 设计单因素试验,采用单晶金刚石刀具开展钨合金超声椭圆振动切削试验,并与普通切削进行对比,研究不同切削深度下超声椭圆振动对工件表面形貌、表面粗糙度、微观组织、位错密度、显微硬度以及表面残余应力的影响.结果 普通切削或超声椭圆振动切削后,工件表面的位错密度、显微硬度以及残余应力均随着切削深度的增加而增大,且亚表面的晶粒都发生了一定程度的塑性变形,并出现了晶粒细化.与普通切削相比,超声椭圆振动切削可以有效抑制加工过程中鳞刺和犁沟的产生,改善表面粗糙度;工件表面会产生更高的硬化程度、残余压应力和位错密度,位错密度的量级在108 mm–2;亚表面的变质层厚度更小.结论 相比于普通切削,超声椭圆振动切削可以降低表面粗糙度,增大表面残余压应力,提高工件表面完整性.     

低频振动对Ti6Al4V合金摩擦因数的影响

通过对Ti6Al4V合金在高频往复磨损试验装置上进行低频摩擦性能试验.分别进行了不同频率、不同振幅和不同法向栽荷下的摩擦性能试验,并给出了各种情况下的摩擦因数曲线.通过试验可知,随着振幅的增加摩檫因数随着增加;随着法向载荷的增加.摩擦因数降低;在振幅为1 mm和2rain下,摩擦因数随着振动频率的增加先增加后减小;在振...     

激光熔覆修复报废锻压模具涂层组织及性能研究

采用自配的合金粉末,利用激光熔覆技术,对报废锻压模具进行了修复;利用OM、XRD、摩擦磨损机对熔覆层的组织结构及摩擦磨损性能进行了研究.结果表明:熔覆层与基材实现了良好的化学冶金结合,熔覆层基体相为α-Fe,基体相上分布有结晶析出的Fe_5C_2、Fe_2B、FeSi等相,还有一定量的非晶组织.熔覆层较基材有更好的耐磨损性能.     

Fe2O3在钛合金干滑动磨损及摩擦层形成中的作用

通过在Ti6Al4V合金滑动界面人工添加Fe_2O_3纳米颗粒及其与TiO_2、MoS_2的混合物,试图促进含Fe_2O_3摩擦层在室温下的快速形成;研究了Fe_2O_3、TiO_2、MoS_2在钛合金滑动过程中的作用,并探讨Fe_2O_3相对含量对钛合金磨损行为及磨损机制的影响。结果表明:干滑动下的Ti6Al4V合金耐磨性较差,磨面添加的TiO_2进一步加速磨损,MoS_2一定程度上降低了磨损但并不显著,而Fe_2O_3完全抑制磨损但增大了摩擦系数。高载下,富TiO_2、MoS_2颗粒并不能形成摩擦层,反而聚集在磨面犁沟或者凹坑处,而富Fe_2O_3则容易形成致密的摩擦层覆盖于磨损表面,这证实了钛合金高温耐磨性的改善是由于Fe_2O_3的出现。混合MoS_2+80%(质量分数)Fe_2O_3形成的摩擦层,兼具MoS_2的润滑性和Fe_2O_3的承载能力,给Ti6Al4V合金带来最佳的摩擦磨损性能。     

超声振动钻削减摩机制研究与试验分析

在振动钻削加工原理的基础上建立振动钻削过程中平均摩擦力的数学模型,分析动载荷对平均摩擦力的影响规律。在超声振动钻削试验装置上对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢进行了普通钻削和超声振动钻削试验,对比分析了孔壁表面粗糙度、钻头磨损形貌和切屑形状。结果表明:超声振动钻削能够减少平均摩擦力;通过观察加工后钻头与孔的表面形貌,超声振动钻削钻头磨损程度低,孔壁表面粗糙度值小,具有更好的断屑、排屑性能。     

石墨含量对石墨/TiC/镍基合金复合涂层微观组织与摩擦学性能的影响

为了降低TiC/镍基合金复合涂层的摩擦因数并增强其耐磨性能,运用等离子喷涂技术在45#钢表面制备石墨/TiC/镍基合金（GTN）复合涂层。研究石墨含量对GTN涂层组织和摩擦学性能的影响。结果表明,石墨的加入有效地降低了涂层的摩擦因数,提高了其耐磨性。6.56GTN涂层和12.71GTN涂层分别在低载荷与高载荷摩擦条件下呈现出优异的减摩耐磨性能。在低载荷条件下,GTN涂层的磨损机理主要表现为多次塑变磨损,伴有轻微的磨粒磨损,且随着石墨含量的增加逐渐转变为多次塑变、层脱和微切削磨损;在载荷增加后,脆性断裂、微观切削和粘着为其主要的磨损机理,且随着石墨含量的增加逐渐转变为微观切削和脆性剥落。     

