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在钢管高温校形过程中,发现钢管内表面有划伤和局部黏结现象。根据摩擦学原理,降低模具与钢管接触面摩擦因数是解决问题的有效途径,本论文试图研制一种适用于钢管高温校形模具的自润滑(或涂层)材料,并全面考察其在高、低温环境的摩擦学特性。 考虑钢管校形过程热变形特性,对钢管高温校形过程的受力与变形进行了有限元分析,重点分析了不同摩擦因数对钢管校形精度的影响。结果表明,降低钢管与模具间摩擦因数,可以改善校形过程中钢管塑性应变分布状态,减小接触应力,提高校形精度。 基于NiAl基合金研究的文献资料和本课题高温工况要求,初选NiAl-2.5Ta-7.5Cr组分并制备出合金,测试了其力学和摩擦学性能。结果发现,NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金的强度与现用模具材料强度相当,摩擦因数部分低于现用模具材料,但在宽温度段内不能保持稳定,因此对其进行了进一步改性处理。 添加Co元素对NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金进行改性,实验结果表明,Co改性NiAl-7.5Cr-2.5Ta合金强度和硬度得到了提高,但摩擦学特性改善不明显。 添加B元素对NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金进行改性,实验结果表明,NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B合金的性能优于其他改性合金,抗压强度较NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金提高了70MPa,塑性提高了50%左右。在室温~600℃范围内,摩擦因数可稳定在0.25左右,表现出良好的自润滑与耐磨损特性。分析表明,其自润滑特性源于合金局部或全部磨损表面处于固体Al4B2O9和液态B2O3共存的状态,液态B2O3使摩擦磨损符合流体动压润滑机制以及Al4B2O9氧化物起的支撑作用。 与现用模具材料(GH4500)对比实验表明,B元素改性的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B合金强度比GH4500材料高,在室温~600℃范围的摩擦磨损特性也显著优于GH4500合金,因此NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B合金有望用作钢管高温校形模具材料(或制各自润滑涂层)。