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1、第一頁(yè)Abstract在理論和實(shí)踐的角度上，研究耐磨材料的疲勞強(qiáng)度問(wèn)題具有重要意義，去除材料磨損的兩種機(jī)制可以分別發(fā)生，也可以同時(shí)發(fā)生。在磨損和小角度沖蝕磨損中，起主導(dǎo)作用的是切削，選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn)是硬度。在磨料的沖擊磨損和不可逆變形的大角沖蝕磨損中，直接斷裂和低循環(huán)疲勞機(jī)制控制和材料的斷裂韌性占首要地位。本次實(shí)驗(yàn)的目的是確定和比較沖蝕磨損和沖擊磨損中的疲勞性能，研究高科技粉末材料PM 熱等靜壓工具鋼和傳統(tǒng)的耐磨鋼的表面疲勞，并且研究了沖蝕磨損和磨料的沖擊磨損率與材料表面的疲勞抗力之間的關(guān)系。1、roduction對(duì)耐磨材料疲勞強(qiáng)度的估算，特別是對(duì)含孔隙、有缺陷或者不均勻的粉末材料的估算，無(wú)

2、論是從理論和實(shí)踐的角度都是重要的。這些材料與所謂的“結(jié)構(gòu)脆性”材料是相關(guān)的，并且它們?cè)诓煌哪p條件下的性能可能是不可預(yù)知的。在沖蝕磨損和沖擊磨損的條件下，傳統(tǒng)的材料表面高硬度不一定能夠提供機(jī)械零件和工具的無(wú)故障運(yùn)行所需的耐磨性。去除磨損材料，是沖擊、循環(huán)加料和高接觸壓力的影響的循環(huán)加載和高接觸壓力導(dǎo)致的直接折斷或疲勞過(guò)程。因此，韌性和材料的疲勞強(qiáng)度和硬度參數(shù)一樣重要。眾所周知，在腐蝕中把測(cè)量的重量損失作為撞擊角度的函數(shù)時(shí)，韌性和脆性材料之間存在實(shí)質(zhì)性差異。由于陶瓷材料具有很高的強(qiáng)度和剛度，當(dāng)它在小角度撞擊顆粒時(shí)足以減輕劃痕和加工表面損傷。在大角度撞擊時(shí)，撞擊表面應(yīng)具有高韌性的彈性材料，并且能

3、夠承受反復(fù)變形。例如在裂紋迅速擴(kuò)展導(dǎo)致材料損失時(shí)，與陶瓷材料相比，鋼是首選。在沖蝕磨損和撞擊磨損中，當(dāng)撞擊角范圍較大時(shí)，材料必須具有相抵的性質(zhì)硬度和斷裂韌性。最后一句不會(huì)。如果材料硬度大于磨料，腐蝕的顆粒很難在硬目標(biāo)中發(fā)生塑性，彈性滲透和因能量向表面擴(kuò)散的程度取決于彈性模量。如果后者較高，彈性滲透現(xiàn)象減少。因此和比較磨料硬度一樣，彈性模量是影響硬質(zhì)材料耐磨性的重要的性能參數(shù)之一。在這些條件下，粒子的撞擊可能會(huì)導(dǎo)致增強(qiáng)金屬基和硬質(zhì)第二相粒子一個(gè)低周期的疲勞失效。如果磨料的硬度大于材料，將會(huì)發(fā)生下列過(guò)程：磨料顆粒向材料表面滲透，微切削或刨削，硬質(zhì)第二相粒子使小碎片無(wú)法脫離。第二頁(yè)由于脆性顆粒侵蝕主

4、要是由裂紋萌生和擴(kuò)展機(jī)制引起的，所以預(yù)期材料的斷裂韌度將會(huì)影響腐蝕速率。耐磨材料的韌性-硬度圖如參考文獻(xiàn).3中圖1.所示，結(jié)果表明，較低的斷裂韌性材料的磨損（腐蝕到 10MPam0.5 以下，硅），主要是由脆性斷裂（B 區(qū)）導(dǎo)致的，低硬度材料的磨損（小于磨料硬度）主要是由微切削引起的（A 區(qū)），當(dāng)具有更高的硬度和斷裂韌性時(shí)，表面疲勞為主（C 區(qū)）。本文意圖聯(lián)系試驗(yàn)中復(fù)合材料的固體顆粒侵蝕速率和材料指標(biāo)3,4。在模型中，硬度和斷裂韌性作為控制侵蝕的主要材料參數(shù)出現(xiàn)，高硬度能夠提高抗塑性變形，高斷裂韌性能夠提高抗斷裂性能。依據(jù)沖擊過(guò)程強(qiáng)度的大小，主體表面發(fā)生可逆或者不可逆的變形?？赡娴臎_擊過(guò)程在表

