M2高速钢的高温摩擦磨损行为

采用Bruker UMT-3型高温摩擦磨损试验机,对M2高速钢在200、400和600℃下的高温摩擦磨损性能进行研究。采用扫描电镜观察磨损表面形貌,探讨了其磨损机制。结果表明:温度是影响M2高速钢高温摩擦磨损性能的重要因素。随着温度的升高,磨损体积先升高后降低,400℃时磨损体积最大,分别是200和600℃的15倍和1.2倍。200℃时摩擦因数最大为0.65,随温度升高摩擦因数先降低,随后趋于平稳,400和600℃时分别为0.39和0.40。200℃时M2高速钢的磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损,以磨粒磨损为主,碳化物减磨作用明显; 400和600℃时主要磨损机制为粘着磨损和轻微的氧化磨损。400℃时粘着磨损严重,磨损加剧。600℃时以氧化磨损为主,氧化层起到良好的减磨作用,磨损减弱。400和600℃下的摩擦因数较200℃小,这是表面的软化熔融和氧化层的润滑的共同作用所致。     

利用环压试验研究低碳钢塑性成形过程中石墨烯涂层的摩擦磨损特性

通过环压试验研究了低碳钢在塑性成形工况下的摩擦磨损特性。参考环压试验测定内径尺寸变化来校核摩擦系数,计算接触界面上的摩擦应力及分析其随行程的变化关系。并利用超景深显微镜观测磨损表面形貌,探究塑性成形摩擦过程中的磨损机制。结果表明:摩擦系数在塑性成形工况下的变化趋势不同,在一定范围内符合阿蒙顿-库伦摩擦定律,塑性成形摩擦模型主要为剪切摩擦,黏着磨损机制占主导作用。滑移变形中,面接触更能真实反映材料塑性成形时的摩擦特性,而在石墨烯涂覆之后起到了磨粒磨损的作用,有效地缓解了面与面接触产生的摩擦与磨损。     

特高压输电线路磁场对电力金具材料摩擦磨损的影响

目的 通过分析特高压直流线路工频磁场环境对电力金具材料磨损行为的影响,探究其磨损机理,为联接金具的磨损失效预测提供理论依据。方法 分析线路实际运行参数,计算工频磁场强度,采用自制电磁线圈与M-2000型磨损试验机相结合,通过分组控制变量法研究额定工况下金具材料的磨损过程,以及不同磁场强度下材料的磨损行为。结果 在磁场环境中材料的磨损程度远小于无磁场情况下。在0~800 A/m范围内,随着磁场强度的增加,摩擦因数稍降低,质量损失量和磨损率呈下降趋势。在不同磁场强度下磨损试样均呈现越贴近摩擦接触表面区域其显微硬度越高,且随着纵深向后呈递减趋势。在无磁场情况下,磨损接触表面的犁沟较深,遍布锯齿型边缘的凹坑和山脊型微凸峰。在磁场环境中试样的接触表面和磨屑表面更加光滑平整,且氧含量明显升高。结论 在无磁场情况下,接触表面为严重的磨粒磨损和黏着磨损。在磁场环境中,磨损试样在短时间内经历了初期磨合阶段和磨损加剧阶段,从而加速过渡到稳定磨损阶段,由严重的磨粒磨损和黏着磨损加速向轻微磨损转变。稳定阶段的主要磨损机制为氧化磨损,并伴随着轻微的磨粒磨损、黏着磨损,以及两摩擦副与磨屑“阻隔层”之间的三体磨损。工频磁场环境对试样磨损起到了一定的减摩作用,磨损程度减轻。     

