690合金管在不同法向载荷下的切向微动磨损性能研究
发布时间：2021-02-22 03:58
目的通过690合金管/405不锈钢块（线接触）的切向微动试验,探究690合金管在不同法向载荷作用下的切向微动磨损机制和损伤演变规律。方法采用自制的多功能复合微动磨损试验机,研究法向载荷（10、20、40N）对690合金传热管/405不锈钢抗振条的切向微动磨损性能的影响。通过分析摩擦系数和耗散能,获得试验过程中的动力学信息,再通过光学显微镜、扫描电镜对磨痕进行微观分析,获得其磨损机制以及损伤演变规律。结果当位移幅值为100、200μm,法向载荷为10、20、40 N时,690合金管/405不锈钢块的微动运行状态处于完全滑移区。随着法向载荷的增加,摩擦耗散能和摩擦力增大,690合金管的损伤加剧,产生的磨屑增加,磨痕表面的剥落坑被磨屑覆盖而减少,摩擦系数呈下降趋势。沿微动方向,690合金表面的磨损区域内O、Fe、Ni和Cr的含量呈锯齿变化;沿接触方向,690合金管的磨损深度也呈现锯齿状,这都是690合金管和405不锈钢块均为非理想平面所致。结论总体而言,随着法向载荷的增加,690合金管和405不锈钢块的磨损体积增加,690合金管主要的磨损机制为剥层和磨粒磨损。
【文章来源】：表面技术. 2020,49(11)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
多功能复合微动磨损试验机示意图
第49卷第11期米雪等：690合金管在不同法向载荷下的切向微动磨损性能研究·193·2试验结果和分析2.1Ft-D曲线分析当D=100μm时，不同法向载荷下的摩擦力-位移曲线（Ft-D曲线）如图2所示。Ft-D曲线为类平行四边形，表明微动运行状态处于完全滑移区[28]。由文献[29]可知，微动过程中，材料的损伤可以通过摩擦耗散能（Ei）来表征。耗散能即摩擦力所做的功，在Ft-D曲线图中，每个循环的耗散能等于该循环对应的Ft-D曲线所围面积。由图2可知，当Fn=10N时，第1000个循环的摩擦耗散能最小，第100个循环和第5000个循环的耗散能接近。而当Fn=20N和Fn=40N时，第100个循环的耗散能最小，随着循环次数的增加，耗散能均增加。值得注意的是，当Fn=40N时，第1000个循环、第5000个循环和第10000个循环的耗散能之间差距较校此外，当循环次数为5000和10000时，Fn=20N的耗散能是Fn=10N的两倍，而Fn=20N的耗散能大约是Fn=40N的1/2。总体而言，随着法向载荷的增加，摩擦力和耗散能均增加，随着循环次数的增加，耗散能趋于稳定。因此可以推测，随着载荷的增加，690合金管和405不锈钢块的损伤加剧，随着循环次数的增加，每个循环的690合金管和405不锈钢块的损伤趋于稳定。图2不同法向载荷下的Ft-D曲线（D=100μm）Fig.2ResultsofFt-Dloopsunderdifferentnormalforce(D=100μm)2.2摩擦系数曲线分析不同载荷作用下690合金管/405不锈钢块的摩擦系数曲线如图3所示。由图3可知，在大约2000个循环之前，摩擦系数随循环次数波动，可称为跑合期；在大约2000个循环之后，摩擦系数趋于稳定，称为稳定期。在切向微动?