5、層只產(chǎn)生低于屈服強(qiáng)度的壓力，因此它們屬于彈性性質(zhì)。由于彈性變形，疲勞能夠引起材料移動(dòng)。然而，沖蝕磨損產(chǎn)生的磨損量常常低于不可逆變形產(chǎn)生的磨損量，而沖擊磨損產(chǎn)生的磨損量卻是相當(dāng)大的。在相當(dāng)?shù)偷淖冃魏?，material removal 過(guò)程開(kāi)始。i.e.，練習(xí)器磨料顆粒和磨損對(duì)象。然而，在磨料磨損中，表面屈服磨損是 material removal 機(jī)制之一。研究測(cè)試了耐磨材料在周期載荷和單調(diào)載荷下的疲勞性能。5.6 研究表明粘著磨損產(chǎn)生的斷裂和硬質(zhì)合金材料的疲勞是相似的-和沖蝕磨損和滑得磨損相比在粘結(jié)相中占主導(dǎo)地位。(extrumechanism) 為了ru測(cè)試耐磨材料的表面疲勞實(shí)施了一項(xiàng)特殊的

6、研究6 。The results werepresented as wearmaps of the tested materials and the relative wearof different material types were compared.（表面疲勞磨損和劃損比能之間的關(guān)系）（高錳鋼和耐磨鋼）本文研究了沖蝕磨損過(guò)程中的復(fù)合粉末材料的表面疲勞現(xiàn)象，和表面疲勞磨損過(guò)程中的沖擊磨損現(xiàn)象。2. Experimental2.1. Materials studied實(shí)驗(yàn)所研究的材料包括粉末冶金（PM）生產(chǎn)的材料和傳統(tǒng)的鋼（表 1）。這些材料通常用于許多需要抗磨料磨損和沖擊磨損的應(yīng)用。粉

7、末材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)如圖 2。2.2. Abrasive eroand impact wear testing為了研究耐磨性，測(cè)試了所研究材料對(duì)于磨料磨損（AEW）和沖擊磨損（AIW）的抵抗能力。Theat AEW was determined with the centrifugal acceleratorCAK-5 (Fig. 5) developed by Tallinn University of Technology (TUT).使用石英砂（粒徑0.10.3mm），以 80m/s 的速度和 90的撞擊角。離心式在設(shè)計(jì)時(shí)允許將腐蝕-液直接供給轉(zhuǎn)子，顆粒相對(duì)于試樣（總數(shù) 15）以所需的角度拋

8、在轉(zhuǎn)子的徑向通道，測(cè)試的持續(xù)時(shí)間取決于砂磨料的參數(shù)石英砂通常是 10min。用 4-5mm 花崗巖，速度為 60m/s 的 TUT 沖擊試驗(yàn)機(jī) DESI 決定 AIW 的耐磨性（圖 4），估算出的沖擊角度約為 90。Desegrator type impact tester(Fig. 5)consists of one rotor with impact membersfingers(16 fingers on row) with thespecimens fixed on them.6 頁(yè)研磨材料花崗巖砂礫在中心部分，從給定的刀刃部分移動(dòng)到?jīng)_擊區(qū)域。在 AIW 中體積磨損率 Iv（mm3/k