镀铜石墨含量对Fe-25Cu基摩擦材料组织结构及摩擦性能的影响

目的 为改善石墨与铜铁基摩擦材料的结合方式,探究不同含量的镀铜石墨对铜铁基摩擦材料组织结构的影响,并研究加入不同含量的镀铜石墨时,摩擦材料的摩擦性能和摩擦机理。方法 采用热压烧结法制备Fe-25Cu基摩擦材料,利用扫描电镜、X射线衍射等表征手段进行表征,并利用摩擦磨损试验机测试摩擦材料的摩擦性能,分析摩擦因数。摩擦试验后的材料利用扫描电镜进行表面观测,分析摩擦磨损机理。计算材料摩擦后的磨损量,以此分析镀铜石墨含量对摩擦材料的影响。结果 相同转速下随着镀铜石墨含量的增加,平均摩擦因数降低,当镀铜石墨的质量分数为9%时,摩擦因数曲线最平稳;随着镀铜石墨含量的增加,摩擦因数逐渐降低,磨损率先减少后增加。当加入9%的镀铜石墨时,该材料的摩擦性能最好,此时材料的摩擦因数为0.436,磨损率最低为0.023 mm;黏着磨损和磨粒磨损是添加镀铜石墨的摩擦材料的主要摩擦机理。结论 在Fe-25Cu基摩擦材料中镀铜石墨与基体的结合情况优于石墨与基体的结合,同时加入镀铜石墨Fe-25Cu基摩擦材料的摩擦因数高,磨损量小。     

高速球铣路径对淬硬钢SKD11表面摩擦特性的影响

通过高速铣削试验与环-块摩擦磨损试验,借助白光干涉仪、超景深三维显微镜、显微硬度计等分析检测设备,研究了走刀路径对淬硬模具钢SKD11表面摩擦特性的影响。结果表明:球铣加工表面摩擦特性具有方向性,当走刀方向与摩擦方向垂直时,摩擦因数最小,磨痕宽度最窄,当二者夹角成45°时,摩擦因数最大,磨痕宽度最宽。球铣走刀路径影响加工表面形貌取向,表面形貌通过改变接触应力和磨屑捕捉能力来影响犁耕效应和黏着效应,进而影响摩擦特性。干摩擦工况下,主要磨损机理是磨粒磨损与氧化磨损,试验15 min后表面微沟槽形貌均已消失;而润滑工况下,表面微沟槽依然清晰,走刀路径与摩擦方向夹角成0°与45°试样表面出现磨粒磨损特征,而夹角成90°试样表面无明显划痕,表明采用该路径进行球铣加工具有较好的减磨效果。     

等离子喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层高温摩擦磨损性能研究

研究了等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层的高温磨损性能,与配对摩擦副相比,涂层在滑动摩擦440 m(6000个周期)之后,磨损深度和磨损体积很小,涂层在高温条件下具有优异的抗磨损性能,能够满足高温条件下的磨损要求。涂层的磨损机制主要为开始以氧化磨损为主,逐步过渡到以磨粒磨损和黏着磨损为主。经过上车试验证明NiCr-Cr3C2涂层可以应用于内燃机的气缸套。     

不同制动速度下C/C-SiC-Fe材料的摩擦磨损行为及机理

以针刺炭纤维整体毡为预制体,采用化学气相沉积法制备C/C多孔体,然后熔融浸渗Si和Fe制得C/C-SiC-Fe材料,研究制动速度对C/C-SiC-Fe材料摩擦磨损性能的影响.采用SEM观察了C/C-SiC-Fe的磨损表面及磨屑形貌,结果表明:C/C-SiC-Fe材料的高速制动平稳,随制动速度的提高其摩擦因数先升高后降低,制动速度为12 m/s时,摩擦因数达到最大值0.59;随着制动速度的提高,磨损率先增加后降低;当制动速度为24 m/s时,磨损率又急剧上升至3.3×10-8cm3/(N?m);摩擦磨损机制在低速制动条件下主要表现为磨粒磨损;中速时以粘着磨损为主;高速时以疲劳磨损和氧化磨损为主.     

不同制动速度下炭布叠层炭/炭复合材料的摩擦磨损行为及机理

用模拟刹车制动的方法探讨了一种炭纤维布叠层炭 /炭复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损行为 ,并用扫描电子显微镜对摩擦表面进行了观察和分析。研究结果表明 :在 5m/s的制动速度下 ,该种材料表现出低的摩擦因数 ,但随制动速度升高至 2 0m/s时 ,摩擦因数迅速升高至最大值 0 .4 0 ;当制动速度增大到 2 8m/s或 30m/s时 ,摩擦因数仅略降低至 0 .35 ,该材料表现出优良的高速高能摩擦性能。另一方面 ,制动速度升高至 2 0m/s时 ,即摩擦因数最大时 ,磨损才变得明显 ,而且随制动速度的继续升高 ,磨损呈直线增大。表面显微组织观察表明 ,在较低制动速度下 ,在摩擦表面产生了薄膜 ,对应摩擦因数较低 ,磨损小 ;在 2 0～ 2 5m/s制动速度下 ,摩擦表面形成较厚的表面膜层 ,对应摩擦因数高 ,磨损大 ;在 2 8～ 30m/s制动速度下 ,剧烈的摩擦剪切和氧化作用使摩擦表面严重破坏 ,表面基质炭氧化严重 ,纤维则被拉断或拔出     