0N的两倍，而Fn=20N的耗散能大约是Fn=40N的1/2。总体而言，随着法向载荷的增加，摩擦力和耗散能均增加，随着循环次数的增加，耗散能趋于稳定。因此可以推测，随着载荷的增加，690合金管和405不锈钢块的损伤加剧，随着循环次数的增加，每个循环的690合金管和405不锈钢块的损伤趋于稳定。图2不同法向载荷下的Ft-D曲线（D=100μm）Fig.2ResultsofFt-Dloopsunderdifferentnormalforce(D=100μm)2.2摩擦系数曲线分析不同载荷作用下690合金管/405不锈钢块的摩擦系数曲线如图3所示。由图3可知，在大约2000个循环之前，摩擦系数随循环次数波动，可称为跑合期；在大约2000个循环之后，摩擦系数趋于稳定，称为稳定期。在切向微动试验的初始阶段，接触表面存在一层很薄的氧化物和污染物层，起到润滑作用，摩擦系数较校随着试验的进行，氧化物和污染物层破裂，金属基体材料直接接触，接触面的材料发生塑性变形和粘着转移，摩擦系数急剧上升。同时，摩擦过程中会产生磨屑，磨屑可起到承载和润滑的作用，从而降低摩擦系数。随着磨损继续进行，磨屑的排出和形成达到相对平衡状态，磨损达到稳定阶段，这与图2的耗散能结果一致。由图3还可知，在稳定期，法向载荷为40N时的摩擦系数低于10、20N的值。这种现象产生的原因可能是法向载荷较大时，接触界面间的排屑能力降低，残留在接触界面间的磨屑起承载和润滑作用，从而导致摩擦系数有所降低。当D=100μm时，法向载荷为10N和20N下的摩擦系数基本相同，约为0.7；当D=200μm时，10N下的摩擦系数明显高于20N下的值。此外，D=200μm时的摩擦系数大于D=100μm的值，主要原因可能是随着位移幅值的增加，接触面积增大，摩擦系数升高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗振条面内接触刚度对蒸汽发生器传热管流致振动的影响[J]. 唐力晨,谢永诚,景益,钱浩,张可丰,霍永忠. 原子能科学技术. 2016(04)
[2]690合金管在室温干态下的冲击微动磨损特性研究[J]. 阳荣,蔡振兵,林映武,钱浩,唐力晨,谢永诚,彭金方,朱旻昊. 摩擦学学报. 2015(05)
[3]接触应力和高温环境对Inconel 690合金微动疲劳寿命的影响[J]. 郑劲松,赵丽娜,厉淦. 材料保护. 2015(03)
[4]690合金在去离子水和干态下的微幅冲击磨损行为研究[J]. 蔡振兵,邓小剑,阳荣,彭金方,钱浩,李晨,谢永诚,朱旻昊. 振动与冲击. 2015(04)
[5]位移幅值对Inconel600合金微动磨损性能和机制的影响[J]. 李杰,陆永浩. 北京科技大学学报. 2014(10)
[6]传热管流体诱导振动特性的数值研究[J]. 冯志鹏,臧峰刚,张毅雄. 原子能科学技术. 2014(10)
[7]蒸汽发生器传热管的微动磨损损伤及预测模型[J]. 车宏龙,雷明凯. 中国核电. 2013(02)
[8]Incoloy800合金的高温微动磨损特性[J]. 张晓宇,任平弟,张亚非,朱昊,周仲荣. 中国有色金属学报. 2010(08)
[9]蒸汽发生器传热管的微振磨损及其防护[J]. 丁训慎. 核安全. 2006(03)
[10]核电厂蒸汽发生器设计中的安全问题[J]. 丁训慎. 核安全. 2005(02)
博士论文
[1]大气及溶液环境下传热管材料微动磨损行为及损伤机制[D]. 李杰.北京科技大学 2017
[2]核电蒸汽发生器传热管切向微动磨损机理研究[D]. 张晓宇.西南交通大学 2013
本文编号：3045413
【文章来源】：表面技术. 2020,49(11)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
多功能复合微动磨损试验机示意图
第49卷第11期米雪等：690合金管在不同法向载荷下的切向微动磨损性能研究·193·2试验结果和分析2.1Ft-D曲线分析当D=100μm时，不同法向载荷下的摩擦力-位移曲线（Ft-D曲线）如图2所示。Ft-D曲线为类平行四边形，表明微动运行状态处于完全滑移区[28]。由文献[29]可知，微动过程中，材料的损伤可以通过摩擦耗散能（Ei）来表征。耗散能即摩擦力所做的功，在Ft-D曲线图中，每个循环的耗散能等于该循环对应的Ft-D曲线所围面积。由图2可知，当Fn=10N时，第1000个循环的摩擦耗散能最小，第100个循环和第5000个循环的耗散能接近。而当Fn=20N和Fn=40N时，第100个循环的耗散能最小，随着循环次数的增加，耗散能均增加。值得注意的是，当Fn=40N时，第1000个循环、第5000个循环和第10000个循环的耗散能之间差距较校此外，当循环次数为5000和10000时，Fn=20N的耗散能是Fn=10N的两倍，而Fn=20N的耗散能大约是Fn=40N的1/2。总体而言，随着法向载荷的增加，摩擦力和耗散能均增加，随着循环次数的增加，耗散能趋于稳定。因此可以推测，随着载荷的增加，690合金管和405不锈钢块的损伤加剧，随着循环次数的增加，每个循环的690合金管和405不锈钢块的损伤趋于稳定。图2不同法向载荷下的Ft-D曲线（D=100μm）Fig.2ResultsofFt-Dloopsunderdifferentnormalforce(D=100μm)2.2摩擦系数曲线分析不同载荷作用下690合金管/405不锈钢块的摩擦系数曲线如图3所示。由图3可知，在大约2000个循环之前，摩擦系数随循环次数波动，可称为跑合期；在大约2000个循环之后，摩擦系数趋于稳定，称为稳定期。在切向微动?
