六種核電廠設(shè)備材料的摩擦副的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)定及分析.pdf

1、核能作為一種新能源，與火力發(fā)電不同，發(fā)電過(guò)程中不需要燃料儲(chǔ)藏、廢渣場(chǎng)地等，不產(chǎn)生有害氣體，是一種清潔能源。我國(guó)發(fā)展核能具有重要的戰(zhàn)略意義，不僅可以維持我國(guó)的核大國(guó)地位，而且可以帶動(dòng)我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)及其高新技術(shù)的發(fā)展。核電廠中較大部分設(shè)備在設(shè)計(jì)與分析時(shí)需要考慮部件相互接觸處的摩擦系數(shù)，而且很多設(shè)備的重要構(gòu)件的工作環(huán)境均是高溫、高壓、水環(huán)境。目前靜摩擦系數(shù)測(cè)定的方法對(duì)高溫、高壓、水環(huán)境工況不適用，動(dòng)摩擦系數(shù)的測(cè)定也需要設(shè)計(jì)專門(mén)的試樣夾具。因此，

2、本研究特開(kāi)展高溫、高壓、水環(huán)境下的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)試試驗(yàn)，為核電廠中重要構(gòu)件進(jìn)行力的計(jì)算提供重要依據(jù)。
　　本文研制出一臺(tái)高溫、高壓、水環(huán)境工況下的靜摩擦系數(shù)測(cè)試裝置，并對(duì)動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)試的試樣夾具進(jìn)行了改裝。靜摩擦系數(shù)測(cè)試試驗(yàn)采用線接觸和面接觸，動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)試試驗(yàn)采用線接觸。首先按照一定的尺寸加工試樣，并采用3D/2D雙維式形貌儀（型號(hào):NanoMap-D，美國(guó)）測(cè)定試樣表面的粗糙度值。然后對(duì)F6NM馬氏體不銹鋼與SA-336 T

3、ype304H不銹鋼、SA-508 Gr.3Cl.1低合金鋼與45鋼、SA-508 Gr.3Cl.1低合金鋼與P460NH鋼、SA-516 Gr.70鋼與5454-H32鋁、45鋼與Q420B鋼、45鋼與SA-533BCL.1鋼這六種摩擦副進(jìn)行了靜、動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)試試驗(yàn)，研究了溫度、應(yīng)力、粗糙度對(duì)靜、動(dòng)摩擦系數(shù)的影響，以及速度對(duì)動(dòng)摩擦系數(shù)的影響。并對(duì)SA-516 Gr.70鋼與5454-H32鋁摩擦副進(jìn)行了磨損測(cè)試試驗(yàn)，研究了時(shí)間、應(yīng)力對(duì)

4、磨損的影響。主要得到如下結(jié)論:
　　(1)依據(jù)經(jīng)典摩擦理論并參照核電廠設(shè)備實(shí)際工作環(huán)境，研制了一臺(tái)采用三個(gè)試樣對(duì)摩方式的靜摩擦系數(shù)測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)采用線接觸和面接觸，可進(jìn)行正壓力1kN～60kN、空氣環(huán)境RT～350℃、水環(huán)境RT～100℃等復(fù)雜參數(shù)下的試驗(yàn)。并且該試驗(yàn)臺(tái)重現(xiàn)了經(jīng)典摩擦系數(shù)曲線，驗(yàn)證了該試驗(yàn)臺(tái)的可行性。
　　(2)隨著溫度的增加，六種摩擦副的靜摩擦系數(shù)均增大。但是，溫度對(duì)六種摩擦副的動(dòng)摩擦系數(shù)系數(shù)影響卻不

5、一致。這可能是因?yàn)殪o摩擦與動(dòng)摩擦的摩擦機(jī)理不同，對(duì)于剛度較大的摩擦副，隨著溫度升高動(dòng)摩擦系數(shù)有先增大再減小的趨勢(shì)。溫度的升高使靜摩擦摩擦副更容易粘附在一起。
　　(3)粗糙度和應(yīng)力的增加引起F6NM馬氏體不銹鋼與SA-336 Type304H不銹鋼摩擦副的靜摩擦系數(shù)增大，而動(dòng)摩擦系數(shù)則減小。在試驗(yàn)應(yīng)力很高的情況下，應(yīng)力的增大實(shí)際接觸面積不會(huì)再增大，所以靜摩擦系數(shù)增大。應(yīng)力的增大造成剪切力增大，磨屑增多，磨屑充當(dāng)?shù)谌w起到潤(rùn)滑作用，

6、所以動(dòng)摩擦系數(shù)減小。粗糙度的增大，引起實(shí)際接觸面積的的減小，單位壓力增大，所以粗糙度增大相當(dāng)于應(yīng)力的增大。
　　(4)應(yīng)力對(duì)SA-516 Gr.70鋼與5454-H32鋁摩擦副的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)影響較統(tǒng)一，隨著應(yīng)力增大，靜、動(dòng)摩擦系數(shù)減小。SA-516 Gr.70鋼硬度大，454-H32鋁材質(zhì)軟。隨著應(yīng)力的增大，實(shí)際接觸面積增大，所以靜摩擦系數(shù)減小。應(yīng)力的增大造成剪切力增大，磨屑增多，磨屑充當(dāng)?shù)谌w起到潤(rùn)滑作用，所以動(dòng)摩擦系數(shù)減小。

7、
　　(5)探究了速度對(duì)兩種摩擦副的動(dòng)摩擦系數(shù)影響，在1mm/s與10mm/s速度工況下，同種摩擦副的動(dòng)摩擦系數(shù)基本上無(wú)變化。說(shuō)明在本次的試驗(yàn)參數(shù)下，速度對(duì)動(dòng)摩擦系數(shù)基本無(wú)影響。
　　(6) SA-516 Gr.70鋼與5454-H32鋁摩擦副在相同的應(yīng)力下，磨損時(shí)間越長(zhǎng)，磨損體積越大，磨損率越小;這可能是因?yàn)樵谠囼?yàn)剛開(kāi)始階段，表面磨損的速度比較快，隨著時(shí)間的進(jìn)行，磨損的速度越來(lái)越慢。隨著應(yīng)力的增大，磨損體積先增大再減小，磨