TA15钛合金高温摩擦磨损性能研究

目的 为探究TA15钛合金高温耐磨性能的潜力,研究了TA15钛合金在室温~800 ℃下的摩擦磨损性能。方法 利用Rtec摩擦磨损试验机(Rtec,San Jose,USA)进行TA15钛合金的摩擦磨损性能测试,通过激光共聚焦显微镜、JSM-7800F扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等手段,分析了TA15钛合金在不同温度下的磨痕形貌、成分变化以及磨损机理。结果 在不同试验温度下,微观组织没有出现明显变化,主要为等轴α相和β相;不同温度下的摩擦因数波动不大,从室温的0.279下降到600 ℃的0.224,而在800 ℃时,表面严重氧化导致摩擦因数增大到0.309;在室温~400 ℃时,试样表面磨痕不断变窄变浅,犁沟和磨屑不断减少,而到400 ℃以上时磨痕逐渐变宽,比磨损率也大幅增大,且在600 ℃时的磨损量最大;在600 ℃时,以氧化磨损为主,并伴随着磨粒磨损和黏着磨损,且表面磨痕形貌和宽度比较均匀;在800 ℃时磨损表面以黏着磨损和氧化磨损为主,并伴随着高温焊接的发生。结论 TA15合金表面的O元素含量随温度的升高而逐渐升高,并且氧化反应主要发生在β相内。随着试验温度的升高,TA15钛合金磨损表面的氧化磨损现象也更加明显。     

Si含量对铝基复合材料摩擦性能的影响

采用粉末冶金法制备Si颗粒增强铝基复合材料,在不同的载荷条件下进行干摩擦试验,研究增强相Si含量对材料摩擦性能的影响。结果表明,增强相Si的加入有效提高了复合材料的摩擦性能;随着Si含量的增加,摩擦因数和磨损量均先减小后增大,当Si含量达到12%时,其摩擦性能最好。通过SEM和EDX分析铝基复合材料磨损表面,其磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损。     

轨道车辆制动闸片摩擦块跑合阶段磨损分析

目的 在轨道车辆制动闸片摩擦块的使用过程中,目前认为当接触面积达到85%即跑合完成,这种判定标准缺少理论支撑。通过深入分析跑合阶段的摩擦学行为,确定跑合结束时的摩擦学行为特点,为判定轨道车辆制动闸片摩擦块跑合完全与否提供理论判据,同时也为缩短跑合时间、延长摩擦块磨损寿命提供理论支撑。方法 利用自行研制的盘型制动系统制动性能试验台进行制动闸片摩擦块的跑合试验,记录制动闸片摩擦块跑合过程中的接触压力、接触面积、磨损量和界面损伤等摩擦学行为变化情况。利用ABAQUS建立有限元模型,通过UMESHMOTION子程序和ALE自适应网格划分技术,基于Archard磨损模型实现考虑摩擦块磨损累积的跑合阶段摩擦学行为分析。结果 跑合初期接触压力不均匀导致切入端迅速磨损,宏观接触面积增加使平均接触应力迅速减小;在跑合中期,产生的磨屑不断累积并压实,宏观接触面积增加幅度逐渐减慢,平均接触应力减小速率减缓;在跑合后期,宏观接触面积增加幅度进一步放缓,磨屑的压实与破坏达到一个动态平衡,平均接触应力保持稳定。结论 根据跑合过程中平均接触应力先迅速减小、后缓慢减小、最后保持不变的特点,可将轨道车辆制动闸片摩擦块的...     

