火箭橇滑块超声速、大载荷摩擦磨损失效机理
发布时间：2021-12-19 12:50
为了对超声速938 m/s、大载荷850 kg条件下0Cr18Ni9Ti火箭橇滑块的摩擦磨损失效机理进行分析,并揭示其磨损机理和硬度变化规律,选取某典型火箭橇试验后的滑块材料为研究对象,采用电子扫描显微镜、能谱仪和X射线衍射分析仪对滑块磨损后的表面微观形貌与磨损产物进行表征,使用维氏硬度计和金相显微镜对试样截面的组织结构和硬度进行了测试。研究发现,滑块表面主要发生了磨粒磨损和疲劳磨损,并在局部发生黏着磨损和氧化磨损,磨屑氧化生成的Fe3O4和沙砾等杂质填充和覆盖了磨损面的凿坑和沟槽;滑块纵截面方向1.6 mm厚度范围内,试样的硬度由外向内逐渐降低,同时,其发生晶粒细化并析出碳化物。结果表明,晶粒细化现象的出现和碳化物的析出说明磨损面温度在滑动过程中达到了材料的再结晶温度和相变温度,使得材料在滑动过程中的耐磨性严重下降。摩擦产生的高温使得滑块局部发生烧蚀,滑块在载荷和摩擦热综合作用下呈现多种磨损机制共存的典型现象,硬度沿截面方向呈梯度变化。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(16)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
火箭橇滑块结构:(a)滑块与火箭橇轨道;(b)滑块上部前端
试验滑块前端磨损面的微观形貌:(a)表面宏观形貌;(b)区域A;(c)区域B;(d)区域C;(e)区域D;(f)区域E
图2为试验后滑块上部前端磨损面的微观形貌，对图2中不同点的化学成分进行EDS分析，结果如表2所示。如图2a所示，根据摩损形貌与程度不同，沿滑动方向，滑块磨损面可分为五个特征区域。根据图2b可以看出，在区域A中沿着滑动方向出现了深浅不一的犁沟磨痕，在局部还有少量片层状的剥落(点1处)和一些凿坑(点2处)，表2中元素分析结果显示这两处元素组成与滑块基体材料基本一致。分析认为，滑块表面材料在滑行摩擦过程中产生磨屑，这些磨屑在高接触应力情况下对滑块表面进行切削，发生了磨粒磨损并产生了与滑动方向平行的犁沟和磨痕，同时在滑块表面留下凿坑。滑块表面的剥落则说明材料表面在磨损过程中产生了塑性变形，发生了疲劳磨损。根据图2c可以看出，在区域B中，滑块表面磨屑呈现出分散的鱼鳞状(点3处)和结块状(点4处)两种形貌。元素成分分析结果表明这些磨屑主要由Fe、Cr、Ni和O元素组成，说明滑块表面形成的磨屑在摩擦过程的高温条件下发生了氧化。在区域C中，滑块表面布满了大量凿坑，如图2d所示，这属于典型的粘着磨损形貌，说明滑块表面也发生了粘着磨损。凿坑底部被一些黑色物质所覆盖(点5处)，元素分析结果显示这些黑色物质主要由Si、C和O元素组成，说明在火箭橇试验过程中，当滑块与滑轨对磨时，轨道周围的沙砾等杂质混入了摩擦面并填充了滑块表面的凿坑。根据图2e和表2中的元素成分分析结果可以看出，在区域D中，滑块表面被大量磨屑氧化后的块状物所覆盖(点6处)。由图2f可以看出，在滑块表面有大量不规则的、较深的沟槽，分析认为这是由于滑块材料表面被磨屑挤压形成了凿坑，导致局部应力集中并使得周围材料产生疲劳裂纹。当凿坑间距离较近时，在摩擦力引起的拉应力作用下裂纹扩展会形成不规则的沟槽[13]。在摩擦过程中，这些不规则的沟槽也会被氧化后的磨屑和空气环境中的沙砾等杂质所填充和覆盖(点7和点8处)。图2 试验滑块前端磨损面的微观形貌:(a)表面宏观形貌;(b)区域A;(c)区域B;(d)区域C;(e)区域D;(f)区域E
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声速单轨火箭橇动态载荷预示技术研究[J]. 杨珍,范坤,胡兵,王一琰. 兵器装备工程学报. 2019(03)
[2]火箭橇滑块摩擦磨损失效机理及形貌特征分析[J]. 汪笑鹤,刘彬,肖军,渠江华,丁光雨,杨艳蓉. 表面技术. 2019(03)
[3]惯性测量系统火箭橇试验图像测速方法[J]. 魏宗康,江麒,吕腾. 导弹与航天运载技术. 2017(06)
