車軸鋼不同模式微動(dòng)磨損行為研究.pdf

1、至今，對(duì)微動(dòng)磨損的研究主要集中在切向微動(dòng)模式下，對(duì)磨副的接觸方式主要為球/平面接觸方式。但是實(shí)際的微動(dòng)損傷現(xiàn)象往往包含了除傳統(tǒng)切向模式外的其它運(yùn)行模式(徑向、扭動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng))；另外，回轉(zhuǎn)式微動(dòng)(扭動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng))損傷往往發(fā)生在非球/平面接觸條件下，其運(yùn)行和損傷機(jī)理尚不清楚。目前，對(duì)火車車軸材料的微動(dòng)磨損行為認(rèn)識(shí)仍不夠充分。因此，不論從微動(dòng)摩擦學(xué)基礎(chǔ)理論的深入和完善，還是工程實(shí)際的需要來看，開展車軸材料在不同微動(dòng)模式和不同接觸條件下的微動(dòng)運(yùn)行和損傷

2、行為的研究十分迫切和必要。本文在不同法向載荷、(角)位移幅值和循環(huán)周次下，以車軸鋼(LZ50和35CrMo)/GCr15鋼球?yàn)閷?duì)磨副，進(jìn)行了球/平面接觸方式下的切向、扭動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)磨損試驗(yàn)和球/凹面接觸方式下的轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)磨損試驗(yàn)。采用顯微硬度計(jì)、光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、表面輪廓儀和電子能譜儀(EDX)等分析手段，結(jié)合微動(dòng)磨損動(dòng)力學(xué)特性分析，系統(tǒng)研究了車軸鋼在不同微動(dòng)模式與接觸條件下的微動(dòng)運(yùn)行行為和損傷機(jī)理。獲得的主要

3、結(jié)論如下：
　　 ㈠不同微動(dòng)模式下車軸鋼的微動(dòng)磨損特性：⑴對(duì)本研究的所有微動(dòng)模式(切向、扭動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng))，其動(dòng)力學(xué)曲線(分別對(duì)應(yīng)Ft-D曲線、T-θ曲線和Ft-θ曲線)，只有直線型、橢圓形型和平行四邊形型三種形狀。直線型與橢圓形型的動(dòng)力學(xué)曲線對(duì)應(yīng)于微動(dòng)的部分滑移狀態(tài)，而平行四邊形型的曲線則對(duì)應(yīng)于完全滑移狀態(tài)。對(duì)于切向和扭動(dòng)微動(dòng)模式，都有部分滑移區(qū)(PSR)、混合區(qū)(MFR)和滑移區(qū)(SR)三種微動(dòng)運(yùn)行區(qū)域；而在轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)模式下，由

4、于微動(dòng)運(yùn)行區(qū)域強(qiáng)烈地依賴于試驗(yàn)材料，沒有觀察到MFR的存在。⑵不同微動(dòng)模式下，法向載荷與(角)位移幅值對(duì)材料的摩擦動(dòng)力學(xué)行為有重要影響。當(dāng)法向載荷不變時(shí)，隨(角)位移幅值的增加，微動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)從部分滑移向完全滑移狀態(tài)轉(zhuǎn)變，材料的損傷也逐漸加重；而當(dāng)(角)位移幅值不變時(shí)，隨著載荷的增加，變化趨勢(shì)與此相反。不同材料在不同的微動(dòng)運(yùn)行模式下的微動(dòng)特性和損傷機(jī)制可以使用微動(dòng)圖來揭示。不同微動(dòng)模式的微動(dòng)圖差異很大，這可能是因?yàn)椴煌Ｊ降牟牧献冃涡袨椴?/p>

5、異很大。⑶不同微動(dòng)模式下，車軸鋼在部分滑移區(qū)的損傷輕微，其磨損機(jī)制均為氧化磨損與磨粒磨損；微動(dòng)運(yùn)行于混合區(qū)和滑移區(qū)時(shí)，磨損機(jī)制均為磨粒磨損、氧化磨損和剝層。⑷相同的微動(dòng)模式下，材料的摩擦系數(shù)、摩擦耗散能、摩擦扭矩等的大小隨車軸鋼材料性質(zhì)的不同而不同。LZ50鋼具有較低的硬度和強(qiáng)度以及較高的塑性，比35CrMo鋼表現(xiàn)出較高的摩擦系數(shù)、摩擦耗散能和摩擦扭矩。
　　 ㈡不同接觸方式下材料的轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)磨損特性：⑴兩種接觸方式下，法向載荷和

6、轉(zhuǎn)動(dòng)角位移幅值對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的運(yùn)行行為均有重要影響。在相同法向載荷和相同最大接觸應(yīng)力情況下，隨著接觸方式由球/凹面轉(zhuǎn)變?yōu)榍?平面接觸，滑移區(qū)邊界均向小角位移幅值方向移動(dòng)。⑵接觸方式的改變會(huì)改變接觸區(qū)尺寸和接觸應(yīng)力分布，同時(shí)影響磨屑的運(yùn)行行為，因此對(duì)接觸剛度、摩擦系數(shù)和摩擦耗散能的演變規(guī)律以及磨痕形貌和磨損程度均產(chǎn)生重要影響。⑶當(dāng)法向載荷相同時(shí)，與球/平面接觸方式相比，球/凹面接觸的穩(wěn)定階段摩擦系數(shù)和摩擦耗散能均較小，材料的磨損相對(duì)輕微。當(dāng)最