9、g）的計(jì)算方法如下：=1式中G試樣的質(zhì)量損失；實(shí)驗(yàn)材料的密度；M1沖擊一個(gè)試樣顆粒的質(zhì)量；相對(duì)耐磨抗力v 即為研究材料和對(duì)比材料（45 號(hào)鋼）的體積磨損率的比值，完成了所有對(duì)比材料和研究材料的測(cè)試后，試樣用和壓縮氣體，并且用誤差小于 0.1mg 的量具稱(chēng)量實(shí)驗(yàn)前后的重量，AEW 實(shí)驗(yàn)使用的沙礫總量是 3kg。一般來(lái)說(shuō)，5mg 的單一平均值用來(lái)表征磨損強(qiáng)度是足夠的如果這個(gè)要求沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，再測(cè)試更大程度的腐蝕。在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之前，試樣受到磨損在相同條件下實(shí)現(xiàn)恒定速度磨損機(jī)制。在一組試驗(yàn)中，至少三個(gè)試樣需要在相同條件下（粒子速度，沖擊角）去控制測(cè)試過(guò)程中的不穩(wěn)定性。在 AIW 中測(cè)試了一個(gè)試樣的質(zhì)量損失，

10、并且計(jì)算出研磨材料的磨損速率（單位是 mm3/kg）。相對(duì)體積的耐磨強(qiáng)度V 用于計(jì)算與 AEW 的相似度。2.3Surface fatigue testing為了研究表面疲勞磨損（SFW），應(yīng)用了產(chǎn)生重復(fù)應(yīng)力的測(cè)試系統(tǒng)（圖 6）。它由一個(gè)伺服理工大學(xué)生產(chǎn)的在材料表面材料試驗(yàn)機(jī)，8800 電子壓力機(jī)，一個(gè)丫頭，一個(gè)特殊的試樣夾和一個(gè)基座組成。壓頭是一個(gè)頂錐角為 120，半徑為 350m 的硬質(zhì)合金錐（維氏硬度為 1500HV）。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中一個(gè)新的壓頭用來(lái)減少壓頭磨損對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。試驗(yàn)流程是非常簡(jiǎn)單的：每個(gè)壓痕之后，試樣在距離一個(gè)面積為 6mm6mm（225 個(gè)接觸點(diǎn)）的矩形區(qū)域 400m

11、的位置運(yùn)動(dòng)。在 1500N 的載荷 30000 個(gè)周期的高頻率實(shí)驗(yàn)下研究材料的表面疲勞磨損。在模擬試驗(yàn)中，每個(gè)接觸點(diǎn)大約加 133 次載荷。認(rèn)為加載類(lèi)型是準(zhǔn)靜態(tài)的，每個(gè)加載周期的持續(xù)時(shí)間約為 3s。為了研究表面疲勞中的磨損機(jī)理，研究了 1500N 負(fù)載的單點(diǎn)加載。3. Results and discus3.1. Abrasive wear of materials表 2 給出了研究的沖蝕磨損和沖擊磨損的耐磨強(qiáng)度。為了揭示在 AEW、AIW 和 SEM 研究得到的材料特性，The wear surfaofthe PM MMC material (FeCr + VC) + (WC) and We

12、artec were investigated using SEMJEOL-840A at different magnifications。The surfaof MMC material and Weartec presented in Figs. 7 and 8weresubjected to erowith quartz sand particles of 100300m at the velocity of 80 m/sand impact angle 90.MMC 材料（結(jié)構(gòu)如圖 2a）包括大顆粒的碳化物嵌入鉻鋼相對(duì)較軟的基體，在實(shí)驗(yàn)材料之中具有最高的 AEW 強(qiáng)度。當(dāng)碳化物表面抵

13、抗腐蝕顆粒的尺寸和速度的影響，主要以一下兩種機(jī)制發(fā)生折斷：在基體由于微切削而被去除之后，碳化物變脆，在一定的沖擊之后，大的碳化物周?chē)慕饘倩w被去除，最后從材料表面分離。在一定的沖擊之后，碳化物顆粒直接折斷。在多重沖擊之后，尺寸與碳化物相當(dāng)切邊緣鋒利的磨料顆粒導(dǎo)致更小的碎片從碳化物顆粒分離，碳化物的表面變得凹凸不平。材料的侵蝕主要通過(guò)裂紋在徑向和沿著碳化物顆粒的晶向的方向形成而發(fā)生。因此，片狀碳化物將會(huì)被去除。The AEW of Weartec and matrix phase ofMMC can be explained mostly by plastic deformation mech

