摩擦学行为（精选5篇）
摩擦学行为 篇1
0 前 言
航空、航天、宇宙、核能工程中润滑剂要承受剧烈的温度变化,高能辐射,受到气体、燃料、溶剂以及各种化学试剂的作用,这些极端状态下的润滑剂,通常是固体型的。聚四氟乙烯(PTFE)由于优越的性能而成为摩擦学领域中广泛应用的工程塑料,但是,纯PTFE力学性能差、磨损率高、导热导电性能差、线膨胀系数和承载变形大,通常需要加以改性,才能具有优良的耐磨性、高强度、高刚度和尺寸稳定的性能[1,2,3,4,5,6,7]。不同种类的填料对PTFE复合材料的摩擦学性能的影响有着很大的差别[8,9,10,11],在摩擦过程中PTFE分子结构的改变有助于PTFE转移膜在对偶表面上的黏着,对改善PTFE的摩擦学性能起到非常重要的作用[12,13,14,15]。本工作主要考察了以无机填料青铜粉和有机物聚酰亚胺填充改性PTFE复合材料在干摩擦条件下的二次转移行为,利用改装的M-2000型摩擦磨损试验机探究填料及载荷对复合材料转移行为的影响;通过磨损表面形貌分析对PTFE复合材料的二次转移行为进行了初步探讨。
1 试 验
1.1 主要原料
PTFE 为树脂模压粉末,粒径20~100 μm ;聚酰亚胺(PI)为YS-20 型模压粉,300 目 ;青铜粉(Bronze)密度2.5~3.5 g/cm3,300目;其成分见表1。
1.2 复合材料制备
以上原料均于120 ℃下烘干2 h。将PTFE和Bronze,PI填料经机械搅拌混合均匀,冷压成30 mm×6 mm×7 mm,在空气中380 ℃烧结成型。体积分数分别为V(PTFE) ∶V(Bronze)=90 ∶10;V(PTFE) ∶V(PI)=90 ∶10。
1.3 主要参数
摩擦磨损试验在M-2000型摩擦磨损试验机上进行,以复合材料作为润滑剂提供源。对偶环为ϕ40 mm×ϕ10 mm×10 mm 的45 钢环(48~50 HRC) 。试验条件: 干摩擦 , 室温 , 滑动速度0.42 m/s ; 润滑材料 (下试样 ) 与对偶环间负荷50 N,45钢条(上试样)与对偶环间载荷50~300 N ; 试验时间60 min ;试验开始前,下试样与对偶环预磨5 min以便在对偶环上形成较完整的转移膜。试样和对偶环表面依次用600,900号砂纸打磨至Ra=0.12 μm, 再用丙酮清洗, 置于空气中晾干。
在摩擦过程中复合材料润滑剂首先向对偶钢环转移 ,然后通过对偶钢环转移到上试样(45钢条)发生二次转移。为了对比,进行了空白试验,即移去润滑材料(下试样)时45钢之间的摩擦磨损试验。
摩擦系数测定由计算机连续自动记录;用精度为0. 01 mm的读数显微镜分别测量上、下试样的磨痕宽度 , 换算成磨损体积, 所得数据均为3 次试验的平均值。通过摩擦系数,比较转移膜附着程度,判断复合材料的转移膜形成能力、承载能力以及复合材料转移膜形成和脱落机理。利用JSM-5600LV型扫描电子显微镜观察材料表面磨损形貌 。
2 结果与讨论
2.1 PTFE复合材料的磨损状况
图1中给出了PTFE/Bronze,PTFE/PI复合材料自身磨损体积的变化。纯PTFE抗磨损性能较差,加入填料后可以大幅提升其抗磨损性能。这是因为填料的加入能够增加转移膜与基底的结合强度,在摩擦过程中填料与PTFE一起形成转移膜从而提高转移膜的抗剪切能力;同时填料颗粒阻止了PTFE带状结构大面积破坏,在摩擦过程中产生细小的磨屑颗粒,这些磨屑能够进入基底缺陷处,有利于提高转移膜耐磨寿命[16]。在进行二次转移时,转移膜与对偶间的结合强度对于体系的摩擦学性能有重要影响,高的接触压力(上试样载荷)容易破坏转移膜与对偶的黏结,导致金属表面直接接触发生金属间摩擦磨损,对偶钢环的严重磨损是导致复合材料磨损加剧的主要原因。
2.2 PTFE基复合材料的双转移摩擦学性能
图2是PTFE/Bronze,PTFE/PI复合材料做润滑源时体系的摩擦系数和上试样磨损体积变化。由图2a可以看出,PTFE/Bronze作固体润滑剂时体系的摩擦系数随载荷增加有下降趋势,且趋于稳定;PTFE/PI作固体润滑剂时体系摩擦系数则随载荷增加呈现略微增大趋势。由图2b可以看出,与无润滑时相比,上试样的磨损体积大约降低了4个数量级,抗磨损性能得到极大提高;PTFE/Bronze作为润滑源时上试样磨损体积要低于PTFE/PI,这可能是由于青铜粉的加入能有效提高基体的硬度和剪切强度,起到支撑载荷的作用;此外,青铜本身也是一种很好的轴承材料,在磨损过程中起到减磨作用而不致产生严重磨损。PTFE复合材料与其他物体对磨时,因为PTFE大分子很容易被拉出晶区,因而在摩擦之初就向对磨面转移,在对磨面上形成一层薄膜,这层薄膜的大分子按滑动方向高度定向,从而变成了聚合物之间的摩擦,所以摩擦系数低。PTFE复合材料首先在对偶钢环上形成转移膜,然后不断形成的转移膜同时也向上试样转移,阻止金属表面的直接接触,接触界面上PTFE复合材料转移膜的存在将相互作用力降低到范德华力的程度[17],避免了金属间的黏着,在降低体系磨损的同时也使摩擦系数大大降低。
2.3 磨损表面形貌
图3为干摩擦及有润滑条件的上试样磨痕表面形貌。由图3a可见,金属间磨损严重,磨损表面留下的大量磨屑是黏着磨损过程中产生的;随着表面磨损进一步加剧,大量磨屑的形成导致了磨粒磨损,从而使磨损更为激烈。加入润滑剂后,体系的摩擦状况从本质上得到了改变,上试样磨损表面明显平滑(图4b,4c)。润滑膜的主要作用是减少或消除表面之间的金属接触,当边界膜是固体时,它对表面提供的保护作用就更大[18]。PTFE复合材料所形成的转移膜就起到了这种保护作用,而填料的加入更增强了转移膜与对偶表面的黏着,在对偶表面形成比较均匀的转移膜,从而将复合材料与金属间的摩擦转化为复合材料和转移膜间的摩擦,在摩擦过程中对偶钢环表面的转移膜转移到45钢(上试样)表面接触区域形成二次转移,二次转移膜起到了保护作用,避免金属间的直接接触,降低了体系的摩擦系数。
