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考察了25～500℃条件下热压烧结Fe_3Al与GCr15轴承钢配副时的干滑动摩擦磨损性能，利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱分析了Fe_3Al磨损面、磨屑的形貌和物质组成。结果表明：热压烧结Fe_3Al与GCr15轴承钢配副滑动磨损时摩擦因数在1～1.8,Fe_3Al的磨损机制以氧化磨损为主。室温条件下，Fe_3Al磨损率随着载荷的增加而增加，随着滑动速度的升高而降低。200～500℃条件下，Fe_3Al呈现出优异的磨损抗力，磨损率相比室温下降一个数量级。

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Fe_3Al金属间化合物 GCr15轴承钢 滑动摩擦 氧化磨损

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不含毒性及有害元素的Ti基块体金属玻璃具有作为新型生物医用材料的潜力。为改善Ti基金属玻璃的力学行为，克服其本征脆性问题，制备β-Ti树枝晶增强块体金属玻璃复合材料是一种有效的途径。本论文以不含毒性元素Be的块体金属玻璃合金Ti40Zr10Cu33Pd14Sn3为基础合金，采用中间合金Ti80Nb20形式添加高熔点树枝晶形成元素Nb，以创造β-Ti树枝晶的先析条件，利用铜模吸铸法制备β-Ti树枝晶增强金属玻璃复合材料，通过调整化学成分，调控复合材料的显微组织，探索力学行为的变化规律，得到如下主要结论： 对于Nb加入量为8%所形成的Ti56Zr6Cu19.8Pd8.4Sn1.8Nb8合金，利用铜模吸铸法可以制备出含β-Ti树枝晶的块体金属玻璃复合材料；其显微组织由三种相组成：先析β-Ti树枝晶、岛状Ti2Cu金属间化合物、及网状玻璃基体；Ti2Cu的形成与其在先析β-Ti树枝晶上的非均质成核有关；在单轴压缩条件下，与完全非晶态合金相比较，该合金表现出显著的塑性变形能力及加工硬化特性；压缩变形过程中β-Ti树枝晶与玻璃基体之间的交互作用，是其获得良好力学性能的重要因素；然而，在三点弯曲条件下，该合金则完全脆化，呈现出强烈的压缩/弯曲力学行为不对称性；在与氧化锆配副的滑动磨损条件下，该合金表现出比传统晶态材料及完全非晶态合金更高的磨损抗力，其优良的磨损特性归因于显著的加工硬化能力、及Ti2Cu相的贡献。 对于进一步增加Nb含量至12%所形成的Ti64Zr4Cu13.2Pd5.6Sn1.2Nb12及Ti68Cu13.2Pd5.6Sn1.2Nb12合金，其显微组织仍然由先析β-Ti树枝晶、网状玻璃基体、及岛状Ti2Cu金属间化合物组成。Nb加入量的进一步增加使β-Ti体积分数增大、玻璃基体的体积分数相应减小，然而，并不能完全消除Ti2Cu相；在不含Zr元素的Ti68Cu13.2Pd5.6Sn1.2Nb12合金中Ti2Cu可显著减少，其原因与Ti2Cu相的晶格常数变化有关；在单轴压缩条件下，两种合金均表现出较高的屈服强度、及更好的塑性变形能力，其压缩行为受玻璃基体与β-Ti树枝晶的交互作用所控制；在三点弯曲条件下，Ti64Zr4Cu13.2Pd5.6Sn1.2Nb12合金却完全脆化，而不含Zr元素的Ti68Cu13.2Pd5.6Sn1.2Nb12合金则能够保持其良好的塑性变形能力；合金的弯曲行为与脆性Ti2Cu金属间化合物的体积分数、及分布状态密切相关； 对于基于Ti68Cu13.2Pd5.6Sn1.2Nb12合金、增加Sn含量所形成的Ti66.8Cu13.2Pd5.6Sn2.4Nb12及Ti65.6Cu13.2Pd5.6Sn3.6Nb12合金，其显微组织没有明显变化；Sn加入量的增加可使合金的硬度及屈服强度升高，特别是Sn含量为3.6%的合金可在屈服强度显著提高的同时，还具有更好的压缩塑性；β-Ti树枝晶中的Sn元素不仅具有固溶强化作用，而且可调控其弹性模量，改善β-Ti树枝晶与玻璃基体之间的弹性模量匹配，增强塑性变形过程中两相之间的协同变形及交互作用，从而使复合材料在获得良好强化效果的同时，还获得了良好的塑性变形能力； 对于Ti65.6Cu13.2Pd5.6Sn3.6Nb12合金，通过改变铜模吸铸试样的截面尺寸，可在较小尺寸的试样中获得β-Ti枝晶树尺度~5 μm、玻璃基体为纳米尺度的BMGC状态，在较大尺寸试样中获得β-Ti枝晶树尺度~10 μm、不含玻璃基体的多晶状态；在单轴压缩及三点弯曲条件下，与多晶态相比较，虽然该BMGC态合金中玻璃基体的体积分数仅为~12%，但是，其压缩及弯曲屈服强度分别提高~72％及~64％，呈现出对传统复合材料承载模型的显著偏离；在塑性变形过程中，纳米尺度玻璃基体对β-Ti树枝晶的滑移变形具有强烈的“约束效应”，这种“约束效应”与纳米尺度玻璃基体可能具有的“均匀塑性变形”模式相关，可促进不同组织之间的协同变形，实现复合材料的强韧化。 本论文的结果可为具有良好力学性能Ti基生物医用材料的研究提供参考。

