Mg97Zn1Y2合金在50-200℃温度下的摩擦学行为研究

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在航空航天、汽车工业等工程领域很多时候需要结构材料具备高温工况下正常工作的能力,而室温下性能优良的镁合金同样会面临在高温下工作的情况。AZ系和AM系等很多镁合金由于较差的高温力学性能而不能应用于高温的工作环境中,那么采用稀土耐热镁合金去代替常规的商用镁合金是解决这一问题的有效途径。同时,很多结构材料不可避免地会受到摩擦与磨损的作用,其在高温下的耐磨性能也是值得研究的内容。在前人对耐热稀土镁合金室温磨损行为研究的基础上,着重探索该种材料的高温磨损性能是镁合金的摩擦磨损研究中不可或缺的工作。本论文的主要内容为采用销-盘式磨损装置对Mg97Zn1Y2合金进行高温环境下的磨损试验,滑动速度范围为0.8~4m/s,温度范围为50~200℃C,载荷范围为10~260N;根据磨损试验数据绘制摩擦系数与磨损率曲线;采用SEM观察磨损表面形貌,采用EDS测定磨损表面元素含量;绘制不同速度不同温度的磨损率图和磨损机制转变图;观察磨损表面及亚表层的硬度变化,绘制硬度曲线并且观察亚表层的组织演变过程。轻微磨损与严重磨损行为是Mg97Zn1Y2合金在磨损过程中发生的两种主要磨损行为。0.8m/s滑动速度下,磨损温度为50~150℃的范围内,发生轻微磨损的主要磨损机制包括磨粒+氧化磨损机制、剥层+表面氧化磨损机制;发生严重磨损的主要磨损机制包括严重的塑性变形+氧化层的剥落和表面熔化。在200℃下,发生轻微磨损的主要磨损机制是剥层磨损机制;发生严重磨损的主要磨损机制是严重的塑性变形和表面熔化。3m/s与4m/s的磨损机制转变过程与0.8m/s类似,只是在轻微磨损机制中不发生磨粒+氧化磨损机制,而受表面氧化作用的影响温度分别提前到100℃和50℃C以下,并且当温度高于150℃时,两种速度的试验结果在轻微磨损和严重磨损阶段都增加了粘着磨损机制的现象。虽然试验改变了滑动速度,但是一些磨损行为的现象以及原因都有所相似。对磨损后试样表面来讲,不同温度下硬度都存在一个先上升后下降的过程,通过分析试验结果注意到表面材料的硬化阶段到软化阶段的转变临界载荷与轻微-严重磨损机制的转变载荷一一对应。从磨损后试样的亚表面的显微组织演变和硬度改变来看,轻微磨损机制下亚表层材料由于塑性变形而产生加工硬化,摩擦影响区(FAZ)仅观察到塑性变形现象;严重磨损机制下亚表层顶端区域出现动态再结晶(DRX)现象,FAZ包含DRX和塑性变形两个子区域。DRX的出现导致亚表层硬度的降低。而DRX的出现是由于摩擦所产生的热积累使得表层材料温升而达到其动态再结晶温度,即Ts≥TDRX。
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