3 结 论
(1)以2种PTFE复合材料为润滑源,会发生摩擦学二次转移行为,能够大大降低摩擦体系的摩擦系数和磨损率。
(2)Bronze及PI加入形成的PTFE复合材料能够增强其转移膜与底材的结合强度,对金属表面起到保护作用,从而提高了体系的抗磨性能。PTFE/Bronze复合材料的改性效果优于PTFE/PI复合材料。
摘要：为改善聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的性能,将青铜粉(Bronze)、聚酰亚胺(PI)填充PTFE材料对其进行改性,采用冷压成型、自由烧结工艺分别制备了2种固体润滑剂,在改装的M-2000型摩擦磨损试验机上考察了2种固体润滑剂的二次转移性能;用扫描电子显微镜对上试样的磨损表面进行观察和分析。结果表明:PTFE复合材料作固体润滑剂所形成的二次转移能够改善体系的摩擦学性能,填料的加入增强了PTFE复合材料转移膜与底材的结合强度,起到了保护金属表面的作用;PTFE/Bronze比PTFE/PI的复合材料更适宜作润滑源使用。
关键词：固体润滑剂,聚四氟乙烯,青铜粉,聚酰亚胺,二次转移,摩擦磨损
金属材料摩擦磨损行为的影响因素 篇2
1 干滑动摩擦磨损机理
干滑动摩擦磨损是一种特殊的摩擦磨损形式。摩擦副材料具有高的耐磨性、高而稳定的摩擦系数, 较高的力学性能及优良的其他使用性能。在摩擦初期, 摩擦面附近的温度梯度很大, 而远离摩擦面处温度低, 同时温度梯度较小。干滑动摩擦条件下, 摩擦副的摩擦表面由于摩擦热的介入 , 处于非常高的温度[1] 。材料的干摩擦行为中, 摩擦系数的高低与摩擦过程中所发生的三种现象有关 (1) 滑动表面光滑区域的粘着 (2) 磨粒和硬质粗糙对对偶面造成的犁削 (3) 粗糙表面的变形。对于不同的滑动条件、摩擦副材料和工作环境, 三种过程对摩擦系数的影响是不同的。一般来说 , 犁削和粗糙表面的变形对总的摩擦系数的影响要比粘着的影响大[2] 。当受电弓滑板工作在粉尘、风沙较大条件时 , 砂粒等硬颗粒附着在滑板或导线上进入接触面, 将导致磨粒磨损的产生。 (1) 磨粒对表面产生犁沟作用或称微切削、划伤表面 (2) 磨粒压入表面, 因挤压作用使表面材料塑性变形而脆化, 从而在滑动时形成鳞片状的剥落屑[3] 。
1.1 影响材料干滑动摩擦磨损行为的因素
1.1.1 载荷的影响
载荷对复合材料的磨损特性有很大的影响, 载荷的增加使摩擦生热显著增加, 使基体有蠕变软化的趋势, 有利于微裂纹的扩展。同时, 载荷增大易于发生严重粘着磨损, 磨损量增加。
在摩擦过程中, 载荷作用下基体次表层的塑性变形, 使位错滑移和聚集, 产生了许多空位和微裂纹, 使表层组织变的疏松, 结构发生软化。软化层的形成将严重削弱合金的耐磨性[4] 。
在载荷小于10牛顿时, 材料呈现出比基体合金更低的磨损率。这表明, 磨损过程中发生了材料的转移过程。在载荷为10~95牛顿时, 材料的磨损表面形貌都具有严重塑性变形的特征, 大量的塑性流变导致了摩擦层的形成。剥层磨损是主要的磨损机制。
1.1.2 速度的影响
滑动速度对干滑动摩擦磨损的影响也较大。在小于1.2m/s的滑动速度下, 磨损机制被描述为疲劳磨损, 相应的表面出现裂纹, 磨损碎片很小。摩擦表层覆盖一层摩擦层, 在这样的低滑动速度下, 增强物对磨损率的影响不明显, 在高的滑动速度下, 磨损过程发生转变, 这与摩擦层的破裂有关[5] 。
随着滑动速度向临界速度的增加, 磨损率降低。这一临界速度取决于施加载荷、热扩散系数和磨损表面的硬度[6] 。
1.1.3 温度场的影响
影响摩擦温度场的主要因素为摩擦条件与摩擦副材料。随着摩擦速度与接触正压力乘积的增大, 表面温度与温度梯度直线上升。因此, 在干滑动摩擦条件下, 摩擦热所引起的摩擦温度场是影响摩擦学行为的主要因素之一[7] 。另外, 在干滑动摩擦过程中, 一次摩擦过程, 摩擦副经历一次由低温向高温, 又由高温向低温的转变, 这种温度循环在摩擦副中产生相当大的热应力。电车线材料的干滑动摩擦磨损行为受到载荷、温度、速度、环境、材质等多因素的影响, 因此电车线材料的摩擦磨损机制十分复杂, 而且研究条件具有很大的局限性, 因此要赶上和达到国际领先水平, 还需研究者作大量的工作[1] 。
2 电接触滑动摩擦磨损机理
摩擦和磨损过程受到摩擦副、润滑济、工作参数、环境和工作历史等许多因素的影响。材料的强度或者说材料对外载荷的响应与温度、载荷作用速度、材料的应变量、应变速率和应变历史等都有密切关系。尤其在通电状况下, 其摩擦和磨损过程更加复杂。另外, 材料还要受到电流、电压等多因素的影响。磨损包括粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、表面疲劳, 还有侵蚀、气蚀和冲凿等等。由此得出材料磨损量与行程成正比, 与载荷成正比, 与较软材料的屈服应力或硬度成反比。磨损都是由于较硬表面将较软材料犁出沟槽所致。一种情况是粗糙而坚硬的表面贴着较软的表面滑动。另一种情况是磨损是由于游离的坚硬粒子在两摩擦表面之间滑动所致。粘着磨损和磨粒磨损的机理有赖于固体的直接接触, 它们所产生的磨损型式在摩擦一开始就是发展性的, 当两滑动表面通过微凸体实现接触时, 就会发生粘着磨损和磨粒磨损, 并且微凸体可以互相穿过, 而使一方或双方微凸体发生塑性变形。