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金属玻璃复合材料 力学行为 树枝晶 显微组织

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火箭橇是一种由火箭驱动的高超声速滑动测试装置，主要用于各种高速武器装备的性能检测和评定。火箭橇滑靴与轨道的严重摩擦磨损现象影响着测试试验的准确性和设备的安全性，因此开展滑靴与轨道之间的摩擦磨损研究对提高我国国防综合实力具有重大意义，同样具有重大的科学意义和工程应用价值。目前火箭橇最高运行速度已达到8马赫/秒，其摩擦磨损特性很难通过传统试验手段进行研究，故论文主要使用数值仿真技术开展本课题的研究工作。 论文选择火箭橇为研究背景，使用计算机仿真、有限元理论以及摩擦学等多元学科知识，采用分形理论与Archard磨损模型的有限元法，对不同工况条件下滑靴/滑轨摩擦副在高速运动状态下的摩擦磨损现象进行研究，分析火箭橇滑靴运行过程中摩擦系数的变化规律以及磨损情况。首先，研究了靴/轨粗糙表面有限元模型建模技术。应用W-M函数法对金属表面微观结构进行MATLAB仿真建模，并基于此在ABAQUS商业有限元软件中使用Python语言进行二次开发，建立MATLAB和ABAQUS之间的数据连接接口，实现快速建模的方法；然后，基于粗糙接触表面模型，通过有限元软件数值模拟，得到火箭橇靴/轨间摩擦系数数学模型，并对其低速部分进行相应的销-盘摩擦磨损实验进行验证；最后，构建微观、宏观火箭橇靴/轨滑动磨损数值计算模型，建立了基于粘弹性Johnson-Cook状态方程的滑靴磨损失效判据，从而通过ABAQUS有限元实现不同速度下的滑动磨损率预测。 通过本课题的研究工作，为实现我国高超声速下火箭橇安全、高效运行提供必要的理论支持和技术保障。另外，本课题所使用的模拟仿真方法同样适用于其它高速摩擦磨损问题的研究。

