SS 304 LN在划痕试验和变形影响摩擦系数的演变

文摘

符合美国钢铁协会的304 LN的核级锻造,显微抛光标本受到进步负载划痕测试使用spheroconical硬度计压头在三个不同的速度1,3,27毫米/分钟。本研究试图解决摩擦系数的进化速度调用其相关性嘁喳诱导变形标本。在更高的速度,塑性变形利率更高导致摩擦系数的大小。这是与动态获得高分辨率的光学图像显示变形驱动的显微结构的变化。这些变化显著影响摩擦系数的演变是表面的可塑性密切相关。

1。介绍

划痕试验是一种经常使用的技术来测量涂层的界面的粘合强度,但结果取决于很多外在和内在参数(1]。划痕硬度、耐磨性和散装材料的磨损也可以评估使用划痕试验[2,3]。划痕试验期间提取的力学性能包括压痕硬度计压头材料相对运动。正常的压痕力可以保持不变或可以逐渐增加。但是,从划痕试验结果取决于许多参数,如抓速度,划痕长度、加载速率、表面粗糙度和材料特性1]。这些因素也影响摩擦系数的演变在划痕试验(4]。摩擦粘附和穿密切相关,需要高度的理解非平衡过程发生在分子水平上确定发生了什么在宏观层面(5]。水动力分析(6]表明,塑性增强由流诱导控制变形发生在接触界面和也解释了缩进诱导局部表面变形。切向力记录在划痕试验提供了一个有价值的和简单的方法识别变形模式的转换(7]。塑料和弹性变形之间的比率在划痕试验进行了一下硬度计压头与试样的弹性模量比硬度(8]。它是被推断出来的从不同的研究1,3,8- - - - - -10],通过压痕试验摩擦材料特性的作用仍然是一个具有挑战性的研究领域在应用力学。一般来说,抓研究已经进行了确定薄膜的粘合强度1]。有报道称,划痕试验被用来理解失败导致薄膜变形机制(11,12]。则较少受到关注的研究变形和摩擦系数的进化在散装材料的进步负载划痕试验。因此,这将是有趣的学习抓诱导变形散装材料及其对摩擦系数的影响,可以用于切割应用。

本文试图提供一个全面、精确的图片抓速度对摩擦系数的演化的影响在不锈钢AISI 304 LN的划痕试验。最终,由此产生的变形和磨损与摩擦系数有关。

2。实验

符合美国钢铁协会的304 LN是选择抓在几个技术应用研究由于其使用。进行机械抛光划痕测试符合美国钢铁协会的304 LN标本使用重新审核划痕测试仪(CSM仪器、瑞士)。表面粗糙度是衡量30 nm。200年一个spheroconical金刚石压头与齿顶圆角半径米被用作抓挠身体。正常负载应用逐步从1(以线性方式)N - 15 N和划痕长度保持不变在3毫米的划痕。划痕在三种不同的速度,也就是说,1,3,27毫米/分钟。测试进行了干燥和unlubricated条件。摩擦力和硬度计压头渗透到材料测量在每个划痕试验。每次测试后,残余抓跟踪分析通过光学显微镜观察机械变形的材料。

3所示。结果与讨论

在图1(一),结果表明,残余深度之比()总穿透深度(),也就是说,塑料因子(高等划痕),高速度()。塑料的因素提供了材料的塑性变形。与弹性恢复()依照以下方程:

方程(1)显示了一个简单的关系,更大的塑性变形是伴随着减少弹性恢复。的成长值是0.17,0.26,0.6,抓速度1,3,分别和27毫米/分钟。

图1(一)描绘的增加从1到3毫米/分钟边际效应。然而,的平均值显著增长0.6 27毫米/分钟,几乎是4和2倍的价值获得速度1毫米/分钟和3毫米/分钟,分别。在图1 (b),它是显示与进步的正常负载指示,摩擦力线性增加材料的塑性变形。加载速率更高更高的抓速度快导致能量耗散的材料。类似的行为是观察到的摩擦系数()与进步的正常负载如图1 (c)。抓速度1、3和27毫米/分钟,平均的值获得了0.3、0.4和0.9,分别。摩擦系数几乎是常数降低抓速度但更高的速度,相对增加而进步的正常负载。同时,发现是相同的在低负载的三个速度。但是负载,显示了一个偏差,随抓速度增加而减小。这可以解释的基础上更高的能量耗散率抓速度相同负载应用于较小的时间导致更高的应变率对材料。这也会增加在高负载。突然跳以最高速度对磨损模式的变化可能表明稍后讨论。

