等温淬火球墨铸铁滚动磨损与损伤性能.pdf

第４３２０１５正卷５月第第５期—７５８Ｏ页材料工Ｊｏｕｒｎａ１ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ程ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏ１．４３Ｎｏ．５—Ｍａｙ２０１５ＰＰ．７５８Ｏ等温淬火球墨铸铁滚动磨损与损伤性能ＲｏｌｌｉｎｇＷｅａｒａｎｄＤａｍａｇｅＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＡｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄＤｕｃｔｉｌｅＩｒｏｎ付志凯，王文健，丁昊昊，顾凯凯，刘启跃（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）—————ＦＵＺｈｉｋａｉ，ＷＡＮＧＷｅｎｊｉａｎ，ＤＩＮＧＨａｏｈａｏ，ＧＵＫａｉｋａｉ，ＬＩＵＱｉｙｕｅ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｒｉｂｏｌｏｇｙ，ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＴｒａｃｔｉｏｎＰｏｗｅｒ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）摘要：利用不同热处理方式和球化工艺，获得两种显微组织和不同硬度的等温淬火球墨铸铁（ＡｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄＤｕｃｔｉｌｅＩｒｏｎ，ＡＤＩ）材料，利用ＭＭＳ－２Ａ微机控制摩擦磨损试验机对比研究了两种等温淬火球墨铸铁材料、车轮材料与Ｕ７１Ｍｎ钢轨匹配时的滚动磨损与损伤性能。结果表明：ＡＤＩ材料与Ｕ７１Ｍｎ钢轨匹配时的摩擦因数明显小于车轮材料；由于ＡＤＩ材料具有自润滑效果导致其磨损率明显小于车轮材料，ＡＤＩ材料的白润滑性能也降低了对摩副Ｕ７１Ｍｎ钢轨的磨损率，其中含有较大球状石墨和较少残余奥氏体的ＡＤＩ２材料和对摩副Ｕ７１Ｍｎ钢轨的磨损率最小；ＡＤＩ材料的磨损机制主要表现为轻微疲劳磨损，对摩副Ｕ７１Ｍｎ钢轨的磨损机制主要表现为黏着和轻微疲劳磨损，而轮轨材料匹配时的塑性流动层显著，损伤以表面疲劳裂纹和剥层损伤为主。关键词：等温淬火球墨铸铁；自润滑；磨损率；损伤—ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１５．０５．０１３中图分类号：ＴＨ１１７．１文献标识码：Ａ——文章编号：１００１～４３８１（２０１５）０５００７５０６Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴＷＯｋｉｎｄｓｏｆａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄｄｕｃｔｉｌｅｉｒｏｎ（ＡＤＩ）ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓ—ｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｓｐｈｅｒｏｉｄｉｚｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．ＴｈｅｒｏｌｌｉｎｇｗｅａｒａｎｄｄａｍａｇｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆＡＤＩ。ｗｈｅｅｌｍａｔｅｒｉａｌａｎｄＵ７１ＭｎｒａｉｌｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｉｎｇＭＭＳ－２Ａ—ｔｅｓｔｉｎｇａｐｐａｒａｔｕｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＡＤＩａｎｄＵ７１Ｍｎｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙ１ｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｗｈｅｅｌｍａｔｅｒｉａ１．ＴｈｅｗｅａｒｒａｔｅｏｆＡＤＩｍａｔｅｒｉａｌｉＳｏｂｖｉｏｕｓｌｙｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｔｈａｔ———ｏｆｗｈｅｅｌｍａｔｅｒｉａｌｄｕｅｔｏａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｓｅｌｆｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｓｅｌｆｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｏｆＡＤＩｍａｔｅｒｉａ１ｄｅｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｗｅａｒｒａｔｅｏｆＵ７１Ｍｎｒａｉｌｍａｔｅｒｉａ１．ＴｈｅｗｅａｒｒａｔｅｓｏｆＡＤＩ２ｗｉｔｈｌａｒｇｅｓｐｈｅｒｉｃａｌｇｒａｐｈｉｔｅｎｏｄｕｌｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｌｅｓｓｒｅｓｉｄｕａｌａｕｓｔｅｎｉｔｅａｎｄＵ７１Ｍｎｒａｉｌａｒｅｔｈｅｓｍａｌｌｅｓｔ．ＴｈｅｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＡＤＩｍａｔｅｒｉａｌｉｓｓｌｉｇｈｔｆａｔｉｇｕｅｗｅａｒａｎｄｔｈｅｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＵ７１Ｍｎｒａｉｌｍａｔｅｒｉａｌｉｓａｄｈｅｓｉｏｎａｎｄｓｌｉｇｈｔｆａｔｉｇｕｅｗｅａｒ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｉｓｏｂｖｉｏｕｓｐｌａｓｔｉｃｆｌｏｗｗｈｅｎｔｈｅｗｈｅｅｌ／ｒａｉｌｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅａｐｐｌｉｅｄ．Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋａｎｄｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎｄａｍａｇｅａｒｅｔｈｅｍａｉｎｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＤＩ；ｓｅ１ｆ＿ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ；ｗｅａｒｒａｔｅ；ｄａｍａｇｅ等温淬火球墨铸铁（ＡｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄＤｕｃｔｉｌｅＩｒｏｎ，ＡＤＩ）是一种新兴的具有广阔应用前景的材料。它是通过等温淬火热处理或加入合金元素使球墨铸铁基体组织由铁素体、珠光体变为针状铁素体、富碳奥氏体和马氏体等组织［】］。它具有强度高，质量轻，耐磨性好，耐疲劳性能好，减音性能和吸震性好，成本低等许多优点［２］。由于它具有自润滑作用和耐疲劳能力以及优异的抗磨损能力，主要用于抗磨件和高性能、高精度要求’的重要构件等＿３４］。近年来ＡＤＩ在西方发达国家呈现迅速发展的趋势，在农业、汽车行业及铁路等方面都有所应用［５］，在过去的１Ｏ余年间以１５的速度增长，预期今后的增长速度可能更快。我国ＡＤＩ的生产应用，经过近几年的不断努力，也在许多行业有所应用。ＡＤＩ的一些性能特点已逐步被人们认识并加以利用Ｊ。由于ＡＤＩ的众多优点，国内外大量研究人员对其做了许多的实验研究。刘金城等＿２］对比研究了同硬度的ＡＤＩ材料及其他金属材料的耐磨性，结果发现ＡＤＩ材料具有优良耐磨性。Ｇｒｅｎｏ等Ｉ７分析研究了ＡＤＩ材料疲劳裂纹的扩展机制和原因。Ｄｏｍｍａｒｃｏ等＿８］运用滚动疲劳８Ｏ材料工程２０１５年５月—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２６（４）：３１６３２０．［３３叶学贤．等温淬火球墨铸铁（ＡＤＩ）的性能及其应用［Ａ］．第８届中国铸造科工贸大会论文集［ｃ］．北京：《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，２００８．ＹＥＸＸ．Ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｕｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇｄｕｃｔｉｌｅ—ｉｒｏｎ（ＡＤＤ［Ａ］．Ｔｈｅ８ｔｈＣｈｉｎａＦｏｕｎｄｒｙＢｒａｎｃｈＴｒａｄｅａｎｄＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ［ｃ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｉｃＪｏｕｒｎａｌ（ＣＤ）ｅ－ｍａｇａｚｉｎｅ，２００８．—［４３ＫＵＭＡＲＩＵＲ，ＲＡＯＰＰ．Ｓｔｕｄｙｏｆｗｅａｒｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆａｕｓｔｅｒｅｐｅｒｅｄｄｕｃｔｉｌｅｉｒｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，２００９，４４（４）：—１０８２１０９３．［５］ＹＡＮＧＪＨ，ＰＵＴＡＴＵＮＤＡＳＫ．Ｎｅａｒｔｈｒｅｓｈｏｌｄｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｂｅｈａｖｉｏｒｏｆａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄｄｕｃｔｉｌｅｃａｓｔｉｒｏｎ（ＡＤＤｐｒｏｃｅｓｓｅｄｂｙａｎｏｖｅｌｔｗｏ－ｓｔｅｐａｕｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ——ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：Ａ，２００５，３９３（１２）：Ｚ５４２６８．［６］ＫＡＴＲＩＮＭ．ＯｎｔｈｅｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＡＤＩａｓａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｒａｉｌｃａｒｗｈｅｅｌｓ［Ａ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＴａｇｕｎｇｓｂａｎｄｚｕｍＣＩＡＴＦＴｅｃｈｎｉｃａｌＦｏｒｕｍ［Ｃ］．Ｄｕｓｓｅｌｄｏｒｆ：ＣＩＡＴＦ，１９９９．［７］ＧＲＥＮＯＧＬ，ＯＴＥＧＵＩＪＬ，ＢＯＥＲＩＲＥ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｉｎａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄｄｕｃｔｉｌｅｉｒｏｎ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒ－—ｎａｌｏｆＦａｔｉｇｕｅ，１９９９，２１（１）：３５４３．—［８］ＤＯＭＭＡＲＣＯＲＣ，ＢＡＳＴＩＡＳＰＣ，ＤＡＬＬ０ＨＡ，ｅｔａ１．Ｒｏｌｌｉｎｇｃｏｎｔａｃｔｆａｔｉｇｕｅ（ＲＣＦ）ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄｄｕｃｔｉｌｅｉｒｏｎ—（ＡＤＤｌ－Ｊ］．Ｗｅａｒ，１９９８，２２１（１）：６９７４．［９］ＡＨＭＡＤＡＢＡＤＩＭＮ，ＧＨＡＳＥＭＩＨＭ，ＯＳＩＡＭ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅａｕｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇｏｎｔｈｅｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｄｕｃｔｉｌｅｃａｓｔ—ｉｒｏｎ［Ｊ］．Ｗｅａｒ，１９９９，２３１（２）：２９３３００．［１ｏ］曾东方，鲁连涛，张继旺，等．等温淬火球墨铸铁的滚动接触磨损—性能研究［Ｊ］．摩擦学学报，２０１２，３２（２）：１７１１７５．ＺＥＮＧＤＦ，ＬＵＬＴ，ＺＨＡＮＧＪＷ，ｅｔａ１．Ｒｏｌｌｉｎｇｃｏｎｔａｃｔｗｅａｒｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄｄｕｃｔｉｌｅｉｒｏｎ［Ｊ］．Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ，２０１２，３２—（２）：１７１１７５．［１１］施俭亮，付业伟，李贺军，等．炭纤维含量对新型陶瓷摩擦材料性—能的影响［Ｊ］．材料工程，２０１３，（２）：４５４９．ＳＨＩＪＩ，ＦＵＹＷ，ＬＩＨＪ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｃｏｎｔｅｎｔｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｎｅｗａｄｖａｎｃｅｄｃｅｒａｍｉｃｂｒａｋｅｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．—ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，（２）：４５４９．［１２］胡志彪，李贺军，付前刚，等．低摩擦系数固体润滑涂层研究进展［Ｊ］．材料工程，２００６，（３）：６Ｏ一６３．—ＨＵＺＢ，ＬＩＨＪ，ＦＵＱＧ，ｅｔａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｌｏｗｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｌｉｄｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ—Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６。（３）ｔ６０６３．［１３］王成刚，苏涛，王怀林．等温淬火球墨铸铁（ＡＤＤ及其在汽车上的—应用［Ｊ］．汽车工艺与材料，２００３，（１１）：５７．ＷＡＮＧＣＧ，ＳＵＴ。ＷＡＮＧＨＬ．Ａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄｄｕｃｔｉｌｅｉｒｏｎ（ＡＤＩ）ａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｖｅｈｉｃｌｅｓ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｍａｔｅｒｉａｌ，２００３，（１１）：５７．［１４］王立人，黄人达，陈茂春．奥氏体一贝氏体球铁滑动摩擦磨损特性—的试验研究口］．湖南大学学报；自然科学版，１９９２，１９（６）：１２１７．ＷＡＮＧＬＲ。ＨＵＡＮＧＲＤ，ＣＨＥＮＭＣ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ—ｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｓｌｉｄｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆＡＤＩ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ—ｎａｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，１９９２，１９（６）：１２１７．［１５３高颂，刘金海，边泊乾，等．等温淬火工艺对ＡＤＩ耐磨性的影响—口］．铸造技术，２００８，２９（３）：３８６３９０．ＧＡ０Ｓ，ＬＩＵＪＨ，ＢＩＡＮＢＱ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｕｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇｏｎｔｈｅｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄｄｕｃｔｉｌｅｉｒｏｎ［Ｊ］．Ｆｏｕｎｄｒｙ—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，２９（３）：３８６３９０．［１６］ＴＹＦＯＵＲＷＲ，ＢＥＹＮＯＮＪＨ，ＫＡＰＯＯＲＡ．Ｔｈｅｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅ—ｗｅａｒｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｐｅａｒｌｉｔｉｃｒａｉｌｓｔｅｅｌｕｎｄｅｒｄｒｙｒｏｌｌｉｎｇｓｌｉｄｉｎｇ—ｃｏｎｔａｃｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｌ，Ｊ］Ｗｅａｒ，１９９５，１８０（１２）：７９－－８９．１，１７３王文健，张向龙，张继旺，等．碳含量对车轮钢滚动摩擦磨损性能—影响［Ｊ］．铁道学报，２０１２，３４（２）：３２３５．—ＷＡＮＧＷＪ，ＺＨＡＮＧＸＬ，ＺＨＡＮＧＪＷ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔｏｎｒｏｉｌｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｗｈｅｅｌｓｔｅｅｌ—口］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＳｏｃｉｅｔｙ，２０１２，３４（２）；３２３５．［１８］熊嘉阳，金学松．铁路曲线钢轨初始波磨演化分析［Ｊ］．机械工程学报，２００６，４２（６）：６０－－６６．—ＸＩＯＮＧＪＹ，ＪＩＮＸＳ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｉｎｉｔｉａｌｒａｉｌｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎｌ，Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，４２（６）：６Ｏ一６６．基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１７４２８２，Ｕ１１３４２０２）；国家重点实验室自主研究课题（ＴＰＬ１３０１）收稿日期：２０１３－１Ｉ－ＩＩ；修订日期：２０１４－１１－２５通讯作者：王文健（１９８０一），男，博士，副研究员，主要从事轮轨关系与摩擦学研究，联系地址：四川省成都市二环路北一段西南交通大学（６１００３１），Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｗ｝５２７＠１６３．ｃｏｒｎ