如果在两表面间发生电火花, 就会造成以去除和析出金属的形式出现的永久损坏。影响摩擦磨损过程的因素很多, 且存在复杂的非线性相互作用。Dobromiski列出微动过程主要影响因素有28种, 而Meng认为滑动摩擦过程的影响因素和常数有100个之多。因此摩擦磨损机理的研究相当复杂[10] 。
2.1 影响电接触滑动摩擦磨损行为的因素
2.1.1 电流的影响
载电流摩擦磨损是指处于电场中的材料及摩擦副, 在电流通过条件下, 材料及摩擦副的摩擦磨损行为。研究发现, 载流条件下摩擦副在摩擦过程中的热, 主要来自三个方面:电弧热、摩擦热、电流产生的热。由于电流的存在, 试验过程中不仅有摩擦热, 还增加了电弧热和电流产生的热。因此比无电流干滑动条件下单纯的摩擦热大, 摩擦表面温度高, 摩擦严重, 表面粗糙度增加, 从而引起真实接触面积增大摩擦系数升高, 同时使摩擦表面局部温度急剧升高而氧化[8] 。
电流对载流铬青铜/纯铜摩擦配副的摩擦系数有影响。电流的存在增大了摩擦系数, 且随着速度的增加有电流条件下摩擦副的摩擦系数下降的趋势比无电流时的缓慢。在电场条件下由于硬质相的出现, 在摩擦面上出现了磨粒磨损, 表现为摩擦面上出现的犁沟。
在强电流作用下, 当弓网间发生瞬时离线时, 将产生严重的拉电弧现象, 造成受电弓滑板和接触导线表面烧伤而使接触状况恶化。电流通过导体产生热效应, 机械摩擦和接触电阻所产生的表面温度, 实际接触粗糙峰上的瞬时闪温, 都导致材料组织和性能发生变化, 从而严重影响了材料的摩擦磨损性能[3] 。
2.1.2 电压的影响
在直流电压的作用有利于添加剂在金属表面形成化学吸附膜和化学反应膜, 从而造成摩擦系数的下降[5] 5。对Al2O3/Cu施加反向电压和正向电压:表明正向电压作用下的摩擦系数比反向电压的大, 同时外加电场的存在能显著地增加摩擦副的摩擦系数。当电压接通时, 摩擦副的摩擦系数比电压断开时高出约133%, 说明外加电压的存在是造成摩擦系数增大的原因。即摩擦系数随之增大, 电压断开时摩擦系数随之减小[9] 。
3 结论
金属材料的摩擦磨损过程受到多方面因素的影响, 其干滑动摩擦磨损行为受到载荷、速度、温度场等的影响较大。但是在通电状况下, 其滑动摩擦磨损行为更加复杂, 还要受到电流及电压 (电磁场) 等的综合影响。
参考文献
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摩擦学行为 篇3
赵衍华[2]采用标记嵌入技术,观察不同厚度上,塑性材料在水平面上的迁移情况,认为前进边塑性材料即向前迁移,又向后迁移;返回边塑性材料主要向后迁移。Guerra[3]认为在探针附近,前进边金属塑性变形大,沿带螺纹的探针表面螺旋向下迁移,返回边金属塑性变形小,向后迁移填入探针后方。Schmidt[4]在沿焊缝中心和垂直焊接方向镶入铜箔,通过X射线摄影技术观察焊接过程中铜箔的迁移情况,并估算标示材料的迁移速度,认为标示材料迁移速度最大的地方发生在返回边。张洪武[5]采用有限元方法对焊缝塑性材料的三维迁移行为进行模拟分析,认为塑性材料以剪切迁移形式为主,在搅拌头前方塑性材料向上迁移,在搅拌头后方塑性材料向下迁移。韩晓辉[6]利用FLUENT软件对不同深度的塑性材料在水平面上的迁移进行分析,认为焊缝上部塑性材料偏重于紊流,下部塑性材料侧重于层流。以上作者只对焊缝塑性材料的迁移进行初步的分析,主要集中在塑性材料在焊缝水平面上的迁移,对塑性材料在焊缝厚度方向上的迁移研究较少。
本研究通过采用镶嵌标示材料方法,通过观察焊缝横截面上,标示材料在焊接后的位置,初步探讨焊缝塑性材料在厚度方向上的迁移行为,为揭示焊缝形成过程提供理论依据。
1 实验材料及方法
实验选用厚度分别为1,2mm和8mm的LY12铝合金轧制板材作为基材,用厚度为0.02mm的紫铜箔作为标示材料交叠镶入基材,在由铣床改造的搅拌摩擦焊机和自制的夹具上进行焊接。图1为镶嵌标示材料的示意图,其中图1a为标示材料平行于焊缝表面镶嵌,图中上表面和下表面为2mm厚的LY12铝合金,中间是1mm厚的LY12铝合金和0.02mm的紫铜箔交替叠放,形成铝片和铜箔相间的层状结构,整个叠放层的厚度为8mm左右。图1b为标示材料平行焊接方向镶嵌,探针中心向两侧,分别为0.02mm铜箔和1mm的LY12铝合金交替叠放,叠层宽度为28~30mm,叠层外侧为8mm厚的LY12铝合金,焊接时,用夹具约束叠层材料,保证叠层材料为一个整体。
实验中搅拌头轴肩的直径为24mm,探针为圆柱型、表面加工成左旋螺纹,探针直径8mm、长度为7.5mm,搅拌头旋转速度为750r/min,焊接速度为60mm/min,搅拌头倾斜角2°。焊后沿焊缝横截面切取试样,通过观察标示材料的分布,分析焊缝塑性材料的迁移行为。
2 实验结果与讨论
2.1 焊缝塑性区的形成
在搅拌摩擦焊过程中,当焊接达到稳定阶段时,高速旋转的搅拌头与被焊材料的接触面剧烈摩擦,产生大量的热,在被焊材料中形成了一个以搅拌头为中心的温度场,温度从焊缝中心向四周逐渐降低, 使搅拌头附近的一部分材料达到塑性状态,而远离搅拌头的材料由于温度较底,未达到塑性状态。塑性材料受高速旋转搅拌头的作用,在由轴肩、探针表面、垫板和四周未塑化材料所限定的一定范围内进行复杂迁移,形成焊缝。在焊缝的形成过程中,塑性材料的迁移对焊缝成型有重要影响。由于在焊缝横截面上存在温度梯度,导致不同区域材料迁移形式不同。为了便于描述,建立如图2所示的焊缝横截面塑性区示意图。图中阴影区为焊缝横截面塑性区。
