不同温度对碳纤维复合材料及钛合金微动磨损性能的影响

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yukeno1
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碳纤维复合材料(CFRP)及钛合金是航空航天领域中广泛应用的材料,其中CFRP作为飞行器的结构材料常暴露在低温环境中,钛合金作为航空发动机的结构材料常面临高温工况。微动磨损是航空航天领域中常见的磨损现象,发生在近似紧密配合的表面间,会改变零件的原有尺寸,造成应力集中、改变配合精度,降低连接部位的可靠性,对飞行器的安全飞行造成隐患。基于此,本文基于FTM200摩擦磨损试验机,对CFRP及钛合金进行高低温下的微动磨损试验,通过正交试验方法研究温度等条件参数对材料微动磨损特性的影响。在FTM200摩擦磨损试验机上自行设计、加工、组装低温试验装置,采用半导体制冷实现了-45℃的低温试验条件。在不同的温度条件下对CFRP及TC21、TC4-DT两种钛合金进行微动磨损研究,评价了CFRP在低温下、钛合金在高温下的微动磨损特性,分析了磨损机理。研究结果如下:1.低温(-45℃)下CFRP的微动磨损试验结果表明:低温下CFRP的基体发脆,且基体与碳纤维的结合力增大,裂纹较易传递,摩擦系数与磨损量增大,CFRP在室温下的磨损机制以磨粒磨损为主,低温下以疲劳磨损为主。随着载荷增加,材料接触面积增加的速度大于载荷的增加速度,摩擦系数降低,同时载荷的增加使接触区域应力集中加剧,导致裂纹增多,磨损量增大。2.高温(150℃)下钛合金的微动磨损试验结果表明:高温下TC21的磨屑受热软化,形成磨屑层,摩擦系数减小,材料表面的氧化反应加剧,较易形成氧化膜,抑制了粘着磨损以及磨粒磨损,磨损量减小。TC4-DT受热软化后材料表面塑性形变及粘着现象增多,摩擦系数增大,材料表面的粘着磨损以及疲劳磨损加剧,磨损量增大。
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