14、anism (microcuttingmechanism) (Fig. 7). At normal impact erodent particles have produced more cratersinstead of grooves. Nevertheless, in the AEW of Weartec the brittle fracturemechanism can be neglected as no cracks were detected from SEM images of erodedsurfa.在標(biāo)準(zhǔn)沖擊角下，AIW 的粉末材料機(jī)制與 AEW 相似。如圖 8，碳化鎢顆粒

15、直接發(fā)生折斷。（cr 鋼+VC）由于疲勞過(guò)程被去除；并且可以觀(guān)察到塑性變形現(xiàn)象。3.2. Surface fatigue wearSFW 實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)的材料和傳統(tǒng)鋼材的定量要依據(jù)試驗(yàn)之后測(cè)量出的質(zhì)量損失。材料的疲勞磨損現(xiàn)象以質(zhì)量損失和體積磨損（mm3）的多重磨損計(jì)算。然而，在 SFW 實(shí)驗(yàn)期間發(fā)生的質(zhì)量損失，對(duì)于材料的 SFW 抗力成反比例，并且 SFW 抗力的定量評(píng)估是很復(fù)雜的。盡管材料表面發(fā)生塑性變形并且原始的幾何平面發(fā)生嚴(yán)重，具有較高韌性的材料也不會(huì)明顯的質(zhì)量損失。SFW 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 3 所示。圖 9，圖 10 給出了粉狀材料的磨損表面的 SEM 圖像。如圖 9，圖 10 所示，材料的斷

16、裂在單加載和材料去除之后以較低的加載周期開(kāi)始（研究表面 n10），在相同的時(shí)間下當(dāng)周期數(shù) n50 以后，著名的 Hadfeld 耐磨鋼的材料去除開(kāi)始。在 SFW 模擬實(shí)驗(yàn)的條件下，the mass loss of Weartec was the least and the mass loss of MMC was the highest, exceeding others significantly. 圖 9，圖 10 所示的掃描電子顯微鏡的圖像，如圖 9，圖 10 解釋了這種現(xiàn)象發(fā)生的原因。在粘結(jié)劑沿壓痕邊界和硬質(zhì)粘結(jié)相發(fā)生一個(gè)或者少量缺口和裂紋之后，大的碳化物發(fā)生斷裂，最后碎片甚至整個(gè)碳化

17、物粒子將從接觸區(qū)除去。這意味著在 SFW 實(shí)驗(yàn)時(shí)使用的載荷太大會(huì)導(dǎo)致硬質(zhì)相的直接斷裂和粘結(jié)劑的分離（圖 9b）。MMC 的復(fù)合材料對(duì)疲勞敏感：裂紋發(fā)源于能夠觀(guān)察到大量缺口的粘結(jié)劑（圖 9a）。Weartec,只有小的碳化釩顆粒作為加強(qiáng)相（圖 2b），不會(huì)像對(duì) SFW 和 MMC 一樣敏感。雖然能在掃描電鏡上觀(guān)察到壓痕阿門(mén)上的裂紋，他們將會(huì)在實(shí)驗(yàn)后期出現(xiàn)。這些裂紋現(xiàn)在碳化釩相上出現(xiàn)，后再基體上擴(kuò)散（圖 10a）。除了垂直于表面的裂紋之外，平行于材料表面的裂紋也將出現(xiàn)。最終導(dǎo)致從表面上除去的薄片和碎片的形成。3.3. Correlation betn abrasive and surface fa

18、tigue wear確定 AIW-SFWing 磨損關(guān)系圖的繪制（圖 11）。AIW 的相對(duì)耐磨性與 AEW 相比較高。盡管具有的 SFW 實(shí)驗(yàn)結(jié)果，MCC 與 AIW 和 AEW 相比具有最高的相對(duì)耐磨性。The high AIWof Weartec is in correlation with SFW testresults (Weartec demonstrated the best result i).4.s沖蝕磨損中復(fù)合粉末材料(MMC and Weartec)在金屬基體中去除是微切削或者低循環(huán)直制碳化物顆粒分離的結(jié)果。在一定的沖擊之后，磨料的沖擊磨損使碳化物顆粒直接折斷并導(dǎo)致最后的去除。SP 生產(chǎn)材料的單獨(dú)表面疲勞磨損測(cè)試在模擬和單點(diǎn)加載下實(shí)現(xiàn)了粉末材料表面疲勞磨損