【摘要】：新型鈦鋯基合金由于其輕質(zhì)、高比強(qiáng)度和耐腐蝕性等優(yōu)異的綜合性能,在航空航天、核工業(yè)、艦船中的耐腐蝕構(gòu)件以及某些特殊領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。對于新型鋯鈦基合金,為了滿足工程的需要,不僅要求其具有良好的力學(xué)性能,對其摩擦磨損行為也需要深入的了解和認(rèn)識。本文以新型鈦鋯基系列合金中的Ti20Zr6.5Al4V(以下簡稱T20Z)晶態(tài)合金和Zr_(41)Ti_(14)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)非晶態(tài)合金為對象,分別在大氣、真空和高溫環(huán)境下,選擇不同載荷、不同滑動速度等試驗條件進(jìn)行了摩擦磨損試驗。通過掃描電子顯微鏡研究了不同試驗條件下磨痕表面積磨痕附近截面形貌的變化特征;用透射電子顯微鏡研究了不同試驗條件下磨痕表面附近的微觀組織演化規(guī)律,結(jié)合鈦鋯基合金摩擦系數(shù)和磨損率的變化趨勢,揭示了該合金在不同環(huán)境下的摩擦磨損機(jī)制。試驗結(jié)果表明,T20Z合金在大氣環(huán)境下其摩擦系數(shù)隨載荷與速度的變化關(guān)系表現(xiàn)為:當(dāng)速度為0.59 m/s時,摩擦系數(shù)隨載荷的增加而減小,在0.28到0.33范圍內(nèi)波動;當(dāng)滑動速度為1.17 m/s時,摩擦系數(shù)隨載荷增加而增大,在0.26到0.34范圍內(nèi)波動。其磨損率隨載荷的增加而增加,隨滑動速度的增加呈先減小后增大的變化趨勢。此時的磨損機(jī)制表現(xiàn)為:當(dāng)載荷較低時,由低速時的磨粒磨損轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚贂r的磨粒磨損、粘著磨損和疲勞磨損等多種磨損機(jī)制共存。當(dāng)載荷較高時,隨著滑動速度的增加,磨損機(jī)制表現(xiàn)為磨粒磨損、粘著磨損和嚴(yán)重的剝離磨損共存。摩擦磨損過程對T20Z合金磨痕附近微觀組織的作用表現(xiàn)在隨載荷與速度的增加,α相馬氏體板條發(fā)生變形,晶粒發(fā)生細(xì)化現(xiàn)象,同時晶粒內(nèi)部位錯增加。真空環(huán)境下,T20Z合金的摩擦系數(shù)在0.3到0.48之間變化。當(dāng)滑動速度不變時,摩擦系數(shù)和磨損率均隨著載荷的增加而增大。當(dāng)載荷相同時,摩擦系數(shù)隨滑動速度呈先增大后減小的趨勢,在速度為0.59 m/s時的摩擦系數(shù)最小。其磨損率則隨著滑動速度的增大而單調(diào)遞增。此時的磨損機(jī)制為:隨著載荷的增大,磨損機(jī)制由磨粒磨損轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重的磨粒磨損、剝離磨損和塑性變形共存。而隨著滑動速度增大,磨損機(jī)制由輕微的粘著磨損和嚴(yán)重的磨粒磨損向嚴(yán)重磨粒磨損、粘著磨損和疲勞磨損轉(zhuǎn)變。T20Z合金在高溫環(huán)境下的摩擦磨損性能的結(jié)果表明,其磨損率開始隨著溫度的升高而增大,當(dāng)溫度超過473 K的臨界溫度時,磨損率則隨溫度的升高而減小,在673 K時的磨損率最小。在開展Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5非晶態(tài)合金摩擦磨損試驗時發(fā)現(xiàn),摩擦副材料對鈦鋯基非晶合金的摩擦磨損性能影響較大。鈦鋯基非晶與鈦鋯基非晶對磨時摩擦系數(shù)最低(0.13~0.21)而與AISI 5120鋼對磨后的摩擦系數(shù)最高(0.23~0.30)。但磨損率則隨著載荷或滑動速度的增加而增大。此時的磨損機(jī)制為磨粒磨損和粘著磨損共同存在。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23
【圖文】：

點研究發(fā)展計劃（973 計劃）項目“航天機(jī)下進(jìn)行，以鈦鋯基合金中的 Ti20Zr6.金為研究對象，開展多種摩擦學(xué)條件及環(huán)摩擦學(xué)行為及磨損機(jī)制變化規(guī)律，評估鈦及穩(wěn)定性，同時為航天器長壽命設(shè)計提供理論與分類分類可能絕對的光滑，在表面會有很多微凸體力作用，當(dāng)兩個物體之間存在相對滑動，如，機(jī)械結(jié)構(gòu)中齒輪副之間的嚙合運(yùn)動會生摩擦；海洋艦船在航行過程中，船體表

圖 1-3 磨粒磨損的形式：(a) 二體磨損，(b) 三體磨損Fig.1-3 Type of abrasive wear: (a) Two-body abrasive wear, (b) Three-body abrasive wear二、粘著磨損：當(dāng)兩個物體相互接觸，因為微凸體的存在，在剛開始的階段為點接觸。通常情況下，對磨表面的實際接觸面積僅僅有表觀面積的千分之一到百分之一。在摩擦過程中由于點接觸會產(chǎn)生很大的赫茲應(yīng)力，同時摩擦產(chǎn)生巨大的熱量。這二者會使得表面接觸產(chǎn)生粘著到破壞到再粘著的交替過程。這種交替變化的過程就構(gòu)成了粘著磨損。按照粘著磨損嚴(yán)重程度來劃分，可以分為以下幾類：（1）輕微粘著磨損：當(dāng)粘著的結(jié)點強(qiáng)度低于對磨材料的剪切強(qiáng)度時，剪切一般發(fā)生在結(jié)合面上。這種情況下摩擦系數(shù)很大，但是磨損卻不大，材料發(fā)生轉(zhuǎn)移不明顯。通常在金屬的表面具有氧化或硫化膜時會發(fā)生輕微的粘著磨損。（2）一般粘著磨損：當(dāng)粘著的結(jié)點強(qiáng)度高于對磨材料中硬度較低的材料的剪切強(qiáng)度，材料的破壞發(fā)生在離該材料結(jié)合面不遠(yuǎn)處的表層內(nèi)，所以會發(fā)生由較軟對磨材料向較硬材料轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。一般粘著磨損的摩擦系數(shù)與第一種差別不大，但是磨

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2738757