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高超声速 火箭橇 摩擦系数 磨损率 数值模拟

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角接触球轴承广泛应用于高速精密机床主轴等高速转子部件。对于高端机床轴承，轴承失效大多数情况下是指轴承不到寿命而出现磨损或缺陷。这时轴承虽然能够运转，但运转精度没有保障，导致加工精度下降，继续使用还有一定的危险。在这种情况下，因磨损而导致的精度丧失成为其主要的失效形式。因此，对滚动轴承的磨损进行分析和预测，是十分必要的。本文在分析轴承受力和运动的基础上，利用有限元方法和Archard磨损计算模型，采用ANSYS软件对角接触球轴承的磨损进行仿真研究。具体研究内容如下： （1）应用有限元理论和数值仿真方法，建立了基于Archard理论的滑动磨损过程仿真模型。采用有限元方法获取界面接触压力，将滑动过程分解为若干子步来计算磨损深度，通过移动接触边界节点来描述材料的去除过程。应用此磨损仿真模型，采用ANSYS软件对圆柱和平板的接触磨损进行仿真，并和实验结果对比，证明所构建的磨损仿真程序可以有效地模拟整个磨损过程。在此基础上，进一步研究了磨损次数、载荷以及摩擦系数等因素对磨损的影响。 （2）应用ANSYS软件建立了球与平面接触的有限元模型，对滚珠的接触问题进行了分析，并将分析结果与Hertz解析解进行了比较，验证了模型的有效性。然后，对不同载荷下的接触应力进行了计算，还分析了模型的尺寸对计算结果的影响。建立了完整的角接触球轴承有限元模型和单个滚珠的轴承简化模型，通过计算两种模型在相同条件下的接触应力并与Hertz理论计算的结果进行比较，证明了这种简化的合理性。 （3）分析了角接触球轴承的运动，研究了轴承运行时球与滚道接触区的滑动，计算了一定条件下接触区滑动速度的分布，指出了球在滚道上运动时纯滚动点的存在。开展了球盘摩擦磨损试验，得到了轴承钢在边界润滑条件下的摩擦系数和磨损系数。建立了球与内圈磨损的有限元仿真计算模型，并分析了径向载荷、接触角、沟曲率系数等因素对轴承磨损的影响。

Keyword ：

角接触球轴承有限元磨损仿真

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Fe3Al金属间化合物具有优异的中高温力学性能和氧化抗力，是一种潜在的质优价廉的中高温结构材料。但其室温断裂韧性、高温强度和硬度较低，严重制约了它在宽温域耐磨材料领域的应用。本文在复合强韧化与添加Cr微合金化改善Fe3Al强韧性的基础上，着重通过制备固体自润滑材料的方法改善Al2O3/Fe3Al复合材料与Inconel718镍基高温合金配副的宽温域干滑动摩擦磨损性能。并借助XRD、SEM、EDS和Raman光谱等检测手段，分析试样磨损表面、亚表层以及磨屑的形貌特征与化学组成，系统研究了Cr、MoS2、Mo以及环境温度等因素对Al2O3/Fe3Al复合材料干滑动摩擦磨损性能与磨损机制的影响规律，主要得到以下结论：室温~800℃范围内，Al2O3/Fe3Al复合材料与Inconel718合金盘试样配副时，粘着磨损普遍存在。500℃以上氧化物的大量出现有助于减轻粘着并降低摩擦因数，但粘着与氧化的交替作用使500℃时销试样磨损率突增。800℃时氧化物中Al2O3、Fe2O3等硬脆相的大量存在导致氧化膜脆性大易剥落，磨损率达到最大。添加适量Cr元素后材料500℃以上高温耐磨性略有改善，这是由于高温下含Cr试样釉质氧化层中Fe3O4、NiO等润滑组元较多，釉质层减摩效果相对更好所致。在Cr/Al2O3/Fe3Al复合材料中添加MoS2，烧结过程中MoS2分解放热导致Al2O3颗粒尺寸异常增大，材料强度硬度显著降低。室温~500℃时，盘试样对其犁削作用显著，材料耐磨性较差。650℃~800℃氧化作用加剧，润滑组元MoO3增强了氧化膜的润滑效果，材料耐磨性得到改善。研究结果显示随MoS2含量增多复合材料耐磨性逐渐提高，MoS2含量为10wt.%时，高温摩擦因数降低近一半，800℃磨损率降低一个数量级。在添Cr基础上添加5wt.%Mo，Al2O3/Fe3Al复合材料强度硬度有所提高。室温和200℃时Mo对其干滑动磨损性能影响不大；350℃开始，MoO3，NiO，Fe3O4等润滑组元能够发挥很好的减摩抗磨作用，摩擦因数降幅最大可达近70%，500℃和800℃销试样磨损率降突增的问题也得到解决。综合以上结论可知，Cr与Mo共同作用是提升Al2O3/Fe3Al复合材料宽温域干滑动摩擦磨损性能的有效途径。