2.2 塑性材料在厚度方向上的迁移
图3为标示材料平行于焊缝表面镶嵌,焊后得到的焊缝横截面形貌,图中AS表示前进边(Advancing Side,简称AS),RS表示返回边(Retreating Side,简称RS),中部的实线与探针中心线重合,为焊缝中心,其两侧与实线平行的虚线为探针的外轮廓线。整个塑性变形区为焊缝外围用两倾斜虚线所包括的区域,由图可见,塑性变形区上宽窄,连续的标示材料在焊缝中心中断,在焊缝上部,一部分标示材料被搅碎,呈弥散分布,在焊缝中下部,有明显的“洋葱”环花样,两侧均有标示材料向焊缝上表面迁移。
根据标示材料的塑性变形的形貌可将焊缝分为5个特征区。其中A,B和C区位于焊缝中心,在横截面
上类似于倾斜的“花瓶”状形貌,A区位于焊缝表层,类似于“花瓶”的瓶口区,塑性材料呈扁平状分布。B区位于焊缝的中下层,类似于“花瓶”的瓶体,瓶体大部分位于返回边一侧,存在明显的“洋葱”环花样,“洋葱”环环心位于返回边一侧。C区位于焊缝中心的中部,类似于“花瓶”的瓶颈区,颈口宽度小于探针直径,偏向前进边一侧,无清晰标示材料可见。D,E区分别为前进边、返回边中弯曲虚线所包围的区域,标示材料发生变形且清晰可见,均向焊缝上表面迁移。在与C区交界处,标示材料向焊缝下方弯曲,有向焊缝底部迁移的趋势。G表示标示材料向上迁移的最大距离,在D,E区内定义为标示材料从未变形处到迁移至最高点的切线之间的距离,H表示标示材料发生变形的宽度,定义为标示材料从开始出现位移的点到焊缝中心的最短距离。
形成上述形貌的原因可能是, A区位于焊缝表层,材料与高速旋转的轴肩端面摩擦,温度迅速升高,达到塑性状态。塑性材料在高速旋转的轴肩作用下随轴肩旋转。由于轴肩端面和焊缝表面形成一封闭空间,轴肩外围有未塑化金属的阻碍,所以塑性材料并未向四周发散迁移,反而由于轴肩端面为一凹面而向焊缝中心迁移,使焊缝中心塑性材料增多,在轴肩内弧面挤压下,塑性材料沿带螺纹的探针表面开始螺旋向下迁移。使A区塑性材料类似于瓶口状,呈扁平状分布。
B区位于焊缝中下层。由图可见,焊缝底部的标示材料向上迁移至焊缝中上层,由于基材不能穿越标示材料向下迁移,说明B区的塑性材料是其他位置的塑性材料以某种形式迁移至此区。通过对焊缝中心塑性材料的受力分析可知,塑性材料在轴肩和左旋螺纹下端面的挤压[7]下,源源不断地沿着带左旋螺纹的探针表面从焊缝上层向焊缝底层迁移。塑性材料迁移至焊缝中下层后,在后续塑性材料的推动下,塑性材料继续向下迁移,受到底部垫板的阻碍,以发射状向四周迁移,然后在外围未塑化金属的阻碍下,开始改变迁移方向向上迁移并向周围挤压,在探针周围形成一个球面,后续塑性材料将沿类似的迁移路径,不断向球内填充挤压球面,使球面逐渐变大。当探针经过横截面后,由于焊缝中心温度高,塑性材料冷却时间长,外围温度低,塑性材料冷却时间短,所以塑性材料冷却后在厚度方向上形成不同直径的同心球面层。因此,在截取焊缝横截面试样时B区有类似“洋葱”环状的同心花纹。
C区位于焊缝中层,类似于瓶颈。颈口在前进边宽度约为3mm,在返回边的最小宽度约为0.5mm,二者之和小于探针直径,这说明瓶颈偏向于前进边,并且探针两侧的塑性材料在探针后方向焊缝中心迁移,返回边向焊缝中心迁移的距离大于前进边。焊前C区标示材料连续,且平行于焊缝底面,焊后材料被搅碎,无清晰标示材料可见。出现这种情况的原因有可能是,高速旋转的探针沿焊缝中心向前运动时,使焊缝中心处的标示材料发生断裂,断裂的标示材料受探针的挤压开始向与焊接方向相同的方向延伸,同时受B区塑性材料的挤压向上延伸,由于探针后方出现一瞬时空腔,使得前进边邻近探针附近的小部分塑性材料受负压作用向探针后方迁移,填充至瞬时空腔;返回边大部分塑性材料在搅拌头顺时钟旋转的带动下向探针后方运动,填充至探针后方的瞬时空腔。同时受轴肩的挤压向下迁移。以上的运动使得C区塑性材料来自多个方向,因此C区无清晰标示材料可见。
D和E区位于焊缝中心两侧,塑性变形区上宽下窄,标示材料的分布清晰可见,且均向焊缝表面迁移,在与C区交界处附近,向焊缝下方弯曲。这说明大部分焊缝底部的塑性材料向焊缝上表面迁移,在与C区交界处附近,塑性材料有向焊缝下方迁移的趋势。
为了进一步描述塑性材料的迁移行为,对D和E区的标示材料变形进行定量测量,图4为焊缝横截面上各层标示材料向焊缝上表面迁移的最大距离变化曲线,横坐标为标示材料距焊缝底面距离,用h表示,纵坐标为标示材料向焊缝上表面迁移的最大距离。由图可见,底层标示材料向上迁移的距离较大,顶层标示材料向上迁移的距离较小,同一标示材料在前进边向上迁移的最大距离小于在返回边向上迁移的最大距离。这种分布表明,D和E区的塑性材料整体向焊缝表面迁移,焊缝底层的塑性材料直接受B区塑性材料的挤压,向焊缝表面迁移的距离较大,上层塑性材料受轴肩的影响,向焊缝表面迁移的距离较小。由于在返回边B区向上挤压的塑性材料多于前进边,所以在距焊缝底面同一高度上,前进边塑性材料向焊缝表面迁移的距离小于返回边。
图5为焊缝横截面上各层标示材料发生变形的宽度,横坐标为标示材料距焊缝底面距离,用h表示,纵坐标为标示材料变形宽度。由图可知,最顶层标示材料发生变形的宽度最大,最底层标示材料发生变形的宽度最小,同一标示材料在前进边发生变形的宽度比返回边小。例如:在距焊缝底面2mm处,标示材料在前进边发生变形的宽度为6.6mm,在返回边发生变形的宽度为9.5mm。出现这种情况可能是在焊缝上层,被焊材料受轴肩的影响,与轴肩接触面积大,摩擦产热大,温度较高,发生塑性变形的材料较多。在焊缝下层,被焊材料主要受探针影响,与探针接触面积小,摩擦产热小,温度较低,发生塑性变形的材料较少。所以从焊缝表面沿厚度方向向下,焊缝塑性变形区宽度逐
