車軸鋼不同模式微動磨損行為研究.pdf

1、至今，對微動磨損的研究主要集中在切向微動模式下，對磨副的接觸方式主要為球/平面接觸方式。但是實際的微動損傷現(xiàn)象往往包含了除傳統(tǒng)切向模式外的其它運行模式(徑向、扭動和轉(zhuǎn)動)；另外，回轉(zhuǎn)式微動(扭動和轉(zhuǎn)動)損傷往往發(fā)生在非球/平面接觸條件下，其運行和損傷機理尚不清楚。目前，對火車車軸材料的微動磨損行為認(rèn)識仍不夠充分。因此，不論從微動摩擦學(xué)基礎(chǔ)理論的深入和完善，還是工程實際的需要來看，開展車軸材料在不同微動模式和不同接觸條件下的微動運行和損傷

2、行為的研究十分迫切和必要。本文在不同法向載荷、(角)位移幅值和循環(huán)周次下，以車軸鋼(LZ50和35CrMo)/GCr15鋼球為對磨副，進行了球/平面接觸方式下的切向、扭動和轉(zhuǎn)動微動磨損試驗和球/凹面接觸方式下的轉(zhuǎn)動微動磨損試驗。采用顯微硬度計、光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、表面輪廓儀和電子能譜儀(EDX)等分析手段，結(jié)合微動磨損動力學(xué)特性分析，系統(tǒng)研究了車軸鋼在不同微動模式與接觸條件下的微動運行行為和損傷機理。獲得的主要

3、結(jié)論如下：
　　 ㈠不同微動模式下車軸鋼的微動磨損特性：⑴對本研究的所有微動模式(切向、扭動和轉(zhuǎn)動微動)，其動力學(xué)曲線(分別對應(yīng)Ft-D曲線、T-θ曲線和Ft-θ曲線)，只有直線型、橢圓形型和平行四邊形型三種形狀。直線型與橢圓形型的動力學(xué)曲線對應(yīng)于微動的部分滑移狀態(tài)，而平行四邊形型的曲線則對應(yīng)于完全滑移狀態(tài)。對于切向和扭動微動模式，都有部分滑移區(qū)(PSR)、混合區(qū)(MFR)和滑移區(qū)(SR)三種微動運行區(qū)域；而在轉(zhuǎn)動微動模式下，由

4、于微動運行區(qū)域強烈地依賴于試驗材料，沒有觀察到MFR的存在。⑵不同微動模式下，法向載荷與(角)位移幅值對材料的摩擦動力學(xué)行為有重要影響。當(dāng)法向載荷不變時，隨(角)位移幅值的增加，微動運行狀態(tài)從部分滑移向完全滑移狀態(tài)轉(zhuǎn)變，材料的損傷也逐漸加重；而當(dāng)(角)位移幅值不變時，隨著載荷的增加，變化趨勢與此相反。不同材料在不同的微動運行模式下的微動特性和損傷機制可以使用微動圖來揭示。不同微動模式的微動圖差異很大，這可能是因為不同模式的材料變形行為差

5、異很大。⑶不同微動模式下，車軸鋼在部分滑移區(qū)的損傷輕微，其磨損機制均為氧化磨損與磨粒磨損；微動運行于混合區(qū)和滑移區(qū)時，磨損機制均為磨粒磨損、氧化磨損和剝層。⑷相同的微動模式下，材料的摩擦系數(shù)、摩擦耗散能、摩擦扭矩等的大小隨車軸鋼材料性質(zhì)的不同而不同。LZ50鋼具有較低的硬度和強度以及較高的塑性，比35CrMo鋼表現(xiàn)出較高的摩擦系數(shù)、摩擦耗散能和摩擦扭矩。
　　 ㈡不同接觸方式下材料的轉(zhuǎn)動微動磨損特性：⑴兩種接觸方式下，法向載荷和

6、轉(zhuǎn)動角位移幅值對轉(zhuǎn)動微動的運行行為均有重要影響。在相同法向載荷和相同最大接觸應(yīng)力情況下，隨著接觸方式由球/凹面轉(zhuǎn)變?yōu)榍?平面接觸，滑移區(qū)邊界均向小角位移幅值方向移動。⑵接觸方式的改變會改變接觸區(qū)尺寸和接觸應(yīng)力分布，同時影響磨屑的運行行為，因此對接觸剛度、摩擦系數(shù)和摩擦耗散能的演變規(guī)律以及磨痕形貌和磨損程度均產(chǎn)生重要影響。⑶當(dāng)法向載荷相同時，與球/平面接觸方式相比，球/凹面接觸的穩(wěn)定階段摩擦系數(shù)和摩擦耗散能均較小，材料的磨損相對輕微。當(dāng)最