0N的两倍，而Fn=20N的耗散能大约是Fn=40N的1/2。总体而言，随着法向载荷的增加，摩擦力和耗散能均增加，随着循环次数的增加，耗散能趋于稳定。因此可以推测，随着载荷的增加，690合金管和405不锈钢块的损伤加剧，随着循环次数的增加，每个循环的690合金管和405不锈钢块的损伤趋于稳定。图2不同法向载荷下的Ft-D曲线（D=100μm）Fig.2ResultsofFt-Dloopsunderdifferentnormalforce(D=100μm)2.2摩擦系数曲线分析不同载荷作用下690合金管/405不锈钢块的摩擦系数曲线如图3所示。由图3可知，在大约2000个循环之前，摩擦系数随循环次数波动，可称为跑合期；在大约2000个循环之后，摩擦系数趋于稳定，称为稳定期。在切向微动试验的初始阶段，接触表面存在一层很薄的氧化物和污染物层，起到润滑作用，摩擦系数较校随着试验的进行，氧化物和污染物层破裂，金属基体材料直接接触，接触面的材料发生塑性变形和粘着转移，摩擦系数急剧上升。同时，摩擦过程中会产生磨屑，磨屑可起到承载和润滑的作用，从而降低摩擦系数。随着磨损继续进行，磨屑的排出和形成达到相对平衡状态，磨损达到稳定阶段，这与图2的耗散能结果一致。由图3还可知，在稳定期，法向载荷为40N时的摩擦系数低于10、20N的值。这种现象产生的原因可能是法向载荷较大时，接触界面间的排屑能力降低，残留在接触界面间的磨屑起承载和润滑作用，从而导致摩擦系数有所降低。当D=100μm时，法向载荷为10N和20N下的摩擦系数基本相同，约为0.7；当D=200μm时，10N下的摩擦系数明显高于20N下的值。此外，D=200μm时的摩擦系数大于D=100μm的值，主要原因可能是随着位移幅值的增加，接触面积增大，摩擦系数升高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗振条面内接触刚度对蒸汽发生器传热管流致振动的影响[J]. 唐力晨,谢永诚,景益,钱浩,张可丰,霍永忠. 原子能科学技术. 2016(04)
[2]690合金管在室温干态下的冲击微动磨损特性研究[J]. 阳荣,蔡振兵,林映武,钱浩,唐力晨,谢永诚,彭金方,朱旻昊. 摩擦学学报. 2015(05)
[3]接触应力和高温环境对Inconel 690合金微动疲劳寿命的影响[J]. 郑劲松,赵丽娜,厉淦. 材料保护. 2015(03)
[4]690合金在去离子水和干态下的微幅冲击磨损行为研究[J]. 蔡振兵,邓小剑,阳荣,彭金方,钱浩,李晨,谢永诚,朱旻昊. 振动与冲击. 2015(04)
[5]位移幅值对Inconel600合金微动磨损性能和机制的影响[J]. 李杰,陆永浩. 北京科技大学学报. 2014(10)
[6]传热管流体诱导振动特性的数值研究[J]. 冯志鹏,臧峰刚,张毅雄. 原子能科学技术. 2014(10)
[7]蒸汽发生器传热管的微动磨损损伤及预测模型[J]. 车宏龙,雷明凯. 中国核电. 2013(02)
[8]Incoloy800合金的高温微动磨损特性[J]. 张晓宇,任平弟,张亚非,朱昊,周仲荣. 中国有色金属学报. 2010(08)
[9]蒸汽发生器传热管的微振磨损及其防护[J]. 丁训慎. 核安全. 2006(03)
[10]核电厂蒸汽发生器设计中的安全问题[J]. 丁训慎. 核安全. 2005(02)
博士论文
[1]大气及溶液环境下传热管材料微动磨损行为及损伤机制[D]. 李杰.北京科技大学 2017
[2]核电蒸汽发生器传热管切向微动磨损机理研究[D]. 张晓宇.西南交通大学 2013
本文编号：3045413
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