第23卷 第4期2003年7月
摩擦学学报
TRIBOLOGY
Vol23, No4
July,2003
不同水介质润滑下GCr15钢的微动磨损特性
任平弟1,2,陈光雄2,周仲荣2
(1.西南交通大学峨眉校区,四川峨眉 614202;2.西南交通大学摩擦学研究所,四川成都 610031)
摘要:采用液压高精度材料试验机考察了平面2球面接触GCr15钢摩擦副在海水、酸性水和洁净水等3种不同水介质润滑下的微动磨损性能.用激光扫描显微镜(LSM)观察了磨痕表面形貌.结果表明:3种水介质对钢2钢摩擦副具有明显的润滑作用,其中酸性水的润滑作用最明显;磨损体积损失同介质的润滑作用和腐蚀作用相关,在洁净水和海水介质润滑下的磨损体积损失较小,在酸性水介质润滑下的磨损体积损失较大;在海水润滑下的GCr15钢磨损表面呈现明显的点蚀特征.
关键词:GCr15钢;水介质;微动磨损中图分类号:TH117.3
文献标识码:A
文章编号:100420595(2003)0420331205
微动是接触表面发生的振幅极小(几微米到几十微米)的相对运动,常存在于名义上“静止”的机械部件接触表面之间.微动可导致材料磨损、疲劳和腐蚀[1,2].在交通运输、航空航天及核电等工业领域,微动已成为影响设备使用寿命和运行安全的关键因素.因此,针对工业应用背景的微动磨损特性的研究在摩擦学和机械设计领域受到了广泛关注[3].其中,海洋石油钻井设备的部分零部件在海水环境中发生微动磨损,在酸雨地区的许多设备承受酸雨环境中的微动磨损,某些设备则在洁净水环境中经受微动磨损,而海水、酸雨和洁净水等对微动磨损部件既起一定的润滑作用,也带来一些负面影响.因此有必要考察部件在海水、酸雨和洁净水环境中的微动磨损行为,以指导工程应用[4].本文作者选取海水、酸性水、洁净水等3种典型水介质作为润滑介质,考察了GCr15钢的微动摩擦磨损特性,并同干摩擦下的微动摩擦磨损性能进行了对比分析,以期为减轻GCr15钢在特定介质中的微动磨损提供实验依据.
为<40mm,表面粗糙度Ra=0.1Λm.将平面试件固定在试件夹中,钢球沿垂向平移微动,振幅D分别为100Λ40Λ10Λ5Λ3Λm、m、m、m、m;频率f为2Hz,循环次数N为20000次;法向载荷pn为100N.用输液器将海水、酸性水及洁净水滴加至清洗后的接触表面之间,并使界面完全被液体封闭.海水取自我国南海天然海水,其主要的化学成分为(以质量分数计):26.74%NaCl,3.40%MgSO4,1.14%CaCl2,0.76%KCl,0.20%NaHCO3,0.09%NaBr.酸性水由浓硫酸和洁净水配置而成.洁净水、酸性水、海水的pH值及电导率见表1.
表1 3种水介质的特性
Table1 Propertiesofvariouswatermediums
Tapwater
pHConductivity
7.362.47
-1
Acidwater
2.2825.70
Seawater7.96-
2
1 实验部分
采用DELTALAB2NENEDS20型液压高精度
材料试验机评价GCr15钢摩擦副的微动磨损行为,试验装置详见文献[4].摩擦副接触方式为平面2球面接触,平面试件尺寸为20mm×10mm×10mm,抛光处理后表面粗糙度处于Ra=0.2Λm;偶件直径
基金项目:国家杰出青年基金资助项目(59725513).
2 结果与讨论
2.1 摩擦系数随微动循环次数的变化关系
图1分别示出了GCr15钢在大气、海水、酸性水
和洁净水等介质条件下的摩擦系数随微动循环次数变化的关系曲线.可以看出,在不同介质中,摩擦系数相对循环次数的变化过程均经历2个不同的阶段:第
收稿日期:2002207230;修回日期:2002210218??联系人任平弟,e2mail:RPDD@21CN.COM.作者简介:任平弟,男,1960年生,副教授,目前主要从事材料磨损与腐蚀的研究
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