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航发主轴轴承钢的摩擦磨损行为及一次碳化物调控 被引量：1
1
作者 杨丽琪 薛伟海 +1 位作者 马汝涛 李曙 《航空制造技术》 北大核心 2025年第11期53-63,共11页
随着对航空发动机性能要求的大幅提升,主轴轴承面临着更加苛刻的服役工况,导致轴承的工作温度和运行负荷显著增加,轴承的摩擦磨损问题日益凸显,严重影响着高端装备的服役寿命和可靠性,对应用于航发主轴的M50轴承钢材料优化提出了新的挑... 随着对航空发动机性能要求的大幅提升,主轴轴承面临着更加苛刻的服役工况,导致轴承的工作温度和运行负荷显著增加,轴承的摩擦磨损问题日益凸显,严重影响着高端装备的服役寿命和可靠性,对应用于航发主轴的M50轴承钢材料优化提出了新的挑战。尽管轴承钢内部夹杂物的控制技术已经取得了较大进展,然而一次碳化物的控制仍是目前轴承材料调控的关键问题。结合国内外对于轴承钢摩擦磨损行为主要研究热点,特别是服役过程中的滑动磨损和滚动接触疲劳两类失效形式,指出了轴承钢中一次碳化物在两类摩擦磨损行为中的利弊作用和相互关系,并基于已有对一次碳化物的调控方法,提出了关于航发主轴轴承钢中一次碳化物的未来调控策略和提升M50轴承钢耐摩擦磨损性能的发展目标。 展开更多
关键词 航空发动机 M50轴承钢 摩擦磨损 滑动磨损 滚动接触疲劳 一次碳化物
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航空发动机材料摩擦学研究进展 被引量：18
2
作者 吴彼 张振波 李曙 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1099-1117,共19页
机械产品中的摩擦磨损问题不可避免,且严重影响装备性能与寿命可靠性。航空发动机是飞机的心脏,针对该类复杂机械产品的摩擦磨损问题更应得到高度重视.通过材料摩擦学行为调控,可有效减轻或排除航空发动机中的摩擦磨损问题,大幅抑制发... 机械产品中的摩擦磨损问题不可避免,且严重影响装备性能与寿命可靠性。航空发动机是飞机的心脏,针对该类复杂机械产品的摩擦磨损问题更应得到高度重视.通过材料摩擦学行为调控,可有效减轻或排除航空发动机中的摩擦磨损问题,大幅抑制发动机功能精度衰减,提高其寿命稳定性.为系统有序地开展航空发动机材料摩擦学研究,在本文中以典型三代涡扇发动机为例,按冷端至热端结构顺序,阐述进气道、风扇、中介机匣、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷口等关键部位涉及摩擦磨损部件及材料的摩擦学服役工况、主要磨损类型和磨损机制.结合发动机整机故障分析结果,有针对性的选择4种具有代表性的航发材料作为摩擦学重点研究对象,即叶片尖端与封严涂层的高速刮擦、主轴轴承滚动接触疲劳与滑擦损伤、钛合金叶片的微动损伤、动密封装置中石墨的摩擦磨损及其寿命评价台架试验.从材料摩擦学损伤演变规律、磨损机制、耐磨功能设计和表面改性等角度综述国内外研究进展,提出航发材料摩擦学研究技术路线,即从材料级摩擦磨损实验复现航发零件磨损失效特征出发,实现基于摩擦学行为调控原理获得材料耐磨减摩功能化改进,最终采用模拟工况摩擦学实验台架验证新材料摩擦磨损性能.此外,针对新一代航空发动机对材料耐磨减摩性能的更高要求,从宽温域润滑、腐蚀-磨损交互作用和新材料摩擦学数据库等方面展望航发材料摩擦学研究发展方向. 展开更多
关键词 航空发动机 摩擦磨损 高速刮擦 滚动接触疲劳 微动损伤 石墨磨损行为
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高速列车用闸片摩擦学行为与磨损寿命研究
3
作者 于文峰 高禩洋 +2 位作者 段德莉 杨帅 王旭 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第4期557-570,共14页