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Fe3Al-Al2O3复合材料干滑动摩擦磨损性能磨损机制宽温域自润滑

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在高应力滚滑动（滑动率约为0.5%,5%,10%）条件下,利用自制的磨损试验机研究了高钒高速钢的摩擦磨损性能,并利用电子显微镜分析了失效行为。结果表明：高应力滚滑动接触使高钒高速钢中的奥氏体转化为马氏体,并使马氏体发生严重的碎化。滑动率对高钒高速钢的摩擦磨损行为有显著影响。当滑动率为5.12%时,摩擦系数最高,滑动率升高或降低均使摩擦系数降低。随着滑动率增加,高钒高速钢的磨损率增加,其磨损失效方式逐渐由疲劳磨损为主转变为滑动磨损为主。

Keyword ：

高钒高速钢 滑动率 磨损 失效方式

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Fe3Al金属间化合物成本低廉，抗氧化、抗硫化、耐腐蚀、抗摩擦磨损性能较好，且600℃以下强度较高，但室温脆性和600℃以上强度及抗蠕变性能下降等缺点严重制约了它的发展应用，且由于其耐磨性主要取决于硬度、强韧性等力学性能，因此本文通过自蔓延反应和细晶复合强韧化的方法制备自生Al2O3增强超细晶Fe3Al基复合材料，来提高Fe3Al金属间化合物的强度和硬度，从而进一步提高其摩擦磨损抗力。 本课题采用机械合金化（MA）诱发不同Fe-Al-Fe2O3体系发生自蔓延反应（SHS）制备出不同Al2O3质量分数的Fe(Al)-Al2O3复合粉体，然后用等离子活化烧结（PAS）制备成不同Al2O3质量分数的Fe3Al-Al2O3块体复合材料，并以Fe-Al体系为对比，借助XRD、SEM、EDS、TEM等测试分析手段，详细研究了各体系的机械合金化机理，以及Al2O3质量分数和烧结温度对块体试样致密度、硬度及组织的影响，从而确定出该复合材料的最佳制备工艺。另外以GCr15轴承钢为对磨盘，进行销盘式干滑动摩擦磨损试验，对比研究了最佳工艺所制备的该复合材料以及Fe3Al金属间化合物在不同温度（25～500℃）下的干滑动磨损行为及磨损机理，主要得到以下结论： Fe-Al体系球磨50h后可制备出均匀细化的Fe(Al)粉体，用于烧结制备Fe3Al金属间化合物对比试样，且Al向Fe中的固溶过程主要发生在球磨5.0～10h期间。通过调节Fe-Al-Fe2O3体系中Fe粉的加入量，并利用MA诱发SHS，在理论上和实际球磨50h后均可得到均匀细化的Fe(Al)-44wt.%Al2O3和Fe(Al)-20wt.%Al2O3复合粉体，且随Fe粉加入量的增加所产生的稀释作用导致反应孕育期变长，反应前后温差下降。但采用上述方法在理论和实际中均无法实现Fe(Al)-10wt.%Al2O3复合粉体的制备。 本论文所研究的超细晶Fe3Al-Al2O3复合材料的最佳制备工艺为：利用MA诱发Fe-Al-Fe2O3体系发生SHS制备出Fe(Al)-20wt.%Al2O3复合粉体，然后在1100℃下PAS烧结，所得到的复合材料致密度、硬度、组织等均较好，且基体Fe3Al为A2无序结构，晶粒尺寸为100～200nm。 Fe3Al金属间化合物和Fe3Al-20wt.%Al2O3复合材料在室温下与GCr15轴承钢配副的磨损机理均以微犁沟为主，且有少量氧化磨损，另外后者的摩擦因数和磨损率均比前者更小，但对对磨盘的磨损略大。中高温下二者的磨损机理均以氧化磨损为主，同时还有微犁沟存在，且500℃下还存在明显的微观断裂导致剥落磨损，另外Fe3Al（200～500℃）和Fe3Al-20wt.%Al2O3（200℃、350℃）试样的摩擦因数均随温度升高逐渐减小，在相同温度下后者的摩擦因数均小于前者，500℃下Fe3Al-20wt.%Al2O3试样的摩擦因数再次升高，且与Fe3Al试样基本相当，两种销试样及其对磨盘的中高温磨损率均几乎为零。综合以上磨损试验的结论可知，Fe3Al-20wt.%Al2O3复合材料在25～500℃下具有比Fe3Al金属间化合物更好的抗干滑动摩擦磨损性能。