[4]固体火箭发动机火箭橇过载模拟试验方法[J]. 张翔宇,甘晓松,高波,马亮,周艳青. 固体火箭技术. 2016(06)
[5]基于冲击响应谱的高速火箭橇滑轨路谱分析[J]. 董龙雷,张静静,赵建平. 西南交通大学学报. 2015(06)
[6]高能固体发动机火箭橇试验及数值模拟[J]. 王宇,刘凯,孙利清,李侃,陈朗. 固体火箭技术. 2014(06)
[7]火箭橇滑块摩擦热-结构耦合场分析[J]. 王伯阳,吴向清,谢发勤. 润滑与密封. 2014(01)
本文编号：3544451
【文章来源】：材料导报. 2020,34(16)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
火箭橇滑块结构:(a)滑块与火箭橇轨道;(b)滑块上部前端
试验滑块前端磨损面的微观形貌:(a)表面宏观形貌;(b)区域A;(c)区域B;(d)区域C;(e)区域D;(f)区域E
图2为试验后滑块上部前端磨损面的微观形貌，对图2中不同点的化学成分进行EDS分析，结果如表2所示。如图2a所示，根据摩损形貌与程度不同，沿滑动方向，滑块磨损面可分为五个特征区域。根据图2b可以看出，在区域A中沿着滑动方向出现了深浅不一的犁沟磨痕，在局部还有少量片层状的剥落(点1处)和一些凿坑(点2处)，表2中元素分析结果显示这两处元素组成与滑块基体材料基本一致。分析认为，滑块表面材料在滑行摩擦过程中产生磨屑，这些磨屑在高接触应力情况下对滑块表面进行切削，发生了磨粒磨损并产生了与滑动方向平行的犁沟和磨痕，同时在滑块表面留下凿坑。滑块表面的剥落则说明材料表面在磨损过程中产生了塑性变形，发生了疲劳磨损。根据图2c可以看出，在区域B中，滑块表面磨屑呈现出分散的鱼鳞状(点3处)和结块状(点4处)两种形貌。元素成分分析结果表明这些磨屑主要由Fe、Cr、Ni和O元素组成，说明滑块表面形成的磨屑在摩擦过程的高温条件下发生了氧化。在区域C中，滑块表面布满了大量凿坑，如图2d所示，这属于典型的粘着磨损形貌，说明滑块表面也发生了粘着磨损。凿坑底部被一些黑色物质所覆盖(点5处)，元素分析结果显示这些黑色物质主要由Si、C和O元素组成，说明在火箭橇试验过程中，当滑块与滑轨对磨时，轨道周围的沙砾等杂质混入了摩擦面并填充了滑块表面的凿坑。根据图2e和表2中的元素成分分析结果可以看出，在区域D中，滑块表面被大量磨屑氧化后的块状物所覆盖(点6处)。由图2f可以看出，在滑块表面有大量不规则的、较深的沟槽，分析认为这是由于滑块材料表面被磨屑挤压形成了凿坑，导致局部应力集中并使得周围材料产生疲劳裂纹。当凿坑间距离较近时，在摩擦力引起的拉应力作用下裂纹扩展会形成不规则的沟槽[13]。在摩擦过程中，这些不规则的沟槽也会被氧化后的磨屑和空气环境中的沙砾等杂质所填充和覆盖(点7和点8处)。图2 试验滑块前端磨损面的微观形貌:(a)表面宏观形貌;(b)区域A;(c)区域B;(d)区域C;(e)区域D;(f)区域E
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声速单轨火箭橇动态载荷预示技术研究[J]. 杨珍,范坤,胡兵,王一琰. 兵器装备工程学报. 2019(03)
[2]火箭橇滑块摩擦磨损失效机理及形貌特征分析[J]. 汪笑鹤,刘彬,肖军,渠江华,丁光雨,杨艳蓉. 表面技术. 2019(03)
[3]惯性测量系统火箭橇试验图像测速方法[J]. 魏宗康,江麒,吕腾. 导弹与航天运载技术. 2017(06)
[4]固体火箭发动机火箭橇过载模拟试验方法[J]. 张翔宇,甘晓松,高波,马亮,周艳青. 固体火箭技术. 2016(06)
[5]基于冲击响应谱的高速火箭橇滑轨路谱分析[J]. 董龙雷,张静静,赵建平. 西南交通大学学报. 2015(06)
[6]高能固体发动机火箭橇试验及数值模拟[J]. 王宇,刘凯,孙利清,李侃,陈朗. 固体火箭技术. 2014(06)
[7]火箭橇滑块摩擦热-结构耦合场分析[J]. 王伯阳,吴向清,谢发勤. 润滑与密封. 2014(01)
本文编号：3544451
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