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      316不銹鋼管摩擦磨損性能研討

      關鍵詞:316不銹鋼管 來源:管理員 發布時間:2019-11-20

      316不銹鋼管摩擦磨損性能研討

      316不銹鋼管為研討對象,采用火花直讀光譜儀檢測316不銹鋼管的根本成分,應用高溫真空硬度計對316不銹鋼管不同溫度下的維氏硬度停止測試與剖析,采用金相顯微鏡對316不銹鋼管的組織構造停止剖析。分別以GCr15鋼、440C鋼、316不銹鋼管、不銹鋼管球為摩擦副,與316不銹鋼管圓盤在萬能摩擦磨損實驗機上停止球盤摩擦實驗。結果標明:干摩擦條件下,316不銹鋼管的外表耐磨性能優于不銹鋼管,弱于GCr15鋼與440C鋼。316不銹鋼管與GCr15鋼的高溫摩擦實驗標明:316不銹鋼管的耐磨性能隨摩擦溫度的升高逐步降低。溫度的升高招致316鋼組織變軟,致使加劇試樣與摩擦副之間的黏附黏著,招致嚴重磨損。

      不銹鋼管有著良好的耐腐蝕性能,優良的加工性能,在多個范疇得到了普遍的應用。奧氏體不銹鋼管是不銹鋼管中運用量和消費量最大的一種鋼材,以其優良的耐腐蝕性能和加工成型性能成為現代工業中重要的工程資料之一。奧氏體不銹鋼管是面心立方構造,無磁性,它的含鉻量在17%~25%之間,含鎳量在8%~25%之間。它在室溫下的組織為奧氏體,有著良好的塑性以及焊接性。由于其不但具備優秀的耐腐蝕性能,而且有著良好的力學性能和加工性能,從而在機械設備范疇取得了普遍的應用。

      316不銹鋼管是典型的奧氏體不銹鋼管之一,其具有良好的韌性、塑性及耐腐蝕性能,被普遍應用于石油化工、航海、能源開發等范疇。與普通碳鋼相比,它具有優良的金屬光澤,較強的化學穩定性,非常出色的塑性和強度。而且它的力學性能無論在高溫還是低溫中都十分穩定。目前的研討中,大多關注對316不銹鋼管的力學性能,關于316鋼之間的摩擦效應的研討卻沒有得到足夠注重。摩擦招致大量機械能的損耗,磨損又是摩擦行為的一種必然結果,這必然惹起宏大的資源糜費。由于中國處于工業現代化的高速進程中,關于能源、工業資料的需求逐年上升。據統計,國度能源30%以上是由于摩擦耗費,同時磨損在制造行業形成的資料損耗數量也相當大,因而資料摩擦磨損性能的研討是當今一個具有嚴重社會經濟效益的問題。

      本文作者以316不銹鋼管為研討對象,研討了316不銹鋼管的化學成分組成、高溫維氏硬度、金相組織構造,并探求了常溫下不同摩擦副的摩擦性能以及高溫下的摩擦磨損性能。對316不銹鋼管與不同摩擦副耐磨性停止的研討,為316不銹鋼管在摩擦情況時摩擦副的選擇及適用條件提供了一定的自創。

      1 實驗局部

      1.1 實驗資料及制備

      實驗資料:316不銹鋼管與GCr15鋼、440C鋼和不銹鋼管小球直徑為6mm。運用Foundry-MasterPro立式直讀光譜儀測得實驗用316不銹鋼管的主要化學成分如表1所示。

      依據實驗機請求加工室溫摩擦磨損試樣,圖紙如圖1所示。此外,高溫維氏硬度試樣為?30×4mm,高溫往復摩擦磨損試樣?12×3mm。

      1.2 實驗辦法

      (1)高溫維氏硬度實驗。用HVT-1000W高溫真空硬度計測試316不銹鋼管在室溫(23℃)、100、200、300和400℃下真空(真空度2×10-5Pa)環境中的維氏硬度。實驗載荷98N,保壓時間30s。

      (2)室溫摩擦磨損實驗。經過MMW-1A萬能摩擦磨損實驗機停止不銹鋼管的摩擦實驗,實驗機原理如圖2所示。在室溫條件下,設定實驗載荷、實驗時間,采用不同硬度的鋼球(GCr15鋼、440C鋼、316鋼、鋼)對磨316不銹鋼管球盤,由摩擦實驗機實時讀取摩擦過程中的摩擦因數,經過探針式磨痕丈量儀丈量摩擦前后球盤的磨損量,經過三維形貌儀察看316球盤磨損后的形貌。設定實驗參數如下:實驗溫度為室溫;摩擦速度100r/min;實驗載荷20N;實驗時間5min。

      (3)高溫摩擦磨損實驗。采用MGG-02高溫往復摩擦磨損實驗機對316不銹鋼管圓盤的高溫摩擦性能停止測試。實驗安裝如圖3所示。經過實驗機實時讀取摩擦過程中的摩擦因數。摩擦實驗完畢后,運用顯微鏡察看摩擦試樣的磨痕形貌。設定實驗參數如下:實驗載荷20N,沖程2mm,頻率20Hz,實驗時間5min,實驗溫度分別為室溫(23℃)、100、200、300和400℃。

      2 結果與討論

      2.1 高溫硬度剖析

      圖4為316不銹鋼管在不同溫度下(23,100,200,300,400℃)的硬度試樣在光學顯微鏡下的圖片,其壓痕長度分別為297.417,308.197,321.790,330.572,353.859mm。將壓痕長度值代入維氏硬度計算公式計算相應溫度下的維氏硬度。維氏硬度的計算公式如下:HV=0.102×FS=0.102×2Fsinα/2d2其中:F為負荷(N);S為壓痕面積(mm2);α為壓頭相對面夾角136°;d為均勻壓痕對角線長度(mm)。

