表面工程技术在微动疲劳控制中的应用研究

来源 :第八届全国腐蚀大会暨第217场中国工程科技论坛 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chiyulong2000
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  微动疲劳(Fretting Fatigue,缩写为FF)是指材料构件在循环载荷作用下,由于某一部位与其它接触表面间产生小振幅相对滑动(即微动(Fretting))而导致其疲劳寿命降低的现象.FF损伤是各种压配合或收缩配合构件的主要失效形式,对航空、航天、交通运输、核电、电力输送、生物医用工程等领域的重要结构和零部件的可靠性及使用寿命均有重要影响.FF破坏涉及的因素颇多,过程较为复杂,目前对其机理的认识仍然有待深入.由于FF损伤从材料表面起始,因此表面工程技术是控制FF损伤的重要技术途径.然而,FF损伤过程的特点是既有接触条件下微动磨损(Fretting Wear,FW)的作用,又承受疲劳载荷,同时还常常伴随腐蚀因素的影响,因此提高其抗力的难点在于抗磨、耐蚀和提高疲劳强度的措施常常是矛盾的.本文以作者的研究工作为主,在分析影响FF损伤诸因素的基础上,阐述各种有效控制FF损伤的表面工程技术所需满足的基本条件和应用研究进展情况,拟为本学科研究工作的深入开展,以及在各技术领域中有效控制FF损伤提供参考.FF影响因素涉及接触条件、环境条件和材料特性等范畴,从学科角度上可分为材料学(成分、微观组织结构、残余应力状态等)、力学(接触压力、位移幅、频率、随机载荷、平均应力等)、物理学(表面状态、接触几何等)和涉及环境条件(温度、气压、湿度、环境介质等)的化学因素等,其中主要因素包括微动位移幅、摩擦系数、接触应力及其分布、材料特性、外加载荷、表面状态等.提高金属材料FF抗力的表面工程技术所遵循的基本原则主要包括:(1)减小接触界面上的摩擦力;(2)提高接触区表面的强韧综合性能与疲劳抗力;(3)限制或调控接触区的微动工况等.基于上述原则,适用于提高FF抗力的表面工程技术主要有:(1)表面减摩润滑处理技术;(2)表面形变强化技术(如喷丸强化、滚压强化、孔挤压强化、激光冲击强化、超声冲击强化等);(3)表面合金化技术(如氮化、碳化、渗金属元素等);(4)表面热处理强化技术;(5)耐磨损、耐腐蚀与抗疲劳表面工程技术的有机复合等方法.研究结果表明:这些表面工程技术中有些方法能够十分有效地提高微动疲劳抗力(如表面形变强化技术、金属/金属多层膜、金属/陶瓷多层膜、金属-陶瓷复合膜、类金刚石膜等),有些技术方法的效果则不明显,还有的方法可能会伤害基材的微动疲劳性能.并且还存在同一表面处理技术对有的金属材料的FF性能改善效果明显,而对其他的金属材料FF性能的改善效果不明显,甚至有伤害作用(如氮化等).此外,合理的复合表面改性技术能够达到协同提高FF抗力的目的,而不恰当的复合表面处理的后果则可能会出现"1+1<1"的现象.
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