采用高速销-环式摩擦磨损试验机,对燕尾I-C型闸片在350 km/h速度水平下的摩擦学行为、闸片各组元的损伤机制和磨损寿命进行了系统的分析.闸片平均摩擦耗散能为0.113 cm^(3)/MJ,接近1:1制动试验台的测试结果0.14 cm^(3)/MJ.不同循环次数... 采用高速销-环式摩擦磨损试验机,对燕尾I-C型闸片在350 km/h速度水平下的摩擦学行为、闸片各组元的损伤机制和磨损寿命进行了系统的分析.闸片平均摩擦耗散能为0.113 cm^(3)/MJ,接近1:1制动试验台的测试结果0.14 cm^(3)/MJ.不同循环次数下的高速摩擦磨损试验中,主要发生磨粒磨损和黏着磨损,平均摩擦系数呈现一定波动性,介于0.40~0.44.循环试验次数增加,闸片表面摩擦层的厚度和连续性增强,80次循环摩擦试验后环表面存在厚度不均的富Cu-Cr摩擦层.经拟合计算,350 km/h速度水平的紧急制动工况下,闸片的磨损寿命大约为341次.闸片半原位磨损试验表明:增强组元易于破碎脱落,特别是紧邻石墨组元的部分;磨屑可能会脱离摩擦界面、储存在闸片表面低洼处或压实成摩擦层;在剪切力、磨屑的犁削以及摩擦副的黏着作用下,表面的摩擦层会经历去除和生成的过程. 展开更多
关键词 磨损寿命 摩擦磨损 闸片 磨损机制 材料摩擦学
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井筒清洗工具与套管的往复滑动摩擦磨损行为研究
4
作者 赵玉滢 薛伟海 +3 位作者 高禩洋 郑博文 马汝涛 段德莉 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第23期190-203,共14页
目的为了减少井筒清洁时间及成本,针对井筒清洗工具的石油钻井井筒工况,对一体化井筒清洁工具中的刮削块部分,采用激光熔覆涂层表面处理技术提高其耐磨性。方法采用多功能摩擦磨损实验机进行洗井液介质下套管与刮削块间的往复滑动摩擦磨... 目的为了减少井筒清洁时间及成本,针对井筒清洗工具的石油钻井井筒工况,对一体化井筒清洁工具中的刮削块部分,采用激光熔覆涂层表面处理技术提高其耐磨性。方法采用多功能摩擦磨损实验机进行洗井液介质下套管与刮削块间的往复滑动摩擦磨损,通过螺旋测微器、电子天平、轮廓仪和白光干涉三维形貌仪测量套管与刮削块的损失量。采用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜表征涂层结构及磨损形貌。结果实验结果表明,刮削块与套管间的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损,最佳的摩擦配副为销试样AISI4330V和板试样Ni55涂层。该配副销试样的质量损失为0.35 g,高度损失为26μm,与未处理的42CrMo板试样对磨后的数值接近,板试样的磨痕深度为12μm,该损失量远小于其他板试样的损失量。其中硬度居中的激光熔覆Ni55涂层在磨损过程中,其亚表层内的碳化物组织破碎为块状颗粒,在摩擦磨损中起到了很好的承载作用。硬度较高的Stellite6涂层组织结合不致密,在摩擦磨损过程中易发生变形和破碎,且亚表层的碳化物组织在磨损的过程中破碎为更细小的颗粒,非但不能很好地抵抗磨损,还可能作为第三体磨粒进一步加剧磨损。结论在针对刮削块表面进行的激光熔覆涂层技术中,激光熔覆Ni55涂层可以作为提高刮削块耐磨性的有效方法。 展开更多
关键词 井筒清洁 刮削块 激光熔覆 摩擦磨损 耐磨性
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液滴温度、冲蚀攻角和液滴速度对6061铝合金液滴冲蚀行为的影响研究
5
作者 周峰 薛伟海 +3 位作者 高禩洋 段德莉 李庆鹏 李曙 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第6期923-936,共14页