渐变小。
2.3 塑性材料在水平方向上的迁移
图6为标示材料平行焊接方向镶嵌,焊后得到的焊缝横截面的形貌,从图中可以看出,标示材料在焊缝中心两侧呈弧型分布,焊缝横截面上A,B和C区形貌与图2中A,B,C区相似,呈倾斜的“花瓶”状形貌。在D和E区,在焊缝上部,标示材料发生弯曲,并向焊缝中心延伸,标示材料之间的距离变宽。出现这种情况的原因可能是,此区域的塑性材料受高速旋转的轴肩影响向焊缝中心迁移,焊缝表面的塑性材料受到轴肩端面的挤压作用,向焊缝下方迁移填充至此区域的层状结构中,使标示材料之间的距离变宽。
在焊缝中部,标示材料向背离焊缝中心迁移,且标示材料之间的距离变窄,如图中箭头F所示,E区标示材料分布比D区标示材料更密。这种分布表明,焊缝中部的层状结构受到拉伸,或者受到挤压使得层状结构中的基材以某种方式迁移出去。
在焊缝底部,标示材料仍向背离焊缝中心迁移,迁移距离小于焊缝中部标示材料迁移距离。这种分布表明,焊缝底部塑性材料向背离焊缝中心迁移,主要受探针端面的挤压,摩擦产热小,温度较低,所以迁移的空间较小。上述观察结果表明,焊缝上部塑性材料向焊缝中心迁移,焊缝中下部塑性材料向背离焊缝中心迁移。
2.4 横截面塑性材料迁移模型的建立
根据以上对焊缝横截面上塑性材料的迁移行为分析讨论,可建立横截面塑性材料迁移模型,如图7所示,整个焊缝塑性变形区上宽下窄,呈梯形分布。图中带箭头的曲线表示塑性材料的迁移路径和方向。当搅拌头高速旋转并沿焊缝中心缓慢前进时,焊缝上层的塑性材料主要受轴肩影响,随轴肩一起旋转,在外围未塑化金属的阻碍下,向焊缝中心迁移,如图中标记1所示;迁移至探针根部后,在轴肩和左旋螺纹下端面的压力下,塑性沿螺纹表面向下做螺旋迁移,如图中标记2所示;迁移至底部受到垫板的阻碍后,开始呈发射状向四周迁移,遇到四周未塑化金属的阻力,开始向上迁移,如图中标记3所示。由以上分析可知,塑性材料在厚度方向上形成一个连续迁移的循环路径。在整个循环路径中,带螺纹的探针类似于水泵一样,不断地将探针根部的塑性材料从焊缝表面汲取至焊缝底层,对塑性材料在厚度方向上的迁移起了主要驱动作用。
3 结论
(1)在焊缝横截面上,探针附近的塑性材料沿带左旋螺纹的探针表面从焊缝表面螺旋迁移至焊缝底部,从四周向焊缝表面迁移,在厚度方向上形成一个连续迁移的循环路径。
(2)在焊缝横截面上,塑性变形的区域并关于焊缝中心不对称,塑性材料在焊缝中心形成类似于倾斜“花瓶”状的形貌。
(3)在焊缝横截面上,从焊缝表面向下,塑性变形区宽度逐渐减小,前进边塑性材料向焊缝表面迁移的距离小于返回边,前进边塑性变形区宽度小于返回边。
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摩擦学行为 篇4
一、企业策略行为与国际贸易摩擦的形成机理
研究企业策略行为可以从市场和非市场两方面进行, 从而分别通过企业市场策略行为和非市场策略行为了解企业行为策略与国际贸易摩擦的形成机理。
1. 企业市场策略行为与国际贸易摩擦的形成机理。
企业在国际贸易的大形势下面对外国企业进入国内市场的局面, 采取了一些市场策略, 这些策略分别从产品、资源供应、经营等方面帮助企业提高国内竞争力的同时, 也与国际贸易形成了摩擦, 阻碍了国际经济的发展。 (1) 企业在产品方面的行为策略与国际贸易摩擦的形成机理。国际企业在进入中国市场时, 根据中国人的经济条件在市场投入了大量的低档产品, 这些产品普遍价格较低, 使一些企业的利益减少。面对这种情况, 一些企业采取了生产低质量低价格的产品进行竞争, 与外国企业打起了价格战。还有一些公司通过模仿外国产品进行获利, 使得中国的山寨产品层出不穷。这些质量差的产品也进入国际市场, 在一些国家受到了抵制。这些企业产品方面的行为策略造成了经济的恶性循环, 形成了与国际贸易的摩擦。 (2) 企业在资源供应方面的行为策略与国际贸易摩擦的形成机理。由于自然资源是有限的, 所以资源的竞争对企业来说是至关重要的。一些本地企业为了保证供应商的资源只为自己所用, 签订了长期的合作合约, 形成对市场资源的垄断, 来防止其他企业的进入。而国外一些资金充足的企业面对这种情况往往会自己建立起资源供给的路径, 反过来对供应商进行资源垄断。无论哪种垄断对发展市场经济都是有局限性的, 在经济危机时造成企业倒闭的几率也较大。这些企业在资源供应方面的行为策略与国际贸易形成了摩擦, 不利于社会经济的发展。 (3) 企业在营销方面的行为策略与国际贸易摩擦的形成机理。国际企业在进入中国市场时, 带来了不同于本土企业的营销方式。不同的营销方式在面对中国市场时也产生了相应的摩擦。比如直销的模式远远不同于传统的销售模式, 其低成本的销售模式引起了国内行业的关注, 然而这种模式是有其相关的文化背景的, 在一些公司的非理性学习之下变成了传销。因此产生了一些企业对外国企业销售的误解与反感, 导致外国企业不得不进行传统销售模式的建立。另一方面, 学习了传销手段的本土企业也对市场经济发展起到了负面影响。这些企业间的营销模式互相干扰, 阻碍了国际贸易的发展, 彼此的行为策略与国际贸易也产生了一定摩擦。
2. 企业非市场策略行为与国际贸易摩擦的形成机理。
