由配副硬度差確定摩擦副最佳配副組合的試驗

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1、第27卷第5期河南科技大學學報:自然科學版Vol.27No.52006年10月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology:NaturalScienceOct.2006文章編號:1672-6871(2006)05-0005-04由配副硬度差確定摩擦副最佳配副組合的試驗孫樂民,李愛娜,侯明(河南科技大學材料科學與工程學院,河南洛陽471003)摘要:以自行火炮某關鍵件摩擦副所用材料45CrNi鋼為研究對象,考察了該材料在原始態(tài)、淬火態(tài)、530℃回火態(tài)、380℃回火態(tài)4種不同熱處理狀態(tài)下互相配副時的干滑動摩擦磨損行為。研究了配副硬度

2、差與磨損率的關系,根據這種關系確定了最佳配副組合。結果表明:在盤比銷硬時,具有最小磨損率的摩擦副組合為380℃回火盤/原始銷,但速度在1.33m/s時的最佳配副為淬火盤/原始銷;當銷比盤硬度大時,最佳配副組合為原始盤/淬火銷。關鍵詞:45CrNi鋼;磨損率;硬度差;摩擦副中圖分類號:TG115.58文獻標識碼:A0前言[1]按照傳統(tǒng)的摩擦學理論,在摩擦接觸過程中,粘著與切削2種機制共同存在。摩擦條件的改變將改變其中之一所占的比重。摩擦熱將通過影響摩擦表層材料的狀態(tài)、接觸表面膜行為等因素而對兩種[2-4]機制產生影響,最終導致摩擦副摩擦學特性的變化。但是對于切削機制本身,摩擦副

3、雙方硬度差別將影響粗糙摩擦表面突出峰相互壓入的深度及相互切削時切削阻力的大小,從而也將對摩擦副的摩擦[5-8]學特性產生影響。為此,本文研究了硬度差對配副組合的影響,擬通過對配副硬度差與磨損率之間關系的研究找出最佳配副組合,從而達到僅僅變化配副組合就能達到減磨抗摩的效果,為實際工程應用中選擇最佳配副組合提供理論和試驗依據。1試樣制備及試驗方法干摩擦磨損試驗在自制的銷盤式干滑動摩擦磨損實驗機上進行。銷試樣與盤試樣材料均為45CrNi,銷試樣尺寸為<20mm×22mm,盤試樣尺寸為<140mm×10mm。銷/盤試樣通過采用不同的熱處理而得到4種不同的硬度(見表1),經全排列組合成

4、16種配副(見表2),然后進行磨損試驗,磨損時間為1min。磨損量采用稱量法獲得,磨損試驗前后使用精度為1mg的電子天平稱量銷試樣,質量差即為銷試樣的磨損量。磨損率定義為單位距離的磨損量,計算公式如下△WW/(mg/m)=2πRtn式中ΔW為磨損質量損失,mg;R為銷試樣中心與盤試樣旋轉軸中心的距離,m;t為磨損時間,s;n為盤試樣的轉速,r/min。表145CrNi銷/盤熱處理工藝及熱處理后硬度值原始銷/盤530℃回火銷/盤380℃回火銷/盤淬火銷/盤采用820℃油淬后530℃采用820℃油淬后380℃熱處理工藝未經熱處理820℃油淬后空冷回火20min,后空冷回火30mi

5、n后空冷,熱處理后硬度HRC12.736.145.557.72試驗結果與分析2.1配副硬度差與磨損率之間的關系圖1、圖2為不同參數狀態(tài)下16種配副的磨損率與配副硬度差之間的關系。無硬度差即盤/銷試基金項目:河南省杰出青年科學基金項目(0412002100)作者簡介:孫樂民(1965-),男,河南南陽人,副教授,博士,主要從事摩擦磨損方面的研究.收稿日期:2006-03-16·6·河南科技大學學報:自然科學版2006年樣為同種熱處理狀態(tài),按理表2不同銷、盤所組成配副的對應關系想狀況近似認為盤/銷配副配副具體配副組合配副具體配副組合之間無硬度差;如對淬火盤Ⅰ-1原始盤-原始銷Ⅲ-

6、1380℃回火盤-原始銷來說與其配副的小硬度差Ⅰ-2原始盤-530℃回火銷Ⅲ-2380℃回火盤-530℃回火銷Ⅰ-3原始盤-380℃回火銷Ⅲ-3380℃回火盤-380℃回火銷銷試樣即為380℃回火銷,Ⅰ-4原始盤-淬火銷Ⅲ-4380℃回火盤-淬火銷而與其硬度差最大的為原Ⅱ-1530℃回火盤-原始銷Ⅳ-1淬火盤-原始銷始銷。由圖1可知:在速度Ⅱ-2530℃回火盤-530℃回火銷Ⅳ-2淬火盤-530℃回火銷為0.98m/s、載荷小于Ⅱ-3530℃回火盤-380℃回火銷Ⅳ-3淬火盤-380℃回火銷1127MPa時,配副硬度差最Ⅱ-4530℃回火盤-淬火銷Ⅳ-4淬火盤-淬火銷小和配副

7、硬度差最大的銷試樣均較硬度差處于中間狀態(tài)的磨損率更小;載荷達到1.27MPa時,無硬度差的配副也表現出了較大的磨損率,因為同種組織金屬的親和能大,互溶性也大,其粘著磨損傾向更大。當速度增加到3.34m/s時(見圖2),無硬度差配副銷試樣的磨損率在載荷為0.78MPa就已經表現出了較大的磨損率,說明載荷和速度的增加都將增大同種組織狀態(tài)材料的粘著磨損傾向。綜合兩圖可以得出結論:速度為0.98m/s載荷小于1.27MPa時配副硬度差最小與配副硬度差最大的配副其銷試樣有較小的磨損率;當速度達到3.34m/s時,