金属~还是滑动磨损

金属材料,钴基合金通常被视为最耐滑动磨损在高负载,在缺乏润滑。在这种情况下,损伤的一种形式被称为“磨损”是很常见的;这被认为发生严重塑性变形,原子成键(或冷压焊),然后在一个或两个表面断裂,导致材料转移。将显示,测试结果表明,钴基合金耐磨损。此外,他们表明,不锈钢非常倾向于这种形式的破坏,独立的原子结构。

难堪的,但并不是唯一形式的损伤中遇到unlubricated滑动系统。在较低负荷,特别是在高相对速度(引起相当大的加热的金属表面),氧化生长和剥离的可能性是存在的。在这种情况下(有时称为“氧化”穿),贱金属的特点有些蒙面。这当然是真的在温度超过500°C,在氧化物往往控制滑动磨损过程,只要底层材料充分支持。在非常高的温度下,可以生成氧化非常平滑表面滑动金属材料;有人猜测,这些所谓的“釉”可能涉及某种形式的热转换,或者细氧化物微粒很容易剪,甚至接触表面。

海恩斯国际的历史与金属磨损测试(和前公司)跨越40年。初期(1978 - 1986),磨损和pin-on-block测试是用来评估和比较的特点,演员和焊缝覆盖材料(主要是钴,镍基)在该公司的投资组合(使表面硬化的部分业务出售1986年)。pin-on-disc (POD)单元,能够升高温度测试,建成,但给了可疑的结果,并迅速失宠。一些房间,温度升高,金属合同测试(在通用原子,在加州)在1981年进行了(骗子和李,1983年),给的明确迹象钴的好处,即使它是关心焊缝覆盖(使表面硬化)材料和不造成产品。

第二段金属测试在海恩斯国际恰逢的开发和推广ULTIMET®合金,第一行,钴,腐蚀和耐磨材料摆脱海恩斯的实验室,使表面硬化的销售业务。这一时期从1989年到1992年,涉及的主要磨损测试的材料,虽然其他形式的ULTIMET®合金进行了测试,特别是焊缝覆盖由Haynes-produced造成电线耗材。

海恩斯国际最近才进入第三段金属测试,由于购买的ASTM可以兼容pin-on-disc tester,加上re-furbishing海恩斯的难堪的测试装置。更重要的是,海恩斯国际收购了一个广域、激光三维测量系统,使极准确的表面分析。

ASTM可以兼容,pin-on-disc测试和海恩斯磨损测试光谱两端的金属滑动磨损。pin-on-disc测试模拟高速/低负载条件下(发现在许多轴承和旋转密封,例如),而磨损测试模拟低速/高负载条件下(发现在高扭矩和淡定的螺栓,例如)。没有液体,可以生成表面温度在高速高/低负载、金属滑动;这些会导致碎片含有氧化物粒子。

难堪的,另一方面,可能会导致癫痫(由于粘结材料的),可以产生相对大量的伤害小滑动距离(大块大块的材料从一个表面转移到另一个,或发布的接口)。

说明合金的影响和加强机制基于高速/低载荷滑动磨损,早期作品在海恩斯国际ASTM可以兼容,pin-on-disc试验机一直关注(self-coupled) Haynes®25, 230®和282®合金。海恩斯®25合金是一种含有10 wt. %镍钴基合金调整转型趋势。海恩斯®®230合金与极为相似的合金添加镍基合金,在相似的水平。海恩斯®282®合金gamma-prime加强,镍基材料。

三种合金销磨损的程度是下面的柱状图所示,这表明钴,海恩斯®25合金是最耐的三个合金穿30 N的负载,和一个线性2米/秒的速度。

销穿30 n, 2 m线性速度

Gamma-prime加强海恩斯®®282合金被发现更耐磨损比固溶强化在这些条件下,镍基,海恩斯®230®合金。此外,发现282®合金展览非常低的摩擦系数在10和20 N负荷,而摩擦系数为25和230®合金通常是独立的负载范围10到30 N,如下图所示。

