690合金管在室温干态下的冲击微动磨损特性研究

发布时间：2020-03-11 17:34

【摘要】：采用小载荷冲击试验机研究了690合金传热管与405不锈钢块在室温干态不同载荷条件下的微幅冲击磨损行为.其中管采用悬臂梁式固定,与冲击配副采取线接触方式,冲击频率为10 Hz,循环次数为106次,试验载荷选取5、10、20和40 N.结果表明:在室温干态条件下,随着载荷的增加,690合金管的磨损体积增大;加工硬化效应增强,磨损表面硬度增加越大.冲击磨损过程中材料表面发生摩擦氧化行为,690合金管的冲击磨损机制主要是磨粒磨损、剥落,且随着载荷增加,磨粒磨损及氧化行为加剧.
【图文】：

试验装置图,冲击磨损,试验装置

蠡噱匝橐强刂迫砑鋦幕猊∩?通过对干涉条纹光强曲线进行离散傅里叶变换,综合利用信号分析各种频率插值方法的优点,设计了自动计算干涉条纹数量的高效算法,实现滑块倾角的在线测量.1试验部分1.1试验材料试验中利用线切割将外径Ф17.48mm、内径Ф15.44mm的690合金传热管(后简称690合金管)切成长度为25mm的试样,将配副件405不锈钢抗振条(后简称405钢)加工成10.00mm×12.19mm×4.02mm的平面试样(材料的化学成分如表1所示).1.2试验材料试验在自制的小载荷冲击磨损试验机上进行,摩擦副接触方式为华平面线接触,图1所示为微幅冲击试验装置的示意图.冲击磨损试验在室温条件(18~25℃)大气环境下进行,接触间无任何介质.法向载荷(F)由冲击行程(S)以及功率放大器输出电流(I)决定;在确定S下,F∝I.试验中冲击载荷F选取5、10、20和40N,冲击行程S=1mm,综合考虑试验机和实际工况的微动运行频率,试验频率f选取10Hz,试验循环周次N选取106,为保证试验数据的可靠性,试验重复数不低于3次.试验前将690合金管与405不锈钢块放在酒精中利用超声波清洗仪清洗,对试验结束后的样品采用光学显微镜(OM,OLYMPUSBX60Japan)观察其磨痕全貌,采用ContourGT-I三维光学显微镜进行接触损伤区的2D表面轮廓分析,并获得磨损体积和磨损深度等试验数据,利用维氏硬度(MVK-H21Japan)试验机测试磨损表面的硬度值;扫描电子显微镜(SEM,JOELJSM-6610LV)下进行磨痕形貌的微观观测;结合SEM配置的电子能谱(EDX,OXFORDX-MAX50INCA-250)进行磨痕的微区成分分析,揭示其磨损特征及其机理.表1试验材料的化学成份Table1Chemicalcompositionofthetestedmaterialsw/%SpecimenCSiMnNiCrFePSAlloy6900.015~0.025≤0.50≤0.50≥5828.5~319.0~11.0≤0.015≤0.003405st

形貌,磨痕,光镜,形貌

2结果与讨论2.1磨痕分析690合金管与405钢试验后在光镜下的磨痕全貌见图2.从图2中可以看出,当载荷为5N时,材料的表面部分区域损伤很轻微,这是由于块试样自身不平,未与管试样形成良好的线接触,使得先接触的两端磨损较严重.磨痕的宽度随着冲击载荷的增加有增大的趋势,摩擦对偶405不锈钢块也具有相同的损伤趋势.这是因为冲击磨损的初期材料表面的微凸体及颗粒逐渐被撞平,磨痕深度主要由于材料的塑性变形以及撞击过程中材料磨损产生.当载荷较小时,材料发生的变形也小,磨损宽度窄;而随着载荷的增加,接触应力变大,输送的能量增多,材料发生的塑性变形也在增加,导致磨损加剧,磨痕变宽,同时在管磨痕区周围分布有较多的黑色磨屑.截面的磨损面积随着载荷的增加而成倍增加[图3(a)],同时在磨斑的边缘附近材料的轮廓[图3(b)]显示出凸起的状态,而且载荷越大,凸起越明显,磨损区的最大深度值不断变大,说明材料在冲击过程中发生了塑性变形,载荷能显著加剧磨损.载荷为5和10N时的磨痕深度仅1~2μm,当载荷增至40N时,磨痕最大深度达5.4μm.经冲击之后的磨痕表面的硬度值较基体有所增加,而且随着冲击载荷的增加,磨痕表面的硬度值也增加(见图4).这主要是在405钢反复冲击的作用下,接触表面发生微小的塑性变形,变形层内产生大量的位错增值以及滑移,位错的塞积、交割以及缠结等致使材料磨痕表面发生加工硬化.冲击载荷越大,材料表面处的塑性变形越大,使得材料的磨损加剧,管壁厚减薄,但管壁并无整体的形变.Fig.2TheOMmicrographsofwornsurfaceofalloy690tube图2两种对摩材料的磨痕光镜形貌Fig.3Themaximumweardepth,wearareaofcross-sectionandwearvolumeof690alloytubes图3690合金管磨痕的最大深度、截面磨损面积和磨损体积第5期阳荣,等:690合金管

【参考文献】