车轴钢表面渗氮-渗硫复合层的扭动微动磨损研究.pdf

　６６　　　　材料工程／２０１３年７期　车轴钢表面渗氮／渗硫复合层的　扭动微动磨损研究　　　　　—　ＴｏｒｓｉｏｎａｌＦｒｅｔｔｉｎｇＷｅａｒｏｆＳｕｌｆｕｒｉｚｅｄｎｉｔｒｉｄｅｄ　　　　　ＬａｙｅｒｓＰｒｅｐａｒｅｄｏｎＡｘｌｅＳｔｅｅｌ　　　　　　顾和根，蔡振兵，岳文，彭金方，朱曼昊　　　　　（１西南交通大学牵引动力国家重点实验室摩擦学研究所，成都６１００３１；　　　　　　　　　２中国地质大学（北京）工程技术学院，北京１０００８６）　—　　—　　　　　—　　　—　ＧＵＨｅｇｅｎ．ＣＡＩＺｈｅｎｂｉｎｇ，ＹＵＥＷｅｎ，ＰＥＮＧＪｉｎｆａｎｇ，ＺＨＵＭｉｎｈａｏ　　　　　　　　（１ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＴｒａｃｔｉｏｎＰｏｗｅｒＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，　　　　ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ；　　　　　　２ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎａ　　　　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｅｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）　　　　　　　　　　　摘要：通过对ＬＺＳ０车轴钢表面进行渗氮／渗硫复合处理，在其表面形成渗氮／渗硫复合层。在对复合层进行表征的基础　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—　　上，研究了复合层和基体在干态不同角位移幅值下的扭动微动磨损行为。结果表明：渗氮／渗硫复合层由ｅＦｅｚ。Ｎ，Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｆ。Ｎ，ＦｅＳ和ＦｅＳ相组成；复合层改变了ＬＺ５０钢的扭动微动运行区域，使得混合区减小，滑移区向小角位移方向移动；　　　　　　　　　　　　　　　由于高硬度的渗氮层支撑和渗硫层润滑作用，复合层的摩擦扭矩在部分滑移区和滑移区低于ＬＺＳ０钢；与ＬＺＳＯ钢相比，　　　　　　　　　　复合层的磨损程度明显降低，在部分滑移区损伤轻微，在混合区和滑移区，复合层的损伤主要表现为剥层，磨粒磨损和氧　　化磨损。　　　　　　　　关键词：摩擦磨损；微动磨损；扭动微动；渗氮／渗硫复合处理—　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１３．０７．０１３　　　中图分类号：ＴＨ１１７　　文献标识码：Ａ　———　文章编号：１００１４３８１（２０１３）０７００６６０７　—　　　　　　　　　　　——　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｓｕｌｆｕｒｉｚｅｄｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙｅｒｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＬＺ５０ｓｔｅｅｌｂｙｓｕｌｆｕｒｉｚｅｄｎｉｔｒｉ　　　　　　　　—　　　—　ｄｅｄｄｕｐｌｅｘＤｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｂａｓｅｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｕｌｆｕｒｉｚｅｄｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙｅｒｓ，ｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎａｌｆｒｅｔ　　　　　—　　　　　　　　　　　　ｔｉｎｇｗｅａｒｔｅｓｔｓｏｆｔｈｅｓｕｌｆｕｒｉｚｅｄｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙｅｒｓａｎｄＬＺ５０ｓｔｅｅｌｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎｄｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｕｎｄｅｒ　　　　　　　　　　—　—　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｏｒｓｉｏｎａ１ａｎｇｕｌａｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｍｐｌｉｔｕｄｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈｅｓｕｌｆｕｒｉｚｅｄｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙ　　　　　　　　　　　　　　　　　—　ｅｒＳｗｅｒｅｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆ￡一Ｆｅ２３Ｎ，７Ｆｅ４Ｎ，ＦｅＳａｎｄＦｅＳ２ｐｈａｓｅｓ．Ｔｈｅｆｒｅｔｔｉｎｇｒｅｇｉｍｅｓｏｆｔｈｅｓｕｌｆｕｒｉｚｅｄ　　　　　　　　　　　　　　　ｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙｅｒｓｗｅｒｅｃｈａｎｇｅｄ，ｉ．ｅ．ｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｍｉｘｅｄｆｒｅｔｔｉｎｇｒｅｇｉｍｅｗａｓｄｉｍｉｎｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｌｉｐ　　　　　　　　　　　　　　　　ｒｅｇｉｍｅｓｈｉｆｔｅｄｔｏｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｓｍａｌｌｅｒａｎｇｕｌａｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｍｐｌｉｔｕｄｅ．Ｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅｓｏｆｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｓｕＩｆｕｒｉｚｅｄ＿ｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙｅｒｓｗｅｒｅｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｉｎｔｈｅｐａｒｔｉａｌｓｌｉｐａｎｄｓｌｉｐｒｅｇｉｍｅｓｄｕｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｔｏｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｏｆｔｈｅｈａｒｄｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙｅｒａｎｄｔｈｅｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｏｆｔｈｅｓｕｌｆｉｄｅｌａｙｅｒ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅ　　　　　　　　　—　　　　　　　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ｔｈｅｗｅａｒｏｆｍａｔｅｒｉａｌｒｅｄｕｃｅｄｇｒｅａｔｌｙｆｏｒｔｈｅｓｕｌｆｕｒｉｚｅｄｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙｅｒｓ．Ｔｈｅｄａｍａｇｅｉｎｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—　ｐａｒｔｉａｌｓｌｉｐｒｅｇｉｍｅｗａｓｓｌｉｇｈｔ，ｂｕｔｉｎｔｈｅｍｉｘｅｄａｎｄｓｌｉｐｒｅｇｉｍｅｓｔｈｅｄａｍａｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｒｎｓｏｆｔｈｅｍｏｄｉ　　　　　　　　　ｆｉｅｄｌａｙｅｒｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ，ａｂｒａｓｉｖｅｗｅａｒａｎｄｏｘｉｄａｔｉｖｅｗｅａｒ．　　　　　—　　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒ；ｆｒｅｔｔｉｎｇｗｅａｒ；ｔｏｒｓｉｏｎａｌｆｒｅｔｔｉｎｇ；ｓｕｌｆｕｒｉｚｅｄｎｉｔｒｉｄｅｄｄｕｐｌｅｘｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　扭动微动是指在交变载荷下接触副接触界面发生　　微幅扭动的相对运动口］。作为微动磨损相对运动的一　　　种基本模式，普遍存在于机械装备中，如机车的轮轴　　配合面、汽车悬挂架球窝关节及机车转向架的心盘等，　　　　　　　　　　　已成为导致部件失效的主要原因＿２］。而表面工程技　　　　术是减缓微动损伤的重要措施之一［８。对于接触　　　界面而言，理想摩擦表面结构依次为较软的润滑层作　　　为最外层，较硬的次表层支撑着表面。在离子渗氮层　　　上进行低温离子渗硫处理得到渗氮／渗硫复合层可以　　　　　　　　　　　　有效地提高机械零件的摩擦学性能¨　　　　］。本工作通　　　　过在ＬＺ５０钢表面进行离子渗氮和离子渗硫复合处　　理，研究渗氮／渗硫复合层的扭动微动磨损性，为指导