Effect of severe plastic deformation on the microstructure and tribological properties of a babbit B83

The effect of severe plastic deformation carried out at room temperature by the methods of equal-channel angular (ECA) pressing and surface friction treatment (SFT) on the microstructure, rate of wear, and friction coefficient of a babbit B83 (11.5% Sb, 5.5% Cu, Sn for balance) has been investigated. It has been shown that severe plastic deformation that leads to a drop in the grain size of the babbit to 100–300 nm and to a strong refinement of particles of intermetallic phases (SnSb, Cu₃Sn) causes a considerable (twofold-fourfold) reduction in the rate of wear and a decrease in the friction coefficient of a steel-babbit pair under test conditions with lubrication at small (0.07 m/s) and enhanced (4.5 m/s) sliding velocities. As was shown by structural investigations performed with the use of scanning electron microscopy, this positive influence of severe plastic deformation on the tribological properties of the babbit is connected with the formation on the deformed-babbit surface of a developed porosity, which improves conditions for lubrication of the babbit-steel friction pair due to the action of the self-lubrication effect and thereby favors the retention of a stable regime of boundary friction of this pair. The formation of porosity is a result of the accelerated spalling of hard brittle intermetallic particles of SnSb and Cu₃Sn from the friction surface of the deformed babbit, which is caused by weakening and loss of the bonding of these particles with the plastic matrix (α solid solution based on tin) in the course of severe plastic deformation of the babbit. At the same time, under the conditions of dry sliding friction of the babbit-steel 45 pair, when a fatigue mechanism of wear of the alloy under consideration predominantly develops, this plastic deformation yields an approximately 1.6-fold increase in the rate of wear of the babbit. This increase is mainly due to numerous defects (microcracks) that are introduced into the babbit structure upon its severe plastic deformation and reduce the resistance of the surface layer of this material to the fatigue mechanism of wear.     

无熔滴电弧热丝GTAW自润滑耐磨堆焊层组织及性能

目的采用无熔滴电弧热丝GTAW堆焊技术,在Q235钢表面堆焊具有自润滑功能的含石墨相耐磨合金。方法设计含有镍包石墨粉的药芯焊丝,并使用无熔滴电弧热丝GTAW堆焊技术和传统GMAW两种方法进行对比堆焊。焊后,采用销盘式摩擦磨损试验机对堆焊层进行对比摩擦磨损性能测试,利用光学显微镜、SEM和EDS研究堆焊层的微观结构及成分,并对磨损面形貌进行对比分析,探究自研焊接系统制备含石墨相堆焊层的工艺特点和堆焊层自润滑耐磨性能。结果无熔滴电弧热丝GTAW可以有效降低母材的稀释率,保证药芯焊丝自润滑石墨相过渡,且能提高熔敷率。堆焊层形成了Fe-Cr-B耐磨基体,并在晶界处分布大量的颗粒状石墨相。摩擦磨损实验中,堆焊层摩擦系数可低至约0.65,随着摩擦时间的延长,摩擦系数进一步减小,磨损面未发现典型犁沟,表面平滑且呈黑色,堆焊层具有自润滑功能,且摩擦系数与焊接参数有关。传统GMAW方法制备的堆焊层的摩擦系数为1.4左右,且随着磨损时间的延长,摩擦系数略有增大。结论无熔滴电弧热丝GTAW堆焊技术低热输入和高熔敷率的工艺特点适合堆焊,尤其适合防止焊丝化学成分烧损的堆焊。在合理控制工艺参数,焊接稳定的前提下,选择低辅助电流,可以成功制备含石墨相的自润滑耐磨堆焊层。     