连续测量HAYNES®®282合金的摩擦系数
大量的10、20和30牛顿(线性滑动速度2米/秒)

连续测量摩擦系数的海恩斯®282®合金

连续测量HAYNES®25合金的摩擦系数
大量的10、20和30牛顿(线性滑动速度2米/秒)

连续测量HAYNES®25合金的摩擦系数

连续测量HAYNES®®230合金的摩擦系数
大量的10、20和30牛顿(线性滑动速度2米/秒)

连续测量摩擦系数的海恩斯®230®合金

第一难堪的海恩斯国际是简单的设计,所使用的测试和相关的旋转(通过360°)9.5毫米直径销(滑动面是一个平面部分,垂直于圆柱形轴)对一块尺寸102 mm x 102 mm x 12.7毫米,在不同的负载下(应用使用拉力试验机,在压缩模式)。这个测试的主要问题,除了负荷变化与滑动变形和断裂活动关联的接口和pin-to-machine耦合,是主观性质的分析。

分析涉及到滑动面和决心的目视检查是否发生“磨损”。测试在不同的负荷条件下进行,使用表观接触面积转化为压力,和一个阈值压力(观察的最低磨损)确定。第一个测试是无法区分各种耐磨,钴钨铬钴合金®合金公司的产品组合,和扫描电镜表明视觉检查揭示只有损失的规模,即表面据称是免费的磨损表现出相同的损害的迹象,只有在微尺度。

解决一些第一次测试的局限性,改变了(尤其是在访问阿姆柯的摩擦学实验室,使用类似的测试,但是使用clockwise-anticlockwise,多个旋转技术)。最重要的变化是取代目测的定量测定峰-谷振幅的变化物体的表面,用表面轮廓测定法。通常,销和块表面似乎表现出相似的变化;因此认为适当的分析只块的表面,这是更适合轮廓测定法(无边缘下降)。其他变化包括销更大的直径(15.9毫米),以适应更大的女性锥形状上(把球轴承用于荷载传递拉力机),和一个10-stroke clockwise-anticlockwise旋转120°弧技术。

说句题外话,ASTM标准(G98)耐磨损的材料测试方法是类似于阿姆柯,它有很强的ASTM表示。然而,它需要一个革命的销(称为一个按钮在标准)和主观判断的阈值难堪的压力(钴基合金)的排名被认为是不可接受的。

Self-coupled /交配难堪的数据(对于许多海恩斯国际目前的投资组合造成产品)使用测试在1981年推出,生成和涉及表面轮廓测定法,在接下来的三个数字(每个对应于一个特定的负载)。

程度的磨损伤害(嗯)1361公斤负载
*年龄硬化
316 l、410和2205年遭受了总量发作(有一定程度的损害超过200µm)

程度的磨损伤害(嗯)2722公斤负载
*年龄硬化
316 l, 410年和2205年没有测试的负载2722公斤
以PH值太粗糙的测量(有一定程度的损害超过200µm)

程度的磨损伤害(嗯)4082公斤负载
*年龄硬化
316 l, 410年和2205年没有测试的负载4082公斤
以PH值太粗糙的测量(有一定程度的损害超过200µm)
值230®和hr - 120®合金超过200µm

回顾这些数据表明:

  1. 钴基合金材料6 b, ULTIMET®合金,和25合金表现出很高的耐磨损,当self-coupled,三次衣服。
  2. NITRONIC®合金60(200 -类型,高硅奥氏体不锈钢,由阿姆柯)展品非常高耐磨损在最低负荷,但提供了可怜的抵抗磨损负荷就越高。
  3. 镍钴合金的耐磨损是有害的,在图中以188合金的性能(22 wt. % Ni)相对于那些ULTIMET®合金(9 wt. % Ni)和25合金(10倪wt. %)。
  4. 镍基合金的测试,最galling-resistant age-hardened 718合金;这预示着其他gamma-double '或gamma-prime加强超级合金。
  5. nickel-chromium-molybdenum (c型)合金和625合金表现出温和的抗磨损超过负荷的范围进行了研究。
  6. 除了NITRONIC®合金,不锈钢非常容易磨损;事实上,除了age-hardened节PH合金,不锈钢倾向于债券如此强烈,他们抓住自我交配测试期间(以至于测试高负荷甚至都不考虑)。