对于企业来说, 成功不仅仅取决于市场力量, 也需要靠非市场力量的帮助。怎样在知识产权获取、政务帮助、企业联盟和社会影响力等方面取得成功, 也是企业制定行为策略的考虑因素。同样, 企业在非市场策略行为方面也会与国际贸易产生一定的摩擦。 (1) 企业在知识产权方面的行为策略与国际贸易摩擦的形成机理。由于我国在入世以前对知识产权的概念较弱, 国外企业进入后与本土企业之间对知识产权的争夺较为激烈, 企业也产生了知识产权方面的行为策略进行获利。一方面在一些企业的知识产权较弱的时候, 自己的品牌被外国企业纳入, 这些外来企业将别人的品牌和技术变成了自己的知识产权, 引起了本土企业对其进行市场攻击。另一方面, 国内的知识产权法律不健全, 国外企业在本土发展时, 自己的品牌被多家企业变相模仿盗用, 在得不到法律约束的情况下, 使得这些企业在本行业的竞争力下降, 经济发展缓慢。企业之间对于知识产权方面的不良行为策略, 遏制了企业的经济发展, 与国际贸易之间产生了摩擦。 (2) 企业在争取政府帮助方面的行为策略与国际贸易摩擦的形成机理。任何企业的繁荣发展都离不开政府的支持与帮助。在面对地方有限市场的情况下, 外来企业与本土企业在争取政府帮助的方法上展开了博弈, 制定了各种各样的行为策略。比如一些企业为了放宽行业标准, 用对地方政府资金资助或是人员收买等行为获得政府的许可。这样的竞争给行业内的其它企业带来了危机, 使得其它企业经济发展受到抑制。还有一些地方企业采用保护本土企业的策略来获得政府支持, 打着政府专用的旗号在行业内做不正当的竞争。企业对争取政府帮助方面的一些行为策略其实是对其他企业的一种打压策略, 给国际贸易的发展带来了阻碍, 也与国际贸易间产生了摩擦。 (3) 企业在联盟方面的行为策略与国际贸易摩擦的形成机理。每个国家的行业发展状态都是不同的, 一个地区行业中的企业发展状态是大致相同的。因此, 在外来企业进入时, 当地同一行业的企业会感受到共同的压力, 常常会进行联盟, 进而抵制外来企业的进入。而外来企业的文化背景不同, 常常也无法融入当地行业的发展, 只好和其他外企形成联盟抵制本地企业的打压。这种企业联盟的形成实际上只会造成经济发展的僵局, 增加企业间的摩擦, 阻碍国际贸易的发展。因此, 企业在联盟方面的一些行为策略与国际贸易形成了摩擦。 (4) 企业在社会影响方面的行为策略与国际贸易摩擦的形成机理。企业的社会影响力会直接影响到企业的产品销售和人员招聘。一些企业在社会影响方面的行为策略的制定, 常常是以不了解行业情况的社会群众为对象的。比如电子行业的一些外企, 无论什么产品都对外宣称其技术领先于中国, 引起人民群众对中国电子产品的排斥, 使得一些技术好的本土企业经济受到了抑制。另一方面, 针对人民群众对外企管理模式的不了解, 同时也为了人才的竞争, 一些本土企业对类似日企的一些企业形象进行抹黑, 大力宣传对方的负面消息, 给外企造成了招工难的困境。这些互相刁难的企业行为策略, 只会增加企业间的矛盾, 增加与国际贸易的摩擦。
二、企业策略行为与国际贸易摩擦的治理途径
企业策略行为与国际贸易的摩擦严重影响了全球经济的发展, 由于摩擦来自于市场和非市场两方面, 因此, 治理企业策略行为与国际贸易摩擦的途径也可以从这两方面来找寻。
1. 企业市场策略行为与国际贸易摩擦的治理途径。
针对企业在市场上各方面的策略行为与国际贸易产生的摩擦, 同样需要从市场上的各个途径去治理, 从而保证国际贸易市场的稳定发展。 (1) 提高市场产品质量的治理途径。无论是为了提高大众的生活质量, 还是为了减少贸易摩擦和保证市场的良性竞争与发展, 提高市场产品的质量都是一种科学的治理途径。通过政府对产品质量的严格把关, 让企业了解到价格战只会使企业遭受损失, 保证产品质量才是企业长久发展的硬道理。另外政府要对低质量产品的出口进行限制, 减少国际上对外来产品的抵制力量。再者, 政府应该设立奖项鼓励企业对高质量产品的开发, 引领企业提高市场产品的质量。企业间对提升产品质量的良性竞争, 能为治理企业市场策略行为与国际贸易摩擦提供力量。 (2) 完善资源供给体制的治理途径。虽然中国的资源广阔, 但是合理的资源供给才能保证资源的长期利用。一方面, 一个企业应该拥有多地区的供应商, 不能进行一个供应商的资源垄断。而一种资源也不能只有一个开发商, 这样就保证了资源不被垄断, 充足的资源供给防止了企业间对资源的掠夺争抢。另一方面, 为了保证资源的合理利用, 每个企业和供应商使用的资源越多, 就需要对政府缴纳更多的税收, 这样也可以防止企业对资源进行囤积, 保证行业中其他企业的资源供给。因此, 完善资源供给的体制, 是减少企业市场行为策略与国际贸易摩擦的合理途径。 (3) 规范企业营销方式的治理途径。企业的销售对于企业获利起着至关重要的影响。因此, 企业间的销售竞争是引起企业摩擦的重要因素。企业在进行销售前要做好行业的调查, 明确行业规范, 保证自己的营销方式符合行情。对于不和理的企业营销方式, 政府要及时制止, 勒令其停业整顿, 保证行业内其他企业的基本利益。因此, 规范企业营销方式, 对减少企业摩擦和企业市场行为策略与国际贸易摩擦起到了积极的作用。 (4) 开发企业新市场的治理途径。本地企业之所以产生各种市场行为策略, 往往是因为感受到同一市场上越来越多的国际竞争者给予的压力。而国际企业面对本地企业的压力, 也产生了相应的市场行为策略。在这些企业互相打压下, 才有了企业市场行为策略与国际贸易的摩擦。想要减少这种摩擦, 则需要减轻本地企业所承受的市场压力。开发本地企业的新市场可以分担企业对现有市场的注意力, 扩大企业的规模, 甚至帮助本地企业登上世界经济的舞台。只有不断开发新市场让企业看到广阔的发展前景, 才能让企业自主减少市场行为策略与国际贸易的摩擦, 积极的参与到全球经济一体化的建设中。
2. 企业非市场策略行为与国际贸易摩擦的治理途径。
