cu40wtzn合金的双向循环摩擦磨损行为及微观机制word格式论文.docx

ClassifiedIndex:TH117.1 U.D.C: 66Dissertation for theDoctoralDegree inEngineeringBi-DIRECTIONALCYCLINGWEAR BEHAVIORANDMICROMECHANISM OFCu-40Wt.%ZnALLOYCandidate：TangCaiyuSupervisor：Prof.WenGuAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEnSpeciality：MaterialsScieAffiliation：School ofEngineeringDateofDefence：October,201Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituangwugineeringnceMaterials Science and1teofTechnology摘要本文通过使用ASTM-G65摩擦磨损试验机，在环-块摩擦磨损试验条件下研究了单向、双向磨损方法对黄铜合金磨损行为的不同影响，探讨了一定磨损距离条件下双向磨损的循环次数与试验材料破坏程度之间的关系，并进一步研究了载荷与研磨轮摩擦速度以及研磨轮种类对试样材料硬度和磨损量的影响，证实了类包辛格效应存在于双向磨损中。选用Cu-40Wt.%Zn合金试样在一定载荷条件下和钢研磨轮对磨。研究表明，在同样的磨损条件下，试样的磨损量在分别经由单向、双向磨损后呈现出明显不同的结果，其中双向磨损条件下试样的磨损量比较低，而且这种趋势随着循环次数的增加愈发明显，循环次数为50次时的磨损量要比单向磨损时减少将近40%。材料磨损表面的维氏硬度随磨损次数的变化呈现出了先增加后减少的变化趋势，在循环次数等于10的时候达到最高点，此后试样由于表现出明显的类包辛格效应而出现软化。为了进一步验证磨损量及硬度的变化机理，在接下来的试验里分别对载荷和摩擦速度进行了调整，加上最初的磨损试验条件，形成了大载荷、高速，大载荷、低速和小载荷、高速三种不同的试验体系。结果表明，由于载荷和磨擦速度的影响，三种条件下的结果不尽相同，但磨损量和硬度都保持了类似的变化趋势。具体表现为，双向磨损的磨损量低于单向磨损，且随着循环次数的增加逐渐降低并最终趋于稳定，而硬度在三种情况下均表现出了先增加后降低的趋势。然而小载荷下的磨损量最低，而磨损表面的硬度最高；低速磨损情况下的材料在相同的载荷条件下与高速磨损相比其破坏程度更轻，硬度也相对较高。上述试验结果不仅体现了类包辛格效应在双向磨损中的关键作用，而且还说明了磨损速度和载荷通过对塑性变形和微裂纹的作用会影响类包辛格效应的表现。此外，有限元分析和XRD残余应力的分析结果证实了双向磨损试样所产生的残余应力低于单向磨损；电子功函数(EWF)的测试结果也印证了单、双向磨损条件下试样材料的塑性变形存在着差别，这种区别是由于位错分布的不同所导致的。研磨轮的种类对试验结果同样起到关键的作用。在同样的试验条件下，陶瓷轮的磨损量和硬度的变化趋势完全不同于上面试验中所用到的钢轮。在陶瓷轮的研磨下，磨损表面的硬度呈现出了随着双向循环次数的增加而持续下降的趋势，并且硬度值在147.33-157.64之间，明显低于钢轮磨损下的表面硬度。- I -此外磨损量随循环次数的增加而增加，这点与钢轮磨损中磨损量逐渐降低的变化趋势完全不同，并且相比较钢轮，陶瓷轮作用下的磨损十分明显。在这种条件下，类包辛格效应仍然起着一定的作用，但是却并不明显。试样在经受陶瓷轮研磨时主要不是由于塑性变形的原因而被破坏的，其表面的破坏是陶瓷轮切削作用的结果，这可以归因于陶瓷与金属的粘结作用要弱于金属和金属之间，导致试样在分别经受两种研磨轮磨损时其受力区域的切向力的大小存在差别，塑性变形区的深度也有明显的不同。本试验研究第一次证实了在双向磨损中存在类包辛格效应，且通过改变单、双向磨损路径和循环次数就可以改变材料破坏程度的方法既经济，又简单可行，在工业生产中将有很大的应用前景。关键词：类包辛格效应；Cu-40Wt.%Zn合金；磨损；塑性变形；位错；裂纹AbstractInthisstudy,theperformancetowearofbrassduringunidirectionaland two-directionalslidingwastestedbyASTM-G65abrasiontester.Thewearlossof two-directionalslidingunderdifferentcyclicnumberwasinvestigatedinthesame slidingjourney.Besides,theeffectofslidingspeed,loadandtypeofthegrindin