不同的配合端面材料的影响,这些说明造成ULTIMET®合金如下图所示。对于所有的测试,销是由ULTIMET®酒吧,阻止了板的配合端面材料(表示沿x轴)。ULTIMET®合金兼容多种不同的材料在一个难堪的感觉;这并不一定适用于其他钴合金。注意负载的影响在损伤程度不强,除了304和410不锈钢。

程度的磨损伤害(嗯)ULTIMET合金与配合端面材料

承认事实,许多应用程序的耐磨钴合金包括焊缝覆盖(重要的表面),下图描述稀释的耐磨损的影响ULTIMET®焊接,应用的钨电极惰性气体保护(TIG)焊接过程。这些数据(骗子,1993)使用一种不同寻常的方法,生成涉及用预混料的生产消耗品,及其沉积到冷却铜块,创造“所有焊缝金属”的样本已知的和均匀的成分。

在承认这一事实稀释的影响依赖于衬底的类型,两种组分不同的材料被选为预混ULTIMET®合金。这些都是1040碳钢和316 l不锈钢。关于稀释选择研究的水平(9.1%和16.7%),这些代表“覆盖衬底”比例10:1,5:1(稀释被定义为衬底的百分比在焊缝)。未稀释的样本ULTIMET®合金也准备和测试。

使预混耗材(焊接棒直径4.8毫米),高频炉和开销愿望铸造系统利用。负责材料锻坯(对于ULTIMET®合金),并削减造成板件(在碳钢和不锈钢的情况下)。

从这些数据,很明显,稀释(以9.1%和16.7%的水平,这将被认为是低到中度)影响不大的耐磨损ULTIMET®合金。

程度的磨损伤害(嗯)稀释Self-Mated ULTIMET GTA焊接覆盖

尽管执行上述金属滑动测试在1981年通用原子使表面硬化的性能(不熟)材料,他们表明合金基地和温度的重要性。因此产生的图的价值,现介绍如下。

磨损率包含不同的合金有限公司镍、铁的水平

磨损率在500摄氏度接触压力对合金Contanining不同水平的有限公司镍、铁

最后,重要的是要指出现代穿的先进性和准确性测试在海恩斯国际。最近(•和骗子,2018),磨损测试进行量化钴作为耐磨合金基地的好处,和学习的优势gamma-prime加强(镍基合金)。为此,海恩斯®25日230®和282®合金进行了比较。结果,生成使用广域,激光,3 d测量系统,下面的柱状图所示。这些涉及加载2722公斤(6000磅)和1981年multi-stroke程序。

块疤痕粗糙度,嗯Self-coupled

块伤疤粗糙度,316 l不锈钢块

从这些图表,很明显:

  1. 钴(作为形变合金基地)提供了更高的耐磨损比镍、是否测量峰谷糙度,或根均方粗糙度、块伤疤。
  2. 这适用于self-coupled系统和316 l counter-faces。
  3. Gamma-prime加强非常有利于高温镍合金的耐磨损,self-coupled条件下,对316 l不锈钢。

重要的是,在上面的柱状图表示的值激光读数超过总疤痕区域,而不是以笔触为基础的数据在两个直径(如前一次)。此外,所有夫妻都测试了两次,结果取平均值。

最后一个图,如下所示,是一个激光产生的图像(放大1500倍)的海恩斯®®230块伤疤,不同颜色来表示表面特征的高度和深度。

激光产生的形象HAYNES®®230块疤痕

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