碳陶曲面盘式制动器的制动效能和瞬态温度场分析

盘式制动器在制动过程中涉及到接触应力场、摩擦温度场以及盘体转动角速度和能量等的急剧变化。对列车制动器进行曲面构型设计,并改进制动器结构使它适用于碳陶摩擦材料。基于直接热力耦合的有限元方法,对比平面和曲面两种制动器结构的仿真结果,得到二者在相同工况下的温度场分布、接触应力分布以及角速度和能量的时间历程曲线。结果表明：曲面盘式制动器的制动效率明显高于平面制动器,但其温度场和接触应力分布状态不是十分理想。     

铝基复合材料的摩擦磨损性能

在制动试验条件下,研究铝基复合材料的摩擦磨损性能,研究结果表明：与铸铁材料相比,铝基复合材料能大大地降低摩擦表面温度,其摩擦系数可在较大载荷,较高转速下保持稳定,有利于制动性能的提高,复合材料在不同摩擦试验后的磨损量与ＳｉＣ含量和基体种类有关。在相同摩擦条件下,磨损量随颗粒含量增加而减少,与铸铁材料相比,它具有重量轻,导热快,摩擦系数稳定,不产生热裂,是较适宜的制动盘材料。     

基于C17200与34CrNiMo6材料的摩擦磨损特性与数值模拟研究

目的 探究干摩擦下载荷与速度对于C17200与34CrNiMo6材料摩擦学特性的影响,以探寻C17200材料作为风力机制动闸片的可行性,开展考虑表面粗糙度和接触压力分布不均因素的磨损深度的数值模拟。方法 以C17200与34CrNiMo6材料组成销–盘摩擦副,基于风力发电机的制动工况,利用试验探究其摩擦学特性与磨损机理。在ABAQUS中建立三维销–盘平面/平面磨损模型,设置不同载荷与速度,基于销–盘摩擦副理论模型与UMESHMOTION子程序,结合ALE自适应网格技术,对不同工况下的表面磨损深度进行数值计算,通过试验验证提出的理论模型的合理性。结果 在载荷为3 MPa时,随速度的增加,平均摩擦系数先减小、后增加,速度为125.664 mm/s时,平均摩擦系数取最小值0.575;在速度为62.832 mm/s时,随载荷的增大,平均摩擦系数近似线性增大。载荷为1.5MPa时,平均摩擦系数取最小值0.509。C17200与34CrNiMo6试样的磨损量随速度与载荷的增大而增大,但转速对于磨损量的影响更大。C17200与34CrNiMo6的磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损。C17200材料磨损...     

氧化石墨烯对树脂基摩擦材料性能的影响

目的 提高树脂基摩擦材料和对偶件刹车盘的摩擦磨损性能.方法 采用摩擦材料预混料装置,结合犁耙式混料机,将氧化石墨烯(GO)均匀分散到酚醛树脂基制动摩擦材料中.对材料进行物理性能和力学性能测试,采用LINK2900惯量台架试验机进行摩擦磨损研究,采用SEM和EDS进行摩擦界面微观形貌和成分分析.结果 当GO体积分数从0增加到1.00％时,摩擦材料的比热容、摩擦界面切向热导率和剪切模量显著增大,摩擦材料的弹性模量减小.确定了GO的最佳体积分数为0.75％,此体积分数下,名义摩擦系数和一衰系数达到最大,分别为0.437和0.363,摩擦材料和对偶件刹车盘的耐磨性最佳.相比未添加GO配方,摩擦材料的磨损量减小13.70％,对偶件刹车盘的磨损量减小12.32％.结论 适宜体积分数的GO提高了基体树脂的热结构稳定性、耐热性和系数稳定性,摩擦材料和对偶件刹车盘表面发生材料转移形成摩擦层,有效改善了摩擦材料表面裂纹和对偶盘表面孔洞.GO改变了摩擦片和盘之间的热流分配以及垂向传导散热和切向对流散热比例,可有效提高摩擦材料和对偶件的摩擦磨损性能.     