超声振动辅助铣削加工钛合金表面摩擦磨损性能研究

目的研究超声振动辅助铣削加工钛合金表面形貌及摩擦磨损性能的优势。方法将0、6、12μm的超声振动振幅分别施加到铣削加工的进给方向加工TC4钛合金,得到不同加工参数条件下的表面形貌。用多功能扫描电子显微镜观察不同条件下的微观表面形貌,并且对不同表面的摩擦磨损性能进行了测试,分析了超声振动对表面摩擦磨损性能的影响。结果施加超声振动后,表面微观形貌与传统铣削加工存在较大区别。表面微观形貌不仅存在因进给速度产生的进给划痕,还存在一定规律的微观织构。摩擦磨损试验分析了干摩擦与润滑脂摩擦两种情况。干摩擦条件下,超声振动对摩擦系数的影响较明显,振幅为6μm时,摩擦系数有所减小;振幅为12μm时,摩擦系数有所增大。脂润滑条件下,摩擦系数变化较小。结论通过超声振动辅助铣削可以加工出具有一定微观形貌的表面织构,这些微织构的存在影响了加工表面的摩擦磨损性能,对于研究表面抗磨减阻性能有一定的作用。     

Friction and wear behavior of electrodeposited amorphous Fe-Co-W alloy deposits

The microstructures, friction and wear behavior under dry sliding condition of electrodeposited amorphous Fe-Co-W alloy deposits heat treated at different temperatures were studied. A comparative study of hard chrome deposit under the same testing condition was also made. The experimental results show that the hardness and wear resistance of amorphous Fe-Co-W alloy deposits are improved with the increasing of heat treatment temperature, and reach the maximum value at 800℃, then decrease above 800℃. Under 40 N load, the wear resistance properties of the alloy deposits heat treated at 800℃ are superior to those of hard chrome deposit. The main wear mechanisms of amorphous Fe-Co-W alloy deposits heat treated below 600℃ are peeling, plastic and flowing deformation； when the deposits are heat treated above 700℃, they are plastic and flowing deformation. While the main wear mechanisms of hard chrome are abrasive wear, fatigue and peeling.     

SiCp/AZ91D纳米复合材料的摩擦磨损行为研究

采用机械搅拌与高能超声处理法制备了纳米SiC颗粒(n-SiCp)增强的镁基复合材料,探讨了基体及其复合材料的干滑动摩擦磨损行为。结果表明:由于纳米颗粒的强化作用,复合材料的耐磨性能要明显的强于基体,随着载荷的增加,基体和复合材料的磨损率线性增加,在磨损过程中,基体和复合材料经过磨合磨损和稳态磨损两个阶段。通过对磨损表面的显微分析发现,磨损机制主要是粘着磨损、磨粒磨损和剥层磨损,载荷大小对磨损机制有重要影响。     

T6态Al-10Si-5Cu-0.75Mg合金干滑动摩擦磨损性能的研究

利用UMT-2 型摩擦磨损试验机研究了T6态Al-10Si-5Cu-0.75Mg 合金的干滑动摩擦磨损性能,采取SEM、XRD、EDS等方法分析了合金在不同转速和载荷下的摩擦磨损行为。结果表明：合金的磨损率随转速和载荷的增加而增大,但在800 r/min的高转速下仍具有良好的耐磨性,15N高载荷时的磨损率相对于5N低载荷时只增加了291%,属于轻微磨损;摩擦系数的平均值在0.35-0.40范围内变化,且随时间的变化不大,具有较高的稳定性;另外,磨损机制由低速轻载时的磨粒磨损、粘着磨损向高速重载时的剥层磨损、氧化磨损转变。     

Fretting wear of micro-arc oxidation coating prepared on Ti6Al4V alloy

Micro-arc oxidation(MAO)coating was prepared on Ti6Al4V alloy surface and its characterizations were detected by Vickers hardness tester,profilometer,scanning electric microscope(SEM),energy dispersive X-ray spectrometer(EDX)and X-ray diffractometer(XRD).Fretting wear behaviors of the coating and its substrate were comparatively tested without lubrication under varied displacement amplitudes(D)in a range of 3-40μm,constant normal load(Fn)of 300 N and frequency of 5 Hz.The results showed that the MAO coating,presenting rough and porous surface and high hardness,mainly consisted of rutile and anatase TiO2 phases.Compared with the substrate,the MAO coating could shift the mixed fretting regime(MFR)and slip regime(SR)to a direction of smaller displacement amplitude.In the partial slip regime(PSR),lower friction coefficients and slight damage appeared due to the coordination of elastic deformation of contact zones.In the MFR,the friction coefficient of the coating was lower than that of the substrate as a result of the prevention of plastic deformation by the hard ceramic surface.With the increase of the displacement amplitude,the degradation of the MAO coating and the substrate increased extremely.The fretting wear mechanisms of the coating were abrasive wear and delamination with some material transfer of specimen.In addition,the coating presented a better property for alleviating fretting wear.