飞机飞行过程中,经过雨区时,机身表面不可避免地遭受雨滴的冲蚀,液滴冲蚀对于飞机的运行安全具有重要影响.铝合金作为常用的蒙皮材料,其液滴冲蚀行为缺乏研究.本研究中采用高速液滴冲蚀试验机研究了不同液滴温度、冲蚀攻角和液滴速度下6... 飞机飞行过程中,经过雨区时,机身表面不可避免地遭受雨滴的冲蚀,液滴冲蚀对于飞机的运行安全具有重要影响.铝合金作为常用的蒙皮材料,其液滴冲蚀行为缺乏研究.本研究中采用高速液滴冲蚀试验机研究了不同液滴温度、冲蚀攻角和液滴速度下6061铝合金的液滴冲蚀行为.试验结果表明:6061铝合金的损伤量随着冲蚀攻角和液滴速度的增大而增大.小攻角下铝合金的损伤主要由剥落颗粒和水中杂质颗粒的切削作用造成的,大攻角下由切削作用以及水锤力产生的表面塑性变形共同导致.随着液滴速度的增大,水锤力增大,材料表面塑性变形加剧,铝合金的损伤也更严重.首次发现,液滴温度的升高(10℃→20℃→40℃),显著加剧6061铝合金的液滴冲蚀损伤.液滴温度升高降低了液滴表面张力,使得液滴越扁平,液滴表面越粗糙,加剧了6061铝合金的冲蚀损伤.对液滴冲蚀坑表面和截面的微观形貌表征分析发现,材料的塑性变形、裂纹的萌生与扩展共同导致了液滴冲蚀损伤的形成. 展开更多
关键词 液滴温度 冲蚀攻角 液滴速度 6061铝合金 液滴冲蚀
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滑动速度对钛合金表面TiB_(2)涂层高温抗铝黏着磨损行为的影响
6
作者 吴彼 高禩洋 +2 位作者 薛伟海 李曙 段德莉 《表面技术》 北大核心 2025年第7期79-85,共7页
目的研究钛合金表面TiB_(2)涂层在高温条件下与工业纯铝之间的黏着磨损行为,重点分析了不同滑动速度对其影响。通过实验探讨TiB_(2)涂层的抗铝黏着磨损规律及其作用机制,为提升涂层的高温耐磨性能提供理论依据。方法采用直流脉冲磁控溅... 目的研究钛合金表面TiB_(2)涂层在高温条件下与工业纯铝之间的黏着磨损行为,重点分析了不同滑动速度对其影响。通过实验探讨TiB_(2)涂层的抗铝黏着磨损规律及其作用机制,为提升涂层的高温耐磨性能提供理论依据。方法采用直流脉冲磁控溅射工艺在TC4钛合金表面制备具有致密结构和优异膜基结合强度的TiB_(2)涂层,使用高温销-盘摩擦磨损试验机,探究滑动速度对钛合金表面TiB_(2)涂层与工业纯铝之间黏着磨损行为的影响,揭示涂层在不同速度条件下的磨损特性及其抗铝黏着性能的变化规律。采用扫描电子显微镜、三维超景深光学显微镜和接触式轮廓仪表征涂层与铝销表面磨痕形貌特征和磨损状态,并对摩擦学系统的铝黏着磨损转移程度进行定量计算。结果在300℃高温下,随滑动速度提高,摩擦因数降低,TiB_(2)涂层磨痕内部的铝黏着转移层形貌发生变化,由连续的岛状丘状片层逐渐转变为分散的颗粒状锚点。同时,铝黏着转移层的平均厚度和覆盖率明显减小,表明滑动速度对铝黏着行为具有显著影响。此外,基于TiB_(2)涂层表面铝黏着转移程度与纯铝销磨损量提出归一化的涂层抗黏着能力系数Ac,其可反映滑动速度对TiB_(2)涂层抗铝黏着转移能力的影响。随滑动速度升高,TiB_(2)涂层将体现出更加优异的抗铝黏着转移特性,抗铝黏着能力系数由0.05 m/s时的0.917降低至0.30 m/s时的0.058。结论300℃高温下TiB_(2)涂层能够抑制铝的黏着转移行为。随滑动速度的升高,工业纯铝销对TiB_(2)涂层表面铝黏着转移层的剪切去除作用增强,因此TiB_(2)涂层表面铝黏着转移程度降低。 展开更多
关键词 TIB2涂层 钛合金 高温摩擦磨损 滑动速度 黏着磨损
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磨屑对TC4钛合金微动磨损行为的影响 被引量：15
7
作者 王剑飞 薛伟海 +3 位作者 高禩洋 赵智超 段德莉 李曙 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1012-1023,共12页
