TiNi形状记忆合金冲蚀磨损及表面接触力学行为研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:revire
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近年来,国内外学者对TiNi形状记忆合金摩擦磨损行为进行了大量的研究,结果表明TiNi合金作为新型耐磨材料具有良好的应用前景。本文利用液流喷砂型冲蚀磨损实验机对TiNi合金、SUS630和2Crl2NiMolW1V合金的泥浆冲蚀磨损行为进行了对比研究,考察了冲蚀角度、时间及工作压力对样品冲蚀磨损性能的影响,并利用显微硬度计、扫描电镜及表面轮廓仪研究了三种样品冲蚀前后硬度及表面形貌的变化。结果表明:TiNi合金的耐冲蚀磨损性能明显优于两种对比材料,且三种样品均表现出典型塑性材料冲蚀磨损特征;三种样品冲蚀后的表面硬度均有明显升高,其中TiNi合金的表面硬度变化最大。本文还利用压痕实验模拟了冲蚀过程中粒子对样品表面的局部载荷作用,测试了压痕加载过程中的外部作用能量及残余变形量,分析了伪弹性对TiNi合金表面接触行为的影响。结果表明:TiNi合金的伪弹性可增大接触过程中的弹性接触面积,降低表面集中应力,减少接触过程中的材料损伤:并发现压痕实验中外部作用能量与样品残余变形量的比值和材料的冲蚀磨损性能存在良好的对应关系。本文还利用Abaqus有限元分析中的等向线性强化力学模型,首次对TiNi合金在法向载荷作用下的表面接触力学行为进行了模拟计算。结果表明:TiNi合金的伪弹行为可增加其弹性应变极限,提高塑性变形临界载荷,同时降低塑性变形区域面积。TiNi合金所表现出的这种接触力学特性可有效减缓冲蚀过程中粒子的塑性嵌入,降低塑性损伤范围,从而提高合金的冲蚀磨损性能。另外,本文还利用自行设计的单摆冲击实验装置首次对TiNi合金在低速冲击加载条件下的力学行为进行了研究。结果表明:TiNi合金在动态冲击加载条件下仍然存在形状记忆效应和伪弹性,且形状记忆效应和伪弹性对冲击接触过程中材料表面残余变形的恢复及能量的吸收有显著影响。
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