根据企业与国际贸易产生摩擦的非市场策略行为研究知道, 对企业与国际贸易摩擦的治理, 可以通过健全知识产权法律法规、转变政府职能等方面。 (1) 健全知识产权法律法规的治理途径。为了避免企业间对知识产权的恶性竞争, 一方面要建立完善的知识产权鉴定机构, 制定合理的法律法规, 避免盗取他人知识产权的现象发生。另一方面建立对盗版和模仿他人品牌的企业严格惩处的制度, 打消企业对知识产权的轻视态度。总之, 通过保护企业的知识产权, 建立完善的知识产权法律法规, 可以减少企业间的摩擦, 达到对企业非市场行为策略与国际贸易摩擦的治理。 (2) 转变政府职能的治理途径。企业为了获取政府帮助而实行的行为策略与国际贸易摩擦的治理, 需要通过转变政府职能来实现。建立对政府监督的组织机构, 可以推动政府职能的转变, 使得政府严格管理企业遵守行业标准的同时, 更公平的选择企业进行支持帮助。另外, 政府职能的转变还可以对不正当竞争的市场进行清理和监督。所以, 转变政府职能是治理企业非市场行为策略与国际贸易摩擦的良好途径。 (3) 企业联盟国际化的治理途径。打破本地企业的联盟, 让本地企业看到与国际企业联盟的好处, 是保证企业在国际范围内互相帮助的途径。不同国家的企业在行业发展中有着各自的优势, 将这种优势结合既能促进国际经济的发展, 也能减少企业间的摩擦。因此, 促进企业联盟的国际化, 对于消除企业在企业联盟方面的行为策略与国际贸易的摩擦有着积极的影响。 (4) 保证企业积极正面的社会影响的治理途径。只有避免企业对竞争对手的恶意宣传, 保证企业积极正面的社会影响, 才能减少企业间的恶性竞争。一方面对于恶意抹黑对手的企业要建立严格惩处的法律制度, 对企业的行业道德加以管束。另一方面, 加大对媒体的管制, 减少对企业不实的负面消息报道, 保证企业的正面形象的树立。通过对企业社会影响的治理, 促进企业间的和谐发展, 减少企业行为策略与国际贸易的摩擦。
三、结论
全球经济的一体化现象导致了企业行为策略与国际贸易的摩擦产生, 本文通过企业市场行为策略和非市场行为策略两方面对摩擦的形成和治理做了简单的分析。然而随着经济的发展, 企业行为策略与国际贸易摩擦的形成机理也会随之变化, 面对这种情况, 广大的国际贸易研究者只有不断的对摩擦形成机理进行探讨, 找出摩擦的治理途径, 才能保证世界经济的长久稳定发展。
参考文献
[1]陈诗阳.企业策略行为与国际贸易摩擦的形成机理及治理路径[D].复旦大学, 2009.
[2]闫克远.中国对外贸易摩擦问题研究——基于结构的视角[D].东北师范大学, 2012.
摩擦学行为 篇5
钢铁基表面复合材料不仅具有钢铁的优点,还具有增强相的性能,目前已在冶金、矿山电力、航空航天、电子、汽车等领域得到了广泛运用。钢铁基表面复合材料比整体复合材料成本低,综合性能更好,且制造工艺简单,更能有效地发挥两者的优势,更适用于仅在表面承受磨损、冲击、腐蚀等作用的工件[1,2]。
碳化物陶瓷强度高、硬度高,与基体润湿性良好,抗磨损性能优异,很适合作为钢铁基表面复合材料的增强体。如WC颗粒增强钢基表面复合材料具有较优异的抗磨损性能,在200 ℃时表现为黏着磨损和疲劳磨损,在 300～600 ℃时为氧化磨损和疲劳磨损,其磨损过程为氧化与剥落交替进行的动态磨损[3];SiC陶瓷/高铬铸铁复合材料的耐磨性优于SiC陶瓷/高锰钢复合材料,但SiC陶瓷/高锰钢复合材料的界面结合更好[4];激光涂覆Fe - SiC复合材料硬度越高、耐磨性越好,但摩擦系数却随着SiC含量的增加而增加[5];TiC颗粒增强的铁基复合材料与基体及FeCrBSi熔覆层相比,其耐磨性更好、摩擦系数更低[6]。
碳化钽(TaC)硬度为1 800 HV,熔点达3 740～3 880 ℃,弹性模量为371～389 GPa,是钢铁基表面复合材料的理想增强体[7,8]。由于TaC与铁的密度相差较大,采用传统的工艺难以与钢铁基体复合。为此,本工作采用原位反应,充分利用Ta与C原子之间的高效反应及结合效率,制备碳化钽/灰铸铁(TaC/Fe)表面复合材料,分析了其组织形貌特征,研究了其摩擦磨损行为及机理。该工艺克服了传统表面复合材料制备工艺复杂、与基体结合力差及成本高等问题。
1 试 验
1.1 TaC/Fe复合材料的制备
以纯度为99.95%的Ta板和HT300灰铸铁为试材,以提供原位反应过程中所需要的Ta原子和C原子,具体过程如下:
(1)将Ta板用超声波酒精清洗30 min后烘干,裁剪成10.0 mm×10.0 mm×0.2 mm,并固定于15 mm×10 mm×10 mm的石墨坩埚中;
(2)将HT300灰铸铁熔融于1 400～1 430 ℃时浇注到石墨坩埚内,与Ta板复合后,在石英砂中迅速冷却后脱型清理,即得到Ta板 - HT300复合预制体;
(3)将复合预制体放入GSL - 1400型管式电阻炉石英管,通入200 mL/min的高纯氩气进行保护,以5 ℃/min的速度升温至1 160 ℃,保温60 min后随炉冷却[9],即得到以灰铸铁为基体的TaC/Fe表面复合材料,线切割成4.0 mm×4.0 mm×3.0 mm备用。
1.2 磨损试验
在自行设计的HT - 1000摩擦磨损试验仪上进行干摩擦磨损试验,其原理见图1:将复合材料试样固定于夹具下方,摩擦副45钢固定于圆盘中心,在夹具上方加载荷。试验中,试样、夹具保持静止,摩擦副随圆盘做圆周运动,与试样对磨。试验参数:电机频率5 Hz,圆盘转速为280 r/min,时间30 min,温度25 ℃,相对湿度为60%～70%,外加载荷分别为5,10,15,20 N。