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Fe3Al-Al2O3复合材料机械合金化自蔓延高温合成等离子活化烧结抗干滑动磨损性能

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本课题是国家自然科学基金项目的一部分，旨在研究粉末冶金制备无序（等离子活化烧结制备）和有序（热压烧结制备）两种Fe-28Al (Fe-28at%Al)合金的干滑动磨损性能与磨损机制，以期为其实际应用奠定一定的试验依据与理论基础。本研究采用MMU-5G型销盘式磨损试验机进行干滑动磨损试验，并借助X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）和X射线光电子能谱仪（XPS）等研究方法，分析了Fe-28Al合金试样磨损表面、亚表层以及磨屑的形貌特征与化学组成，系统地研究了配副材料、载荷、滑动速度以及环境温度等因素对两种Fe-28Al合金干滑动磨损性能与磨损机制的影响规律。 通过以上研究，主要得到以下结论： 室温下与1Cr18Ni9Ti配副时，由于不锈钢硬度较低，在磨损初期会首先转移到Fe-28Al合金表面形成机械混合层。随着磨损的进行，在剪切应力和压应力的共同作用下，表面层发生位错堆积，导致裂纹萌生和扩展，进而发生剥落形成磨屑。在磨损过程中，材料的转移与剥落同时存在，相互竞争，主要磨损机制为粘着-剥层磨损，合金的韧性是影响其干滑动磨损性能的重要因素。由于无序Fe-28Al合金韧性较好，因此表现出比有序合金更加优异的抗磨损性能，但总体而言，两种合金在不同的试验参数下均表现出相近的磨损率变化趋势。载荷增加对合金的磨损产生两方面作用：一方面会使磨损表面应力增大，导致片层剥落严重，磨损加剧；另一方面又会导致摩擦副表面温度升高，粘附层增厚，从而使磨损减轻。因此，随着载荷增加，两种试样的磨损率均呈现先增加后减少的变化趋势。而滑动速度增加使摩擦表面温升效应显著，导致粘附层厚度迅速增加，磨损率下降。 室温下与GCr15轴承钢配副时，由于两种材料的硬度均较高，摩擦副表面并没有明显的粘附转移现象，而是形成了一层由Fe2O3、Fe3O4和Al2O3组成的混合材料氧化层。其主要磨损机制为氧化磨损，合金的硬度是影响其干滑动磨损性能的重要因素。由于两种Fe-28Al合金的硬度差异较小，因此具有相近的抗磨损性能。载荷增加使磨损表面的脆断剥落逐渐加重，两种试样的磨损率均呈现上升趋势。滑动速度增加使表面氧化层逐渐变得连续光滑，磨损率迅速下降。在（200～500）℃范围内，由于温度增加使轴承钢的硬度和强度逐渐下降，而Fe-28Al合金则具有优异的中高温力学性能，因此Fe-28Al合金的磨损率明显低于轴承钢，在500℃的高温下也仅为9×10-5mm3&#8226m-1，主要磨损机制为粘着与氧化磨损共存机制。