      表2為316不銹鋼管在不同溫度下的維氏硬度值,能夠看出,隨溫度的不時升高,316鋼的硬度值逐步降低。當溫度由室溫升至200℃時硬度降落速率較快;當溫度由200℃升至400℃時硬度的降落速率變緩。整體來看,316不銹鋼管在升溫過程中硬度值逐步減小,標明316不銹鋼管隨溫度的升高其構造組織逐步變軟。

      2.2 金相組織剖析

      為了對316不銹鋼管的基體組織停止剖析,采用金相顯微鏡對其停止組織察看。圖5為經過金相實驗察看到的316L不銹鋼管的組織形貌。圖中黑色局部晶界較直,呈多規則多邊形,為奧氏體成分。白色局部呈塊狀,晶界比擬世故,為鐵素體成分,加強奧氏體不銹鋼管的抗裂和耐晶間腐蝕才能。因而,316不銹鋼管試樣的基體組織由奧氏體組成,并含有一定含量的鐵素體。

      2.3 常溫摩擦磨損

      2.3.1 摩擦因數

      圖6為鋼球-316鋼試樣盤、GCr15鋼球-316鋼試樣盤、440C鋼球-316鋼試樣盤、316鋼-316鋼試樣盤4種不同摩擦副在相同條件下與試樣盤互相對磨得到的摩擦因數隨時間的變化曲線。從圖中能夠看出,相同的條件下摩擦副316鋼球-316鋼試樣盤的摩擦因數明顯大于其他3種資料的摩擦因數。這是由于同種鋼資料,硬度相同,更容易產生黏著磨損,闡明了316鋼在該狀況下黏著磨損嚴重。此外,GCr15鋼球-316鋼試樣盤與440C鋼球-316鋼試樣盤的摩擦因數隨摩擦時間的增長而不時增大,呈現出相似的增長趨向。鋼球-316鋼試樣盤的摩擦因數大小隨摩擦時間的增長而變化不大,闡明鋼球-316鋼試樣盤摩擦副呈現出良好的穩定性。經過計算可知,摩擦副鋼球-316鋼試樣盤、GCr15鋼球-316鋼試樣盤、440C鋼球-316鋼試樣盤、316鋼-316鋼試樣盤的摩擦因數均勻值分別為0.4606、0.2773、0.3463、0.6088。因而能夠闡明GCr15鋼與其他資料相比,其減磨性能最好。其次是440C鋼、鋼,而316鋼與316鋼之間易發作黏著磨損,其減磨性能最差。

      2.3.2 三維形貌

      圖7為GCr15鋼球-316鋼試樣盤、鋼球-316鋼試樣盤、440C鋼球-316鋼試樣盤、316鋼球-316鋼試樣盤4種不同摩擦副在相同條件下對磨后,應用三維形貌儀掃描316試樣盤后得到的磨痕平面圖。由圖能夠看出,GCr15鋼球-316鋼試樣盤磨損水平最小,440C鋼球-316鋼試樣盤摩擦副磨損水平次之,而316鋼球-316鋼試樣盤的磨損水平最嚴重。因而,闡明了在以316鋼為根本摩擦副狀況下,GCr15鋼球的耐磨性能強于440C、和316鋼球。經過軟件計算得知,4種摩擦副下316試樣的磨痕均勻高度分別為35.061,47.551,42.332,51.291μm,這與摩擦副的磨損形貌和磨損水平結果相吻合。

      2.3.3 磨損量

      表3為GCr15鋼球-316鋼試樣盤、鋼球-316鋼試樣盤、440C鋼球-316鋼試樣盤、316鋼球-316鋼試樣盤4種不同摩擦副在相同條件下對磨后,應用探針式磨痕丈量儀測試316試樣的磨痕及磨損量結果。從圖中能夠看出GCr15鋼球的磨痕寬度、磨痕深度及磨損量均最小,所以GCr15鋼球-316鋼試樣盤對磨時的減磨性能最好,而摩擦副440C及鋼下的316試樣的磨痕寬度、磨痕深度及磨損量大于摩擦副316鋼球,進而316鋼球的減磨性能最差。因而在這4種摩擦副中GCr15鋼-316鋼試樣的減磨性能最好,而316鋼-316鋼試樣盤的減磨性能最差。

      2.4 高溫摩擦磨損

      2.4.1 摩擦因數因摩擦副GCr15-316鋼試樣盤在常溫摩擦條件下表現的良好摩擦性能,選用GCr15為對磨資料,對316鋼試樣盤停止高溫條件下的摩擦性能探求。圖8為摩擦副GCr15鋼球-316鋼試樣盤在不同溫度下(23、100、200、300、400℃)停止對磨,其摩擦因數隨摩擦時間的變化曲線。

      從圖中能夠看出,摩擦因數的大小隨對磨溫度的升高總體呈現出增大的趨向,這是由于溫度的升高招致鋼的構造組織變軟所致。室溫條件下,摩擦因數隨摩擦時間的增大而增大,這是由于隨摩擦的不時停止,鋼磨屑的呈現增大了試樣外表的粗糙水平,招致障礙摩擦的力增大,進而摩擦因數增大。而在摩擦副的對磨溫度大于100℃時,隨摩擦時間的增長摩擦因數呈現出逐步減小的趨向,這是由于溫度升高,鋼磨屑組織變軟并在摩擦外表構成一種自光滑薄膜,致使摩擦因數的不時減小并趨于均衡。綜上所述,316不銹鋼管的高溫耐磨性較差,適用于溫度較低的,普通低于200℃高溫摩擦工作場所。

      2.4.2 磨痕

      經過光學顯微鏡對高溫摩擦后的

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