1.3 测试分析
(1)形貌
用4%(摩尔分数)硝酸酒精溶液对TaC/Fe表面复合材料进行腐蚀后用VEGA 3TESCAN型含能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)观察其显微形貌、分析其成分。
(2)摩擦学性能
利用摩擦磨损试验仪自带的测试软件测试不同时间点的摩擦系数;每次试验后称量试样的质量并计算磨损量。
2 结果与讨论
2.1 TaC/Fe表面复合材料的形貌及成分
图2为TaC/Fe表面复合材料的微观形貌。由图2可知:(1)表面复合材料组织结构均匀,为典型的梯度复合,增强相颗粒由外到内呈梯度分布,增强区与基体之间过度良好,没有明显的结构缺陷;(2)增强区可分为2层,A层增强相颗粒密度较大,分布较均匀,增强相颗粒多呈现规则的长方体形状,B层增强相颗粒密度较小,分布均匀,增强相颗粒为长方体和正方体,增强区与基体之间为良好的冶金结合;(3)增强体TaC颗粒尺寸细小(<1 μm),均呈现出较规则的形状,结晶完整。
表1为增强区B层中长方体增强体和正方体增强体的能谱分析结果。由表1可知,增强相颗粒中主要存在Ta和C原子,比例接近1 ∶1,说明增强相颗粒均为TaC。
2.2 摩擦系数及磨损量
不同载荷下,TaC/Fe表面复合材料的摩擦系数见图3。由图3可知:前10 min,各载荷下摩擦系数有一定的波动,无规律性;在10 min的磨合期之后,摩擦系数趋于稳定;在10～30 min的稳定期内,摩擦系数波动较小,随着载荷的增加,摩擦系数逐渐下降,下降速度逐渐变缓;在5,10,15,20 N的载荷下,平均摩擦系数分别为0.31,0.25,0.21,0.19。
以上结果的形成原因如下:
在摩擦的初始阶段,对磨面的粗糙度较大,真实接触面积小且分布不均匀,导致摩擦系数不稳定;随着摩擦的进行,对磨面粗糙度逐渐减小,对磨面的真实接触面积增大,经过一段时间后,对磨面的粗糙度不再明显变化,真实接触面也趋于稳定,磨损进入稳定阶段,摩擦系数趋于稳定。
经过一定时长的初始阶段后,试样与摩擦副之间的真实接触面积以及单位面积上的压力相对平稳[10],由摩擦系数公式μ=f/F可知,摩擦系数μ与载荷F和摩擦力f有关,而f与摩擦副的真实接触面积Ar成正比: f=k1·Ar。又根据赫兹接触理论Ar=k2·F2/3(F为载荷)可以得出μ=k1·k2·F-1/3。由此可见,摩擦系数随着载荷的增加而下降。
不同载荷下,TaC/Fe表面复合材料的磨损失重见图4。由图4可知,TaC/Fe表面复合材料的磨损量随载荷的增大而增加:在5,10 N下,磨损量的增加较为平缓;15,20 N下,磨损量明显增加;磨损量整体较低,4种载荷下磨损量分别只有0.000 9,0.002 1,0.007 2,0.010 8 g。
黏着磨损是摩擦磨损中最基本的磨损形式,理想状态下同种材料的磨损系数k和硬度H为定值,根据黏着磨损公式undefined可知,体积磨损率ω与载荷F成正比[10]。本工作中由于磨损机制不仅仅为黏着磨损,从而使其摩擦系数k不为常数,故磨损量与载荷之间的关系呈现出如图4的变化规律。
2.3 磨损形貌及机理
复合材料表面的磨损形貌能直接反映出该材料的磨损特征行为,是判定磨损机制最直接、主要的依据[11]。图5为复合材料在不同载荷下的磨损形貌。由图5可知:载荷为5 N时,复合材料表面有明显的层片剥落坑和轻微的磨痕,部分地方还有黏着的片状磨屑,表现为典型的黏着磨损状态;10 N时,磨损表面呈现出均匀分布的犁沟,还有少量的剥落坑,表现出明显的磨粒磨损特征;20 N下,复合材料磨损表面除有少量的犁沟和剥落坑外,还有鳞片状的疲劳剥落,是疲劳磨损导致的,磨损表面除了有TaC颗粒拔出留下的坑洞外,还有部分碎裂的TaC颗粒和裂纹,此裂纹主要出现在TaC颗粒与基体结合处及坑洞周围。
由此可知,无论载荷多大,以上几种磨损机理同时存在,其原因如下:(1)复合材料中HT300灰铸铁与45钢摩擦副材质相近,具有相似的特性,摩擦过程中易形成黏着点,摩擦力的长时间作用使黏着点扩展为黏着面,摩擦力的反复作用使黏着面脱落,形成片状的脱落坑,脱落的片状磨屑停留在磨损表面,由于高硬度的TaC颗粒对基体有微切削作用,在其上留下了轻微的磨痕;(2)HT300灰铸铁硬度不高(约200～300 HV0.5 N),弹性模量低,抵抗外力能力差,摩擦开始时,表面发生弹性形变,使复合材料中部分TaC颗粒脱落并随着试样的转动而移动,在载荷的作用下,复合材料表面留下深浅不一的犁沟;(3)在磨损过程中,磨损表面接触压力随转动的方向、时间而不断变化,TaC颗粒具有微切削作用,使表面发生微量塑变,塑性降低。缺陷部位的应力集中将产生裂纹源,在表面扩展累积,从而导致磨损表面因摩擦力作用而脱落,由于磨损速率不大、磨损时间不长,表面仅仅有形成疲劳磨损的趋势,还未形成明显的疲劳磨损;(4)在磨损过程中,由于载荷的作用,复合材料发生形变,当超过弹性形变的临界值时,发生塑性形变,在颗粒及坑洞周围的产生微裂纹,同时因颗粒中存在缺陷,在载荷的作用下,内部由缺陷导致的裂纹迅速扩展而断裂,呈现出部分颗粒碎裂的情况[12,13]。
3 结 论
(1)原位反应制备的TaC/Fe表面复合材料组织结构均匀,增强区呈现明显的梯度分布。增强区分为TaC颗粒分布均匀、密度较大、颗粒多呈规则的长方体形状的A层和TaC颗粒分布均匀、密度较小、增强体与基体灰铸铁之间为良好的冶金结合的B层。
(2)TaC/ Fe表面复合材料增强区的摩擦系数随着载荷的增加而下降,且下降趋势变缓。磨损量随着载荷的增加而增大,但磨损量较小。