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改善材料的传热条件是解决高速摩擦磨损性能衰退的重要手段之一。本文以导热能力较差的钛合金为研究对象,在高速干滑动摩擦条件下,在MMS-1G型高温高速摩擦磨损试验机上,研究了摩擦条件和导热能力对销试样温度、摩擦磨损特性以及摩擦面的显微组织的影响规律;探讨了在强制导热条件下磨屑形态与磨损特性的关系,以及盘试样的磨损行为;分析了在不同环境温度条件下TC4合金销试样的温度特性及摩擦磨损行为特性。应用扫描电子显微镜、X-衍射仪和透射电子显微镜分析了磨损形貌及摩擦面显微组织与结构的变化。研究结果表明:
1. 采用强制导热的方法降低了摩擦表面温度,延缓了材料摩擦磨损性能的衰退,拓宽了材料的应用范围,对于导热能力较差的TC4来说,强制导热组合销TC4-紫铜可以在更高的速度和载荷条件下使用。
2. 随着滑动速度和接触载荷的提高,导热能力不同的TC4销试样和TC4-紫铜组合销试样的摩擦系数均显著降低,磨损率均显著升高,摩擦表面温度均升高。但具有强制导热能力的TC4-紫铜组合销试样的摩擦磨损性能衰退程度比TC4销试样小,并且采用强制导热的TC4-紫铜组合销试样可以明显降低摩擦表面温度。
3. 盘试样的重量随着PV值由低到高呈现先增加后减少的规律,在PV值处于30~40MPa·m·s-1时盘试样出现了“零磨损”现象,材料的转移发生了变化,从销试样向盘试样转移变成从盘试样向销试样转移;磨损机制也发生了转变,从粘着磨损和二体磨粒磨损变成氧化磨损、剥层磨损和三体磨粒磨损。
4. 在低PV值的条件下(低于40MPa·m·s-1),生成的磨屑主要为片状TC4磨屑和卷曲或者褶皱状切削GCr15磨屑,在高PV值条件下(高于40MPa·m·s-1),生成的磨屑主要为片状TC4磨屑和黑色片状或者团球状氧化物颗粒。
5. 环境温度升高,销试样的温度梯度降低,摩擦产生的热向外界的传导能力变弱,摩擦表面温度也随即升高,材料的抗剪切能力降低,摩擦副的摩擦系数不断降低,磨损率也不断升高。在高温环境下流变层厚度稍微比室温时的大,次表层中的裂纹更多也更加细小,在高温环境下TC4的摩擦表面温度较高,摩擦磨损性能严重恶化,TC4不适用于在高温环境下使用。