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Fe-28Al合金有序态干滑动磨损性能磨损机制

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针对Fe3Al金属间化合物室温脆性和高温强度不足的问题，本文提出了通过粉末冶金制备超细晶Fe3Al金属间化合物改善其强韧性，并探索其作为宽温域耐磨材料可行性的整体思路。重点研究了Fe-28.at.%Al体系机械合金化机制和工艺参数对球磨粉末特征的影响规律；系统对比了等离子活化烧结 (PAS)和热压烧结(HP)两种方法烧结Fe3Al金属间化合物的组织结构和中高温力学性能；深入研究了两种方法烧结Fe3Al金属间化合物干滑动摩擦磨损行为和磨损机制。主要获得了以下结论： 室温生成焓和热容的比值较低导致Fe-28.at.%Al体系遵循“连续扩散混合”的机械合金化机制，通过机械合金化只能得到纳米结构A2无序Fe3Al金属间化合物粉末；甲醇作为过程控制剂能够有效提高机械合金化的效率，但也造成了球磨粉末的C污染。 通过PAS和HP烧结均能够获得相对密度大于99%的高致密Fe3Al金属间化合物块体试样，但PAS烧结试样保留了球磨粉末的A2无序结构，并呈现出亚微米晶粒区域(500nm~1μm)和纳米晶粒区域(80~300nm)双峰分布的特征，而HP烧结试样为部分D03有序结构，晶粒尺寸在1~2μm范围内。有序化能较低（6.72KJ/mol）和快速冷却是导致PAS烧结试样没有发生无序-有序转变的热力学和动力学因素。由于球磨粉末的C污染，两种方法烧结试样中均有Fe3AlC0.5碳化物的析出，但PAS烧结试样中碳化物尺寸较小并且分布更加均匀，并随着甲醇添加量的增加碳化物体积分数增加。 研究表明两种方法烧结Fe3Al金属间化合物具有近似的室温硬度和中高温强度，室温硬度(50HRC)约为文献报道铸造试样的2倍，虽然温度超过600℃两种方法烧结Fe3Al金属间化合物压缩屈服强度均出现急剧下降，但其800℃压缩屈服强度(160MPa)仍约为文献报道铸造试样的3倍。PAS烧结超细晶无序Fe3Al金属间化合物表现出优异的室温塑韧性(KIC为46MPa/m0.5，压缩应变为20%)，其中断裂韧性分别为 HP烧结试样和文献报道Cr改性铸造试样的2倍和1.5倍；甲醇添加量对烧结试样的硬度影响不大，但导致其断裂韧性严重下降；综合硬度和断裂韧性的测试结果发现球磨过程中甲醇的最优加入量为球磨粉末重量的0.8%左右。 两种方法烧结Fe3Al金属间化合物与304不锈钢配副室温滑动磨损时主要磨损机制皆为粘着-剥层磨损，不锈钢和Fe3Al金属间化合物组成的机械混合层粘附和剥落之间的竞争是其摩擦磨损行为的主要控制因素。同等滑动条件下，由于PAS烧结Fe3Al金属间化合物具有较好的塑韧性，其具有比HP烧结Fe3Al金属间化合物优异的磨损抗力。法向载荷的增加一方面使摩擦界面温度升高导致机械混合层厚度不断增加，但同时也使亚表层裂纹形核速率增加导致机械混合层剥落趋势加剧，以上两方面的交互作用导致两种方法烧结Fe3Al金属间化合物在法向载荷30N时具有最高的磨损率。滑动速度的增加使摩擦界面温度升高导致机械混合层形成速率增加而剥落速率下降，从而导致两种方法烧结Fe3Al金属间化合物磨损率均随滑动速度增加而逐渐下降。 不同滑动磨损条件下与GCr15轴承钢配副时，两种方法烧结Fe3Al金属间化合物主要磨损机制皆为氧化磨损，并且在不同滑动磨损条件下具有近似的磨损率。摩擦表面氧化层主要由延展性较差的Fe2O3、Fe3O4和Al2O3组成，导致氧化层容易在机械应力的作用下剥落形成磨粒，使两种方法烧结Fe3Al金属间化合物与GCr15轴承钢配副时具有较高的摩擦系数。法向载荷增加使氧化层剥落速率增加，从而导致两种方法烧结Fe3Al金属间化合物磨损率均随法向载荷的增加而增加。滑动速率的增加使摩擦表面温度升高从而增加了氧化层形成速率，导致两种方法烧结Fe3Al金属间化合物磨损率均随滑动速度的增加而逐渐下降。环境温度的升高导致氧化层生长速率急剧增加，并且由于两种方法烧结Fe3Al金属间化合物均具有较好的中高温强度，使Fe3Al金属间化合物表现出良好的中高温磨损抗力。

