Mg-10Gd-1.4Y-0.4Zr合金摩擦磨损行为研究

发布时间：2020-03-01 14:05

【摘要】：镁合金是具有良好室温性能的轻质金属材料。其应用范围非常广泛。但在较高温度使用时,合金的性能会有所降低,不利于合金的使用。稀土耐热镁合金是非常有潜力且高温性能优异的镁合金。其中Mg-Gd-Y-Zr系合金的性能较突出,但是对Mg-Gd-Y-Zr系耐热合金磨损性能的研究很有限,进而限制了合金在摩擦学领域的应用,例如活塞、传动部件等汽车零部件都要求具有一定的耐磨性能。因此,对Mg-Gd-Y-Zr系合金磨损性能的研究很有必要。本实验在室温下研究Mg-10Gd-1.4Y-0.4Zr合金的摩擦磨损性能。所用载荷范围为20-380N,滑动速度范围为0.2-4.0m/s,转数为3000r。摩擦副为高碳铬钢,硬度为57HRC。通过扫描电镜观察试样磨损表面并结合摩擦系数曲线和磨损率曲线分析摩擦过程中的磨损机制和绘制磨损转变图。通过激光共聚焦扫描显微镜对试样近表面和亚表面组织进行观察,研究转变前后组织变化。对亚表面进行硬度测试,研究亚表面的硬度变化。实验结果表明,受滑动速度、加载载荷和磨损机制的影响,Mg-10Gd-1.4Y-0.4Zr合金的摩擦系数随载荷呈逐渐降低趋势。磨损率随载荷呈递增趋势并在轻微到严重转变载荷处快速增加。磨损率的增长趋势与磨损机制密切相关。Mg-10Gd-1.4Y-0.4Zr合金摩擦磨损过程中存在五种磨损机制,磨粒磨损、氧化磨损、剥层磨损、热软化磨损和熔化磨损。前三种为轻微磨损,后两种为严重磨损。滑动速度为0.2m/s和0.5m/s时轻微-严重转变载荷均为100 N。滑动速度在0.785-4.0m/s的范围内轻微-严重的转变载荷呈递减趋势,分别从140N降到40N。轻微-严重转变时,在应力和温度的作用下,亚表面组织发生了变化。轻微磨损时,亚表面组织发生塑性变形,近表层第二相破碎并有孪晶产生,硬度会明显提高,其变形程度和硬度随载荷增加而增加,随深度增加而减小。严重磨损时,磨损表面发生动态再结晶,产生细小再结晶晶粒。随着载荷或者滑动速度的增加,磨损表面发生熔化,有熔化-凝固产生的小晶粒生成,无孪晶生成,近表面第二相溶解并且硬度比转变前时的硬度低。磨损过程中,磨损表面硬度在转变载荷附近达到峰值。轻微磨损阶段,磨损表面的硬度受形变硬化的影响,硬度会远超过铸态组织硬度并随载荷增加而升高。严重磨损阶段,磨损表面的硬度受动态再结晶晶粒和熔化-凝固产生的晶粒的影响,硬度会降低,但也高于铸态组织硬度。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG146.22

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