清洁滑动金属之间的摩擦和表面损伤是影响金属的变形性质(13]。与实验结果相比,它可以被定义,摩擦力是驱动力来检测材料变形的规模。塑料能量耗散率比较高的摩擦系数。能量耗散是抓速度的函数,摩擦系数成正比的能量损失和在哪里,,摩擦力、正常负载和划痕距离。它已经表明,古典摩擦定律依赖于塑性变形的表面微凸体接触摩擦表面(14),但显著升高批量金属玻璃显示不稳定的摩擦变形通过增加附着力(15]。

硬度计压头渗透率测量划痕测试期间对不同速度如图2。已经观察到划痕深度划痕与上升速度明显减小沿的长度。减少对应的增加材料的硬度。这可以归因于擦伤引起的应变硬化材料的抗硬度计压头渗透在更高的速度。硬度计压头的应变硬化也影响横向运动期间划伤导致增加在切向力大幅增加抓速度,如图1 (b)。结果表明,用硬度计压头之间的界面剪切强度的变化和材料由于抓速度,磨损和摩擦系数也表现出变化。这种行为说明了严重塑性变形增加速度。

图3光学显微图显示划痕追踪揭示变形的程度不同的速度。数据3(一个)和3 (b)描述,在较低的情况下抓速度,形成平行凹槽滑动方向。磨损的特性,这种特性硬表面微凸体的硬度计压头配合端面与材料。磨损是引起主要通过耕作,材料是刮槽的两侧堆积没有物质去除划痕区域。相比之下,凹槽消失了更高的速度,如图3 (c)。这可能是由于材料的剪切破坏以更高的速度导致碎片形成显示胶自然磨损。同时,损坏是更高的大小在高应力磨损的情况下(划痕最高速度),但损伤的深度减少是由于更高的应变硬化,正如前面所讨论的。它也观察到,逐步增加负荷加速的塑性变形和刮伤的速度对摩擦系数的增加起到了推波助澜的作用。

摩擦系数的相关性与变形程度的揭示其更高的价值增加速度。电话等人绘制变形的聚合物和政权也发现了一个很好的相关性与摩擦系数(16]。摩擦力的值越高表示更大的塑性变形(损害),增加抓速度符合美国钢铁协会的304 LN如图3。在低负载,发现摩擦行为支配,只有光滑scrtach槽。在高负载,穿被发现的变形模式,材料磨损明显从光学显微图(图3)的残留痕迹。同样的行为已经被阿德勒和沃尔特斯观察304不锈钢在单一抓三个不同的正常负载下测试(17]。在我们的例子中,负载增加线性从1 N - 15 N在单一。这可以帮助理解304不锈钢的磨损行为在一个单一的实验。摩擦系数的偏差,得到在不同的速度,在高负载变化可能是由于变形模式搭配增加速度。有趣的是,偏差被发现在早期阶段的速度增加,如图1 (c)。由于摩擦系数的依赖在应变速率的增加而增加的速度。也在较高应变率,硬度计压头把材料变成更多的局部应力场变化导致变形模式,观察到在目前的情况下(16]。

研究结果表明,摩擦系数的影响是一个重要的方面与塑性变形和应变能耗散。一般来说,随着界面剪切强度的增加材料的磨损率降低。然而,变形之间的平衡机制控制剪切强度(断裂、塑性变形)变化随着基质硬度的增加由于应变诱导硬化和应变能的变化在不同的速度。

4所示。结论

目前的结果显示显著的塑性因素对摩擦系数的影响,发现试样的变形材料直接相关。在更高的速度,观察严重塑性变形导致从磨料磨损模式过渡到粘合剂。更高的速度导致应变率增加。增加塑性变形和应变硬化导致摩擦系数的增加与增加速度和负载。还发现,增加抓速度可以导致严重的变形模式在低负荷由于更高的应变率。因此,可以得出结论,抓速度determinsitic划痕试验的参数会影响表层和次表层的变形。

确认

作者感谢c . s .桑达尔博士有价值的评估和Baldev Raj博士鼓励。

引用

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