偏航制动摩擦片热力耦合计算及失效原因分析

目的结合摩擦片的失效原因,分析偏航制动摩擦片的接触面受力情况。方法利用有限元法建立制动盘和制动器摩擦片的热力耦合接触模型,设置摩擦片和制动盘的参数和材料性能,研究不同压力、滑动速度、摩擦系数和环境温度下的制动器摩擦片应力和温度的分布情况。结果得到了偏航压力、滑动速度、摩擦系数、环境温度对制动器摩擦片接触面的等效米塞斯应力和温度分布曲线,摩擦片两侧区域属于等效应力和温度分布的交变集中区,但靠近边缘,等效应力和温度值略微减小。适当减小压力,增大滑动速度,减小摩擦系数,有助于减小摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布,温度对摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布基本无影响。得到了摩擦片接触面等效米塞斯应力和温度场与接触面位置的高斯分布曲线方程。通过将制动器摩擦片磨损失效照片和文中计算数据进行对比,验证了有限元分析的正确性。结论通过合理选择偏航压力、滑动速度、摩擦系数,可以有效地缓解偏航制动器摩擦片的等效应力和温度分布的交变集中区,进而达到延长摩擦片使用寿命的目的。     

制动摩擦材料的研究与发展现状

摩擦材料的性能是影响机械设备工作可靠性的重要因素,研究摩擦材料对改善制动系统的制动效能具有重要意义。从制动摩擦材料的分类与制备、摩擦磨损性能与机理以及性能预测三个方面,对制动摩擦材料的研究与发展现状进行了调研。首先,介绍了制动摩擦材料包括金属基、半金属基、非金属基三种类型,阐述了各种摩擦材料常用的制备方法及应用领域;其次,分析了制动压力、制动速度等工况对摩擦磨损性能的影响规律及其作用原理,简述了常见的磨损形式,并结合无石棉闸瓦的SEM微观形貌,重点探讨了粘着磨损、磨粒磨损、切削磨损、疲劳磨损与热磨损各自的产生机理及其主要影响因素。此外,归纳了摩擦材料性能的预测与分析方法,并以BP神经网络为例介绍了人工智能技术在摩擦学性能预测中的应用。最后,指出了陶瓷摩擦材料与功能性摩擦材料是未来摩擦材料的发展方向。     

沟槽表面特征对制动过程制动盘温度场和应力场影响的研究

针对制动盘表面温升严重、磨损剧烈等问题,建立沟槽表面制动盘制动过程模型并进行热机耦合有限元分析,研究沟槽的角度、宽度、密度对制动盘温度场和应力场的影响。结果表明:沟槽结构可以储存空气,加快制动盘与外界的换热,具有散热性,并且减小了表面直接接触摩擦的面积,从而导致了沟槽型表面制动盘比光滑表面制动盘温度低和等效应力小;沟槽角度、宽度对制动盘表面温度和等效应力影响明显,其中沟槽角度为45°、宽为4 mm的沟槽型表面制动盘温度和等效应力值最小;沟槽密度对制动盘表面温度和等效应力影响不明显。     

蠕墨铸铁的干滑动摩擦学特性

分析了蠕墨铸铁的干滑动摩擦磨损规律，研究了工况条件（速度，压力）、成分、组织对蠕墨铸铁干滑动摩擦学特性的影响，探讨了蠕墨铸铁摩擦表面三维形貌与摩擦表而温度特性，结果表明：蠕墨铸铁与球墨铸铁和灰铸铁相比具有最低的磨损率和最高的摩擦系数与最低的摩擦系数衰减最，适合于作为制动器材料。在蠕墨铸铁中添加P、Cr等合金元素可以显著提高耐磨性能。增加摩擦系数。通过对试样三维表面形貌和干滑动摩擦温度场分析．进一步从机理上解释了蠕墨铸铁所具有的良好干滑动摩擦学性能。     

闸片材料参数与制动盘温度关系

闸片材料参数不仅关系到摩擦副的摩擦磨损性能,也是影响制动盘温度分布的一个重要因素。采用ADINA软件,建立列车制动盘和闸片的三维热机耦合有限元模型,在制动速度100 km/h、压力0.538 MPa和惯量23 kg·m2条件下,研究闸片材料热膨胀系数、弹性模量、热传导系数对制动盘温度和接触压力的影响。结果表明:当闸片热膨胀系数从0.5×10-5 K-1增大到2.5×10-5 K-1时,制动盘峰值温度升高8.4%,最大接触压力增大47%,闸片热膨胀系数的增大加剧接触压力分布不均匀程度而使制动盘温度变化明显;弹性模量增大9倍,接触压力的分布对弹性模量不敏感,弹性模量对盘面温度影响不明显。闸片热传导系数增大7倍,制动盘峰值温度下降4.3%,热传导系数增大,加快热量的扩散速度使制动盘峰值温度降低,该研究结论可为高速列车闸片材料的开发提供参考。