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滑移区内焊接接头金属和堆焊层金属微动磨损特性研究

屈金山  
【摘要】: 微动是接触表面间发生的振幅极小的相对运动。微动常引起接触表面间的摩擦、磨损,使材料损失和构件尺寸变化以及构件咬合、松动、加速疲劳裂纹的萌生和扩展,使构件的疲劳寿命大大降低,微动已成为大量关键零部件失效的主要原因之一。许多研究者对常用的金属材料以及各种新材料进行了大量的试验研究,探讨微动的损伤机理、影响因素以及防护措施等。但对于微动条件下焊接接头金属或堆焊层金属微动磨损特性的研究尚未见文献报道。因此,开展焊接接头金属和堆焊层金属的微动磨损特性研究,对更全面地表征焊接接头金属或堆焊层金属的微区性能具有重要的实际意义。 本文作者在高精度电液伺服式微动磨损试验装置上进行了金属材料(16Mn、1Cr18Ni9Ti、Domex 700MC)焊接接头金属和堆焊层金属(基体材料A3钢,堆焊焊条为CHR322;基体材料45#钢,堆焊焊条为CHR207、CHR227和CHR237)的微动试验。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、表面轮廓分析仪、共焦激光扫描显微镜以及电子能谱等对微动磨痕进行微观分析,研究了焊接接头金属和堆焊层金属的微动磨损特性。完成的主要工作和获得的主要结论如下。 1.焊接接头金属的微动磨痕宏观形状为长、短轴尺寸接近的“椭圆”形,其长轴与微动滑移方向平行。同一焊接接头的焊缝或焊接热影响区不同位置金属的微动磨痕形貌存在差异。焊接接头不同部位金属磨损最大深度、磨痕面积存在差异。对于16Mn钢双丝埋弧焊接头,焊缝和焊接热影响区金属磨痕面积差异不显著,但磨损最大深度差异较显著。1Cr18Ni9Ti不锈钢焊接接头的焊缝区金属磨痕最大深度差异不显著,但磨痕面积差异显著;焊接热影响区金属磨痕最大深度差异显著,而磨痕面积差异不显著。对于Domex700MC接头,焊缝和焊接热影响区金属磨痕面积差异较小,磨损体积和磨损最大深度差异较大。 2.焊缝和焊接热影响区不同位置金属的摩擦系数与循环次数的关系曲线具有相似的形状。摩擦系数开始时增长较快,到达峰值后下降,最终趋于稳定值。焊缝和焊接热影响区金属摩擦特性曲线呈准平行四边形。耐磨损性能较好的金属的摩擦系数曲线位于图中最右侧。 3.在焊缝和焊接热影响区金属微动磨痕表面上观察到与滑动方向垂直或成不同角度的微裂纹,这些微裂纹扩展、相交后导致金属脱落,形成边缘呈不规则形状的凹坑。金属脱落后形成的凹坑有利于新的微裂纹形成。焊缝和焊接热影响区金属磨损时形成的磨屑是分层、块状脱落的。 4.焊缝和焊接热影响区金属每次微动循环消耗的能量随循环次数的变化规律为:随着循环次数增加,消耗的能量由低到高,到达峰值后降低,最后趋于稳定值。最大的准平行四边形曲线包围的面积对应于微动过程中最高的消耗能量。 5.采用不同类型焊条进行堆焊获得的堆焊层金属具有不同的微动磨损特性。堆焊电流影响堆焊层金属的微动磨损性能,随着堆焊电流的增加,微动摩擦系数随循环次数变化的曲线向右移动。与基体金属的耐磨损性能比较,堆焊层金属的耐磨损性能更好。基体金属对堆焊层金属性能的影响可用参数熔合比来表征。基体金属在堆焊过程中熔化的数量将影响堆焊层金属的微动磨损特性。另一方面,随着堆焊层数的增加,基体金属对熔敷金属性能的影响逐渐降低。


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