通过在微动循环一定周次后清除磨屑和制备表面织构储存磨屑,研究磨屑对TC4钛合金微动磨损行为的影响.结果表明:与以往认识不同,清除磨屑会导致摩擦系数和系统形变量随周次的变化曲线出现突降,最大降幅分别可达63%和41%,微动循环图也相... 通过在微动循环一定周次后清除磨屑和制备表面织构储存磨屑,研究磨屑对TC4钛合金微动磨损行为的影响.结果表明:与以往认识不同,清除磨屑会导致摩擦系数和系统形变量随周次的变化曲线出现突降,最大降幅分别可达63%和41%,微动循环图也相应发生改变.循环一定周次后,磨屑的产生和排出重新达到平衡,摩擦系数与系统形变量又恢复到清除磨屑之前的水平.当在TC4钛合金表面制备垂直于微动方向的沟槽状表面织构后,大量的磨屑被沟槽束缚在接触区域,造成接触面之间磨屑较多,进而导致摩擦系数和系统形变量比无织构时更大,最大增幅分别可达21%和47%.收集磨屑后用扫描电子显微镜观察,发现磨屑呈松散的颗粒状,尺寸集中在0.2~1.5μm,并且多数呈现团聚状. 展开更多
关键词 钛合金 微动磨损 磨屑 表面织构 沟槽状织构 系统形变量
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稀土对GCr15轴承钢滚动接触疲劳中微点蚀的影响 被引量：9
8
作者 李林龙 吴彼 +3 位作者 薛伟海 高禩洋 段德莉 李曙 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期995-1005,共11页
机床轴承的服役性能与各部件间的摩擦学行为紧密相关,微点蚀是轴承发生精度寿命失效时在滚道表面出现的典型损伤.本文中采用球棒试验研究了油润滑时不同接触疲劳循环周次下稀土/普通GCr15轴承钢的滚动摩擦学行为.结果表明:不管是稀土GC... 机床轴承的服役性能与各部件间的摩擦学行为紧密相关,微点蚀是轴承发生精度寿命失效时在滚道表面出现的典型损伤.本文中采用球棒试验研究了油润滑时不同接触疲劳循环周次下稀土/普通GCr15轴承钢的滚动摩擦学行为.结果表明:不管是稀土GCr15轴承钢还是普通GCr15轴承钢,微点蚀的数量随着接触疲劳循环周次的增加而增加;不同的是,稀土GCr15轴承钢的微点蚀不仅浅而且较小较圆,普通GCr15轴承钢的微点蚀不仅深而且容易成片出现.开展的轴承台架试验也发现稀土轴承和普通轴承存在同样的微点蚀行为差别.从轴承钢的组织结构和碳化物方面讨论了稀土对微点蚀的影响,添加稀土使GCr15轴承钢中碳化物均匀地分布在基体中,有效地减少了液析碳化物的析出和大量网状碳化物的出现,从而降低了GCr15轴承钢在滚动接触疲劳中微点蚀的产生. 展开更多
关键词 微点蚀 GCR15轴承钢 稀土 磨损机制 滚动接触疲劳
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表面织构下钛合金不同周次的微动磨损行为 被引量：6
9
作者 王剑飞 薛伟海 +2 位作者 高禩洋 段德莉 李曙 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期73-83,共11页
在航空发动机中,钛合金零部件的微动磨损不可避免。表面织构能在一定程度上减缓微动磨损,然而目前对表面织构下钛合金不同周次微动磨损行为的认识尚有不足。在TC4钛合金表面通过激光加工制备不同方向的沟槽状表面织构,随后进行不同周次... 在航空发动机中,钛合金零部件的微动磨损不可避免。表面织构能在一定程度上减缓微动磨损,然而目前对表面织构下钛合金不同周次微动磨损行为的认识尚有不足。在TC4钛合金表面通过激光加工制备不同方向的沟槽状表面织构,随后进行不同周次的微动磨损试验。试验结果表明,在磨损的初期,有垂直方向表面织构的样品微动循环图更“瘦长”;随着磨损的进行,磨屑的分布状态发生了改变,其微动循环图变的和平行织构的样品以及无织构的样品相同。整个磨损过程随微动周次增加,分为黏着阶段和稳定阶段,垂直织构的样品上,黏着阶段又可被细分为黏着区域分散的阶段和黏着区域成片的阶段。随周次增加,磨屑的演变是由大块的磨屑层经不断被碾碎、氧化,转换成小块的磨屑,并且最终转换成细小的颗粒磨屑,被排出到磨损区域之外。研究结果对认识微动磨损行为中不同周次下表面织构的作用及磨屑的演化具有一定理论意义。 展开更多
关键词 钛合金 微动磨损 表面织构 磨损过程 激光加工 磨屑
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