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Fe3Al 金属间化合物 力学性能 摩擦磨损 组织结构

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含间隙铰接副机构广泛应用于工程机械、航天机构中，其摩擦学行为（特别是磨损）对机构动态性能，安全可靠性和使用寿命方面有显著影响。但目前对间隙铰接副的磨损多采用系统分离的方法，不考虑磨损导致间隙变化和机构动力学之间的耦合作用。本文在摩擦学的三个公理指导下，对多体系统中间隙铰接副摩擦磨损与动力学集成分析及应用方面，从理论、仿真及实验等诸多方面进行探讨。主要研究内容包括：1. 应用有限元理论和数值仿真方法，建立了基于Archard理论的滑动磨损过程仿真模型，并采用ANSYS软件开发了通用程序。引入磨损步长的概念和移动接触边界节点的方法来描述材料的去除过程和界面的动态修正，利用结构优化算法中的边界位移法解决了界面边界节点变动导致的内部网格畸变问题。采用磨损放大因子和自适应算法开发了稳定且有效的磨损加速仿真策略。通过铰接副磨损试验验证了所提模型有效性；2. 建立含间隙铰接副多体系统动力学与磨损集成分析框架，并通过数值仿真与实验测试进行对比研究。引入接触力模型替代位移约束来表达间隙铰接副，并通过拉格朗日方法建立多体动力学方程，所得到的铰接副载荷及位移信息输入滑动磨损过程仿真模型，磨损通过间隙的大小和位置的变化反作用于多体系统。通过耦合迭代框架来实现磨损与机械动力学的集成分析。分析结果表明：该框架能较为准确的预测铰接副磨损量及位置情况，以及磨损导致机械动态性能的变化特征；3. 建立基于间隙杆模型的铰接副模型以及Winkler弹性基础模型接触压力算法，研究间隙铰接副磨损与动力学耦合的简化算法。引入间隙杆模型通过达朗伯原理获取铰接副反力可避免接触模型带来的系统方程的强非线性。Winkler弹性基础模型则比有限元模型有较高的计算效率且具有相当的精度。搭建的曲柄滑块实验机构的测试结果表明此简化算法具有很好的有效性，特别是Winkler弹性基础模型对间隙较小的铰接副磨损预测具有较高的精度；4. 综合应用间隙铰接副磨损与动力学集成分析框架对连续采煤机履带行走系统的摩擦磨损问题进行分析。通过分析履带-地面交互力学机理，以每块履带板与地面的力学作用为基元，根据Bekker理论建立了履带沉陷、地面垂直力、牵引力、侧向力、行驶阻力的数学模型，并利用软件ADAMS建立了某型连续采煤机履带行走系统的虚拟样机动力学模型，并从摩擦功耗和牵引性能方面进行仿真分析和试验验证。应用该虚拟样机模型磨损与动力学集成分析框架对履带销铰接副的磨损进行预测；5. 针对铰接副摩擦磨损问题，从微观角度考虑，建立基于分形理论的粗糙表面接触模型及粘着磨损系数的理论预测方法。结合Estion理论对Y-K分形接触模型加以修正以建立包含弹性-弹塑性-塑性的完全状态的粗糙表面接触模型。通过塑性接触微凸体在截断平面作用下形成的球台被去除的方法来模拟粘着磨损，将磨损过程用界面间距变化来表示，磨损情况可由单个间距变化步长内的磨损率以及所有步长内的累计磨损系数来表征。研究了材料属性、分形参数对接触与磨损系数的影响。

Keyword ：

间隙铰接副磨损仿真多体动力学耦合分析分形理论

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